 |
|
Лекция 6-7 (“Экология”). Атмосфера: состав и структура. Защита атмосферы. Виды загрязнений, принципы нормирования загрязнений в атмосфере. ПДК. Контроль, способы очистки.
6.1. Атмосфера - газовая оболочка Земли, состоит в основном из азота и кислорода. Из числа малых по количеству газов выделяются СО2 и озон.
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности - тропосфера (7-10 км - на полюсах, 10-12 - в средних широтах, 16-18 км - на экваторе). В тропосфере содержится 4/5 массы воздуха и 80% влаги, именно здесь развиваются процессы, определяющие климат Земли.
Выше - стратосфера (протяженность - 40 км). Верхняя часть атмосферы состоит главным образом из атомарного кислорода и азота, выше 600 км преобладает гелий, а еще выше на высоте 2000 - 20000 км простирается водородная корона Земли.
Наиболее значимыми для биотических процессов являются кислород и углекислый газ.
Содержание О2 в среднем 20,95% (по объему), общее кол-во -1,5.1015 т. На раннем этапе эволюции органического мира атмосфера была богата основной пищей автотрофных растений - СО2 (0,1-0,4%), сейчас - 0,03%. Продуктивность растений была максимальной - запасы топлива в земле и рост О2.
По расчетам сейчас ежегодно фотосинтетическая продукция кислорода составляет 120 - 190.109 т., при ежегодном расходе на все нужды 10 - 16%. Человек ежесуточно потребляет 20 м3 воздуха.
Главной составной частью атмосферы является азот (78,09%). При очень высоком парциальном давлении он оказывает наркотическое действие. В атмосфере всегда присутствуют также инертные газы (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон), радон и его изотопы, озон (10-6 %).
Слой озона тонок (осажденный слой у поверхности Земли - 2 - 4 мм). Озон поглощает УФ излучение солнца и задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.
СО2 в атмосфере 2,3.1012 т (сжигание топлива ежегодно дает 1010 т.) В океане - в 60 раз больше СО2 (1,3.1014 т). Он лучше растворяется в холодной воде, идет на образование скелетов организмов (бикарбонат кальция), из скелетов - атоллы.
Зеленые растения ежегодно потребляют из атмосферы 16.1010 т СО2. В настоящее время содержание СО2 в атмосфере растет. (ПДК СО2 для помещений - 0,1%).
В атмосфере содержится ничтожное кол-во водорода (0,0001% по числу атомов). Наиболее важная переменная составляющая часть атмосферы - водяной пар.
Заметное влияние на радиационные процессы в атмосфере оказывает аэрозоль. Наряду с газообразными и пылевидными примесями в воздухе содержатся микроорганизмы (бактерии, грибки, споры). Под действием земного радиоактивного излучения и космических лучей в атмосфере образуются положительные и отрицательные ионы.
В современном мире значительное число болезней порождено неблагоприятной экологической обстановкой. Огромный ущерб здоровья наносят токсичные вещества, содержащиеся в табаке, наркотиках и алкоголе, воздействию которых человек подвергает себя добровольно.
Для оценки экологической ситуации используется показатель - экологичность “валового внутреннего продукта” (ВВП). Рассчитывается как отношение выбросов СО2 промышленностью к единице ВВП в долларах. Для стран СНГ этот показатель равен 592, в то время как для США - 383, Германии - 211, Японии – 190. Следует иметь ввиду, что вследствие трансграничного переноса загрязняются все страны и регионы Земли.
Основная доля загрязнений в городах РФ (до 85%) приходится на двуокись серы, пыль, окись углерода и окислы азота.Остальное кол-во приходится на долю специфических веществ, таких как сероводород, хлор, сероуглерод, аммиак, соединения фтора, углеводород.
Загрязнение воздуха городов РФ двуокисью серы близко к ПДК (0,1 - 0,2 мг/м3), содержание окислов азота 0,02-0,04 мг/м3 (ПДК - 0,085 мг/м3), содержание СО 1- 3 мг/м3 (ПДК - 3 мг/м3).
Серьезной проблемой является загрязнение бенз(а)пиреном (автотранспорт). Особое место занимают выбросы тяжелых металлов. Концентрация свинца за счет автотранспорта, использующего этилированный бензин, значительно превышает ПДК, равное 0,7 млг/м3.
Концентрация СО2 в атмосфере в последние десятилетия возросло с 0,0312 до 0,0320 %, увеличиваясь на 0,2% от исходной величины в год. По прогнозам дальнейшее повышение СО2 до 0,03 - 0,06% может вызовет подъем средней температуры земной поверхности на 20 С, что изменит тепловой баланс планеты.
Малые газовые составляющие, оказывающие влияние на температурный режим тропосферы - закись азота N2O, фреон, метан, тропосферный озон. Большое влияние на тепловое загрязнение атмосферы оказывают аэрозоли.
Приток тепла от Солнца - 1,8.1017 Вт, антропогенное выделение тепла: в 1975 г. - 7.1012 Вт, в 2000 г. - 2.1013 Вт. Согласно расчетам, повышение температуры воздуха на 1,5 град. С требует затрат энергии 1,8.1015 Вт.
7.1. Нормы выброса токсичных веществ - ГОСТ 17.2.2.03-77 СО не более 1,5% - это пока технически достижимая величина (но не гигиеническая норма).
Мероприятия по снижению выбросов автотранспорта: сокращение содержания свинца, добавление к топливу присадок, использование сжиженного газа (выбросов на 60% меньше, дешевле в 2 раза), использование нейтрализаторов выхлопных газов, совершенствование ДВС, электромобиль, использование водорода. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20-30%, более того, для производства 1 л дизтоплива требуется 2,95 раза меньше энергии. В США продается более 25% автомашин, оборудованных дизельными двигателями.
Основы гигиенического нормирования ПДК загрязнений.Основной характеристикой примесей является концентрация - масса (мг) вещества в единице объема (м3) воздуха при нормальных климатических условиях. Концентрация примесей - основной параметр при их нормировании.
ПДК - максимальная концентрация примеси в атмосфере, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного действия ни на него, ни на окружающую среду в целом (включая отдаленные последствия).
ПДК для растений - за предельно допустимую разовую дозу загрязненного воздуха принимается концентрация газа, при которой после 5 минут воздействия фотосинтез уменьшается на 10%.
ПДК загрязняющих веществ регламентируются списком Минздрава, в соответствии с которым установлены:
· класс опасности вещества,
· допустимая максимальная разовая концентрация,
· допустимая среднесуточная концентрация примесей.
Максимальная разовая ПДК - основная характеристика вредного вещества. Она устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, световой чувствительности, изменение биоэлектрической активности головного мозга и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей.
Среднесуточная ПДК установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др. влияния вредных веществ на человека.
По степени воздействия на организм вредные в-ва делятся на:
· чрезвычайно опасные (ПДК в воздухе рабочей зоны до 0,1 мг/м3 ),
· высокоопасные (ПДК от 0,1 до 1 мг/м3 ),
· умеренно опасные (ПДК от 1,1 до 10 мг/м3 ),
· мало опасные (ПДК более 10 мг/м3 ).
Вредные вещества находятся в воздухе как в парообразном состоянии (газ), так и в виде аэрозолей (тонко- и грубодисперсном).
Наибольшая концентрация любого вредного вещества не должна превышать максимальной разовой ПДК при экспозиции не более 20 минут. Если время воздействия больше, то концентрация не должна превышать средней суточной.
При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию:
С1 /ПДК1 + С2/ПДК2 + .....+ СN/ПДКТ £ 1.
В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02 - 78 для каждогопроектируемого и действующего промышленного предприятияустанавливается предельно-допустимый выброс вредных веществ в атмосферупри условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК.