3. Классические загрязнители атмосферного воздуха (взвешенные вещества, диоксид серы, оксид азота, оксид углерода)

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами (вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров). Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. Значительно превосходит природное.

Главные загрязнители атмосферного воздуха – SO₂, NO_x, CO и твердые частицы. Помимо главных: формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод.

«Основной вклад» в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

SO2 сернистый газ, сернистый ангидрид – бесцветный газ с острым запахом. Создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Накапливается в листьях и хвое, нарушая фотосинтез. Деревья высыхают.

Соединения серы (главным образом SO₂) поступают в воздух в основном при сжигании богатых серой видов горючего, таких, как уголь и мазут. Использование нефтепродуктов в качестве топлива приводит к загрязнению окружающей среды продуктами горения, включая соединения серы (SO₂ и SO₃). При перегонке нефти большая часть серы из таких продуктов, как керосин и бензин, удаляется. В отличие от нефти и угля природный газ практически не содержит серы. В этом отношении газ является экологически чистым топливом.

SO₂, образующийся при сжигании топлива, постепенно окисляется кислородом воздуха до трехокиси, которая сразу же реагирует с водяным паром, образуя серную кислоту, которая присутствует в воздухе в виде легкого тумана, состоящего из капель. Этот туман обладает высоко корродирующей способностью. Кислотные дожди.

SO₂ оказывает вредное действие на растения, так как он, поступая внутрь листа, угнетает жизнедеятельность клеток. При этом листья растений сначала покрываются бурыми пятнами, а потом засыхают. Диоксид и другие соединения серы раздражают слизистую оболочку глаз, дыхательные пути, а продолжительное действие даже малых концентраций SO₂ может вызвать хронический гастрит, гепатопатию, бронхит, ларингит и другие болезни.

В атмосфере SO₂ окисляется до SO₃ каталитически под воздействием следов металлов, главным образом марганца. Кроме того, газообразный и растворенный в воде SO₂ может окисляться озоном или пероксидом водорода. Соединяясь с водой, SO₃ образует серную кислоту, которая с металлами образует сульфаты. Диоксид серы существует в атмосфере от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от влажности и других характеристик атмосферы.

Переносу SO₂ на дальние расстояние и его рассеянию в верхних слоях атмосферы способствуют высокие дымовые трубы, что снижает локальное загрязнение атмосферы. За счет рассеяния серосодержащих соединений увеличивается время их пребывания в воздушной среде и, следовательно, степень их превращения в серную кислоту и сульфаты.

В присутствии бензапирена двуокись серы увеличивает частоту появления злокачественных опухолей, так как является канцерогеном. Кроме того, двуокись серы помимо закисления озер инициирует гибель лесов.

Соединения, содержащие серу, не только вымываются из атмосферы при выпадении осадков, но и удаляются из нее под действие гравитационных сил в сухом виде.

Оксид углерода – газ, не имеющий цвета и запаха. Самым крупным источником оксида углерода является автотранспорт – неполное сгорание углерода в топливе. Полное сгорание дает конечный продукт в виде диоксида углерода CO₂. Большое содержание оксида углерода в атмосфере может привести к смерти от удушья (асфиксии). При наличии во вдыхаемом воздухе СО прекращается процесс переноса кислорода, поскольку молекулы СО соединяются с гемоглобином в 200 раз легче, чем кислород. СО, связанный с гемоглобином, оттесняет кислород от переносчика к клеткам тканей. Гемоглобин, соединившийся с СО, называется карбоксигемоглобином.

Головная боль. Ощущение пульса в висках, головокружение. Токсичность возрастает при наличии оксидов азота.

Оксиды азота образуются в результате высокотемпературного сгорания ископаемых видов топлива: автомобили и другие виды транспорта, сжигание природного газа, нефти и угля в топках электростанций, сжигание ископаемого топлива в различных производственных процессах. При этом происходят реакции двух типов:

1. Между кислородом и азотом, содержащимся в топливе

2. Между кислородом и азотом, содержащимся в воздухе

Поэтому даже в тех случаях, когда в топливе не содержится азот, все равно при его горении образуются оксиды азота.

N2O3, NO5. В атмосферу в основном выбрасывается NO2 – не имеющий запаха ядовитый газ бурого цвета, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический туман, смог. Район ж/д вокзала по ул. Гагарина. Отравляющее действие оксидами азота начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, возникает рвота, головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистых оболочек дыхательных путей оксиды азота образуют кислоты: азотистую и азотную кислоты, которые приводят к отеку легких.

В атмосфере присутствует пять основных азотсодержащих газов: N₂, NH₃, NO, NO₂, N₂O. Наибольшее влияние на организм человека оказывает NO₂. Изначально он составляет 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу, однако в ходе сложной последовательности химических реакций значительная часть азота превращается в диоксид азота. NO₂ – газ с неприятным запахом, ослабляет адаптацию глаз к темноте. Эффект воздействия NO₂ на организм человека связан с повышением усилий, затрачиваемых на дыхание. Кроме того, как и СО, газообразный NO₂ может связываться с гемоглобином, делая его неспособным выполнять функцию переносчика кислорода к тканям тела. При соединении с атмосферной влагой образует азотную кислоту, выпадающую с осадками.

Оксид азота N₂O (оксид диазота) — бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Обладает наркозным эффектом и используется в хирургической практике («веселящий газ»).

Оксид азота NO (монооксид азота) — бесцветный газ, незначительно растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. NO используют для получения азотной кислоты. Токсичен, вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина. Легко проникает через мембраны клеток и вызывает воспалительные реакции. Источники поступления в атмосферу: автотранспорт, сжигание угля и нефти. Легко переходит в диоксид азота(NO₂).

Оксид азота NО₂ (диоксид азота) — «бурый газ», токсичен, тяжелее воздуха, легко сжижается. Применяют в производстве серной и азотной кислот, в качестве окислителя в жидком ракетном топливе и смесевых взрывчатых веществах. Диоксид азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие. Также диоксид азота способствует возникновению злокачественных образований и снижает сопротивляемость к заболеваниям. (см. также: «Лисий хвост», ижевское сталелитейное производство). Источник поступления в атмосферу: образуется на солнечном свету из NO.

В отличие от других загрязнителей, частицы, взвешенные в воздухе, очень разнородны по своему химическому составу. В воздухе находятся в виде взвеси многие твердые и жидкие компоненты, имеющую различную природу происхождения. Например, при сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные, причем не только частицы золы (силикаты кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы оксидов металлов, например кальция и железа.

Загрязнение атмосферы – привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.

Основные загрязнители атмосферного воздуха:

1. Оксид углерода

2. Оксиды азота

3. Диоксид серы

4. Углеводороды

5. Альдегиды

6. Тяжелые металлы

7. Аммиак

8. Атмосферная пыль

Взвешенные вещества:

Одна из причин, по которой загрязненность воздуха вызывает всеобщее беспокойство – это токсичные частицы и пыль, попадающие в организм при вдыхании и способные вызывать различные заболевания. Взвешенные в воздухе частицы обычно подразделяют на две категории: мелкодисперсные и крупнодисперсные. Мелкодисперсные аэрозольные частицы состоят из таких веществ, как соединения углерода, свинца, серы и азота, попадающих в атмосферу в результате человеческой деятельности. Крупнодисперсные частицы состоят из природных веществ, которые образуются вследствие естественной эрозии и в процессе различных работ по дроблению камня. К наиболее распространенным крупнодисперсным частицам относятся гипс, известняк, мрамор, карбонат кальция (мел), кремний и карбид кремния (карбид, используемый при сварочных работах).

Первичные мелкодисперсные примеси – сажа, летучая зола, частицы металлов и пары – попадают в атмосферу в результате физических или химических процессов. Вторичные мелкодисперсные примеси образуются вследствие реакций между различными газами в атмосфере. Вторичные примеси составляют от шестидесяти до восьмидесяти процентов всех мелкодисперсных частиц, регистрируемых в городах.

Человеческий нос естественным образом отфильтровывает крупные частицы пыли, но не защищает от мелкодисперсных частиц, и такие вещества, как серная кислота, мышьяк, бериллий или никель, могут попасть в легкие. Некоторые вещества (бенз[а]пирены, бензантрацен–супертоксикант, соединения металлов), попадающие в организм при вдыхании, обладают канцерогенными свойствами.

Металлы, обнаруженные в воздухе, включают: свинец, кадмий, никель, бериллий, ртуть, мышьяк, ванадий и хром. Кроме того в воздухе присутствуют сравнительно небольшие количества стекловолокнистого минерала асбеста. Высокие концентрации свинца поражают центральную нервную систему, в то время как низкие дозы поражают мозг и приводят к психическим расстройствам у детей. Асбест вызывает рак легких и плевры. Никель, мышьяк, хром и тальк связывают с образованием раковых опухолей.

Диоксид серы:

Диоксид серы - бесцветный газ с острым запахом (запах загорающейся спички). В пищевой промышленности диоксид серы используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е220. Применяется он также и в качестве растворителя в лабораториях. Антропогенное загрязнение диоксидом серы происходит при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное.

Диоксид серы токсичен: раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При длительном воздействии в малых концентрациях наблюдаются изменения со стороны органов пищеварения, имеют место нарушения щитовидной железы, Понижает сопротивляемость к респираторным заболеваниям. При высоких концентрациях сернистый ангидрид вызывает раздражение слизистых глаз, в редких случаях даже потерю сознания.

Диоксид серы является причиной кислотных дождей.

Оксиды азота:

Оксиды азота — неорганические соединения азота с кислородом.

Оксиды азота, улетучивающиеся в атмосферу, представляют серьёзную опасность для экологической ситуации, так как способны вызывать кислотные дожди, а также сами по себе являются токсичными веществами, вызывающими раздражение слизистых оболочек.

Оксид азота N₂O (оксид диазота) — бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Обладает наркозным эффектом и используется в хирургической практике («веселящий газ»).

Оксид азота NO (монооксид азота) — бесцветный газ, незначительно растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. NO используют для получения азотной кислоты. Токсичен, вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина. Легко проникает через мембраны клеток и вызывает воспалительные реакции. Источники поступления в атмосферу: автотранспорт, сжигание угля и нефти. Легко переходит в диоксид азота(NO₂).

Оксид азота NО₂ (диоксид азота) — «бурый газ», токсичен, тяжелее воздуха, легко сжижается. Применяют в производстве серной и азотной кислот, в качестве окислителя в жидком ракетном топливе и смесевых взрывчатых веществах. Диоксид азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие. Также диоксид азота способствует возникновению злокачественных образований и снижает сопротивляемость к заболеваниям. (см. также: «Лисий хвост», ижевское сталелитейное производство). Источник поступления в атмосферу: образуется на солнечном свету из NO.

Оксид углерода:

Наиболее известен оксид углерода – угарный газ.

Вдыхается вместе с воздухом или табачным дымом и поступает в кровь, где соединяется с молекулами гемоглобина прочнее, чем кислород, таким образом меньше кислорода достигает клеток, клетки испытывают кислородную недостаточность.

СО - бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает удушье, поражает сердечно-сосудистую систему, нарушает работу кровеносной системы, возможен летальный исход.

Признаки отравления: головная боль и головокружение. Источники поступления в атмосферу: автомобильный транспорт, сжигание угля и нефти, сталеплавильное производство.