Вредные примеси пирогенного происхождения, содержащиеся в промышленных

выбросах. Наибольший ущерб из них наносят следующие:

Оксид углерода, образуется при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами.

Активно реагирует с составными частями атмосферы, способст­вует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта. Ежегодно в ат­мосферу поступает не менее 1250 млн т этого газа. Концентрация СО, превышающая предельно допустимую, приводит к физиологическим изменениям в организме человека. Объясняется это тем, что СО — иск­лючительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином. В результате реакции образуется карбоксигемоглобин, повышение содержания которого в крови (сверх нормы, равной 0,4 %) сопровождается:

• ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени;
нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании
2-5 %);

• изменениями деятельности сердца и легких (при содержании более 5 %);

• головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и в некоторых
случаях смертью (при содержании более 10 %).

Степень воздействия оксида углерода на организм зависит не только от его концент­рации, но и от времени пребывания (экспозиции) человека в загазованном СО воздухе. К счастью, образование карбоксигемоглобина в крови — процесс обратимый: после прекра­щения вдыхания СО начинается его постепенный вывод из крови; у здорового человека со­держание СО в крови каждые 3-4 ч уменьшается в 2 раза.

Оксид углерода — очень стабильное вещество, время его жизни в атмосфере состав­ляет 2-4 мес. При ежегодном поступлении 350 млн т концентрация СО в атмосфере должна была бы увеличиваться примерно на 30 тыс. т/год. Однако этого, к счастью, не наблюдается, чем человечество обязано, в основном, почвенным грибам, очень активно разлагающим СО (положительную роль играет также переход СО в СО2).

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным про­дуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет тем самым заболевания дыхательных путей человека. Выпаде­ние аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрас­тающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты. Предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3) в комбинации со взвешенными частица­ми и влагой оказывают наиболее вредное воздействие на живые организмы. SO2 — бесцвет­ный и негорючий газ; в смеси с твердыми частицами (при концентрации дыма 150— 200 мкг/м³) приводит к нарастанию симптомов затрудненного дыхания и обострению болез­ней легких, а при концентрации дыма 500-750 мкг/м³ резко увеличивается число больных и повышается количество смертельных исходов.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготов­лению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а так­же нефтяные промыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями серо­водород и сероуглерод подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производя­щие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоеди-нения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет около 20 млн т/год.Оксиды азота (наиболее ядовит — NO2), соединяясь при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди которых наибольшей реакционной способностью обладают олефины), образуют пероксил-ацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоил-нитрат (ПБН), озон (Оз), перекись водорода (Н2О2), NO2. Эти окислители — основные со­ставляющие смога, который часто возникает в сильно загрязненных городах, расположен­ных в низких широтах северного и южного полушарий.

Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН и озона, показывает, что в ряде южных городов летом в околополуденные часы (когда велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения, при которых начинает образовываться смог. Так, в Алматы, Ереване, Тбилиси, Ашхабаде, Баку, Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях загрязнения воздуха максимальная скорость образования СО достигала 0,70-0,86 мг/м³ в час, в то время как смог возникает уже при ско­рости 0,35 мг/м³ в час.

При высокой концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой жидкости, губи­тельно действующей на растительный покров.

Все окислители — в первую очередь ПАН и ПБН — сильно раздражают слизистую оболочку глаз и вызывают воспаление. В комбинации с озоном эти вещества раздражают носоглотку, приводят к спазмам сосудов, а при высокой концентрации (свыше 3-4 мг/м³) вызывают сильный кашель.

Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие на человека. Установлено, что у людей, профессионально имеющих дело с асбестом, повыше­на вероятность раковых заболеваний. Бериллий оказывает вредное воздействие на дыха­тельные пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути нарушают работу центральной нервной системы и почек. Поскольку ртуть может накапливаться в организме, то в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей человека.

В городах вследствие увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих хроническим бронхитом, эмфиземой, раком легких, различными аллергическими заболеваниями.

Соединения фтора. Источники загрязнения — предприятия по производству алюми­ния, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фто­рида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу с химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, соду, гидролизный спирт, хлорную известь. Токсичность хлора определяется видом соединения и его кон­центрацией.

Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли состоят из твердых или жидких

частиц, находящихсяв воздухе (или другой газовой среде) во взвешенном состоянии. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для живого организма, а у людей они вызываютспецифические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана , мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром.

Фотохимический туман. Фотохимический туман, или смог, — это многокомпонент­ная смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органи­ческие соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: если в атмосфере высока концентрация оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, при интенсивной солнечной радиации и безветрии, а также в случаях очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной повышенной инверсии в течение не менее суток. Ус­тойчивая безветренная погода (в июне-сентябре, реже — зимой) создает условия для высо­кой концентрации реагирующих веществ. В ясную погоду под влиянием солнечной радиации происходит расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. При соединении ато­марного кислорода с молекулярным кислородом возникает озон. Казалось бы, последний должен окислять оксид азота, снова превращаясь в молекулярный кислород, а оксид азота, в свою очередь, — в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакцию с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи, образуя осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые мас­сы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает цик­лическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. В ночное время этот процесс прекращается. Озон также вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различ­ные перекиси, которые в сумме образуют характерные для фотохимического тумана окси-данты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличаю­щихся особой реакционной способностью. Они крайне опасны, поскольку воздействуют на дыхательную и кровеносную системы организма человека и часто бывают причиной преж­девременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий и подвижны­ми источниками выбросов. Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими ве­ществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Макси­мальные концентрации характерны для городов с населением более 500 тыс. человек. За­грязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, разви­той в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей про­мышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха. Для того, чтобы по результатам наблюдений определить качество воздуха, измерен­ные значения концентраций вредных веществ сравнивают с максимальной разовой предель­но допустимой концентрацией.

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации су­щественно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных источни­ков: грузовых и легковых автомобилей, тракторов, тепловозов и самолетов. Согласно оцен­кам, в городах на долю автотранспорта приходится (в зависимости от уровня развития в данном городе промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70 % общей массы вы­бросов.

Автотранспорт. Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, рабо­тающие на бензине (на их долю приходится около 75 %), самолеты (около 5 %), автомобили с дизельными двигателями (около 4 %), тракторы и другие сельскохозяйственные машины (около 4 %), железнодорожный и водный транспорт (около 2 %).

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомо­биля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на хо­лостом ходу, а доля оксидов азота — при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.

Создаваемые в городах системы движения в режиме «зеленой волны», которые суще­ственно сокращают число остановок транспорта на перекрестках, призваны снизить загряз­нение атмосферного воздуха. Большое влияние на качество и количество выбросов приме­сей оказывает режим работы двигателя, в частности, соотношение между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к ее объему и др. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в ка­меру сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но возрастает выброс оксидов азота.

Несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны и таких веществ, как оксид углерода (СО), диоксид азота (NO₂), выбрасывают не более, чем бензиновые, они да­ют существенно больше дыма (преимущественно несгоревшего углерода, который, к тому же, обладает неприятным запахом, создаваемым некоторыми несгоревшими углеводорода­ми). А если учесть, что дизельные двигатели производят сильный шум, становится понятно, что они воздействуют на здоровье человека гораздо больше, чем бензиновые двигатели.

Двигатели самолетов. Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ двигателями самолетов сравнительно невелик (для города, страны), в районе аэропорта эти выбросы вно­сят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (как и дизельные) при посадке и взлете выбрасывают хорошо заметный глазу шлейф дыма.

Согласно полученным данным, значительная часть топлива тратится на выруливание самолета к взлетно-посадочной полосе (ВПП) перед взлетом и на заруливание с ВПП после посадки (по времени в среднем — около 22 мин). Доля несгоревшего и выброшенного в ат­мосферу топлива при рулении намного больше, чем в полете. Существенного уменьшения выбросов можно добиться, помимо улучшения работы двигателей (распыление топлива, обогащение смеси в зоне горения, использование присадок к топливу, впрыск воды и др.), путем сокращения времени работы двигателей на земле и числа работающих двигателей при рулении (только за счет последнего достигается снижение выбросов в 3-8 раз).

В течение последних 10-15 лет большое внимание уделяется исследованию эффектов, которые возникают в связи с полетами сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. Эти полеты сопровождаются загрязнением стратосферы оксидами азота и серной кислотой (сверхзвуковые самолеты), а также частицами оксида алюминия (транспортные космиче­ские корабли). Поскольку перечисленные загрязняющие вещества разрушают озон, то пер­воначально создалось мнение (подкрепленное соответствующими модельными расчетами), что планируемый рост числа полетов сверхзвуковых самолетов и транспортных космиче­ских кораблей приведет к существенному уменьшению содержания озона, с последующим губительным воздействием ультрафиолетовой радиации на биосферу Земли. Однако тща­тельный анализ этой проблемы позволил сделать заключение о слабом влиянии выбросов сверхзвуковых самолетов на состояние стратосферы.

Более сильное воздействие на озонный слой и глобальную температуру воздуха могут оказать хлорфторметаны (ХФМ), например, фреон-11 и фреон-12 — газы, выделяющиеся, в частности, при испарении аэрозольных препаратов. Поскольку ХФМ очень инертны, то они распространяются и

долго живут не только в тропосфере, но и в стратосфере.

В заключение можно отметить, что все эти антропогенные эффекты перекрываются в глобальном масштабе естественными факторами — например, загрязнением атмосферы, вулканическими извержениями.

Влияние загрязнения атмосферы на человека, растительный и животный мир.

Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказы­вают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм преимущественно через дыхательную систему. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку до 50 % частиц радиусом 0,01-0,1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.

В организме частицы вызывают токсический эффект, поскольку они:

• токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе;

• служат помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нор­мально очищается респираторный (дыхательный) тракт;
являются носителями поглощенного организмом ядовитого вещества.

В некоторых случаях воздействие одних загрязняющих веществ в комбинации с дру­гими приводит к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие каждого из них в отдельности. Большую роль играет продолжительность воздействия.

Статистический анализ позволил достаточно надежно установить зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних дыхатель­ных путей, сердечная недостаточность, бронхит, астма, пневмония, эмфизема легких, а так­же болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.

Влияние радиоактивных веществ на живые организмы. Некоторые химические элементы радиоактивны: процесс их самопроизвольного распада с превращением в элемен­ты с другими порядковыми номерами сопровождается излучением. При распаде радиоак­тивного вещества (РВ) его масса с течением времени уменьшается. Теоретически вся масса радиоактивного элемента исчезает за бесконечно большое время.

Периодом полураспада называется время, по истечении которого масса уменьшается вдвое. Период полураспада для разных РВ варьирует в широких пределах, составляя от не­скольких часов до миллиардов лет.

Борьба с радиоактивным загрязнением среды может носить лишь предупредительный характер, поскольку не существует способов биологического разложения и других меха­низмов, позволяющих нейтрализовать этот вид заражения природной среды. Наибольшую опасность представляют РВ с периодом полураспада от нескольких недель до нескольких лет: этого времени достаточно для проникновения таких веществ в организм растений и жи­вотных.

Распространяясь по пищевой цепи (от растений к животным), РВ поступают в орга­низм человека вместе с продуктами питания и могут накапливаться в количестве, способ­ном нанести вред здоровью.

Наиболее опасны среди РВ изотопы стронция (⁹⁰Sr) и цезия (¹³⁷Cs), они образуются при ядерных взрывах в атмосфере, а также поступают в окружающую среду с отходами атомной промышленности. Благодаря химическому сходству с кальцием ⁹⁰Sr легко прони­кает в костную ткань позвоночных, тогда как ¹³⁷Cs накапливается в мышцах.

Излучение РВ оказывает губительное воздействие на организм человека — ослабляет иммунитет, снижает сопротивляемость инфекциям. Результатом является уменьшение про­должительности жизни, сокращение показателей естественного прироста населения вслед­ствие временной или полной стерилизации. Отмечено поражение генов, при этом последст­вия проявляются лишь в последующих — втором или третьем — поколениях.

Тяжесть последствий облучения зависит от количества поглощенной организмом энергии, излученной радиоактивным веществом (радиации). Единицей этой энергии служит 1 рад — доза облучения, при которой 1 г живого вещества поглощает 10~⁵ Дж энергии, или Грей в системе СИ.

Установлено, что при дозе, превышающей 1000 рад, наступает смерть; в случае получения дозы величиной 100 рад человек выживает, однако значительно возрастает веро­ятность возникновения онкозаболевания, а также полной стерилизации.

Наибольшее загрязнение вследствие радиоактивного распада вызвали взрывы атом­ных и водородных бомб, испытание которых особенно широко проводилось в 1954-1962 гг.

Второй источник радиоактивных примесей — атомная промышленность. Примеси по­ступают в окружающую среду при добыче и обогащении ископаемого сырья, использо­вании его в реакторах, переработке ядерного горючего в установках.

Наиболее серьезное загрязнение среды связано с работой заводов по обогащению и пе­реработке атомного сырья. Для дезактивации радиоактивных отходов до их полной безопас­ности необходимо время, равное примерно 20 периодам полураспада (это около 640 лет для ¹³⁷Cs и 490 тыс. лет для ²³⁹Ru). Вряд ли можно поручиться за герметичность контейнеров, в которых отходы хранятся в течение столь длительного времени.

Таким образом, хранение отходов атомной энергетики — это наиболее острая пробле­ма охраны окружающей среды от радиоактивного заражения. Теоретически, правда, воз­можно создание атомных электростанций с практически нулевым выбросом радиоактивных примесей. Но в этом случае производство энергии на атомной станции оказывается суще­ственно более дорогим, чем на тепловой электростанции.

Поскольку производство энергии, основанное на ископаемом топливе (уголь, нефть, газ), также сопровождается загрязнением среды, а запасы такого топлива ограничены, боль­шинство исследователей, занимающихся проблемами энергетики и охраны среды, пришли к выводу: атомная энергетика способна не только удовлетворить возрастающие потребнос­ти общества в энергии, но и обеспечить охрану природной среды и человека лучше, чем это

может быть осуществлено при производстве такого же количества энергии на основе хими­ческих источников (сжиганием углеводородов). При этом особое внимание следует уделить мероприятиям, исключающим риск радиоактивного загрязнения среды (в том числе и в от­даленном будущем), в частности, необходимо обеспечить независимость органов по конт­ролю за выбросами от ведомств, ответственных за производство атомной энергии.

Предельно допустимая доза ионизирующей радиации не должна превышать удвоен­ного среднего значения дозы облучения, которому человек подвергается в естественных ус­ловиях. При этом предполагается, что люди хорошо приспособились к естественной радио­активности среды. В среднем доза ионизирующей радиации, получаемой за год каждым жителем планеты, колеблется между 50 и 200 мрад.

Известны группы людей, которые живут в районах с высокой радиоактивностью, значительно превышающей среднюю на нашей планете (так, в одном из районов Бразилии жители за год получают около 1600 мрад, что в 10-20 раз больше средней дозы облучения).

Последствия Чернобыльской аварии до сих пор сказываются на жизни миллионов граждан России, Украины и Беларуси, и международная помощь в решении порожденных ею долгосрочных проблем остается крайне необходимой.

В результате Чернобыльской аварии радиоактивному заражению подверглась значи­тельная часть территорий Беларуси, Украины и России. Уровень радиоактивного загрязне­ния этих территорий значительно превышает естественную радиоактивность среды. При этом отмечается очаговость зон радиоактивного загрязнения, т. е. участки с высоким уров­нем радиоактивности соседствуют с незараженными участками.

По данным Министерства здравоохранения Украины, из 800 тыс. принимавших учас­тие в ликвидации последствий аварии 25 тыс. уже умерли. Около 200 тыс. человек продол­жают проживать на территориях с высоким уровнем радиоактивного загрязнения.