Вредные вещества. Выбросы вредных веществ в атмосферу. Классификация вредных веществ

Темой данной статьи являются вредные вещества (ВВ), загрязняющие атмосферу. Они опасны для жизни общества и для природы в целом. Проблема минимизации их влияния сегодня действительно вопиющая, поскольку связана с реальной деградацией среды обитания людей.

Классическими источниками ВВ являются теплоэлектростанции; двигатели автомобилей; котельные, заводы, производящие цемент, минеральные удобрения, различные красители. В настоящее время людьми производится более 7 миллионов химических соединений и веществ! Ежегодно номенклатура их производства увеличивается примерно на тысячу наименований.

Не все из них безопасны. Согласно результатам экологических исследований, наиболее загрязняющие выбросы вредных веществ в атмосферу ограничены номенклатурой из 60 химических соединений.

Кратко об атмосфере как макрообласти

Напомним, что же такое – атмосфера Земли. (Ведь логично: надо представлять, о загрязнении чего будет повествовать эта статья).

Ее следует представлять как уникально скомпонованную воздушную оболочку планеты, связанную с ней при помощи силы тяжести. Она участвует во вращении Земли.

Граница атмосферы расположена на уровне одной-двух тысяч километров над земной поверхностью. Области, находящиеся выше, получили название земной короны.

Основные атмосферные компоненты

Состав атмосферы характеризуется смесью газов. Вредные вещества, как правило, не локализуются в ней, распределяясь на огромных пространствах. Больше всего в атмосфере Земли азота (78%). Следующим по занимаемому в ней удельному весу является кислород (21%), аргона содержится на порядок меньше (около 0,9%), углекислый же газ занимает 0,3%. Каждая из этих составляющих имеет значение для сохранения на Земле жизни. Азот, входящий в состав белков, является регулятором окисления. Кислород жизненно необходим для дыхания, являясь при этом также еще и мощным окислителем. Углекислый газ утепляет атмосферу, способствуя парниковому эффекту. Однако он разрушает защищающий от солнечного ультрафиолета озоновый слой (максимальная плотность которого приходится на высоту 25 км).

Важной составляющей также является водяной пар. Наибольшая его концентрация – в зонах экваториальных лесов (до 4%), наименьшая – над пустынями (0,2%).

Общие сведения о загрязнении атмосферы

Вредные вещества выбрасываются в атмосферу как в результате проистекания некоторых процессов в самой природе, так и вследствие антропогенной деятельности. Заметим: современная цивилизация превратила второй фактор в доминирующий.

Наиболее значительными несистематическими природными загрязняющими процессами являются извержения вулканов и лесные пожары. В отличие от них образующаяся пыльца растений, продукты жизнедеятельности популяций животных и т. п. регулярно загрязняют атмосферу.

Антропогенные факторы заражения окружающей среды поражают своими масштабами и разнообразием.

Ежегодно цивилизация только углекислого газа посылает в воздух порядка 250 млн т. Впрочем, стоит упомянуть и выбрасываемые в атмосферу продукты от сгорания 701 млн. тонн топлива, содержащего серу. Производство азотных удобрений, анилиновых красителей, целлулоида, вискозного шелка - предполагает дополнительное наполнения воздуха при помощи 20,5 млн. тонн азотистых «летучих» соединений.

Внушительны и пылевые выбросы вредных веществ в атмосферу, сопровождающие многие виды производства. Сколько пыли они выбрасывают в воздух? Немало:

• пыль, поступающая в атмосферу при сжигании угля каменного угля составляет 95 млн. тонн в год;
• пыль при производстве цемента – 57,6 млн. т;
• пыль, образующаяся при выплавке чугуна – 21 млн. т;
• пыль, поступающая в атмосферу при выплавке меди – 6,5 млн. т.

Проблемой современности стали выбросы в воздух сотнями миллионов авто оксида углерода, а также соединений тяжелых металлов. Только за год в мире производят 25 млн. новых «железных коней»! Химические вредные вещества, производимые автомобильными армиями мегаполисов, приводят к такому явлению, как смог. Его порождают оксиды азота, содержащиеся в автомобильных выхлопных газах и взаимодействующие с углеводородами, присутствующими в воздухе.

Современная цивилизация парадоксальна. Из-за несовершенных технологий вредные вещества ею так или иначе неизбежно будут выбрасываться в атмосферу. Поэтому в настоящее время особую актуальность приобретает жесткая законодательная минимизация этого процесса. Характерно, что весь спектр веществ-загрязнителей можно классифицировать по многим признакам. Соответственно, классификация вредных веществ, формируемых антропогенным фактором и загрязняющих атмосферу, предполагает несколько критериев.

Классификация по агрегатному состоянию. Дисперсность

ВВ характеризует определенное агрегатное состояние. Соответственно, они, в зависимости от своей природы, могут распространяться в атмосфере в виде газа (пара), жидких либо твердых частиц (дисперсные системы, аэрозоли).

Концентрация вредных веществ в воздухе имеет максимальное значение в так называемых дисперсных системах, отличающихся повышенной проникающей способностью пылеобразного или же туманообразного состояния ВВ. Характеризуют такие системы, используя классификации по принципу дисперсности для пыли и для аэрозоля.

Для пыли дисперсность определяется пятью группами:

• размеры частиц не менее 140 мкм (очень крупнодисперсная);
• от 40 до 140 мкм (крупнодисперсная);
• от 10 до 40 мкм (среднедисперсная);
• от 1 до 10 мкм (мелкодисперсная);
• менее 1 мкм (очень мелкодисперсная).

Для жидкости дисперсность квалифицируется четырьмя категориями:

• размеры капель до 0,5 мкм (туман супертонкий);
• от 0,5 до 3 мкм (туман тонкодисперсный);
• от 3 до 10 мкм (туман грубодисперсный);
• более 10 мкм (брызги).

Систематизация ВВ по признаку токсичности

Наиболее часто упоминается классификация вредных веществ по характеру их воздействия на организм человека. Мы расскажем о ней несколько подробней.

Наибольшую опасность среди всей совокупности ВВ представляют токсиканты, или яды, воздействующие пропорционально их количеству, попавшему в организм человека.

Значение токсичности таких ВВ имеет определенное числовое значение и определяется как величина, обратная к их средней смертельной дозе для человека.

Ее показатель для чрезвычайно токсичных ВВ составляет до 15 мг/кг живого веса, высокотоксичных - от 15 до 150 мг/кг; умеренно-токсичных – от 150 до 1,5 г/кг, малотоксичных – свыше 1,5 г/кг. Это – смертельно опасные химические вещества.

К нетоксичным ВВ, например, относят инертные газы, нейтральные для человека при обычных условиях. Однако заметим, что в условиях повышенного давления они наркотически воздействуют на организм человека.

Классификация токсичных ВВ по степени воздействия

Эта систематизация ВВ основывается на законодательно утверждаемом показателе, который определяет такую их концентрацию, которая на протяжении длительного времени не вызывает заболеваний и патологий не только у исследуемого поколения, но и у последующих. Название данного норматива – предельно допустимая концентрация (ПДК).

Зависимо от значений ПДК выделяют четыре класса вредных веществ.

• I класс ВВ. Чрезвычайно опасные ВВ (ПДК – до 0,1 мг/м³): свинец, ртуть.
• II класс ВВ. Высокоопасные ВВ (ПДК от 0,1 до 1 мг/м³): хлор, бензол, марганец, щелочи едкие.
• III класс ВВ. Умеренно опасные ВВ (ПДК от 1,1 до 10 мг/м³): ацетон, сернистый ангидрид, дихлорэтан.
• IV класс ВВ. Малоопасные ВВ (ПДК – более 10 мг/м³): этиловый спирт, аммиак, бензин.

Примеры вредных веществ различных классов

Свинец и его соединения считаются ядом. Эта группа - наиболее опасные химические вещества. Поэтому свинец относят к первому классу ВВ. Предельно допустимая концентрация мизерна - 0,0003 мг/м³. Поражающее действие выражается в параличах, воздействии на интеллект, физическую активность, слух. Свинец вызывает раковые заболевания, а также влияет на наследственность.

Аммиак, или нитрид водорода, относится ко второму классу по критерию опасности. Его ПДК - 0,004 мг/м³. Это бесцветный едкий газ, который легче воздуха примерно в два раза. Поражает в первую очередь глаза и слизистые оболочки. Вызывает ожоги, удушье.

Спасая пораженных, следует предпринимать дополнительные меры безопасности: смесь аммиака с воздухом взрывоопасна.

Сернистый ангидрид относят к третьему классу по критерию опасности. Его ПДК_атм. составляет 0,05 мг/м³, а ПДКр. з. - 0,5 мг/м³.

Он образуется при сгорании так называемых резервных видов топлива: угля, мазута, некачественного газа.

В небольших дозах вызывает кашель, боль в груди. Отравления средней тяжести характеризуются головной болью и головокружением. Тяжелое отравление отличается токсическим удушающим бронхитом, поражениями крови, зубной ткани, крови. Особо чувствительны к сернистому ангидриду астматики.

Угарный газ (окись углерода) относят к четвертому классу ВВ. Его ПДКатм. - 0,05 мг/м³, а ПДКр. з. - 0,15 мг/м3. Он не имеет ни запаха, ни цвета. Острые отравления им характеризуются сердцебиением, слабостью, одышкой, головокружением. Средние степени отравления характеризуются спазмами сосудов, потерей сознания. Тяжелые - нарушениями дыхания и кровообращения, комой.

Основной источник угарного газа антропогенного характера - выхлопные газы автомобилей. Особенно интенсивно он выделяется транспортом, где вследствие некачественного ТО температура сгорания бензина в двигателе недостаточна, или же когда нерегулярна подача воздуха к двигателю.

Метод охраны атмосферы: соблюдение предельных нормативов

Органами санитарно-эпидемиологической службы постоянно контролируется, соблюден ли уровень вредных веществ на уровне, меньшем нежели их предельно допустимая концентрация.

При помощи регулярных измерений на протяжении года фактической концентрации ВВ в атмосферы по специальной формуле формируется индексный показатель среднегодовой концентрации (ИЗА). В нем также находит свое отражение влияние вредных веществ на здоровье человека. Данным индексом отображается долгосрочная концентрация вредных веществ в воздухе по нижеследующей формуле:

In = ∑ =∑ (xi/ ПДК i) Ci

где Xi – концентрация ВВ среднегодовая;

Ci – коэффициент, учитывающий соотношение ПДК i-го вещества и ПДК диоксида серы;

In – ИЗА.

Значение ИЗА менее 5 соответствует слабому уровню загрязнения, 5-8 определяют средний уровень, 8-13 – высокий уровень, более 13 означает значительную загрязненность воздуха.

Виды предельных концентраций

Таким образом, допустимая концентрация вредных веществ в воздухе (а также в водах, на почве, хотя этот аспект не является предметом данной статьи) определяется в экологических лабораториях в атмосферном воздухе для абсолютного большинства ВВ при помощи сравнения фактических показателей с установленными и нормативно закрепленными общеатмосферными ПДКатм.

Кроме того, для подобных измерений непосредственно в населенных пунктах существуют комплексные критерии определения концентраций – ОБУВ (ориентировочные безопасные уровни воздействия), вычисляемые как фактическая средневзвешенная сумма ПДКатм. сразу по двумстам ВВ.

Впрочем, и это еще не все. Как известно, любое загрязнение атмосферы легче предупредить, чем устранить. Возможно, именно поэтому предельно допустимые концентрации вредных веществ в наибольших объемах измеряются экологами непосредственно в производственной сфере, которая как раз и является самым интенсивным донором ВВ в окружающую среду.

Для таких измерений установлены отдельные показатели предельных концентраций ВВ, превышающие по своим численным значениям рассмотренные нами выше ПДКатм., причем эти концентрации определяются на ограниченных непосредственно производственными фондами площадях. Как раз для стандартизации данного процесса введено понятие так называемой рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005-88).

Что такое рабочая зона?

Рабочей зоной называют рабочее место, где производственный рабочий постоянно либо временно выполняет плановые задания. По умолчанию, указанное пространство вокруг него ограничивается по высоте двумя метрами. Само же рабочее место (РМ) предполагает наличие различного производственного оборудования (как основного, так и вспомогательного), организационную и технологическую оснастку, необходимую мебель. В большинстве случаев вредные вещества в воздухе первично появляются именно на рабочих местах.

Если рабочий на РМ находится более 50 % своего рабочего времени либо же работает там не менее 2-х часов непрерывно, то такое РМ называется постоянным. В зависимости от характера самого производства, производственный процесс может происходить и на территориально меняющихся рабочих зонах. В таком случае за сотрудником не закрепляется рабочее место, а числится лишь место постоянной явки – помещение, где производится учет его прихода и ухода на работу.

Как правило, экологами вначале измеряется концентрация вредных веществ на постоянных РМ, а затем – в зонах явки персонала.

Концентрация ВВ в рабочей зоне. Нормативные документы

Для рабочих зон нормативно устанавливается значение концентрации вредных веществ, определяемое как безопасное для жизни и здоровья рабочего в течении его полного рабочего стажа при условии пребывания там 8 часов в день и в пределах 41 часа за неделю.

Заметим также, что предельная концентрация вредных веществ рабочей зоны существенно превышает ПДК для воздуха населенных пунктов. Причина очевидна: на рабочем месте человек пребывает только на протяжении смены.

ГОСТом 12.1.005-88 ССБТ нормируются допустимые количества ВВ в рабочих зонах исходя из класса опасности помещений и агрегатного состояния находящихся там ВВ. Представим вам в табличном виде некоторую информацию из вышеупомянутого ГОСТа:

Таблица 1. Соотношение ПДК для атмосферы и для рабочей зоны

Определяя вредные вещества в рабочей зоне, экологи пользуются нормативной базой:

- ГН (гигиенические нормы) 2.2.5.686-96 «ПДК ВВ в воздухе РЗ».

- СанПиН (санитарно - эпидемиологические правила и нормативы) 2.2.4.548-96 «Требования гигиены для микроклимата производственных помещений».

Механизм заражения ВВ атмосферы

Вредные химические вещества, выбрасываемые в атмосферу, образуют некую зону химического заражения. Последняя характеризуется глубиной распространения воздуха, зараженного ВВ. Ветреная погода способствует быстрейшему его рассеиванию. Увеличение температуры воздуха повышает концентрацию ВВ.

На распространение вредных веществ в атмосфере влияют атмосферные явления: инверсия, изотермия, конвекция.

Понятие инверсии объясняет знакомая всем фраза: «Чем теплее воздух, тем он выше находится». Из-за этого явления снижается рассеивание воздушных масс, и высокие концентрации ВВ сохраняются дольше.

Понятие изотермии связывают с погодой пасмурной. Благоприятные для нее условия обычно возникают утром и вечером. Они не усиливают, но и не ослабляют распространение ВВ.

Конвекция, т. е. восходящие воздушные потоки, рассеивают зону заражения ВВ.

Саму зону заражения подразделяют на области смертельной концентрации и характеризующуюся концентрациями, менее вредными для здоровья.

Правила помощи лицам, пострадавшим вследствие заражения ВВ

Воздействие вредных веществ способно привести к нарушению здоровья людей и даже к летальному исходу. В то же время вовремя оказанная помощь способна спасти им жизнь и минимизировать вред здоровью. В частности, нижеследующая схема позволяет по самочувствию производственного персонала в рабочих зонах определить факт поражения ВВ:

Схема 1. Симптомы поражений ВВ

Что следует и что не следует делать в случае острого отравления?

• На потерпевшего одевают противогаз и эвакуируют из зоны поражения любым доступным способом.
• В случае если одежда пораженного мокрая, она снимается, пораженные участки кожи промываются водой, производится замена одежды на сухую.
• При неравномерном дыхании потерпевшего следует предоставить ему возможность дышать кислородом.
• Осуществлять искусственное дыхание при отеке легких запрещено!
• Если поражена кожа, следует ее промыть, закрыть марлевой повязкой и обратиться в медучреждение.
• При попадании ВВ в горло, нос, глаза их промывают 2% раствором питьевой соды.

Вместо заключения. Оздоровление рабочей зоны

Оздоровление атмосферы находит свое конкретное выражение в показателях, если фактические показатели концентраций вредных веществ в атмосфере существенно ниже ПДКатм. (мг/м³), а параметры микроклимата производственных помещений не превышают ПДКр.з. (мг/м³).

Заканчивая изложение материала, мы сделаем ударение на проблему оздоровления именно рабочих зон. Причина понятна. Ведь именно производство заражает среду. Поэтому целесообразно минимизировать процесс загрязнения у его источника.

Для такого оздоровления первостепенное значение имеют новые, более экологичные технологии, исключающие выбросы вредных веществ в рабочую зону (и, соответственно, в атмосферу.)

Какие меры для этого предпринимаются? Осуществляется перевод как печей, так и других термических установок на использование в качестве топлива газа, гораздо менее загрязняющего воздух ВВ. Большую роль играет надежная герметизация производственного оборудования и складских помещений (емкостей) для хранения ВВ.

Производственные помещения оборудуются вытяжной общеобменной вентиляцией, для оздоровления микроклимата при помощи направленных вентиляторов создается движение воздуха. Эффективной система вентиляции считается тогда, когда она обеспечивает текущий уровень вредных веществ на уровне не большем чем треть их норматива ПДКр.з.

Технологически целесообразно вследствие соответствующих научных разработок радикально заменять токсические вредные вещества в рабочей зоне на нетоксические.

Иногда (при наличии сухих измельченных ВВ в воздухе РЗ) хороший результат по оздоровлению воздуха достигается его увлажнением.

Напомним также, что рабочие зоны также следует защищать от ближайших источников излучений, для чего используют специальные материалы и экраны.