Характеристика приоритетных загрязнителей атмосферы

Оксид серы (IV) – негорючий бесцветный газ с характерным резким запахом. Ощущается при концентрации в воздухе от 0,3 до 1,0 млн.^-1. Хорошо растворяется в воде с образованием сернистой кислоты Н₂SO₃. При фотохимических и каталитических процессах в атмосфере SO₂ частично окисляется до SO₃ и превращается в серную кислоту и её соли.

Оксид серы (VI) – твердое вещество, выделяется при сгорании серы, содержащейся в ископаемом топливе, при выплавке металлов из руд.

Физиологическое воздействие SO₂ на человека и животных заключается в поражении верхних дыхательных путей. Бронхоспазмы – затрудненное дыхание - у большинства особей появляется при содержании SO₂ 5 млн.^-1 и более; а у некоторых особей, обладающих повышенной активностью, - при 1-2 млн.^-1.

Известны случаи летальных исходов при поражении SO₂. Бельгия – погибло 63 человека при содержании SO₂ 9,6 – 38,4 млн^-1, в Доноре (США) при воздействии SO₂ в составе смога в количестве 0,5 – 2 млн^-1 – 20 человек. В Лондоне в течение 5 дней под воздействием SO₂ при неблагоприятных атмосферных условиях погибло 4000 человек.

При содержании SO₂ выше ПДК происходит снижение роста урожайности и изменение качественного состава растения. Различают 3 механизма влияния диоксида серы на растения.

SO₂, проникая внутрь листа через устьица, нарушает процесс фотосинтеза.

SO₂ проникает в клетки и растворяется там, изменяя рН клеточной среды. Уменьшение рН клеточной среды снижает стабильность биоколлоидов, вызывает их коагуляцию, что ведет к повреждению и отмиранию клеток.

В листьях происходит постепенное накопление химически связанной серы, приводящее к сульфатному отравлению, и, следовательно, к их отмиранию.

Культуры, на которые воздействует оксид серы (IV): крыжовник, смородина, яблоня, вишня, черешня, слива, озимая рожь, яровая пшеница, картофель, свекла, шпинат, морковь, клевер и др. Пороговые концентрации определяют в течение нескольких лет в полевых опытах поблизости от источника выброса. При концентрациях ниже пороговой повреждений не наблюдалось, при более высоких концентрациях оказывалось существенное влияние на рост, урожайность и качественный состав того или иного растения.

ПДК SO₂ в атмосферном воздухе населенных мест, мг/м³:

ПДК с.с._.=0,5 мг/м³; ПДКм.р. = 0,05 мг/м³

Оксид углерода СО, или угарный газ, не имеет цвета и запаха. Является постоянным компонентом атмосферы. Естественный уровень 0,01 – 0, 09 мг/м³. Воздушным потоком СО поднимается в стратосферу, где окисляется до СО₂. Участвует в восстановлении НNO₃ до NО₂; поглощаясь грибками, микроорганизмами и растениями (ячмень, горох, огурцы и др.), также окисляется до СО₂. Время жизни в атмосфере 2 ÷ 4 месяца.

Оксид углерода оказывает непосредственное токсичное действие на клетки, нарушая тканевое дыхание и уменьшая потребление тканями кислорода. Соединяясь с гемоглобином крови, образует карбоксигемоглобин; с миоглобином образует карбоксимиоглобин. Сродство к СО у гемоглобина и миоглобина соответствено в 210 и 25 – 30 раз выше, чем к О_2..

Хроническое отравление СО влияет на углеводный обмен, усиливая распад гликогена в печени, нарушая утилизацию глюкозы, угнетает активность сердца и мозга. При остром отравлении СО нарушается азотистый обмен, изменяется содержание белков плазмы, катехоламинов в тканях мозга, снижается сердечная деятельность, изменяется деятельность почек. Смертельные дозы для человека – 3000 мг/м³ – в течение 1 часа, 14080 мг/м³ в течение 1-3 мин.

ПДК в атмосферном воздухе населенных мест:

ПДК м.р. – 3 мг/м³; ПДК ср.с. - 1 мг/м³

Оксид азота (II) NO – бесцветный газ. Кислородом воздуха окисляется до NO₂. Является кровяным газом, переводит оксигемоглобин в метгемоглобин, оказывает прямое действие на центральную нервную систему. При тяжелом отравлении оксидом азота наблюдается синюшность губ, слабый пульс, изменяется цвет крови. При хроническом отравлении нарушаются функции органов дыхания и кровообращения

ПДК в атмосферном воздухе населенных мест:

ПДК м.р. – 0,4 мг/м³; ПДК ср.с. – 0,06 мг/м³

Оксид азота (IV) NO₂ – стабильный газ желтовато-бурого цвета, придающий воздуху коричневый оттенок. NO₂ реагирует в воздухе с влагой, образуя азотную и азотистую кислоту. Сильный окислитель. NO₂ поглощает УФ – радиацию в области длин волн 0,3 - 0,4 мкм. Способствует фотохимическому загрязнению атмосферы вследствие взаимодействия с другими веществами загрязненного воздуха - SO₂, углеводородами и др. В среднем NO₂ находится в атмосфере около 3 суток. Обладает выраженным раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути, что приводит к токсичному отеку легких, угнетает аэробное и стимулирует анаэробное окисление в легочной ткани.

Вдыхание в течение 5 мин. NO₂ при содержании в воздухе 510 – 760 мг/м³ вызывает бронхопневмонию; 950 мг/м³ отек легких в течение 5 мин. С воздействием чистого диоксида азота связывают отравления у рабочих в невентилируемых свежезаполненных силосных башнях. Токсично действует на растения, вызывая пожелтение и опадание листьев (наиболее чувствительное растение горчица), и животных.

ЛК₅₀ – летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании (мыши 2 ч., крысы – 4 ч.) гибель 50 % животных, мг/м³.

ПДК в атмосферном воздухе населенных мест:

ПДК м.р. – 0,25 мг/м³; ПДК ср.с. – 0,1 мг/м³

Аммиак (NH₃) – бесцветный газ с удушливым резким запахом и едким вкусом. На воздухе быстро переходит в карбонат аммония или поглощается влагой. Реакционноспособен. Обладает восстановительными свойствами. Порог обонятельного ощущения 0,5 – 0,55 мг/м³. При концентрациях 40 –80 мг/м³ сильно раздражает глаза, верхние дыхательные пути вплоть до рефлекторной задержки дыхания, вызывает головную боль. Смертельными для человека при вдыхании в течение 0,5 – 1 часа считают 1500 – 2700 мг/м³. Максимальная допустимая разовая концентрация, влияющая на фотосинтез древесных растений, составляет 0,1 мг/м³.

ПДК в атмосферном воздухе населенных мест:

ПДК м.р. – 0,2 мг/м³; ПДК с.с. – 0,04 мг/м³

Сероводород Н₂S – бесцветный газ со специфическим запахом. Сильный яд. Растворяется в воде, легко окисляется кислородом воздуха, озоном. Вызывает поражение нервной системы, дыхательных путей и глаз, острые и хронические отравления. Высокие дозы Н₂S оказывают действие, сходное с эффектом цианидов. Порог обонятельного ощущения у человека 0,014 – 0,03 мг/м³ . При 225 мг/м³ оказывает парализующее действие на обонятельный аппарат и приводит к потере сознания. При содержании Н₂S в воздухе в количестве 1500 – 3000 мг/м³ известны летальные исходы. ЛК₅₀ составляет 1200 мг/м³ при экспозиции 2 часа.

ПДК м.р. - 0,008 мг/м³; ПДК с.с. - 0,008 мг/м³ .

Ртуть. Рассеянный элемент. В самородном виде встречается в небольших количествах. Ртуть была известна уже в древности, а в средние века служила объектом опытов алхимиков. В исторических документах она упоминается позже, чем золото, серебро, медь, свинец, железо. Добыча киновари HgS велась уже при Теофрасте (300 г. до н.э.). Ятрохимики ввели ртутные препараты в медицину.

Получение: обжиг киновари HgS + О₂ → Hg + SО₂

Ртуть – серебристо-белый металл. Применяется в приборостроении (термометры, манометры, регуляторы давления, вентили, высоковакуумные насосы); в электротехнике (переключатели, ртутные кварцевые лампы, лампы дневного света); для получения амальгам; в реакциях меркурирования.

Суммарное количество Hg в океане ≈ 206·10⁶ т; в атмосфере – 300 – 350 т.

Время жизни ртути в атмосфере около 10 суток.

Источники загрязнения: предприятия по получению ртути с помощью пирометаллургического процесса, сжигание органического топлива, металлургические предприятия (цветная металлургия), коксование угля, возгонка древесины, сжигание мусора, утилизация электрических ламп дневного света.

Ртуть отличается высокой токсичностью для любых форм жизни. Действие ее на теплокровных отличается большим разнообразием клинических проявлений токсического действия. Эти проявления зависят от свойств вещества, в виде которого ртуть поступает в организм, пути поступления и дозы. В основе механизма действия ртути лежит блокада биологически активных групп белковых молекул и низкомолекулярных соединений. Установлено включение ртути в молекулу транспортной РНК, играющей центральную роль в биосинтезе белков. Биохимические сдвиги заключаются также в нарушении окислительного фосфорилирования в тканях печени и почек. Ртуть проявляет нейротоксичность, особенно страдают высшие отделы нервной системы. Клиническая картина отравления развивается через 8 – 24 часа, выражается общей слабостью, головной болью, болями при глотании, повышенной температурой. Затем присоединяются болезненность десен, изменения в полости рта (стоматиты), боли в животе, поражения почек, иногда воспаление легких. Известны смертельные случаи при острых отравлениях парами ртути.

Морские свинки, вдыхавшие пары ртути (3,5 – 5) мг/м³, погибали в течение 4-6 суток. Собаки, ежедневно подвергавшиеся воздействию паров ртути в воздухе 15-20 мг/м³ в течение 8 часов погибали через 1-3 суток.

Присутствие ртути в воде подавляет жизнедеятельность одноклеточных морских водорослей (при концентрации уже 0,1 мкг/л), нарушает фотосинтез. Пары ртути обладают фитотоксичностью, которая проявляется в нарушении роста корневой системы, ветвей, ускоряет старение растений. Токсичны также соединения двухвалентной ртути.

ПДК с.с.= 0,0003 мг/м³

При совместном присутствии в атмосфере населенных мест нескольких компонентов, обладающих эффектом суммации действия в отношении человека, сумма их приведенных концентраций при расчете не должна превышать единицы:

С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ + … + С_n / ПДК_n < 1, где

С₁ , С₂ , … С_n – фактические концентрации в атмосфере;

ПДК₁ , ПДК₂ , … ПДК_n – предельно-допустимые концентрации тех же веществ.

Методы и средства защиты атмосферы

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы.

Мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т.е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени.

Мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки.

Мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.

Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют: замену менее экологичных видов топлива экологичными, сжигание топлива по специальной (особой) технологии, создание замкнутых производственных циклов.

В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы, оксидов азота могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека. Так для сланцев он равен 3,16, подмосковного угля – 2,02, экибастузского угля 1,85, березовского угля – 0,5, природного газа – 0,04.

Сжигание топлива по особой технологии осуществляется либо в кипящем (псевдосжиженном) слое, либо предварительной его газификацией.

Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов. Замкнутое безотходное производство предусматривает комплексную переработку сырья с полным использованием отходов либо в качестве материалов для получения новой продукции на производстве, либо поставляется другим предприятиям отрасли или смежных отраслей.

Дата добавления: 2015-09-06