Охрана воздушной среды

Общеизвестно, что атмосферный воздух постоянно загрязняется. На­блюдаемые, несмотря на это, относительное постоянство состава и чистота ок­ружающей среды атмосферы сохраняются благодаря могучим силам самоочищения: ветру, способствующему уносу загрязнений из населенных мест и замене загрязненного воздуха чистым; промывающему действию осадков; химическому действию кислорода и озона, окисляющих органические и другие примеси; растениям, поглощающим углекислоту и обогащающим воздух кислородом, и т. д. Однако опыт показывает, что естественных сил самоочищения не всегда достаточно для сохранения чистоты атмосферного воздуха в населенных пунктах. Необходимы мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха от загрязнения.

Таблица 1. Состав атмосферного и выдыхаемого человеком воздуха

Газ	Атмосферный воздух, % по объему	Выдыхаемый воздух, % по объему
Кислород Двуокись углерода Азот Другие газы и примеси	20.94 0.04 78.08 0.94	16.0 4.7 78.26 0.94

Поскольку организм человека тесно соприкасается с воздушной средой, на него воздействует не только состав воздуха, но и метеорологические факторы, характеризующие физическое состояние атмосферы: температура, влажность и движение воздуха, атмосферное давление, солнечная радиация, пронизывающая атмосферу, и др. Совокупность этих факторов обусловливает погоду и климат разных мест.

Метеорологические факторы отличаются непостоянством и являются важными меняющимися по силе раздражителями организма. Температура, влажность, движение воздуха и лучистая энергия оказывают большое влияние на одну из важнейших функций человеческого организма—на тепловой обмен. Велико также физиологическое значение солнечной радиации.

Изучение действий отдельных метеорологических факторов, а также погоды и климата на организм человека позволяет разработать рекомендации как для использования положительного влияния этих факторов на здоровье (солнечные ванны, закаливающие процедуры, климатическое лечение и т.д.), так и для предупреждения их вредного воздействия, в частности перегрева, солнечных ожогов, охлаждения, обморожений, простудных заболеваний и пр.

Состав воздуха и его гигиеническое значение

Атмосферный воздух представляет собой физическую смесь кислорода, двуокиси углерода и других газов в соотношениях, указанных в таблице 1. Состав воздуха при подъеме даже на несколько десятков километров меняется мало. Однако, ввиду того, что с высотой воздух разрежается, содержание каждого газа в единице объема уменьшается (падает парциальное давление[10], Р).

В чистом воздухе лесов, больших парков, у берегов морей содержится незначительное количество озона, образующегося в результате действия ультрафиолетовых лучей солнца на кислород.

Рассмотрим гигиеническое значение важнейших составных частей атмосферного воздуха.

Кислород (20,94%, Ро₂ 213 гПа, около 160 мм. рт. ст.[11]) важнейший компонент воздуха. Колебания содержания кислорода в открытой атмосфере незначительны. Если чистый воздух у берегов моря содержит до 20,99% кислорода, то даже в наиболее загрязненном воздухе промышленных центров его не менее 20,5%. Подобные колебания содержания кислорода в воздухе не оказывают заметного влияния на организм человека. Физиологические сдвиги наблюдаются в том случае, если содержание кислорода падает до 16—17% (Ро₂ 160 гПа, или 120 мм рт. ст.); при 11—13% (Ро₂120 гПа, или 90 мм рт. ст.) отмечается выраженная кислородная недостаточность, ведущая к резкому снижению работоспособности.

Кислородная недостаточность из-за снижения парциального давления кислорода может наблюдаться при полетах на самолетах (высотная болезнь) и при восхождении на горы (горная болезнь, начинающаяся на высоте около 3 км). Низкая концентрация кислорода может создаваться в воздухе замкнутых и герметически закрытых пространств, например, в подводных лодках при аварии, а также в рудниках, шахтах и заброшенных колодцах, где кислород может быть вытеснен другими газами. Предупредить это можно с помощью индивидуальных кислородных приборов.

Для предупреждения горной болезни большое значение имеет постепенная акклиматизация (приспособление) к условиям разреженной атмосферы. При пребывании в горах в крови увеличивается количество гемоглобина и эритроцитов, а окислительные процессы в тканях протекают интенсивнее, что позволяет человеку приспосабливаться к жизни на все больших высотах. Имеются горные селения, расположенные на высоте 3—5 км над уровнем моря (Тибет).

Для медиков большой интерес представляет особенность действия повышенных концентраций кислорода. Вдыхание воздуха, обогащенного кислородом до 40— 60% (Ро₂ 430—640 гПа, или 320—480 мм рт. ст.), применяют при лечении кислородной недостаточности. Если в барокамере повысить давление до 3 ата, то Ро₂ возрастет до 640 гПа, или 480 мм рт. ст. (160Х3). Пребывание человека в подобных условиях улучшает кислородный режим тканей, находящихся в состоянии гипоксии, нормализует их жизнедеятельность. Этот метод лечения называют гипербарической оксигенацией.

Двуокись углерода (угольный ангидрид, углекислый газ), (СО₂)—бесцветный газ, без запаха, он не раздражает слизистые оболочки и даже при большом содержании в воздухе не обнаруживается человеком, что может способствовать отравлению. Двуокись углерода в раза тяжелее воздуха, поэтому может накапливаться в нижней части замкнутых пространств.

Концентрации двуокиси углерода в атмосферном воздухе или воздухе жилых и общественных зданий сами по себе заметно не влияют на организм человека. Тем не менее, считают, что накопление в воздухе этих помещений выше 0,1—0,15% СО₂ свидетельствует о недостаточной вентиляции, т. е. двуокись углерода является косвенным санитарным показателем чистоты воздуха.

Если концентрация СО₂ в воздухе достигает 1%, то в организме человека начинают обнаруживаться явления нарушения обменных процессов (ацидоз), но работоспособность еще не изменяется. При большей концентрации СО₂ (1,5—3%) у части людей появляются признаки отравления (одышка, головная боль и др.) и снижения работоспособности. При 10—12% наблюдается быстрая потеря сознания и смерть.

Описаны случаи отравления СО₂ в замкнутых или герметически закрытых помещениях (шахты, рудники, подводные лодки), а также в ограниченных пространствах, где происходило интенсивное разложение органических веществ (глубокие колодцы, силосные ямы, бродильные чаны на пивоваренных заводах, канализационные колодцы и т. п.).

Существуют нормы ПДК СО₂ в различных помещениях. Так, в космических кораблях, подводных лодках концентрация СО₂ не должна превышать 0,5—1%, в бомбо- и газоубежищах и им подобных объектах—2%.

Охлаждая СО₂ при обычном давлении, получают твердую снегообразную массу («сухой лед») с t_возг.78,50 °С. Растворимость 0,88 объема газа в 1 объеме воды при 20 °С; в водном растворе в присутствии щелочей образует соли угольной кислоты. Как продукт полного окисления углерода поступает в воздух при сжигании топлива и при дыхании. Главный источник углерода растений, усваивающих углерода диоксид при фотосинтезе. Углерода диоксид получают при обжиге известняка, окислении углеводородных топлив. Применяют в производстве соды, при газировании воды, в огнетушителях.

Азот и другие инертные газы составляют около 79% атмосферного воздуха. При нормальном давлении они физиологически недеятельны; гигиеническое значение азота заключается в разбавлении кислорода и снижении его токсических свойств.

Серы диоксид (сернистый ангидрид, сернистый газ), SO₂, бесцветный газ с резким запахом, t_пл.-75,46 °С, t_кип.-10,1 °С; при обычной температуре сжижается под давлением 0,4-0,5 МПа. Входит в состав вулканических газов. В промышленности получают обжигом сульфидных руд (например, пирита). Применяется главным образом в производстве серной кислоты, а также как восстановитель, отбеливатель, консервант, хладагент, антиоксидант и др. Ядовит. Один из основных промышленных газов, загрязняющих атмосферу. Вызывает кислотные дожди.

Углерода оксид (угарный газ), СО, газ без цвета и запаха, плотность 1,25 г/л, tкип-191,5 °С. Образуется при неполном сгорании углерода или его соединений (в печах, двигателях внутреннего сгорания). На воздухе горит, синим пламенем (2СО + О2 = 2СО2). В промышленности получают газификацией топлив, при конверсии газов. Сырье основного органического синтеза, высококалорийное топливо. Углерода оксид ядовит.

Азота оксиды: гемиоксид N₂O и монооксид NO (бесцветные газы), сесквиоксид N₂O₃(синяя жидкость), диоксид NO₂(бурый газ, при обычных условиях смесь NO₂и его димера N₂O₄), оксид N₂O₅(бесцветные кристаллы). N₂O и NO — несолеобразующие оксиды, N₂O₃с водой дает азотистую кислоту, N₂O₅— азотную, NO₂— их смесь. Все оксиды азота физиологически активны. N₂O — средство для наркоза («веселящий газ»), NO и NO₂— промежуточные продукты в производстве азотной кислоты, NO₂— окислитель в жидком ракетном топливе, смесевых ВВ, нитрующий агент.

Сероводород (сернистый водород), H₂S, бесцветный газ с запахом тухлых яиц; t_пл.-85,54 °С, t_кип. -60,35 °С; при 0 °С становится жидким под давлением 1 МПа. Восстановитель. Побочный продукт при очистке нефтепродуктов, коксовании угля и др.; образуется при разложении белковых веществ. Содержится в некоторых минеральных водах и лечебных грязях. Применяется в производстве серы, серной кислоты, сульфидов, в органическом синтезе, химическом анализе, для приготовления лечебных сероводородных ванн. Ядовит.

Хладоны (фреоны), техническое название группы насыщенных алифатических галогенсодержащих углеводородов, применяемых в качестве хладагентов; газы (напр., CCl₂F₂, t_кип— 29,8 °C) или летучие жидкости (напр., CCl₃F, tкип23,7 °C). Нетоксичны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, не реагируют с большинством металлов. Используются как пропелленты, растворители и др. Некоторые хладоны разрушающе действуют на озоновый слой атмосферы Земли, в связи, с чем объем их производства сокращается.

Загрязнение атмосферного воздуха

Мощным источником загрязнения воздуха атмосферы является сжигание топлива. При этом в воздух выбрасываются летучая зола, сажа, двуокись и окись углерода, сернистый ангидрид, окислы азота, ароматические углеводороды, в том числе канцерогенные, и др.

Ветер разносит дым на большие расстояния, вследствие чего вокруг крупных электростанций, металлургических предприятий и ряда других промышленных объектов атмосферный воздух может быть загрязнен в радиусе 1—5 км и более.

Составной частью дыма, образующегося при сгорании каменного угля, торфа, минеральных масел, является сернистый газ (SO₂). Сернистый газ (сернистый ангидрид) в воздухе частично окисляется в серный ангидрид (SO₅), который, взаимодействуя с водяными парами, образует серную кислоту. Сернистый газ даже в ничтожных концентрациях (около 0,8 мг/м³) вредно влияет на зеленые насаждения, особенно хвойные, и может вызвать их гибель. В больших концентрациях он придает воздуху неприятный запах (4—8 мг/м³), раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей (20 мг/м³) и оказывает обще токсическое действие. Сернистый ангидрид в 2 раза тяжелее воздуха, что способствует загрязнению им приземного слоя атмосферы.

Определенную роль в загрязнении атмосферы дымом играет окись углерода, или угарный газ (СО). Окись углерода чрезвычайно ядовита. Это бесцветный газ без запаха, не раздражающий слизистые оболочки, что усиливает опасность отравления им, так как человек не обнаруживает присутствие угарного газа в воздухе даже при смертельных концентрациях. Обладая значительно большим, чем кислород, сродством к гемоглобину крови, окись углерода связывает (блокирует) его, образуя карбоксигемоглобин (СОНb), из-за чего нарушается доставка кислорода тканям. Из крови часть окиси углерода диффундирует в ткани, нарушая в них деятельность дыхательных ферментов и, следовательно, тканевое дыхание. Особенно чувствительны к кислородному голоданию клетки головного мозга.

В легких случаях отравления наблюдаются головная боль, тяжесть в голове, слабость, головокружение, тошнота, рвота, в более тяжелых—потеря сознания, судороги (табл. 2).

Отрицательно влияют на состояние атмосферного воздуха и содержащиеся в дыме частицы золы и сажи. Являясь центрами конденсации водяных паров, они увеличивают в населенном пункте облачность и количество пасмурных дней. Снижая прозрачность атмосферы, дым значительно уменьшает освещенность солнечным светом. Например, в Лондоне в связи с загрязнением атмосферного воздуха дымом освещенность солнечным светом на 20—50% меньше, чем в окрестностях города.