ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРЫ

/. Экономический ущерб. При выбросах загрязнений в атмосферу происходит значительная потеря топлива, продукции и других ценных компо­нентов (недожога, продуктов неполного сгорания, цемента, сернистого газа, окиси углерода и т.д.). Из­вестны случаи, когда доходыот утилизации выбра­сываемых в воздух загрязнений превышали общий доход предприятия от выпуска своей основной про­дукции. По имеющимся данным, количество цемента, выбрасываемого цементными заводами в атмосферу, измеряется сотнями тонн в год. Весьма ценным про­дуктом является и сернистый газ, который при утили­зации может быть переработан в сернистую, серную и другие кислоты, на производство которых затрачи­ваются немалые средства. С большим экономическим эффектом может быть использован и угарный газ, ко­торый является недоокисленным продуктом горения, а следовательно, может быть подвергнут доокисле-нию, то есть является горючим газом. При сжигании его может быть получено значительное количество дополнительной энергии.

Выбрасываемые продукты часто являются агрес­сивными и способствуют более быстрому разрушению строительных конструкций. При этом происходит по­вреждение растительности. Особенно чувствительны­ми породами деревьев являются хвойные и фрукто­вые, а также некоторые мхи. Польские ученые пред­лагали использовать чувствительность некоторых ли­шайников для определения степени загрязнения воздушной среды. Страдает не только растительный, но и животный мир. В сфере интенсивного задымления выбросами от предприятий химической промышлен­ности, а также металлургии (особенно цветной) исче­зают звери, птицы, пчелы.

2 Влияние на микроклимат населенных мест. Так как пылевые частицы в воздухе являются ядрами конденсации влаги, при увеличении количества выбра­сываемых загрязнений увеличивается число туманов, снижается интенсивность солнечной радиации и осо­бенно ультрафиолетовой (наиболее ценной) части ее. В результате снижается биологическое влияние со­лнечной радиации, общая резистентность организма, а также степень освещенности, что влияет на функ­цию зрения, а косвенным образом также увеличива­ет экономический ущерб (приходится больше поль­зоваться искусственными источниками света).

3. Влияние на санитарно-гигиеническое состо­яние населения. Загрязнения атмосферы увеличи­вают загрязнение окон, квартир, одежды, белья и т.д., что в конечном счете также сказывается на состоя­нии здоровья людей.

4. Самое важное — это непосредственное влия­ние на состояние здоровья человека. Согласно дан­ным многих исследований, установлено, что загряз­нения атмосферы оказывают и непосредственное вли­яние на здоровье людей. Увеличивается число кож­ных заболеваний, заболеваний слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, злокачественных новооб­разований в легких, резко обостряются различные хронические заболевания и т.д. Рост атмосферных за­грязнений снижает также общую резистентность ор­ганизма. Влияние атмосферных загрязнений на состо­яние здоровья населения подтверждается многочис­ленными статистическими данными, полученными при возникновении токсических туманов (смогов) и при других ситуациях. В частности, исследования, прове­денные в Германии, показали, что смертность от заболеваний дыхательных путей находится в прямой зависимости от степени развития промышленности. Согласно этим данным смертность составляет (на 100 тысяч жителей):

в крупных городах - 29,4

в средних городах - 22,7

в мелких городах  - 17,5

в сельской местности - 14,6

Для общей ориентировки и проведения гигиени­ческих мероприятий по снижению загрязненности атмосферного воздуха разработаны и законодатель­но установлены предельно допустимые концентрации загрязняющих компонентов в воздушной среде (ПДК). ПДК — это концентрации, которые не оказы­вают на человека ни прямого, ни косвенного вредно­го и неприятного действия, не снижают его трудоспо­собности, не влияют отрицательно на его самочувст­вие и настроение. Существуют две категории ПДК:

максимально разовые и среднесуточные.

В настоящее время установлены следующие вели­чины ПДК:

а) для нетоксической пыли:

максимальная разовая - 0,5 мг/м³ среднесуточная    - 0,15 мг/м³

б) для сажи:

максимальная разовая - 0,15 мг/м³ среднесуточная    - 0,05 мг/м³

в) для сернистого газа:

максимальная разовая - 0,5 мг/м³ среднесуточная    - 0,05 мг/м³

г) для окиси углерода:

максимальная разовая - 5,0 мг/м³ среднесуточная    - 3,0 мг/м³ В большинстве населенных мест с развитой про­мышленностью и автотранспортом концентрации за­грязняющих воздух компонентов значительно превы­шают допустимые пределы. К примеру, в крупных го­родах с развитым автотранспортом (как за рубежом, так и в нашей стране) концентрация окиси углерода достигает иногда 100 мг/м³.

САМООЧИЩЕНИЕ ВОЗДУХА

В природе происходит самоочищение воздушной среды за счет следующих факторов:

1) разбавление (прямо пропорционально квадра­ту расстояния);

2) седиментация (крупные частицы оседают ближе, мелкие — дальше от источника выбросов);

3) извлечение атмосферными осадками;

4) извлечение зелеными насаждениями;

5) химические процессы нейтрализации.

Седиментации подвергаются главным образом твердые загрязнения.

Для разбавления и седиментации большое значе­ние имеют скорость и направление ветра, а также ве­личина взвешенных частиц. Так, при скорости ветра 2 м/с и при выбросах из трубы высотой 45 м частицы величиной 10 микрон оседают в радиусе 10 км, а ве­личиной 2 микрона — в радиусе 300 км.

Атмосферные осадки играют большую роль в из­влечении загрязнений из воздуха. Они вымывают из воздуха не только твердые частицы, но и значитель­ную часть газообразных. Известно, что после сильно­го дождя первоначальные концентрации загрязнений в воздухе восстанавливаются лишь через 12 часов.

Большую роль в самоочищении воздушной среды играют зеленые насаждения. Они не только механи­чески задерживают пыль, но и поглощают некоторые газообразные примеси.

Однако процессы самоочищения протекают сравнительно медленно и при современном интенсив­ном загрязнении не могут обеспечить достаточную эффективность. Поэтому требуются дополнительные меры по охране чистоты атмосферного воздуха. Эти меры можно разделить на следующие группы:

1. Планировочные.

2. Технологические.

3. Санитарно-технические.

Планировочные мероприятия включают в себя борьбу с почвенной пылью (благоустройство дорог, озеленение, обводнение), правильную планировку городов (с учетом "розы ветров"), соблюдение сани-тарно-защитных зон. В зависимости от количества и степени вредности выбросов в атмосферу все пред­приятия разделяют на 5 классов. В соответствии с этим существует 5 санитарно-защитных зон:

1) -1000м

2) -500м

3) -300м

4) -100м

5) -50м

К планировочным мероприятиям следует отнести также ликвидацию домовых котельных, а также ук­рупнение отопительных систем и вывод энергетичес­ких установок, обслуживающих их, за пределы жилой зоны, увеличение количества зеленых насаждений.

В качестве технологических мероприятий следует назвать:

1) усовершенствование сгорания топлива;

2) обогащение углей;

3) замена одного вида топлива другим (газифика­ция, электрификация);

4) увеличение эффективности разбавления (высо­кие трубы).

Из технологических мероприятий наиболее эф­фективными и перспективными следует считать заме­ну одного вида топлива на другой, а также изменение энергетических установок. В частности, наиболее эф­фективными, с экологической точки зрения, являют­ся электрические двигатели. Однако на пути эффек­тивного и массового их использования стоят некото­рые технические трудности, пока не позволяющие широко использовать такие двигатели (например, в автомобилестроении).

Усовершенствования сгорания топлива можно добиться более интенсивной аэрацией энергетичес­ких установок, а также большей степенью дисперс­ности топлива. При этом достигается более хороший контакт топлива с кислородом воздуха.

К санитарно-техническим устройствам относят уст­ройство различных пыле-, золо-, газоулавливателей. К таким очистным устройствам, устанавливаемым обычно в трубах на пути выбросов в атмосферу, от­носят следующие:

— циклоны (улавливают до 50 % пыли);

— мультициклоны (улавливают до 65-70 % пыли);

— мокрые скрубберы (улавливают до 90 % пыли и до 30 % газов);

— тканевые фильтры;

— электрические фильтры (улавливают до 96-98 % пыли).

Комбинированными методами удается задержать на пути выбросов до 99 % пылевых загрязнений.

Для уменьшения загрязнения воздуха выбросами автомобильного транспорта рекомендуется строи­тельство подземных (или надземных) пешеходных переходов, разноуровневых транспортных развязок и т. д. Благодаря благоустройству дорог повысится скорость движения автомобилей и уменьшится необ­ходимость их остановки. А это, в свою очередь, при­ведет к уменьшению количества выхлопных газов, так как наибольшее количество газов выбрасывается автомобилями в момент наибольшей нагрузки двига­теля (т. е. в тот период, когда автомобиль трогается с места). Кроме того, в настоящее время созданы и ин­тенсивно внедряются в практику каталитические ней­трализаторы токсических компонентов в автомобиль­ных выбросах. В частности, такие нейтрализаторы производят досжигание окиси углерода в выхлопных газах до менее токсичной двуокиси углерода. Естест­венно, что проводится интенсивная работа по пере­воду двигателей внутреннего сгорания на более чис­тые энергетические установки (с экологической точ­ки зрения). Наибольший экологический эффект бу­дет получен при переводе автомобилей на электри­ческие двигатели —создание электромобилей. В этом отношении имеются определенные успехи: опытные образцы электромобилей уже созданы и проходят ис­пытания. Однако до массового их производства в про­мышленном масштабе еще далеко.

Как видно из вышеизложенного, эффективность мероприятий по охране атмосферного воздуха от за­грязнений довольно велика. Проблема заключается в том, что осуществление этих мероприятий требует значительных капиталовложений. В частности, уст­ройство и обслуживание наиболее эффективных из очистных сооружений — электрических фильтров — стоит очень дорого. Несмотря на это, многие меро­приятия осуществляются, они жизненно важны и за­креплены государственными законодательными акта­ми. В соответствии с этими законодательными акта­ми производится строительство заводов, выпускаю-щих'очистные сооружения, разрешается или запре­щается строительство и эксплуатация производств, оказывающих влияние на состояние атмосферы, ус­танавливаются нормативные ограничения в планиро­вочном аспекте и т.д.

В частности, в нашей стране существует Закон об охране атмосферного воздуха, согласно которому регламентируются правила планировки и строитель­ства населенных мест и промышленных предприятий, установка очистных сооружений, контроль за выпол­нением охранных мероприятий, финансирование этих вопросов и законодательная ответственность за на­рушение правил и мер по охране чистоты атмосфер­ного воздуха.

Лекция №4

Солнечная радиация и причины ее изменений. Биологическое действие солнечной радиации на окружающую среду и здоровье человека. Применение ультрафиолетового излучения в профилактических целях.

Солнце — самая близкая к нам звезда — цент­ральное тело нашей системы. Астрономы считают со­лнце красной карликовой звездой пятой величины. Тем не менее, условия жизни на Земле определяются исключительно энергией, получаемой от Солнца.

Диаметр Солнца составляет 1390000 км, т.е. в 109 раз больше Земли. Площадь поверхности Солнца в 12000 раз больше площади Земли. Среднее расстоя­ние Земли от Солнца немного меньше 150 млн. км. Давление в центре Солнца достигает 10 млрд. атмо­сфер, а температура — 26 млн. градусов С.

Солнце излучает в мировое пространство огром­ное количество энергии (4x10²⁶вт) в виде волнового и корпускулярного излучения. Примерно 400-миллион­ная доля этой энергии поступает на внешнюю грани­цу атмосферы Земли, создавая облученность на пер­пендикулярной поверхности около 2 кал/см² в мину­ту или 1396 вт/м².

Все оптическое излучение Солнца состоит из ульт­рафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Как передается и преобразуется солнечная энер­гия, попавшая в верхнюю часть атмосферы?

В среднем около 30% этого излучения рассеива­ется частицами атмосферы или непосредственно от­ражается облаками и поверхностью Земли.

Около 50% солнечного излучения достигает суши или океана и поглощается в форме тепла.

Остальные 20% солнечного излучения могут по­глощаться, проходя через атмосферу.

Видимое излучение, на которое приходится основ­ная часть потока солнечной энергии, в безоблачную погоду может достигать поверхности Земли без по­терь.

От 1 до 3 % падающего ультрафиолетового излу­чения поглощается в верхних слоях атмосферы.

Интенсивность солнечного .излучения зависит от:

1. Высоты стояния Солнца над горизонтом.Высота стояния Солнца над горизонтом зависит от географического расположения населенного пункта, времени года и суток. Так, при высоте 30° путь лучей в 2 раза длиннее, чем при 90°, а при закате —в 30 раз. Кроме того, солнечный поток падает на большую пло­щадь.

2. Прозрачности атмосферы. Лучи с разной длиной волны по-разному проходят через атмосфе­ру при наличии облаков. Ультрафиолетовые лучи рас­сеиваются, а инфракрасные — поглощаются. Озоно­вый слой в атмосфере резко сокращает количество коротких ультрафиолетовых лучей.

В городах интенсивность солнечной энергии в среднем ниже на 10-30% (в зимние месяцы на 60%), чем в прилегающих сельских районах, особенно ко­ротковолновой части солнечного спектра (на 40-50%). Солнечный поток достигает Земли в виде пря­мой и рассеянной радиации. Чем ниже высота стоя­ния Солнца, тем относительно больше доля рассеян­ной радиации.

Пример. Для бухты Тихой, где максимальное сто­яние Солнца 33°, рассеянная радиация составляет 70%, а прямая — 30%, в то время как для Ташкента с максимальным стоянием Солнца в 70° характерно обратное соотношение (рассеянная — 30%, прямая -70%).

Определенное значение имеет и отраженная ра­диация. Альбедо (от лат. "белизна") показывает, ка­кую часть падающей энергии отражает данная поверх­ность. Альбедо свежего снега —81 %, воды — 20 %, а черной влажной земли — 3%.

Давно уже признано важное гигиеническое значе­ние солнечного света, ограничение или лишение кото­рого приводит к нарушению физиологического равно­весия в организме. Так, еще Гиппократ (400 г. до н. э.) рекомендовал принимать с лечебной целью солнечные ванны. 

Первая научная работа по изучению влияния со­лнечной радиации опубликована в 1799 г. Бертраном в Париже.

ГРАНИЦЫ СОЛНЕЧНОГО СПЕКТРА

Спектр Солнца, достигающий границ земной ат­мосферы, — от 0,1 до 60 мк. При наличии водяных паров в атмосфере он укорачивается до 2,2 мк.

1) Инфракрасные лучи (ИК) — от 0,76 до 60 мк (в этой области принято измерение в микронах);

2) Видимые лучи — 400-760 нм;

3) Ультрафиолетовые лучи (УФ) — 10-400 нм.

Характеристика потока различна по составу:

УФ видимые ИК на границе атмосферы 5% 52% 43% у поверхности Земли 1% 40% 59%

Биологическое действие солнечной радиации на организм слагается из совокупного воздействия всех областей оптического излучения: инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой.

Остановимся на разборе всех видов излучений.

ИНФРАКРАСНАЯ РАДИАЦИЯ

Инфракрасные лучи были открыты Гершелем в 1800 г. Основное действие — тепловое. Жизнь на Земле! Доля инфракрасной радиации в общем по­токе Солнца увеличивается при уменьшении высоты его над горизонтом. Так, на экваторе при 90° -— 48,8% от общего потока, а при 50° — до 67,9%. При подъ­еме на высоту интенсивность интегрального потока резко возрастает. ИК-радиация состоит из короткой (до 1,5 мк) и длинной (>1,5 мк) частей.

Длинные ИК-лучи задерживаются главным обра­зом в эпидермисе кожи и вызывают нагревание ее по­верхности, раздражают рецепторы (жжение). Ин­фракрасная эритема образуется за счет расширения капилляров кожи, разлитая, без четких границ.

Короткие ИК-лучи проникают на глубину 2,5-4 см, вызывают глубокое прогревание, причем субъектив­ные ощущения значительно меньше.

В настоящее время большинство исследователей признает не только тепловое, но и фотохимическое действие ИК-лучей на организм. Отмечается поглоще­ние ИК-лучеи белками крови и активация фермент­ных процессов.

Общее действие ИК-лучей— нагревание с обра­зованием выраженной разлитой эритемы, с выделением ряда физиологически активных веществ (напри­мер, ацетилхолина), которые поступают в общий круг кровообращения и вызывают усиление обменных про­цессов в отдаленных от мест облучения тканях, и ор­ганах. Общая реакция организма выражается в пере­распределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов в периферической крови, повышении общей сопротивляемости организма.

Действие на центральную нервную систему (ЦНС), особенно на вегетативную НС. Наблюдается снижение тонуса симпатической НС и, соответствен­но, ваготония.

Действие на сердечно-сосудистую систему и другие органы. Под действиеминфракрасных лучей наблюдается: перераспределение крови, учащение пульса, повышение максимального и понижение ми­нимального АД, повышение температуры тела, уси­ление потоотделения. Рефлекторно увеличивается теплообразование в других органах, стимулируется функция почек, расслабляется мускулатура. В резуль­тате наблюдается ускорение регенеративных процес­сов, уменьшение болевых ощущений.

Действие на орган зрения. Экспериментально установлено, что через глаз проходит 27% общего потока лучистой энергии. Наиболее частым пораже­нием является катаракта (помутнение хрусталика). Еще в 1701 г. Рамаццини отметил, что постоянное "смотрение" на огонь и расплавленную жидкую стек­лянную массу вызывает помутнение глаз. Это заболевание чаще бывает профессиональным и встре­чается у стеклодувов, рабочих железопрокатных заводов.

Но Гиршберг в 1898 г. высказал предположение о возможности влияния интенсивного солнечного света на возникновение катаракты. Так, в больницах Калькутты и Бомбея ему приходилось оперировать индусов по поводу катаракты в более молодом воз­расте, чем европейцев.

Особая роль ИК в теплообмене. Следует пом­нить, что человек сам является излучателем ИК- лу­чей (5-15 мк). Человек теряет в процессе теплоизлу­чения примерно 45% тепла. С одной стороны, при переохлаждении кожных покровов, когда организм испускает ИК-лучи, создаются условия для возникно­вения заболеваний (фурункулезы, ревматизм, про­студные заболевания). С другой стороны, возможно перегревание организма, солнечный удар, ожоги.

Умеренное использование ИК-лучей солнечной радиации тренирует терморегуляционные механизмы.