Гончарук Е.И. Коммунальная гигиена 2006

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

и полихлорированные дибензофураны. По расчетам, проведенным в Швеции, общее количество полихлорированных дибензо-п-диоксинов и полихлорированных дибензофуранов, выделяемых автомобилями, работающими на этили­ рованном бензине с галогенсодержащими добавками, составляет 10—100 г эк­ вивалентов тетрахлордибензо-п-диоксинов в год. В процессе сжигания бензина с антидетонационными добавками в двигателях внутреннего сгорания образу­ ются галогенидные, оксигалогенидные и оксидные соединения свинца, кото­ рые поступают в атмосферу с выхлопными газами в виде аэрозолей. Если кон­ центрация соединений свинца в природном атмосферном воздухе составляет почти 0,5 мкг/м3, то в местах с интенсивным загрязнением воздуха выбросами автотранспорта они достигают 2,4—5,9 мкг/м3. Добавка 3,0—3,8 об.% бензола к бензину является причиной того, что сотни тысяч тонн бензола попадают в воздушный бассейн городов Европы. При интенсивном движении автотранс­ порта концентрация бензола в атмосферном воздухе Берлина и других городов Германии в 1990—1993 гг. находилась в пределах 8—48 мкг/м3, в Вене — 23 мкг/м3, в жилых помещениях — 9 мкг/м3. В районе городских автомагистра­ лей концентрация бензола в воздухе варьирует от 6 до 10 мкг/м 3. В настоя­ щее время внимание конструкторов и инженеров автомобильного транспорта обращено на газовое топливо. В последние несколько десятилетий проведена большая работа по переводу на газовое топливо грузовых автомобилей и го­ родских автобусов с карбюраторными двигателями. Самая распространенная смесь нефтяных газов состоит из — пропана и бутана, так как она является наи­ более экологически чистой. Установлено, что в выхлопных газах двигателя, работающего на пропане и бутане, на холостом ходу содержание СО в 4 раза, а в рабочем режиме — в 10 раз меньше, чем у работающего на бензине. При использовании сжатого природного газа содержание СО в отработанных газах уменьшается в 2—4 раза, СН — в 1,1—1,4 раза, NOx — в 1,2—2 раза.

Атмосферный воздух загрязняется также во время заправки автотранспор- •: та топливом. Так, 300 г бензина, пролившегося на асфальт, загрязняет до 200 000 м3 воздуха. Каждая шина автомобиля за период эксплуатации оставля­ ет на асфальте до 3 кг пыли и сажи. Активная поверхность сажи в 1 м3 выхлопа достигает 10—45 м2. На этой поверхности конденсируется значительное коли-

461

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

чество смолянистых веществ бенз(а)пирена. Во время эксплуатации автомоби­ льных дорог, изнашивания автомобильного покрытия образуется пыль, кото­ рая содержит канцерогенные соединения. Это связано с тем, что применяют вяжущие материалы из каменноугольных смол и дегтей. В приземный слой атмосферного воздуха с такой поверхности мигрируют летучие углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, пропилбензол, цимол, инден, стирол, олефины, пара­ фины. Вблизи транспортных магистралей концентрация бенз(а)пирена а атмо­ сферном воздухе превышает ПДКср сут в 10—12 раз, а в середине жилых квар­ талов — в 1,5—2 раза. На улицах города с покрытием из нефтяных битумов

в1 м3 воздуха выявлено 0,017—0,054 мкг бенз(а)пирена. Концентрация его

ватмосферном воздухе вследствие изнашивания дорожного покрытия из дег­ тебетона составляет от 0,04 до 0,0004 мкг/м3.

Транспорт не только загрязняет атмосферный воздух. Он поглощает кис­ лород. Один автомобиль в год поглощает 4 т кислорода, а один самолет во вре­ мя перелета через Атлантику — 70—150 т кислорода.

Выбросы теплогенерирующих установок. Свыше 40% энергоресурсов в стране используется на производство электроэнергии, пара и горячей воды. Почти 80% всей электроэнергии производят тепловые электростанции (ТЭС), на долю которых приходится почти 30% вредных выбросов всех стационар­ ных источников страны.

Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами ТЭС зависит от ко­ личества, качества топлива и технологии сжигания. Соотношение выбросов в процессе сжигания твердого (уголь, кокс, сланец), жидкого (нефть, мазут, смолы) и газообразного (природный газ) топлива приведено в табл. 62.

Таким образом, наибольшие суммарные выбросы происходят при сжига­ нии твердого топлива, а наименьшие — при сжигании природного газа. Глоба­ льные выбросы углерода диоксида при сжигании нефтепродуктов, угля и газа составляют 6,25 млрд т в год. По прогнозу до 2030 г. выбросы С02 в атмосферу на нашей планете возрастут на 15—37%.

Почти 60% общего количества аэрозолей, поступающих в атмосферный воздух от промышленных источников во всем мире, составляют твердые час­ тицы, образующиеся при сжигании угля (табл. 63). Это главным образом зола и пыль, в несколько меньших концентрациях — сажа.

При сжигании твердого топлива имеют значение содержание минераль­ ной части и серы, тип топливных устройств (камерные топки с сухим или жид­ ким шлакоудалением), эффективность работы пылеулавливателей. Так, при использовании низкосортного угля содержание минеральной части повышает­ ся от 15—30 до 40—50% (табл. 64). В малосернистом угле содержание серы составляет до 1%, а в высокосернистом — более 3%.

При сжигании угля с содержанием минеральной части Ар = 16—20% в ка­ мерных топках вынос твердых частиц в рабочей массе топлива за пределы то­ почной камеры составляет до 20% его массы. Вследствие этого эксплуатация камерных топок невозможна без систем пылеулавливания. При средней золь­ ности использованного угля 15% выброс золы на ТЭС составляет 8—10 млн т в год. Дымовые газы ТЭС содержат твердые частицы разной дисперсности.

462

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

На долю частиц размером до 1 мкм приходится 47,8%, от 1 до 5 мкм — 34,2%, от 5 до 20 мкм — 4,7%, от 20 до 40 мкм — 2,7% и свыше 40 мкм — 2,8%.

Во время работы ТЭС атмосферный воздух загрязняется и оксидами тяже­ лых металлов (табл. 65).

ТАБЛИЦА 62 Соотношение выбросов при сжигании различных видов топлива, %

463

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

емых частиц имеют диаметр до 10 мкм, то при пылеугольном — от 20 до 45%. Для пылеугольных топок с сухим шлакоудалением содержание золы в "уно­ се" (остаток золы удаляется со шлаком) составляет 85—93%, с жидким шлако­ удалением — 60—70%, для циклонных топок — 10—15%, цепных решеток — 20—30%.

Если сжигают твердые бытовые отходы, то с каждым миллионом тонн го­ родского мусора образуется 34 тыс. т летучей золы со смесью полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). Причем 95—99% этого количества оседает на электрофильтрах и ока­ зывается на свалках, а остальное вместе с газами попадает в атмосферу. Уста­ новлено, что содержание ПХДД в летучей золе городского мусоросжигатель­ ного завода может достигать 0,2 мкг/г, а ПХДФ — 0,1 мкг/г. Рабочая группа экспертов, созданная Европейским региональным бюро ВОЗ, на основании анализа данных о выбросах ПХДД и ПХДФ из печей для сжигания твердых го­ родских отходов пришла к выводу, что эти вещества образуются в результате сложных термических реакций в условиях неполного сгорания. Трехциклические ароматические соединения загрязняют атмосферный воздух и при сжигании осадка бытовых сточных вод после их обезвоживания, но в меньшей мере, чем при сжигании твердых бытовых отходов. При неполном сгорании некоторых больничных отходов, содержащих галогенированные органические ингреди­ енты, концентрация ПХДД в газах достигает 118 нг/м3, ПХДФ — 156 нг/м3, ТХДД— 20 нг/м3. В окружающей среде эти вещества могут находиться продо­ лжительное время (период полураспада составляет до 30 лет), быстро перехо­ дить в органическую фазу, включаться в процессы биопереноса. Необходимо обратить внимание еще на одну особенность энергетических установок, рабо­ тающих на органическом топливе. Их выбросы нарушают в природе баланс не только оксидов азота, серы и углерода, но и кислорода. По данным Инсти­ тута всемирного надзора, ежегодно сгорает свыше 12 млрд т топлива и теряет­ ся 10—12 млрд т кислорода. Ученые считают, что при современных темпах раз-

464

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

вития промышленности всего через 80 лет потребление кислорода достигнет уровня его воспроизводства растениями. Из 29% энергоносителей 26% долж­ но занять ядерное топливо, которое получают из урановой руды. На снимках, сделанных со спутников, над многими городами заметны огромные дымовые облака — скопления пыли. Высокая плотность застройки, многоэтажные дома, улицы, одетые в бетон и асфальт, — все это препятствует движению воздуш­ ных потоков, что способствует концентрированию вредных веществ, образо­ ванию особого микроклимата в городе, так называемого химического фона. Вследствие этого уменьшается интенсивность ультрафиолетовой радиации, снижается прозрачность атмосферы, увеличивается частота легочных и аллер­ гических заболеваний.

Выбросы промышленных предприятий. Стационарные источники в зави­ симости от системы газовых выбросов разделяют на технологические и венти­ ляционные. К технологическим относятся так называемые хвостовые техноло­ гические выбросы, а также выбросы, которые образуются в результате проду­ вания, утечки из-за неплотности, трещины в оборудовании. Вентиляционными выбросами считаются выбросы механической и общеобменной естественной вентиляции, а также местной вытяжной. По способу отведения газовоздушной смеси в атмосферу выбросы разделяют на организованные и неорганизован­ ные. К организованным относят выбросы через трубы и шахты, к неорганизо­ ванным — выбросы через фонари, а также выхлопы вредных веществ через не­ плотности в технологическом оборудовании и из-за испарения с открытой по­ верхности жидкости. По режиму работы различают постоянно действующие источники вредных выбросов с неравномерным валовым выбросом и источни­ ки периодических, залповых выбросов.

ВУкраине большинство производств разных отраслей промышленности,

всоответствии с классификацией Международного агентства по изучению ра­ ка при ВОЗ, относится к канцерогенноопасным как для работающих на них, так и для населения в целом, поскольку они являются источником образования и выброса в окружающую природную среду канцерогенных веществ и их пред­ шественников. Прежде всего, это предприятия черной и цветной металлур­ гии, коксохимии, нефтепереработки, химической промышленности, производ­ ству асбестосодержащих изделий. По данным научного гигиенического центра МЗ Украины, в воздушной среде населенных пунктов определяется 16 поли­ циклических ароматических углеводородов (ПАУ), из которых 8 оказывают канцерогенное действие. Наибольший удельный вес в структуре химических канцерогенов в атмосфере имеют соединения ПАУ и, в первую очередь, бен- з(а)пирен (табл. 67). Вклад этих соединений в суммарное загрязнение атмо­ сферного воздуха составляет от 60% в сельской местности до 75—85% в про­ мышленных центрах.

Высокотемпературные технологические процессы в металлургической и металлообрабатывающей промышленности, а именно: электрохимическое про­ изводство никеля и магния, переплавка лома железа, меди и других металлов, обработка окатышей кокс-оксида магния газообразным хлором при темпера­ туре 700—800 °С являются источником загрязнения атмосферного воздуха

465

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Т А Б Л И Ц А 67

Содержание бенз(а)пирена в воздушном бассейне некотооых населенных пунктов Украины, нг/м3

ПХДД и ПХДФ. Больше всего уровни этих веществ (170 нг/м3) образуется в медеплавильных и электродуговых печах, что подтверждается данными ана­ лизов выбросов из разных промышленных печей, выполненных в рамках на­ циональной стратегической программы US EPA по диоксину (US EPA National Dioxin Strategy).

Потери другого вещества — ртути, которая загрязняет атмосферу, при про­ изводстве металла могут достигать 5—7% общего объема выпуска металла. В процессе выплавки 1 т черной меди в воздушный бассейн выбрасывается бо­ лее 2 т пыли, в которой содержится 4% ртути. Ртуть поступает в атмосферный воздух в виде пара и частиц аэрозоля. В табл. 68 приведена концентрация рту­ ти в атмосферном воздухе в районе расположения разных производств.

В районе Клинского завода "Термприбор", который перерабатывает до 90 тыс. т ртути, концентрация ее пара в радиусе 1 км от предприятия превы­ шает ПДКм.р в 2—3 раза. Содержание пара ртути Хайдарканского металлурги­ ческого комбината в атмосферном воздухе селитебной территории превышает ПДКМ р в 40—50 раз, в районе городской больницы — в 280 раз.

Предприятия по выпуску и переработке цветных сплавов при современ­ ной организации технологических процессов и методов улавливания вредных выбросов представляют серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья населения (табл. 69).

Производство алюминия является основой цветной металлургии. По оцен­ кам отечественных специалистов, мировые запасы алюминия (среди бокситов) занимают второе место (после железа), а по среднему годовому приросту ис­ пользования стоят на первом месте среди металлов. Вследствие роста производ­ ства алюминия увеличивается объем отходов. Технологический процесс алю­ миния включают 4 этапа: 1) получение чистого глинозема; 2) получение крио­ лита и алюминия фторида; 3) изготовление малозольных угольных электродов; 4) электролиз криолино-глиноземных расплавов. На первых этапах в атмосферу

466

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

выбрасывается бокситная пыль, на последнем — пыль кальцинированной ру­ ды. Во время кальцинации глинозема, спекания и выжигания вынос пыли гли­ нозема достигает 150—200% от полученной продукции. В процессе получения алюминия фторида и криолита атмосфера загрязняется газообразным водо­ рода фторидом. В атмосферном воздухе в районе расположения алюминие­ вых предприятий концентрация NaF колеблется от 0,1 до 19,5 мг/м3, CaF2 — от следов до 24,2 мг/м3. В выбросах алюминиевых производств содержатся так­ же полициклические ароматические углеводороды, в частности: бенз(а)пирен, бенз(а)антрацен, дибенз(а)антрацен.

N-нитрозосоединения поступают в атмосферный воздух при производстве аминов, резины, резиновых изделий, искусственной и натуральной кожи, кос­ метических средств, вследствие синтеза в окружающей среде из их предшест­ венников — убиквитарных представителей азотсодержащих соединений. Они не только содержатся в атмосферном воздухе, но и образуются в организме. Одним из наиболее распространенных соединений этой группы является нитрозодиметиламин (табл. 70).

Следовательно, в атмосферном воздухе всех указанных выше зон иденти­ фицирован комплекс веществ N02 , ДМА, НДМА. Для каждого из них в зависи­ мости от количественных и качественных особенностей источников выбросов формируются определенные уровни. Анализ их количественного соотношения свидетельствует о том , что в отличие от района промышленных предприятий, где концентрация НДМА коррелирует с содержанием N02 и ДМА, в зонах се­ литебной территории на фоне равномерного относительно невысокого загряз­ нения атмосферного воздуха ДМА четко выраженная связь наблюдается только между концентрацией НДМА и N02 .

Выбросы химической промышленности загрязняют атмосферный воздух населенных мест широким спектром ингредиентов, а именно: оксидами, диок­ сидами серы и углерода, углеводородами алифатического ряда, альдегидами, кетонами, спиртами, галогенсодержащими соединениями, твердыми частица-

467

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Т А Б Л И Ц А 70

Содержание нитрозодиметиламина и его предшественников в атмосферном воздухе различных функциональных зон Киева

Примечание. Содержание N02 и ДМА приведено в мг/м3; НДМА — в нг/м3.

ми. Одной из ведущих отраслей химической промышленности является нефте­ перерабатывающая. Нефть является источником эмиссии углеводородов и серо­ водорода. Атмосферный воздух в районе нефтеперерабатывающих производств содержит ацетон, бензол, акролеин, диметиламин, изопропилбензол, аэрозоль парафина, высшие спирты, жирные кислоты, а также углерода оксид, муравьи­ ную и хлористоводородную кислоты. Эти вещества распространяются от источ­ ника выброса в радиусе 10—13 км с наибольшим уровнем загрязнения на рас­ стоянии 1,5 км.

Не менее важную роль в ухудшении качества воздушного бассейна играют предприятия целлюлозно-бумажной промышленности. На стадии делигнификации древесины образуются диоксины. Поскольку лигнин (а это четверть дре­ весной массы) содержит фенольные фрагменты, образование хлорированных фенолов и феноксифенолов — предшественников диоксинов ПХДЦ и ПХДФ — в процессе хлорирования лигнина неизбежно.

Для отбеливания целлюлозы используют хлор и его соединения: хлора оксид, гипохлориты, хлориты и хлораты. Так, на 50 млн т отбеленной целлю­ лозы, вырабатываемой в мире, ежегодно приходится 250 тыс. т хлорорганических соединений, поступающих в атмосферу. Диоксины выявлены не толь­ ко в пульпе, фильтрате (до 40 нг/кг), твердых и жидких отходах производства (400 нг/кг), но и в газах, образуемых в процессе их сжигания (22 разных изоме­ ра и гомологи ПХДД и ПХДФ с числом атомов хлора от 4 до 8, включая 12 из наиболее токсичных). Производство целлюлозы сопровождается поступлени­ ем в атмосферный воздух значительного количества органических и неоргани­ ческих соединений серы, пыли, летучих органических растворителей. Так, во время производства 1 т целлюлозы в атмосферу выделяется 5,5 кг серы диок­ сида, 6,3 кг сероводорода, 3 кг диметилсульфида.

468

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Значительный удельный вес в сельском хозяйстве имеют животноводчес­ кие комплексы, сточные воды которых загрязняют атмосферный воздух угле­ рода диоксидом, сероводородом, аммиаком, индолом, скатолом, этиламином, органическими кислотами, а также бактериями, яйцами гельминтов. Из 1 м3 атмо­ сферного воздуха в районе расположения животноводческих комплексов вы­ севают 1—2 млн микроорганизмов.

Закономерности распространения в атмосферном воздухе загрязняющих веществ

В управлении качеством воздушного бассейна большое значение имеет знание закономерностей распространения вредных веществ в атмосферном воз­ духе. Данные об условиях переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе необходимы для: 1) государственного планирования мероприятий в области охраны атмосферного воздуха; 2) проектирования и строительства на­ селенных пунктов; 3) развития зон рекреации; 4) рационального размещения жилых районов и промышленных предприятий, расположения территорий раз­ ного назначения по отношению друг к другу; 5) разработки наиболее инфор­ мативных и адекватных критериев оценки загрязнения атмосферного воздуха; 6) установления вкладов, вносимых источниками, расположенными в опреде­ ленном районе, в общее загрязнение атмосферного воздуха; 7) разработки карт расчетных концентраций для различных атмосферных загрязнений; 8) прогно­ зирования качества атмосферного воздуха; 9) построения модельных систем мо­ ниторинга состояния атмосферного воздуха; 10) предупреждения неблагоприят­ ного воздействия вредных веществ на здоровье населения. Для гигиенической оценки тенденций в изменении состояния атмосферного воздуха необходимо помимо состава вредных веществ, обусловливающих специфику их действия на организм человека, знать их концентрацию, определяющую интенсивность влияния того или иного ингредиента. Концентрация атмосферных загрязнений зависит от ряда факторов, а именно: величины выброса, высоты выброса, рас­ стояния от источника выброса, метеорологических условий (направление, ско­ рость ветра, влажность, атмосферное давление, температурная инверсия, солнечная радиация).

Объем вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух, неодина­ ков в разных районах зависит от вида и интенсивности антропогенной деяте­ льности, а также принимаемых мер для сокращения. На основании многолет­ них наблюдений установлено, что чем больше выброс за единицу времени, тем больше вредных веществ поступает в воздушный бассейн. Эта зависимость под­ тверждается данными, приведенными в табл. 72.

При изменении величины выброса в диапазоне от 8 до 102 г/кг топлива кон­ центрация серы диоксида увеличивается в 31 раз. Технология, режим эксплуа­ тации производства, наличие и эффективность работы пылегазоочистных уста­ новок обусловливают сезонные и суточные изменения величины выброса. Так,

470