Котельная МУП ПУЖКХ "АВДОН" как загрязнитель атмосферного воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы»

Институт повышения квалификации и профессиональной переподготовки

ДПОП «Экспертиза в области экологической безопасности»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Котельная МУП ПУЖКХ «АВДОН» как загрязнитель атмосферного воздуха

ХАСАНОВОЙ АЛИНЫ АЛЬБЕРТОВНЫ

Научный руководитель: к.б.н, доцент Сугачкова Е. В.

УФА 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ КАК ОБЪЕКТ ОХРАНЫ

1.1 Значение атмосферного воздуха как объекта охраны

1.2 Основные источники загрязнения атмосферы

1.3 Общая характеристика котельной как загрязнителя воздуха

1.4 Действие загрязняющих веществ на растительность

1.5 Заболеваемость населения, обусловленная загрязнением атмосферного воздуха

1.5.1 Влияние на детей

1.5.2 Влияние на взрослое население

1.6 Нормирование качества и охрана атмосферного воздуха

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Сокращенные обозначения терминов

2.2 Методы исследования

2.3 Объект исследования

2.3.1 Характеристика предприятия, как источника загрязнения атмосферы

2.3.2 Характеристика котельной МУП ПУЖКХ как источника выбросов

2.3.3 Организация экологической службы на предприятии МУП ПУЖКХ по выбросам

2.4 Обсуждение результатов исследования

Глава 3. Практическое использование данных ВКР

Заключение

Литература

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Воздушная оболочка Земли служит средой обитания и источником необходимых веществ для организмов, обеспечивает и регулирует круговорот веществ и энергии. В современный период атмосфера Земли претерпевает множественные изменения коренного характера: модифицируются ее свойства и газовый состав, возрастает опасность разрушения ионосферы и стратосферного озона; повышается ее запыленность; нижние слои атмосферы насыщаются вредными доля живых организмов газами и веществами промышленного и другого хозяйственного происхождения.

Вследствие огромных выбросов техногенных газов и веществ, достигающих многих миллиардов тонн в год, происходит нарушение газового состава атмосферы. Интенсивное развитие предприятий, фабрик, заводов сопровождается непрерывным увеличением объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Наблюдается интенсивное насыщение атмосферы газообразными и пылевидными отходами транспортных средств и предприятий. Они вызывают ухудшение условий существования человека и других организмов. В связи с этим, исследования среды обитания человека и связанные с ней теоретические и прикладные экологические проблемы приобретают особую актуальность. Необходимы научно-обоснованные и рациональные мероприятия по предотвращению загрязнения атмосферы и сохранению нормальных условий жизни, труда и отдыха людей и биосферы в целом.

Степень изученности темы исследования: данная тема достаточно хорошо изучена. Ею начали заниматься давно и продолжают до сих пор; среди ученых - Воронков Н. А., Голицын А. Н., Илькун Г. М., Кальверт С. И мн. Др. В настоящее время существует раздел геоэкологии - экология атмосферы - который изучает состояние атмосферы и влияние на нее деятельности человека.

Цель исследования - рассмотреть котельную предприятия МУП ПУЖКХ «Авдон» как источник загрязнения атмосферного воздуха.

Для достижения цели потребовалось решить следующие задачи:

1) ознакомиться с документацией предприятия МУП ПУЖКХ «Авдон»;

2) ознакомиться со структурой работы предприятия МУП ПУЖКХ «Авдон»;

3) выявить основные виды загрязняющих веществ котельной;

4) произвести расчеты по выбросам загрязнителей котельной предприятия с помощью программы ОНД-86;

5) проверить соответствие выбросов загрязняющих веществ от котельной предприятия нормативам ПДК;

6) обсудить результаты и сделать соответствующие выводы по работе.

Научная новизна исследования заключается в следующем: с помощью программы ОНД-86 были получены карты-схемы выбросов загрязнителей атмосферы от котельной на территории поселка и определено влияние каждого вещества.

Предмет исследования - загрязняющие вещества атмосферы и их влияние на жилую зону. Объект исследования - котельная. База исследования - предприятие МУП ПУЖКХ «Авдон».

Методы исследования: использовался комплекс экспериментальных и неэкспериментальных методов. Из неэкспериментальных методов использовался анализ документации предприятия, с проектами по нормативам ПДК по данному предприятию. Для проведения эксперимента исследования использовалась программа ОНД-86, были проведены необходимые расчеты по ней.

Практическое значение исследования определяется тем, что возникает необходимость установления соответствия загрязнителей атмосферы нормам ПДК и их влияния на жилую зону рядом с предприятием.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Значение атмосферного воздуха как объекта охраны

Объектами правовой охраны согласно Закону РФ «Об охране окружающей среды» признаются климатические ресурсы, атмосферный воздух, включая озоновый слой, земля, ее недра и почвы, воды (поверхностные, подземные), растительный и животный мир в их видовом разнообразии во всех сферах произрастания и обитания, типичные и редкие ландшафты, а также иные сферы.

Атмосферный воздух является одним из объектов экологических правоотношений (21). Воздух -- важнейшая составная часть среды обитания людей. Он -- основа жизни на Земле, в том числе жизни человека. Атмосфера служит надежной защитой от вредных космических излучений, определяет климат данной местности и планеты в целом, оказывает решающее воздействие на здоровье людей, их трудоспособность, жизнедеятельность растительного и животного мира (1). Атмосферный воздух выполняет также геологические, экологические, терморегулирующие, защитные, энергоресурсные, хозяйственные и другие функции. Равным образом он прямо или косвенно служит необходимым, условием производства (17). Загрязнение воздуха, те изменение его природного состава из-за пыли, выхлопных газов или пахучих веществ, может в зависимости от вида загрязнения, концентрации примесей и срока их воздействия вредно влиять на условия труда и быта людей, отражаться на их жизни и здоровье, наносить вред окружающей среде и народному хозяйству. Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы химическими веществами, поступающими в воздух в газообразном, жидком или твердом состоянии, являются промышленность и транспорт (4). Кроме того, в атмосферу постоянно поступают загрязняющие вещества природного происхождения, состоящие главным образом из таких компонентов, как морская соль, дым и газ лесных или степных пожаров и извержении вулканов, пыль, возникающая из-за эрозии почв, а также растительного, животного и космического происхождения.

Атмосферный воздух, как и вся природа, находится под охраной государства. Охрана природы осуществляется в различных направлениях. Это:

- обеспечение оптимального для жизни качества атмосферного бассейна путем защиты его от различных видов загрязнения (естественного и искусственного происхождения);

- сохранение оптимального для жизни газового состава атмосферы и прежде всего ее кислородных ресурсов (38);

- поддержание оптимального естественного состояния воздушной среды путем предупреждения и ограничения физических воздействий;

- предотвращение разрушения озонового слоя атмосферы и атмосферных явлений, неблагоприятно воздействующих на погоду и климат, здоровье людей, растительный и животный мир (13).

Правоотношения по охране атмосферного воздуха в РФ регулируются специальным законом «Об охране атмосферного воздуха». Данный Закон направлен на сохранение и улучшение качества атмосферного воздуха, его восстановление для обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности человека, а также предотвращение вредного воздействия на окружающую среду. Закон устанавливает правовые и организационные основы норм хозяйственной и иной деятельности в области использования и охраны атмосферного воздуха.

В соответствии со ст. 1 Закона, атмосферный воздух - это охраняемый природный объект, представляющий собой газовую оболочку нашей планеты. Охрана атмосферного воздуха - совокупность организационных, экономических, технических, правовых и иных мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха, осуществляемых государственными органами, юридическими и физическими лицами.

Основными задачами указанного Закона являются:

- регулирование отношений в области охраны атмосферного воздуха в целях обеспечения благоприятной среды обитания человека, сохранения, улучшения и восстановления состояния атмосферного воздуха;

- предотвращение и снижение уровней вредного химического, физического, биологического и иного воздействия на атмосферный воздух;

- обеспечение рационального использования атмосферного воздуха для производственных нужд;

- укрепление правопорядка и законности в области охраны атмосферного воздуха.

1.2 Основные источники загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы -- привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среде многолетней концентрации этих веществ в нём. Основные загрязнители атмосферного воздуха: оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, атмосферная пыль. Выбросы - это отходы, выбрасываемые в атмосферу (37).

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов - как газообразных, так и в виде аэрозолей. Воздушный бассейн, особенно вблизи земной поверхности, постоянно насыщается большим или меньшим количеством неорганических и органических газов, паров и твердых частиц. Они образуются при распаде органических веществ, прижизненном выделении организмами, геологических и геохимических процессах в литосфере (11). Минерализация органических веществ сопровождается поступлением в атмосферу значительного количества аммиака, метана, сероводорода и других газов. Периодически большое количество различных газов и паров поступает в атмосферу из действующих вулканов, гейзеров, геотермальных и других подземных источников, при лесных степных пожарах.

Концентрация насыщающих атмосферу различных примесей в результате действия природных факторов в большинстве случаев невелика и происходит периодически с большими или меньшими интервалами (20).

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Атмосферные загрязнители по происхождению могут быть первичными - отходы предприятий, топок, двигателей и вторичными - образующимися в свободной атмосфере в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы (14). Промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу вещества, отличающиеся сложным химическим составом и степенью угнетающего действия на организмы. В их состав входят остаточные продукты горения органических веществ, термического и химического состава перерабатываемых материалов, механического дробления. В составе атмосферных загрязнителей преобладают газы. Среди них наиболее вредными являются окись углерода, окислы серы и азота, углеводороды, различные смолистые вещества.

Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы (17). В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии.

Приоритетные загрязнители воздуха: диоксид серы, окись углерода, оксиды азота, аммиак и пыль (13):

1) Диоксид серы:

Среди серосодержащих техногенных эмиссий наиболее токсична двуокись серы. Установлено, что SO2 является сильнодействующим ассимиляционным ядом. В тоже время SO2 является местным ядом, убивающим только те участки, в которые он проник, не затрагивая существенно жизнедеятельность соседних участков. Сернистый ангидрид в воздухе постепенно окисляется до серного и растворяется в воде, образуя мельчайшие капельки серной кислоты, повреждающей живое вокруг.

2) Окись углерода:

Окись углерода мало токсична, но повышение концентрации CO2 в атмосфере, даже без учета глобального потепления, способно привести к значительному изменению структуры и функционирования экосистем.

3) Оксиды азота:

Среди них наиболее распространенными загрязнителями воздуха являются оксид азота NO(II) и диоксид азота NO2 (IY). Оксид азота NO - бесцветный тяжелый газ, кислородом воздуха окисляется до диоксида азота. Диоксид азота NO2 - газ коричнево-бурого цвета (плотностью 1,49 кг/м3), который, реагируя с влагой воздуха, превращается в азотную и азотистую кислоты. Время жизни NO2 в атмосфере около 3 суток. NO2 обусловливает фотохимическое загрязнение атмосферы, поскольку реагирует с другими веществами: с диоксидом серы SO2, кислородом, углеводородами. Диоксид азота в пять раз токсичнее оксида азота. В атмосфере оксид и диоксид азота находятся в динамическом равновесии, превращаясь друг в друга в результате фотохимических реакций, в которых участвуют в качестве катализатора. Их соотношение в воздухе зависит от интенсивности солнечного излучения, концентрации окислителей и других факторов.

4) Аммиак:

Аммиак менее токсичен, чем сернистый газ, однако при длительном воздействии даже низких его концентраций обнаруживаются заметные неблагоприятные изменения.

5) Пыль:

Пыль, представляет собой взвешенные в воздухе или осевшие на поверхности тех или иных объектов твердые частицы наземного (в том числе промышленного), вулканического, органического или космического происхождения. Наибольшей токсичностью обладают пылевые выбросы алюминиевых заводов, электростанций, металлургических предприятий, асбестовых, цементных заводов, предприятий бытовой химии и ряда других. Степень отрицательного воздействия промышленной пыли зависит от ряда факторов, среди которых основными являются ее химический состав и растворимость в воде, скорость оседания пылевых частиц и продолжительность удерживания их на поверхности, возможность образования воздухонепроницаемых корок.

Косвенный эффект воздействия промышленной пыли всегда бывает трудно оценить, так как повреждения проявляются обычно по прошествии длительного времени, носят хронический характер и часто скрыты от глаз наблюдателя. Это объясняется тем, что депрессирующее влияние пыли может сказываться на разнообразных компонентах экосистем, приводя к угнетению их роста, возникновению морфологических аномалий, исчезновению неустойчивых видов, изменению химического состава почв, гибели микрофлоры и прочее.

Даже слабое, но постоянное воздействие пылевых выбросов на определенные структурные и функциональные звенья экосистемы вызывает нарушение естественных биологических сообществ и снижение общей устойчивости к другим внешним повреждающим воздействиям.

1.3 Общая характеристика котельной как загрязнителя атмосферы

Теплоэнергетические установки, работающие на угле, мазуте, горючем сланце или торфе, относятся к числу основных источников загрязнения атмосферного воздуха. Процессы сжигания органического топлива, как правило, сопровождаются выбросами таких загрязняющих веществ, как диоксид серы, оксиды азота, летучие органические соединения, ароматические углеводороды, диоксины, фураны, тяжелые металлы, а также твердые частицы различного химического состава и размеров. При сжигании ископаемого топлива в атмосферный воздух также поступает очень большой объем парниковых газов (5).

Котельная установка - это комплекс устройств для получения водяного пара под давлением (или горячей воды). Котельная установка состоит из котельного агрегата, в котором производится водяной пар с заданными давлением и температурой, и ряда вспомогательных устройств, предназначенных для приготовления и подачи топлива, питательной воды и воздуха, а также удаления производственных отходов (дымовых газов и зольных остатков топлива). Водяной пар используется в энергетике для привода паровых турбин, а также как греющая среда в технологических процессах (нагревание, сушка, выпаривание и т.д.) и в быту (отопление, горячее водоснабжение). Наряду с паровыми котлоагрегатами в небольших коммунальных котельных применяются также водогрейные котлы, в которых подогреваются вода, используемая для нужд теплоснабжения (9).

Классификация котельных:

По типу расположения

v Отдельно стоящие

v Крышные

v Встроенные в здания другого назначения

v Пристроенные к зданиям другого назначения

v Блочно-модульного исполнения

v Рамные на поддонах

По типу используемого топлива

v Газовые

v Жидкотопливные (мазут, дизельное топливо, отработанное масло)

v Твердотопливные (дрова, кокс, бурый и каменный уголь, брикеты)

v Комбинированные многотопливные

По типу устанавливаемых котлов

v Паровые

v Водогрейные

v Смешанные

v Диатермические

По назначению тепловой нагрузки

v Отопительные (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение)

v Производственные (пар и/или горячая вода для технологических потребителей)

v Смешанные (обеспечение и отопительной и производственной функции)

По категории надежности отпуска тепла

v Первой категории -- котельные являющиеся единственным источником тепла потребителей первой категории (не допускающих перерывов в подаче расчетного количества теплоты)

v Второй категории -- котельные предназначенные для потребителей допускающих снижение отпуска тепла на период ремонта, но не более 54 часов.

v Третья категория - все остальные потребители

В зависимости от производительности

v котельные установки малой производительности (до 20 т/ч)

v средней производительности (20-70 т/ч)

v большой производительности (свыше 100 т пара в час)

По величине давления пара

v котельные установки низкого (до 3 МПа)

v котельные среднего (3-7,5 МПа)

v котельные высокого (10-15 МПа)

v котельные сверхвысокого (15-22,5 МПа)

v сверхкритического (более 22,5 МПа) давления (26).

Основными элементами котельного агрегата экранного типа с естественной циркуляцией, имеющего факельную топку для сжиганиия каменноугольной пыли являются топочная камера, парообразующие поверхности нагрева - ряды экранных труб, пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель. Смесь топлива с воздухом подается через горелки в топочную камеру, где топливо воспламеняется и сгорает во взвешенном состоянии.

Различают котлоагрегаты с естественной и принудительной циркуляцией (прямоточной). В последних движение воды происходит под действием насоса. Мощные энергетические котлоагрегаты с естественной циркуляцией, выпускаемые в настоящее время, имеют параметры пара р=14 МПа и t=570°С, а котлоагрегаты с искусственной циркуляцией - р=25 МПа и t=565°С (38).

В котельном агрегате происходит непрерывная циркуляция воды и пароводяной смеси. Образующаяся в экранных трубах смесь воды и пара имеет меньшую плотность, чем вода в опускных трубах, поступающая из барабана котла. Вследствие этого пароводяная смесь поднимается по экранным трубам в барабан котла, откуда вода перемещается вниз по не обогреваемым опускным трубам (естественная циркуляция). Нарушение нормальной циркуляции воды в котлоагрегате (например, при низком уровне воды в барабане котла) может привести к перегреву труб и выходу их из строя (26). Опускные и экранные трубы соединяются между собой посредствам коллектора. Кипятильные трубы, расположенные на стенах топки, образуют поверхности нагрева, которые называются экранами.

В барабане насыщенный пар отделяется от воды и поступает в пароперегреватель, где он нагревается до заданной температуры. Пароперегреватель представляет собой теплообменник, трубки которого изогнуты в виде змеевиков. Дымовые газы движутся снаружи трубок, а водяной пар - внутри. В котлоагрегатах большой производительности устанавливают дополнительные пароперегреватели для вторичного перегрева пара.

Из пароперегревателя дымовые газы поступают в водяной экономайзер, который предназначен для подогрева питательной воды, подаваемой в барабан. Для поддержания необходимого уровня воды в барабане котла расход питательной воды должен соответствовать паропроизводительности котельного агрегата (37). Как и пароперегреватель, водяной экономайзер представляет собой теплообменник поверхностного типа. Далее установлен воздухоподогреватель, в котором нагревается воздух, подаваемый в топочную камеру. Дымовые газы проходят по трубам воздухоподогревателя сверху вниз, а воздух движется между трубами снаружи в поперечном направлении.

За счет снижения температуры уходящих дымовых газов в водяном экономайзере и воздухоподогревателе до 120-200°C уменьшаются потери теплоты с уходящими газами, что значительно повышает КПД котлоагрегата. Экономайзер и воздухоподогреватель устанавливаются на всех агрегатах средней и большой производительности. Котлоагрегаты малой производительности имеют только водяной экономайзер (31).

Теплообмен между дымовыми газами и трубами в водяном экономайзере и воздухоподогревателе в основном происходит конвективным путем, так как при низкой температуре дымовых газов интенсивность теплообмена излучением сравнительно невелика. Поэтому эти поверхности нагрева называют конвективными. Экраны в топочной камере и первые ряды труб пароперегревателя являются радиационными поверхностями нагрева, которые вследствие высокой температуры дымовых газов получают теплоту преимущественно излучением. В прямоточных котлоагрегатах парообразующие поверхности представляют собой систему обогреваемых змеевиков.

Газы уносят из топки значительное количество золы (при факельном сжигании до 80-90%), поэтому после воздухоподогревателя дымовые газы направляются для очистки в золоуловитель, что предупреждает загрязнение окружающей местности. Затем с помощью дымососа дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу (31). Дымосос представляет собой вентиляторную установку центробежного типа с электрическим приводом. Для подачи воздуха в топку котельного агрегата устанавливается также дутьевой вентилятор.

Мощные котельные установки, работающие на твердом топливе, имеют сложную систему подачи и приготовления топлива, включающую мельницы и дробилки, механизмы для подачи топлива в топочную камеру, емкости для хранения угольной пыли, ленточные транспортеры и т.д. Система приготовления топлива может быть централизованной или индивидуальной. В большинстве случаев применяется индивидуальное система пылеприготовления, в которой каждый котлоагрегат располагает собственной системой для приготовления топлива.

Исключительно важное значение при эксплуатации котельных установок имеют внутри котловые процессы: образование накипи, сепарация капелек влаги от пара, который поступает в пароперегреватель (38). Слой накипи на внутренних стенках экранных и кипятильных труб является значительным термическим сопротивлением, которое изолирует трубу от движущейся по ней пароводяной смеси, что приводит к опасному перегреву труб. Для предупреждения образования накипи котельный агрегат питается конденсатом пара. Потери конденсата восполняются обычно химически очищенной водой, из которой удалены накипеобразующие соли (соли жесткости).

Внутри барабана котла устанавливаются различные устройства для механической сепарации капелек влаги. При плохой сепарации в пароперегреватель вместе с влагой будут попадать соли, которые осаждаются на трубах пароперегревателя (26). Для того чтобы предупредить повышение концентрации солей в котловой воде, применяют непрерывную продувку котлоагрегата. При этом из барабана котла удаляется часть воды и вместо нее дополнительно подается такое же количество питательной воды, содержащей значительно меньше соли. За счет этого содержание солей в котловой воде поддерживается на определенном уровне. Наряду с непрерывной продувкой применяют также периодическую, при которой из нижних коллекторов удаляют часть воды, а вместе с ней и соли, выпавшие в виде твердого осадка (шлама).

Современные котельные агрегаты, применяемые в энергетике, являются очень сложными установками (31), имеющими большие размеры (высота их достигает 35-50 метров). Управление работой таких котлоагрегатов автоматизировано. При этом автоматически поддерживаются в заданных пределах параметры пара, производительность, расход топлива и воздух, уровень воды в барабане котлоагрегата и т.д.

1.4 Действие загрязняющих веществ на растительность

Поступление токсических неорганических соединений в растительность условно можно разделить на три фазы:

1. Сорбция кутикулярным слоем и клетками эпидермиса;

2. Диффузия через устьичные щели внутрь листа и растворение в воде, насыщающей оболочки клеток, выстилающих дыхательные полости;

3. Передвижение от мест поглощения к соседним тканям и накопление в клетках (38).

На скорость проникновения токсических ионов и молекул через покровные ткани оказывают влияние их размеры. Так, интенсивность поступления их в листья увеличивается при гидратации, что бывает в период осадков, туманов и росы. Поступление токсических веществ в листья через покровные ткани сокращается, хотя и не прекращается совсем в неблагоприятных погодных условиях, например, при длительной летней засухе.

Большинство токсикантов (соединения углерода, серы, азота) в низких концентрациях могут служить источником необходимых растению макро- и микроэлементов (1). И в этом случае клетка обладает механизмами активного транспорта ионов через плазмалемму. В общих чертах этот механизм действует согласно с клеточным метаболизмом до тех пор, пока ионы или другие вещества не нарушают внутриклеточных реакций.

Поступающие в лист фитотоксиканты неравномерно распределяются в пределах листовой пластинки и всего растения. Большинство из них транспортируется по ксилеме на верхушку или края листовой пластинки. Проникшие в цитоплазму токсические соединения сосредоточиваются в основном в вакуолях.

Распространение и распределение атмосферных токсикантов, в тканях листа при закрытых устьицах, может быть представлено в следующей последовательности: поглощенные кутикулой газы диффундируют в нижерасположенные оболочки эпидермальных клеток, частично проникают в клетки, но в основном распространяются по свободному пространству к соседним клеткам и достигают проводящих сосудов.

Если токсические газы проникают через устьица (3), то они насыщают оболочки клеток, выстилающих дыхательные полости и каналы, растворяются в воде, и одна их часть проникает в клетку, а другая вместе с током воды транспортируется по жилкам до мест потребления.

Однако не все элементы распределяются в растении по указанному пути. Распространение и распределение токсических веществ разной химической природы в пределах листовой пластинки и всего растения контролируется не структурой проводящих тканей, а избирательным поглощением каждого из них в отдельности и зависит от концентрации токсического вещества, скорости его поступления в лист и передвижения по сосудам (16). При медленном поступлении, но быстром оттоке по ксилемным сосудам токсические соединения сосредоточиваются на верхушке и периферии листа, в результате чего появляются глубокие и необратимые нарушения. Так, по краям листа в условиях постоянного загрязнения воздуха газообразными токсикантами содержится в 10-50 раз больше фтора, окислов серы, азота, чем в серединной его части.

Вместе с транспортными метаболитами из сформированных листьев экспортируется часть накопленных токсических веществ. Накопление в молодых листьях высоких доз токсических веществ, поступающих из средневозрастных листьев, может вызвать полную их гибель и опадение. Аккумулирующиеся в побегах путем оттока из листьев и притока из корней токсические соединения передвигаются к меристематическим тканям в период их активного состояния и отрицательно влияют на рост побегов, листьев и формирование генеративных органов (37).

Реакция на действие атмосферных газообразных токсикантов в большинстве случаев носит двухфазный характер:

· увеличивается активность функциональных приспособлений;

· происходит угнетение метаболизма.

Соотношение этих двух фаз в значительной мере определяет степень газоустойчивости растений (3).

На деревьях в зонах высокой загазованности много недоразвитых деформированных листьев, уже в начале лета проявляется омертвление их тканей, начинающееся с краев, а затем распространяющееся к середине. Листья темнеют, засыхают и опадают, чем сокращается продолжительность жизни растений.

В условиях промышленно-загрязненной среды древесные растения имеют более мелкие листья, большую толщину эпидермиса, меньшие размеры клеток ассимиляционной паренхимы и устьиц, большее количество устьиц на единицу площади листа. Усиление ксероморфности в строении листьев часто способствует повышению их газоустойчивости.

Под действием загрязняющих веществ, происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, изменению формы роста, ветвлению и т.д. (37)

Накапливаясь в тканях листа сверх допустимого уровня, токсикант вызывает у растений различные нарушения в структурной организации и функциональной деятельности. Начальными признаками поражения являются снижение транспирации и фотосинтеза, ухудшение поглощающих функций корня. Эти сдвиги вначале обратимы, но по мере накопления отравляющего вещества происходят резкие изменения ультраструктуры клеток (1) (разбухание оболочки, нарушение структуры митохондрий и хлоропластов), а затем и ухудшение углеводного, белкового и фосфорного обменов.

1.5 Заболеваемость населения, обусловленная загрязнением атмосферного воздуха

Экологическая проблема, рассматриваемая как неизбежный результат производства и потребления, сопровождала общественное развитие на всем его протяжении. Наблюдаемые в настоящее время изменения в биосфере, известны сейчас каждому человеку и связаны, прежде всего, с загрязнением природной среды противостоящими ей по своей структуре многочисленными синтетическими веществами, отходами многих тысяч производств (1).

В загрязнение окружающей среды свою лепту вносит огромное количество химических веществ, оказывающих биологические воздействие на организм человека. Основными загрязнителями биосферы являются оксид и диоксид углерода, сернистый газ и оксиды азота, фосфаты и ртуть, свинец и радиация, нефть и инсектициды (14).

Понимание особенностей поведения различных химических выбросов и отходов при их попадании в окружающую среду, умение оценивать их воздействие на процессы, протекающие в биосфере, прогнозирование последствий внедрения новых технологий позволят сформулировать современные концепции природопользования, базирующиеся на принципах гармоничного взаимодействия человека с природой.

1.5.1 Влияние на детей

Сравнительно небольшие концентрации загрязнителей могут несколько стимулировать процессы роста детей (13). Если атмосферный воздух загрязнен оксидом углерода (II) СО, оксидами азота (NO)х и диоксидом серы SO2, то доля детей с повышенной массой тела увеличится. При дальнейшем увеличении концентрации химических загрязнителей рост детей, наоборот, замедляется. Это проявляется увеличением доли детей, имеющих сниженные показатели длины тела.

Одновременное замедление процесса роста с увеличением массы тела приводит к дисгармоничному физическому развитию вплоть до ожирения. Ожирение является пусковым механизмом многих заболеваний у детей и у подростков.

Исследования немецких и чехословацких ученых показали, что загрязнение атмосферы химическими вредными веществами и пылью вызывает нарушение нормального развития костей у детей (38). Дошкольники и школьники, особенно мальчики, проживающие в загрязненных районах, отстают по костному возрасту от своих сверстников из экологически чистых районов. В «алюминиевых» городах и других крупных индустриальных центрах Российской Федерации у детей наблюдается патология зубов, проявляющаяся в изменении эмали зубов, а также наблюдается изменение опорно-двигательного аппарата детей. В Уфе, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде у детей первых трех лет жизни наблюдается картина астенизации - узкая грудь, минимизация массы тела при сохранности минимальной нормы роста (37).

В зоне производств йодорганического и фторорганического синтеза города Перми наблюдаются массовые заболевания детей. Так, в возрасте 12…17 лет у 57% мальчиков и 82% девочек выявлены гиперплазия щитовидной железы, дисфункция надпочечников. Величина риска заболеваний нервной системы в зонах экологического неблагополучия превышает 60%. Ведущее место в структуре причин детской инвалидности занимают поражения центральной нервной системы, болезни мозга, такие как умственная отсталость, психические болезни - у 30%, болезни нервно- мышечной системы, в том числе церебральный паралич - у 20% от общего числа детей-инвалидов.

Особую опасность для здоровья детей представляют выбросы свинца и его соединений (14). Даже самые малые дозы оказывают существенное влияние на развитие мозга у детей. Такое же влияние оказывает ртуть. Нынче под свинцовым прессом находится население таких городов РФ, как Мончегорск, Норильск, Курск, Ярославль, Москва, Санкт-Петербург, а также регионов Урала, Северной Осетии, Дальнего Востока.

Загрязнения окружающей среды оказывают влияние и на органы дыхания у детей. У детей изменяются жизненная емкость легких, объем фиксированного выдоха. Также одной из основных систем организма реагирующей на загрязнения окружающей среды, является система кровообращения (38). В условиях загрязненной среды пульс становится реже, появляется брадикардия, уменьшается систолический и минутный объемы кровообращения, развиваются вегетососудистые дистонии по гипер- или гипотоническому типу.

В обобщенном и упрощенном виде можно считать, что воздействие загрязнителей атмосферного воздуха на заболеваемость детей происходит поэтапно по мере нарастания силы влияния фактора:

1. увеличение тяжести заболевания;

2. возрастания уровня заболеваемости;

3. изменение обычной структуры заболеваемости (27).

При очень значительном загрязнении окружающей среды меняется структура заболеваемости, возрастает удельный вес экологически зависимых заболеваний, определяемых приоритетными загрязнителями конкретной местности (30). Например, в регионах, где расположены предприятия по производству белково-витаминных концентратов (БВК) или медицинских препаратов (витамины, антибиотики и др.) преобладают заболевания с аллергическим компонентом: атопический дерматит, аллергический ринит, бронхит, бронхиальная астма и др. В крупных городах значительная часть жителей подвергается сочетанному действию шума и загрязнения атмосферного воздуха от автотранспорта и промышленных предприятий. Пребывание даже в течение 3х часов младших школьников на территориях микрорайонов с высоким уровнем шума (70…80 дБ) и концентрацией оксида углерода СО 20 мг/м3 сопровождается неблагоприятными физиологическими изменениями в организме, а сочетание длительного воздействия шума и СО даже в допустимых уровнях для жилых территорий неблагоприятно влияет на центральную нервную систему и обменные процессы в организме (37).

Заболеваемость детей возрастает при увеличении уровня сочетанного действия шума и загрязнения атмосферного воздуха. Промышленные предприятия, особенно предприятия строительной индустрии, автотранспорт, шахты, рудники, выбрасывают в атмосферу колоссальное количество пыли. При нормальном дыхании с каждым вдохом в организм человека поступает от 0,5 до 2 дм3 воздуха. Вдыхаемый воздух через трахею и бронхи попадает в альвеолы легких, где происходит газообмен между кровью и лимфой. В зависимости от размеров частиц пыли и ее свойств поглощение ее происходит по-разному. Грубые частицы задерживаются в верхних дыхательных путях. Если они не токсичны, то могут вызвать заболевание у детей, которое называется пылевой бронхит. Тонкие частицы пыли размером от 0,5 до 5 мкм достигают альвеол и могут привести к заболеванию, которое носит название пневмокониоз. Пыль - это носитель токсикантов (17). Влияние концентрации токсичных пылей особенно заметно сказывается на организме детей.

Хлор наносит урон органам зрения и дыхания. Соединения фтора попадают в организм через пищеварительный тракт, вымывают кальций из костей и многие дети страдают детским остеопорозом. Фториды снижают содержание кальция в крови, а при вдыхании отрицательно воздействуют на дыхательные пути. Дисульфид углерода CS2 является ядом нервного действия, что может вызвать психическое расстройство. Вредны для здоровья детей соединения бериллия. Диоксид серы поражает дыхательные пути.

Очень опасны для здоровья детей даже в малых концентрациях альдегиды и кетоны (30). Альдегиды оказывают раздражающее действие на органы зрения и обоняния; являются наркотиками, разрушающими нервную систему. При этом ненасыщенные альдегиды по сравнению с насыщенными приводят к более тяжелым последствиям. Нервную систему детей поражают также фенольные соединения и органические сульфиды.

Таким образом, при вдыхании пыли на организм детей одновременно действует не одно, а несколько химических веществ. При этом эффект может быть простым, суммарным, усиленным или ослабленным.

1.5.2 Влияние на взрослое население

Окружающая природная среда оказывает влияние на здоровье населения и в незагрязненном состоянии и в загрязненном состоянии. Существуют заболевания, связанные как с недостаточным, так и с избыточным содержанием каких-либо элементов в естественной природной среде (27). Например, вызывает заболевания недостаток в организме следующих микроэлементов - меди, марганца, молибдена, цинка, кобальта и др., которые играют важную роль в обмене веществ. Такие заболевания называются эндемичными, а регионы, где они регистрируются - биогеохимическими провинциями.

Несколько примеров эндемических заболеваний (38):

ь если в питьевой воде мало фтора (меньше 0,3 мг/дм3), то развивается кариес зубов. Кариозные зубы - постоянный очаг инфекции в организме, провоцирующий возникновение многих заболеваний органов пищеварения, сердца, суставов, почек, печени и др. Все это ослабляет общую устойчивость организма к действию других загрязнителей;

ь при недостатке йода в пище или при несбалансированном питании, затрудняющем его усвоение организмом, поражается щитовидная железа, развивается зоб с тиреотоксикозом или без него. Эти заболевания сопровождаются железодефицитными анемиями, отклонениями в физическом развитии детей, нарушением процессов нормального развития костей и полового развития, снижением показателей умственного развития.

Гораздо более сильное влияние на здоровье населения оказывают антропогенные загрязнения окружающей среды, обусловленные хозяйственной деятельностью человека. Они могут оказывать специфическое и неспецифическое действие на организм.

К чрезвычайно опасным загрязнителям относятся синильная кислота НСN и ее соли - цианиды. Общее воздействие на организм цианида калия КСN и других солей синильной кислоты вызывает нарушение дыхания, резкое понижение способностей тканей потреблять доставляемый кислород. При хроническом отравлении возможно нарушение продуцирования гормонов щитовидной железы, тяжелое поражение дыхательных путей, головная боль, похудение, развитие анемии, лейкопения, поражение почек, ухудшение зрения и слуха, на коже образуется хроническая экзема. Смертельная доза КСN для человека составляет 0,12 г. (14)

Чрезвычайно опасными для здоровья населения являются соединения сурьмы. Они вызывают раздражение слизистых дыхательных путей и пищеварительного тракта, кожи. При хроническом отравлении соединения сурьмы способны вызвать нарушения обмена веществ, негативно влияют на нервную систему и сердце. При гидролизе соли SbCl3 в организме образуется соляная кислота HCl, приводящая к острому воспалению легких и дыхательных путей и опасному воздействию на пищеварительный тракт. SbCl3 раздражает глаза, вызывает тошноту, рвоту, понос, мышечную слабость, задерживает мочеиспускание, в результате - судороги, сердечная слабость, коллапс, смерть (38).

Сильным канцерогенным веществом, чрезвычайно опасным для здоровья людей является бензапирен (1,2-бензпирен) (9). 1,2-бензпирен обладает канцерогенной активностью в отношении человека и животных. Возможно развитие раковых опухолей самых разных органов: легких, желудка, молочных желез и др. Свинец - высоко опасный яд, действующий на все живое, в особенности на нервную систему, кровь, сосуды; на эндокринную и пищеварительную систему действует в меньшей степени.

Высокотоксичным веществом является озон (4). Было найдено, что минимально ощутимая по запаху концентрация озона для человека равна 0,015 мг/м3, а максимально неощутимая - 0,01 мг/м3. В концентрации 0,15 мг/м3 озон обладает раздражающим действием на слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Длительное пребывание людей в атмосфере, содержащей 0,2 мг/м3 озона, может вызвать головные боли, а также раздражение глаз, то есть концентрацию 0,2 мг/м3 можно считать предельно допустимой. При двухчасовом пребывании человека в атмосфере озона с концентрацией 0,4 мг/м ощущалась сухость во рту, невозможность сосредоточиться, кашель. При концентрации озона 0,2-1 мг/м наблюдается раздражение слизистых оболочек глаз и горла. Воздействие озона при концентрации 3-4 мг/м3 в течении 0,5-1,5 часов вызывает следующие реакции: раздражение верхних дыхательных путей, сухость во рту, неспособность сосредоточиться и думать, изменение вкусовых ощущений, боли в груди (27). При концентрации 15-20 мг/м3 О3 развивается отек легких. Длительное пребывание людей в помещении с концентрацией О3, равной 0,1…2 мг/м3, вызывает нарушение нервной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем. Установлено усиление токсичности при воздействии смесей озона с оксидами азота, СО2, аэрозоля серной кислоты Н2SО4.

Отходы, содержащие хлорид меди CuCl2, сульфат меди CuSO4, щавелевокислую медь Сu(С2O4)2, соединения свинца, оксид сурьмы Sb2O3, являются высоко опасными. Медь содержится в организме человека в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в кроветворении. Во вредном действии избытка меди решающую роль играет реакция катиона Сu2+ с SH-группами ферментов. С колебаниями содержания меди в сыворотке и коже связано появление депигментации кожи, реакции соединений меди с белками тканей верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Попадание в желудок человека сульфата меди CuSO4 вызывает анемию, язву желудка, изменения в печени, кровоизлияния в почках, желтуху, при почечной недостаточности - смерть (30).

Фосфаты - это соли различных металлов; многие из них используются в качестве удобрений. Так как анион фосфорной кислоты является физиологическим, то общее токсическое действие се солей возможно лишь при весьма высоких дозах. Попадание пыли фосфатов в организм человека развивает пневмосклероз, сокращение бронхов и кровеносных сосудов. Сочетанное воздействие фосфатов и нитратов особенно опасно (38). При контакте с фосфатами у человека развиваются дерматиты: сыпь, жжение, зуд, отек кожи лица, жжение в глазах, слезоточивость. При осложнениях возможно развитие бронхита и пневмонии.

Хлорид цинка ZnCl2 у человека поражает дыхательные пути, иногда желудочно-кишечный тракт, реже возникает язва желудка. Сульфат цинка ZnSO4, а также цинковый купорос ZnSO4?7H2O у человека может вызвать повышенную заболеваемость органов дыхания, пищеварения, кровообращения, кожи. Сера и серосодержащие соединения в основном считаются сравнительно невысоко токсичными, но в условиях производства представляют определенную опасность для здоровья работающих: возможны случаи острого и хронического отравления при поступлении через органы дыхания, кожные покровы; раздражающее действие на органы дыхания, зрения, слизистые и кожные покровы.

Однако не следует считать, что только химическое загрязнение окружающей среды влияет на здоровье человека. На здоровье людей оказывает влияние комплекс факторов, определяющих санитарное состояние окружающей среды (14). Конкретные особенности заболевания зависят от количества и качества окружающей среды. Охарактеризовать эти особенности в разных городах страны очень сложно, так как наряду с общими загрязнителями (пылью, оксидом углерода СО, оксидами азота (NO)х, SO2 и др.) в каждом населенном пункте есть своя специфика, обусловленная профилем работающих промышленных предприятий и рядом других факторов. Чаще всего химические загрязнения действуют в сочетании с физическими (шум, радиация, ультрафиолетовая недостаточность, напряженность электромагнитных полей) и биологическими факторами, а также в совокупности с социальными условиями жизни людей и с техникой защиты воздушного бассейна, вод и почвы от химических загрязняющих веществ.

1.6 Нормирование качества и охрана атмосферного воздуха

Нормирование качества атмосферного воздуха является одним из основных методов его охраны. Оно осуществляется с целью установления нормативов качества окружающей среды, нормативов допустимого воздействия на окружающую среду и иных нормативов в области охраны окружающей среды, гарантирующих безопасность здоровью населения и окружающей среде (29). Выбросы, отходы, сбросы химических веществ, иных веществ и микроорганизмов в окружающую среду в пределах установленных допустимых нормативов допускаются на основании разрешений, выданных органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды, и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных правил и стандартов.

В соответствии с постановлением Правительства РФ от 13.09.2010 №717 с 30.09.2010 административные процедуры по нормированию и выдаче разрешений осуществляет Росприроднадзор (23).

Перечень документов, необходимых для установления нормативов ПДВ и получения разрешения на выбросы:

1. Заявление на установление (утверждение) нормативов ПДВ и выдачу разрешения на выброс (по каждой производственной площадке);

2. проект нормативов ПДВ (дополнительно - бланк инвентаризации источников выбросов, заверенный предприятием);

3. копия санитарно- эпидемиологического заключения о соответствии представленных нормативов действующим СанПиНам;

4. государственная пошлина за выдачу разрешения на выброс с указанием адреса и названия конкретного объекта (оригинал платежного поручения с оплатой госпошлины непосредственно от заявителя);

5. статистическая отчетная форма 2ТП-воздух на бумажном и (или) электронном носителе;

6. паспорта на пылеулавливающие и газоочистные установки, используемые на предприятии (с протоколами инструментальных замеров эффективности работы за текущий год);

7. заполненная форма разрешения на выброс на бумажном (2 экз.) и электронном носителях (23).

При нарушении нормативов качества атмосферного воздуха деятельность субъектов хозяйствования, осуществляющих выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, может быть ограничена, приостановлена или прекращена по предписанию органов, осуществляющих государственный контроль в области охраны атмосферного воздуха (8).

Обязательным направлением в работе любого предприятия является деятельность по охране окружающей среды. Перечень и объем работ по разработке природоохранной документации зависит от сферы деятельности и размеров самого предприятия. Среди достаточно большого перечня необходимой природоохранной документации (лицензии, договоры, сертификаты, сведения государственного статистического наблюдения и т.д.), разработка которой требуется предприятию, особое значение имеют:

1. проект нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ);

2. проект нормативов образования отходов и лимитов на их размещение (ПНООЛР);

3. проект нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты (НДС) (10).

С целью достижения, и сохранения благоприятного качества атмосферного воздуха устанавливаются:

ь нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (ориентировочно безопасных уровней воздействия) и уровней вредных физических и иных воздействий на него;

ь нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вредных физических и иных воздействий на него;

ь нормативы предельных объемов образования загрязняющих веществ при эксплуатации технологического и другого оборудования, сооружений и объектов;

ь нормативы потребления атмосферного воздуха для производственных нужд;

ь нормативы содержания загрязняющих веществ в отработанных газах и вредных физических и иных воздействий передвижных источников на атмосферный воздух;

ь нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (15).

Законодательством РФ могут устанавливаться и другие нормативы в области использования и охраны атмосферного воздуха.

Согласно градостроительному кодексу, при проектировании, строительстве, реконструкции городов и других населенных пунктов должны учитываться состояние атмосферного воздуха и прогноз его изменения. Проектирование, строительство, реконструкция городов и других населенных пунктов должны проводиться в соответствии с санитарными нормами, правилами и гигиеническими нормативами по охране атмосферного воздуха (38). Выбор территорий и площадок для строительства городов, населенных пунктов и жилых объектов согласовывается с органами, осуществляющими государственный контроль в области охраны атмосферного воздуха. Также градостроительный кодекс предусматривает, что с целью охраны атмосферного воздуха на территориях населенных пунктов, в местах отдыха населения, при определении мест для размещения новых объектов и реконструкции действующих, являющихся источниками выбросов загрязняющих веществ и (или) неблагоприятного воздействия вредных физических и иных факторов, устанавливаются санитарно-защитные зоны. Содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и вредные физические и иные воздействия на границе санитарно-защитной зоны не должны превышать действующих в нашем государстве нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и уровней вредных физических и иных воздействий на него (31).