Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.
Степень воздействия зависит от количественных характеристик указанных факторов и длительности их воздействия.
Загрязнение атмосферного воздуха в настоящее время вызывает серьезную озабоченность.
Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которые оказывают негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем в целом. Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, дым от лесных и степных пожаров и т.д.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ (ЗВ) в процессе деятельности человека. По масштабам оно превосходит природное.
Уровень загрязнения атмосферного воздуха имеет значительные колебания во времени и пространстве. Эти колебания связаны с особенностями источников эмиссии загрязнителей (тип источника, природа и свойства загрязняющих воздух веществ, объем выброса и т.п.) и с влиянием метеорологических факторов (направление и скорость ветра, температурные инверсии, атмосферное давление, влажность воздуха, рельеф местности и расстояние до источника загрязнения).
Источники загрязнителей воздуха (ЗВ)
Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят следующие отрасли промышленности:
По агрегатному состоянию выбросы ЗВ в атмосферу классифицируются следующим образом:
Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной или иной деятельности человека - диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98 % в общем объеме выбросов ЗВ.
Кроме указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных ЗВ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (ТМ) (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др.); углеводороды (СnH m ), среди которых наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и т.д.); альдегиды и, в первую очередь, формальдегид; сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.
Наиболее опасное загрязнение атмосферы - радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами - продуктами испытания ядерного оружия, проводившимися в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.
Наиболее распространенные загрязнители окружающей среды в городах — диоксид серы (SO2), взвешенные частицы и оксиды азота (NOx), озон (O3), оксид углерода (CO), свинец (Pb). Сжигание полезных ископаемых ведет к высвобождению SOx и NO2. Озон — фотохимический окислитель и основная составляющая часть фотохимического смога — не высвобождается прямо из источников сгорания, но образуется в нижних слоях атмосферы из NOx и летучих органических соединений в присутствии солнечного света. В таблице представлены основные источники загрязнителей атмосферного воздуха.
Основные источники загрязнителей воздуха вне помещений
| Загрязнители | Источники |
|---|---|
| Оксиды серы (SOx) | Сгорание угля и нефти, места выплавки руды |
| Взвешенные частицы | Продукты сгорания (топлива, биомассы), табачный дым |
| Оксиды азота (NOx) | Сгорание топлива и газа. |
| Оксид углерода (CO) | Неполное сгорание бензина и газа |
| Озон (O3) | Фотохимическая реакция |
| Свинец (Pb) | Сгорание бензина, сгорание угля, производство батарей, кабеля, припоя, краски |
| Органические вещества (Cn Hm) | Нефтехимические растворители, испарение несгоревшего топлива |
Две основные группы факторов, влияющих на распространение и перенос выбросов загрязнителей воздуха, — метеорологические (включая влияния микроклимата, такие как «тепловые островки») и топографические факторы.
В зависимости от масштабов различают:
Тепловая инверсия вносит вклад в проблему распространения взвешенных частиц в местах с умеренным и холодным климатом. В нормальных условиях распространения горячие газы-загрязнители поднимаются вверх, вступая в контакт с более холодными воздушными массами с повышением высоты. Однако при определенных обстоятельствах температура может увеличиваться с увеличением высоты, в результате формируется инверсионный слой, способствующий накапливанию загрязнителей вблизи источника выбросов и задержке их диффузии.
Крупномасштабное распространение загрязнения воздуха из больших городских зон может оказывать воздействие, проявляющееся как в рамках страны, так и в рамках региона. Например, оксиды азота и серы могут вносить свой вклад в кислотные осадки, выпадающие на значительных расстояниях от источника выбросов. Концентрации озона часто увеличиваются по направлению ветра от городских зон, т.е. задержка по времени вносит свой вклад в фотохимические процессы.
Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами - от прямой и немедленной угрозы (смог, угарный газ и др.) до медленного и постепенного разрушения систем жизнеобеспечения организма.
Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с атмосферной влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути. Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO2), вызывает тяжелое заболевание легких - силикоз.
Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки (глаз, легких) участвуют в образовании ядовитых туманов и т.д.; особо опасны они в воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями (возникает эффект синергизма, т.е. усиления токсичности всей газообразной смеси).
Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа, СО): при остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три - семь дней после отравления).
Среди взвешенных частиц (пылей) наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, способные проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки.
Весьма неблагоприятными последствиями могут сопровождаться и такие незначительные по объему выбросы, как содержащие свинец, бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Эти поллютанты угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают иммунитет и т.д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма.
Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, имеют широчайший диапазон действия: От кашля до летального исхода.
Антропогенные выбросы загрязняющих веществ наносят большой вред также растениям, животным и экосистемам планеты в целом. Описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых).
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:
Полностью отказаться от выведения промышленных отходов в природную среду человек пока не может. Но поскольку многие примеси неблагоприятно воздействуют на людей, животных, растения, необходимо ограничить поступления этих примесей в природную среду. Основным показателем, используемым для контроля качества воздуха, является предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК) максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного действия. Как правило, устанавливается в мг/м3.
Если вещество оказывает на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую среду.
Реальная ситуация, связанная с временной невозможностью полностью прекратить выброс вредных соединений в воздушную среду, выражается в том, что существует раздельное нормирование содержания примесей в воздухе, так как используются два типа ПДК: для воздуха рабочей зоны - ПДКрз и населенного пункта — ПДКнп. Раздельное нормирование содержания примесей предусматривает также разделение ПДК на максимальные разовые — ПДКмр и среднесуточные — ПДКсс.
ПДКмр - это характеристика опасности вредного вещества. Она устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, световой чувствительности, изменения биоэлектрической активности головного мозга и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. ПДКсс установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест регламентированы Гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03, утвержденными постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30 мая 2003 г. № 114. В соответствии с указанными нормативами установлены класс опасности вещества, допустимая максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей. Для вредных веществ, для которых ПДК не утверждены, определены ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов (См. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2505-09 «Дополнение № 4 к ГН 2.1.6.2309-07 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»», утвержденные постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 27 апреля 2009 г. № 25.
В таблице приведены предельно допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферный воздух в населенных пунктах.
ПДК наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферный воздух в населенных пунктах
| Вещества | Класс опасности | ПДК мр | ПДК сс |
|---|---|---|---|
| NO2 | 2 | 0,085 | 0,04 |
| CO | 4 | 5,0 | 3,0 |
| Пыль неорганическая | 3 | 0,15-0,5 | 0,05-0,15 |
| Сажа | 3 | 0,15 | 0,05 |
| SO2 | 3 | 0,5 | 0,05 |
H2
| 2 |
0,008 |
- |
|
| Бенз(а)пирен | 1 | - | 0,1 мкг/100 м3 |
| HNO3 | 2 | 0,4 | 0,15 |
| Свинец и его соединения | 1 | 0,0003 |
При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других производств, выбросы строящегося предприятия ограничивают с учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривают в качестве фоновой концентрации (С ф).
В настоящее время невозможно ограничить содержание примесей до ПДК на выходе из источника выброса, и раздельное нормирование допустимых уровней загрязнения учитывает эффект перемешивания и рассеивания примесей в атмосфере. Управлять процессами рассеивания человек не может, поскольку они зависят от метеорологических и климатических условий. Тем не менее допустимые уровни загрязнения жилых районов должны соблюдаться независимо от расстояния до источников выбросов вредных веществ. Следовательно, производство должно ограничивать и контролировать количество выбрасываемых веществ.
Регламентирование выбросов вредных веществ в атмосферу через те или иные источники осуществляется на основе установления предельно допустимых выбросов (ПДВ). Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу это научно-технический норматив, предусматривающий, что концентрация загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупность не превышают нормативную концентрацию этих веществ. ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы при условии, что выбросы вредных веществ с учетом рассеивания не создадут приземной концентрации, превышающей ПДК.
Если концентрация вредного вещества в расчетной точке превышает предельно допустимую для данного вещества, а снижение ПДВ до требуемых значений не может быть обеспечено по объективным причинам, то вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ до ПДВ, т.е. на каждом этапе устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ).