1. Химическая природа, т.е. насколько они активны и вредны для определенного вида растений и животных.

2. Их концентрация, т.е. содержание на единицу объема воды, воздуха или почвы.

3. Устойчивость, т.Е. Продолжительность существования в определенной среде.

В токсикологии приняты следующие основные категории доз и концентраций: максимально допустимые, которые являются безвредно переносимые даже при длительном воздействии вредного вещества; минимально действующие, вызывающие легкие симптомы поражения; смертельные, вызывающие летальный исход с вероятностью 90%.

За время своего существования определенное растение или животное обычно подвергается воздействиям разных загрязнителей различной концентрации и устойчивости. Поэтому редко удается выявить, какой именно загрязнитель оказал определенное влияние, например вызвал гибель.

Мы можем контролировать загрязнение двумя способами: посредством контроля на входе и контроля на выходе. Контроль на входе препятствует проникновению потенциального загрязнителя в окружающую среду или резко сокращает его поступление. Например, примеси серы могут быть удалены из угля до его сжигания. Это предотвратит или резко снизит выброс такого загрязнителя как диоксид серы.

Контроль на выходе направлен на ликвидацию отходов, уже попавших в окружающую среду. Проблема такого подхода является то, что часто при удалении загрязняющего вещества из одного места оно проявляется в другом. Например, очистное оборудование на дымовых трубах может очищать выбросы от большей части диоксида серы. Однако при этом остаются горы токсичной золы и озера липкой жидкости из удаленных отходов.

До сих пор большинство попыток контроля за загрязнением ограничиваются контролем на выходе, сводясь скорее к лечению, а не к предотвращению болезни.

ВЫБРОСЫ В АТМОСФЕРУ

Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками (пыль растительного, вулканического, космического происхождения, возникающая при эрозии почвы; частицы морской соли; туман, дымы и га­зы от лесных пожаров) является фоно­вым и мало изменяется с течением времени.

Выбросы в атмосферу в результате хозяйственной деятельности че­ловека резко изменили сложившееся равновесие, и воздушный бассейн в ряде регионов стал опасен для человека и окружающей среды.

Основное антропогенное загрязнение атмосферного воздуха создают автотранспорт, теплоэнергетика, ряд отраслей промышленности. Каждый из этих источников или отраслей производства характеризуется выбросами специфических примесей; состав последних насчитывает десятки тысяч веществ выявление и идентификации которых бывают затруднительны. К наиболее распространенным выбросам промышленности относят следующие: зола, оксид цинка, силикаты, хлорид свинца, диоксид триоксид серы, сероводород, альдегиды, углеводороды, смолы, оксид и диоксид азота, аммиак, озон, оксид и диоксид углерода, фтороводород, хлороводород, радиоактивные газы, пыли и аэрозоли.

Основными компонентами выбросов на сегодня являются

- твердые взвешенные частицы (ТВЧ) (пыль, сажа, асбест и т.д.) и жидкие капельки химических веществ (кислоты, нефть, пестициды и т.д.). Большие частицы - (больше 10 мкм) обычно остаются в атмосфере день или два перед тем, как быть возвращенными на землю силой тяжести или осадками. Частицы средних размеров (1 – 10 мкм) как правило, остаются во взвешенном состоянии в течении нескольких суток. Тонкие частицы (менее 1 мкм) – могут оставаться несколько недель. Эти мелкие частицы особенно опасны для человека, т.к. слишком малы, чтобы отфильтровываться естественным образом и могут приносить на своей поверхности капельки или частицы ядовитых загрязнителей. При сгорании около 500 кг угля образуется 35...55 кг золы, а при сгорании того же ко­личества нефти — всего 1 кг золы.

- диоксид серы (SO₂). Соединения серы поступают в воздух в основном при сжигании богатых серой видов горючего, таких, как уголь и мазут. Например, среднее содержание серы в углях, используемых при получении электроэнергии, составляет 2,5%, поэтому при сгорании в топках электростанций 1 млн т угля выделяется до 25 тыс. т серы, главным образом в виде сернистого газа (двуокиси серы).

Использование нефтепродуктов в качестве топлива приводит к загрязнению окружающей среды продуктами горения, включая соединения серы (S0₂ и S0₃).

Диоксид серы, 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 высокой корродирующей способностью.

Диоксид серы S0₂ 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 результате сгорания угля, нефти, газа большая часть содержащейся в них серы превращается в диоксид серы, а атмосферный азот реагирует с кислородом, образуя оксиды азота. При соединении с атмосферной влагой эти оксиды образуют серную и азотную кислоты, выпадающие с осадками.

Кислотные дожди оказывают влияние на популяции озерных рыб, так как вода в озерах становится кислой. Например, в США 51% горных озер, расположенных в Адирондане, имеют рН меньше 5. Поэтому в 90% этих озер полностью отсутствует рыба, хотя в 30-х годах озера без рыбы составляли лишь 4% их общего числа. В результате взаимодействия кислотных осадков с кальцием и магнием, входящими в состав растворов и строительного камня, происходит деградация строительных материалов. Особому риску подвер­гаются скульптуры, выцветают и разрушаются краски, коррозируют металлические элементы конструкций крыш и ферм мостов.

В сельской местности концентрация оксидов серы близка к 0,5 мкг/м^:5, в то время как в городах концентрация в 50...100 раз выше.

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

- оксид углерода (СО)

Газ, не имеющий цвета и запаха (наши органы чувств не в состоянии его обнаружить). Самым крупным источником оксида углерода является автотранспорт. В большинст­ве городов свыше 90% оксида углерода в воздух попадает вследст­вие неполного сгорания углерода в топливе. Если при неполном сго­рании углерода образуется оксид углерода, то полное сгорание дает конечный продукт в виде диоксида углерода С0₂. Большое содержа­ние оксида углерода в атмосфере может привести к смерти от уду­шья (асфиксии).

Рассмотрим вкратце этот процесс. Кислород поступает в легкие при каждом вдохе. В альвеолах кислород переходит в кровяное русло. В крови кислород соединяется с гемоглобином. Эритроциты разносят связанный гемоглобином кислород через сеть артерий и капилляров по всему телу. В капиллярах кислород через их стенки попадает в клетки тканей тела. При наличии во вдыхаемом воздухе оксида углерода прекращается процесс переноса кислорода, по­скольку молекулы оксида углерода соединяются с гемоглобином в 200 раз легче, чем кислород. Оксид углерода, связанный с гемогло­бином, оттесняет кислород от его переносчика к клеткам тканей. Чем больше оксида углерода содержится в воздухе, тем больше ге­моглобина прочно связывается с ним и становится неспособным переносить кислород. Гемоглобин, соединившийся с оксидом угле­рода, называется карбоксигемоглобином.

- оксиды азота (NO_X).

Окислы азота образуются в основном в результате окисления азота воздуха в зоне высоких температур. Оксиды азота образуются в результате высокотемпературного сгорания ископаемых видов топлива. Поэтому, выбросы этого вещества значительны при сжигании всех видов топлива. Большая часть выбросов окислов (90%) – окись азота. Однако в воздухе она превращается в гораздо более опасный диоксид азота. В резуль­тате сжигания ископаемого топлива образуется 95% годового вы­броса оксидов азота в атмосферу. При этом около 40% общего объе­ма выбросов приходится на автомобили и другие виды транспорта, примерно 30% — на сжигание природного газа, нефти и угля в топках электростанций, 20% — на сжигание ископаемого топлива в различных производственных процессах.

В атмосфере присутствуют пять основных азотсодержащих газов: N₂, NH₃, NO, N0₂, N₂0. Основная информация, которой рас­полагают специалисты, о влиянии соединений азота на организм че­ловека относится к диоксиду азота. Изначально диоксид азота со­ставляет 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу; однако в ходе сложной последовательности химических реакций в воздухе значительная часть оксида азота превращается в диоксид азота, которая является гораздо более опасным соединением. Диоксид азота — газ с неприятным запахом, ослабляет адаптацию глаз к темноте. Эффект воздействия диоксида азота на организм человека свя­зан с повышением усилий, затрачиваемых на дыхание. Люди с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность в ды­хании уже при концентрации N0₂ 0,038 мг/м³. Кроме того, как и оксид углерода, газообразный диоксид азота может связываться с гемоглобином, делая его неспособным выполнять функцию переносчика кислорода к тканям тела.

- углеводороды (метан, бензин и т.д.). — на них приходится около 98 % всех выбросов в атмосферу. По­падают в атмосферу при неполном сгорании бензина и дизельного топлива.

- Свинец и другие тяжелые металлы.

Свинец – кумулятивный яд, т.е. он постепенно накапливается в организме человека. Присутствующий в атмосфере свинец непрерывно добавляется к тому количеству, которое уже содержится в нашем организме. Свинец уменьшает скорость образования эритроцитов в костном мозге и блокирует синтез гемоглобина, что приводит к умственной отсталости у детей и гипертонии у взрослых. Основной источник поступления свинца в воздух краски и сгорание бензина с добавлением тетраэтилсвинца, либо тетраметилсвинца.

- Радиоактивные вещества (радон 222, йод – 131 и др.);

Являясь мощным стимулом социально-экономического развития, транспорт выступает в качестве одного из основных источников загрязнения окружающей среды. На долю транспорта приходится значительная часть (до 50%) химического и подавляющая доля (до 90%) шумового загрязнения, особенно в городах В выбросах транспортных средств основными загрязняющими веществами являются оксиды углерода и азота, углеводороды, альдеги­ды, сажа и бенз(а)пирен. Среди промышленных предприятий наиболее значительный вклад вносят предприятия металлургии и машиностроения, химии, нефтехимии, производства удобрений, лесоперерабатывающей промышленности. Так же в атмосферу выбрасываются более токсичные вещества. Вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой кислот, органические растворители.

Единой общепризнанной классификации источников выбросов, так же как и единой классификации выбросов не существует. Однако, на основании ГОСТ 17.2.1.01-76, ГОСТ 12.2.01.04-77 и ряда литературных источников, можно дать классификацию по нескольким признакам.

Классификация выбросов. Выбросы подразделяются на следующие классы.

1. Газовые и аэрозольные. Парогазовые выбросы — смесь газов, не несущих в себе твердых или жидких взвешенных частиц. Эта группа делится на:

1а — Выбросы, не подлежащие очистке по причине их безвредности, либо по причине экономической целесообразности рассеивания через невысокие трубы, либо из-за полного отсутствия технических возможностей очистки в данный период времени.

1б — Выбросы, подлежащие обязательной очистке. Сюда относятся выбросы, содержащие вредные компоненты, отрицательное влияние которых не может быть устранено только путем рассеивания. Подразумевается, что технические средства для очистки имеются.

Эта категория выбросов встречается крайне редко. В большинстве случаев парогазовыми называют аэрозольные выбросы, где концентрация дисперсной среды пренебрежимо мала.

Аэрозольные выбросы — смесь газов, несущая твердые и жидкие взвешенные частицы. Эта группа делится на:

2а — Аэрозоли, в которых дисперсная фаза подлежит улавливанию, а парогазовая (дисперсная среда) относится к подгруппе 1а и при этом не оказывает влияния на работу газоочистных сооружений.

2б — Аэрозоли, в которых дисперсная фаза подлежит улавливанию, а дисперсная среда относится к подгруппе 1а и при этом оказывает определенное влияние на ход очистки. Например, ничтожное содержание SO₂ не требует его улавливания, но внутри воздуховода может образоваться слабокислый концентрат, вызывающий коррозию.

2в — Аэрозоли, в которых дисперсная фаза подлежит улавливанию, а парогазовая (дисперсная среда) относится к подгруппе 1б. В этом случае требуется либо комбинированная очистка в одном аппарате, либо комбинация последовательно расположенных аппаратов для селективного улавливания дисперсной фазы и вредных примесей дисперсионной среды.

2г — Аэрозоли, у которых дисперсная среда относится к подгруппе 1б, а дисперсионная фаза улавливанию не подлежит (например, из-за низкой ее концентрации) и в то же время не оказывает влияния на процесс очистки.

2д — Аэрозоли, у которых дисперсная среда относится к подгруппе 1б, а дисперсионная фаза улавливанию не подлежит, однако может оказывать влияние на процесс очистки (например, постепенно загрязнять жидкий или твердый поглотитель).

2е — Аэрозоли, у которых дисперсная среда относится к подгруппе 1а, а дисперсная фаза — к 2г или 2д.

2. Технологические и вентиляционные.

К технологическим относятся хвостовые выбросы технологических процессов, выбросы при продувке технологического оборудования, постоянно действующие дыхательные трубы, периодически действующие предохранительные клапаны, трубы ТЭЦ и котельных и т. п. Технологические выбросы характеризуются высокой концентрацией вредных веществ при относительно небольшом объеме газовоздушной смеси.

К вентиляционным относятся выбросы общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Вентиляционные выбросы общеобменной вентиляции характеризуются большими объемами газовоздушной смеси, но низкими концентрациями вредных веществ. Объемы вентиляционных выбросов бывают настолько велики, что валовое количество вредных веществ, содержащихся в них, часто превышает технологические. Поэтому, в настоящее время появилась настоятельная необходимость в разработке современных методов и средств очистки не только технологических, но и вентиляционных выбросов.

3. Организованные и неорганизованные.

К организованным относятся выбросы, отводимые от мест выделения трубами, газоходами, воздуховодами, что позволяет применять для улавливания содержащихся вредных веществ соответствующие установки. Неорганизованными являются выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта.

4. Нагретые и холодные.

Различаются по перепаду температур между выбросом и окружающей средой.

В соответствии с ГОСТ 17.2.1.01-76 выбросы классифицируются по составу.

Выброс, состоящий из сернистого ангидрида с массой 2000 кг/ч, кислоты с размером частиц от 0,5 до 3 мкм и массой 50 кг/ч, сажи с размером 1 мкм с массой 60 кг/ч.

Классификация источников выбросов. Источники выбросов подразделяются :

1. По характеру происходящих в них технологических процессов: топочные устройства, сушильные агрегаты, различные печи и т. д. Характеристика источников выбросов по отраслям будет дана в главе 3.1.

2. На точечные, линейные и плоские источники.

Точечный источник — источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества из установленного отверстия. Линейный источник — источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества с установленной линии. Плоский источник — источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества с установленной площади.

К точечным выбросам относятся трубы, шахты, крышные вентиляторы и т. д. К линейным — аэрационные фонари, технологические линии и ряд близко расположенных источников.

3. На высокие источники (Н  50 м); источники средней высоты (Н = 1050 м); низкие источники (Н = 210 м), наземные источники (Н  2 м).

4. На стационарные и передвижные.

5. На источник непрерывного действия, прерываемого действия, нерегулярного действия.

Источник непрерывного действия — источник, выбрасывающий загрязняющие вещества непрерывно, в течении длительного времени.

6. Затененные и незатененные.

Критерии выбросов. Критерии выбросов применяются для следующих целей:

— определение загрязнений;

— контроль выбросов от источников;

— установление существующего уровня и предела опасно возрастающего загрязнения атмосферы;

— контроль функционирования газоочистного оборудования;

— оценка технического уровня производства;

— инспекционные цели.

Критерии выбросов бывают количественные и качественные.

Количественные показатели могут быть выражены в массовых или объемных единицах, либо в процентном отношении к различным параметрам, таким как продолжительность, масса или объем газов, выходящих из источника, производительность источника или объем потребляемого сырья, выход конечного либо промежуточного продукта.

К количественным показателям относятся:

1. Массовый поток выброса М (мощность выброса). Это масса выделяющихся загрязняющих веществ в единицу времени. Выражают его в г/с, кг/ч, т/г. Этот критерий дает сведения об общем количестве выбросов и поэтому является главным образом гигиеническим и балансовым критерием. Он не слишком полезен при ограничении выбросов.

2. Массовая концентрация выброса С. Масса выделяющихся загрязняющих веществ, отнесенная к единице объема газа при условиях сухого или влажного газа, стандартизированных по температуре и давлению (температура 0С и давление 101,325 кПа).

Такой «концентрационный критерий» весьма полезен для технологии и контроля загрязнений, поскольку он выражает концентрацию и степень отделения загрязняющего вещества в отходящем газе и позволяет предложить варианты очистки загрязненных газов.

, кг  м³ , 1.3

где V — скорость газа.

Этот показатель выражают в мг/м³ или г/м³. Иногда применяют соотношения объемных единиц, имеющих преимущества безразмерных параметров (%, ppm, ppb), хотя они и не соответствуют рекомендациям Всемирной организации здоровья (ВОЗ).

В американской литературе в качестве объемных критериев используют величины ppm и ppb, особенно для газов (1 ppm_об = 1 см³/м³), а иногда и в виде массовых величин для твердых веществ (1 ppm_масс = 1мг/кг). При очень малых концентрациях в воздухе пользуются данными в ppb, соответствующих 1:10⁹ (1 ppb_об = 1 мм³/м³) (10⁹ носит в Америке наименование биллион, а в Европе — миллиард). Зарубежная газоаналитическая аппаратура градуирована также в размерности миллионных ppm или миллиардных ppb долей по объему. В связи с этим возникает необходимость пересчета объемных долей на концентрации, выраженных в мг/м³.

В табл. 1.8 приведены формулы пересчета концентраций газов и паров одной размерности в другую (при температуре 0С, давлении 760 мм рт. ст.).

Концентрацию рассчитывают по уравнению:

,

где F — фактор пересчета; а — значение концентрации в исходной размерности; b — то же, в искомой размерности. Фактор пересчета находят по месту пересечения строки исходной концентрации с графой искомой размерности.

Например, пересчитаем 20 ррm диоксида серы (М = 64,06) на мг/м³:

мг/м³.