Определение содержания аммиака, фенола, формальдегида и твердых частиц в воздухе исследуемых постов г. Гомеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Обзор литературы
• 1.1 Воздух как объект анализа
• 1.2 Загрязнение атмосферного воздуха
• 1.3 Основные источники загрязнения атмосферы
• 1.4 Классификация загрязнителей атмосферного воздуха
• 1.5 Биологическое воздействие загрязнителей воздуха на организмы
• 1.6 Контроль за состоянием воздушного бассейна в Республике
• Беларусь
• 2. Объект, программа и методы исследований
• 2.1 Объект и программа исследования
• 2.2 Методика исследования
• 2.2.1 Методика определения твердых частиц
• 2.2.2 Методика определения аммиака
• 2.2.3 Методика определения фенола
• 2.2.4 Методика определения формальдегида
• 3. Результаты и их обсуждение
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложение А
• Введение
• Актуальность работы. В настоящее время актуальной проблемой является загрязнение воздушной среды органическими и неорганическими веществами, такими как аммиак, фенол, формальдегид, твердые частицы. Также важной проблемой является изучение состава воздушных масс и нахождение путей очистки атмосферного воздуха от токсикантов. В результате накопления во внешней среде эти вещества представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств[1].
• Чистый воздух имеет огромное значение в жизни и хозяйственной деятельности людей.
• Воздух загрязняется разнообразными твёрдыми частицами промышленного происхождения. Помимо пыли в окружающую среду попадают различные газы. Также своеобразная форма загрязнения окружающей среды - это разного рода шумы, что является неизбежным следствием развития техники [2].
• Концентрация загрязняющих веществ в атмосфере в значительной мере определяется географическими условиями конкретного района. Она зависит не только от количества и мощности источников загрязнения, но также и от местных особенностей природных условий. Поэтому при планировании и проектировании размещения предприятий необходимо учитывать господствующие направления ветров, характер рельефа, местные особенности климата[3].
• В настоящее время необходим серьёзный контроль (мониторинг) за состоянием окружающей среды и охраной её компонентов.
• Сохранение здоровья человека и поддержка чистого воздуха в рабочей зоне работающего - основная задача промышленно-санитарной лаборатории и органов здравоохранения.
• Охрана окружающей среды - важнейшая научная и практическая проблема современности. Задача заключается в разработке комплекса надёжных антикризисных мер, позволяющих активно противодействовать дальнейшей деградации природной среды и выйти на устойчивое развитие общества [4,5].
• Цель работы. Определение содержания аммиака, фенола, формальдегида и твердых частиц в воздухе исследуемых постов г. Гомеля.

1. Обзор литературы

1.1 Воздух как объект анализа

Атмосфера (от греч.бфмьт - пар и уцб?сб - шар) - газовая (воздушная) оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры, холодного «дыхания» космоса.

Атмосферный воздух - это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Воздух не имеет запаха, прозрачен, его плотность 1,2928 г/л, растворимость в воде 29,18 см³/л, в жидком состоянии приобретает голубоватую окраску. Жизнь людей невозможна без воздуха, без воды и пищи, но если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды - несколько дней, то смерть от удушья наступает через 4 - 5 минут [6].

Атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу с однородным составом приземного воздуха и верхнюю - гетеросферу с неоднородным химическим составом. Одним из важных свойств атмосферы является наличие кислорода. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и накопление его связано с распространением зелёных растений и процессом фотосинтеза. В результате химического взаимодействия веществ с кислородом живые организмы получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности.

Через атмосферу осуществляется обмен веществ между Землёй и Космосом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые лёгкие газы - водород и гелий. Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Обширная разрежённая часть атмосферы состоит преимущественно из ионов [7].

Физические свойства и состояние атмосферы меняются во времени: в течение суток, сезонов, лет - и в пространстве в зависимости от высоты над уровнем моря, широты местности, удалённости от океана.

Более 99,9% сухого атмосферного воздуха состоит из азота, кислорода и аргона и лишь около 0,1% приходится на долю диоксида углерода, криптона, неона, гелия, водорода и ксенона. Однако даже в чистом воздухе содержатся следовые количества (от 0,003 до 0,25 мг/м³) оксида углерода, озона, оксидов азота, аммиака, а также 0,5 - 1,5 мг/м³ метана и водорода. Присутствие небольших количеств этих газов в воздухе объясняется существованием свободного озона в верхних слоях атмосферы, а также процессами гниения и разложения (аммиак, метан, оксиды углерода и азота) или атмосферными явлениями (диоксид азота). Все другие соединения (твёрдые, жидкие и газообразные вещества, изменяющий естественный состав атмосферы), попадающие в воздух из различных источников (в основном антропогенного происхождения), классифицируются как загрязнители. К ним относят оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, различные оксиданты, аэрозоли металлов, твёрдые частицы (пыль, сажа, органические аэрозоли) и радиоактивные вещества [6,8].

Главный вклад в загрязнение воздушного бассейна вносит промышленность, особенно в местах её концентрации. Основными источниками индустриальных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции (ТЭС), работающие на каменном угле и выбрасывающие в атмосферу сажу, золу и диоксид серы; металлургические заводы, выбросы которых содержат сажу, пыль, оксид железа и диоксид серы, а иногда и фториды; цементные заводы - источники огромного количества пыли. Крупные предприятия по производству продукции неорганической химии загрязняют атмосферу в зависимости от технологического процесса. Самыми различными по составу газами (диоксид серы, тетрафторид кремния, фтороводород, оксиды азота, хлор, озон), заводы по производству целлюлозы, очистке нефти отличаются выбросами в атмосферу дурно пахнущих газообразных отходов (одорантов). Предприятия нефтехимии (органический синтез, нефтеперегонные заводы, переработка нефти) служат источником поступления в воздух углеводородов и органических соединений других классов (амины, сульфиды, меркаптаны, кетоны, альдегиды, кислоты, хлоруглеводороды и др.). Кроме того, все промышленные предприятия располагают собственными отопительными и энергетическими системами, отходящие газы которых также загрязняют воздух [9,10].

Загрязнение атмосферного воздуха предприятиями химической промышленности обусловлено следующими причинами:

а) неполный выход продукции (неполнота протекания реакции, потери конечного продукта и др.).

б) выброс в атмосферу примесей и загрязнений при переработке сырья (диоксида серы и сероводорода из природного газа, сырой нефти и каменного угля; фтористых соединений из органических растворителей; селена и мышьяка из серного колчедана при производстве серной кислоты и т. д.).

в) попадание в воздух пахучих веществ и продуктов окисления и деструкции в результате процессов термоокислительной деструкции, нагревания или сушки (производство продуктов питания, мыла, клея и изделий из дерева, окраска автомобилей, синтез и переработка полимерных материалов, производство растворителей и др.).

г) потери веществ, используемых в производственных процессах, например летучих органических растворителей, сероуглерода и сероводорода при изготовлении искусственного шёлка и вискозы; оксидов азота при камерном и башенном способах производства серной кислоты; соединений фтора при производстве алюминия и др.

д) стационарные источники промышленного происхождения (дымовые газы, отходящие газы плавильных печей металлургического производства, установок каталитического крекинга, отходящие газы ТЭС и других энергетических комплексов) и извержение вулканов загрязняют атмосферу углеводородами. Значительно большое количество углеводородов и оксидов углерода выделяется в воздух в результате лесных пожаров [11,12].

1.2 Загрязнение атмосферного воздуха

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха [1].

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекается значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

1) газообразные (диоксид серы, оксид азота, углеводороды и др.);

2) жидкие (кислоты, щёлочи, растворы солей);

3) твёрдые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека - диоксид серы, оксид углерода и твёрдые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объёме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и посёлков наблюдается ещё более 70 наименований вредных веществ, среди которых - аммиак, формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, фенол, бензол и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах Беларуси [13,14].

Наиболее опасное загрязнение атмосферы - радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределёнными долгоживущими радиоактивными изотопами - продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землёй.

Ещё одной формой загрязнения атмосферы считается локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников тепла. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые термические зоны, например, «остров тепла» в городах, потепление водоёмов и т.п.[15].

Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на организм человека, животных и растительность, наносит ущерб народному хозяйству, вызывает глубокие изменения в биосфере.

Влияние загрязнённого воздуха может быть как прямым, так и косвенным. Прямое влияние выражается в том, что загрязнители в виде газов и пыли попадают вместе с вдыхаемым воздухом в организм и оказывают на него непосредственное действие, вызывая различного рода заболевания.

Загрязнение воздуха может оказывать и вредное косвенное влияние. С увеличением запыленности атмосферы над городами снижается прямая солнечная радиация, а в их центрах солнечная суммарная радиация на 20 - 50% ниже, чем в пригородах. Существенно уменьшается поступление ультрафиолетовых лучей, поэтому в воздухе увеличивается количество болезнетворных бактерий. В запыленном воздухе резко возрастает число ядер конденсации воды. В результате туманных и облачных дней в крупных городах бывает в несколько раз больше, чем за их пределами [13,16].

В целом, если судить по официальным данным на 2009 - 2010 гг., уровень загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране, особенно в городах Беларуси, остаётся высоким, несмотря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей, в том числе - неисправных [15].

1.3 Основные источники загрязнения атмосферы

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ.

Источники загрязнения атмосферы различаются по мощности выброса (мощные, крупные, мелкие), высоте выброса (низкие, средней высоты и высокие), температуре выходящих газов (нагретые и холодные). К мощным источникам загрязнения относятся производства типа металлургических и химических заводов, заводов строительных материалов, тепловые электростанции и др. К мелким источникам загрязнения - небольшие котельные и предприятия местной и пищевой промышленности, трубы печного отопления и т.п. Большое количество мелких источников может значительно загрязнять воздух. Под низкими источниками понимают такие, в которых выброс осуществляется ниже 50 м, под высокими - выброс выше 50 м. Нагретыми условно называют источники, у которых температура выбрасываемой газовоздушной смеси выше 50 °С; при более низкой температуре выбросы считаются холодными [13].

В выбросах предприятий различных отраслей промышленности и транспорта содержится большое число различных вредных примесей. Почти из всех источников в атмосферу поступают диоксид серы (SO₂), пыль, оксид углерода II(CO), оксиды азота II, IV(NO, NO₂). Много вредных веществ образуется при сжигании топлива. Только тепловые электростанции являются источником почти половины (45 %) общего количества сернистых соединений, поступающих в воздушный бассейн. При сжигании топлива в атмосферу выбрасываются также в большом количестве оксид углерода, оксиды азота и несгоревшие твердые вещества в виде золы и сажи. В меньших количествах при сжигании как твердого, так и жидкого топлива могут выбрасываться хлористый натрий и магний, оксиды железа, ванадий, оксиды никеля и кальция, ртуть и ряд других веществ. При сжигании газообразного топлива в основном выбрасываются оксиды азота. При нарушении режима горения, т.е. при сжигании газа в условиях недостаточного количества воздуха или при охлаждении пламени горелки, в атмосферу выбрасываются углеводороды. При этом могут выделяться и ароматические углеводороды, часть которых относится к канцерогенным веществам[11].

Значительное количество топлива сжигается автомобильным, железнодорожным, морским, речным и авиационным транспортом. Основными вредными примесями, содержащимися в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, являются: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды (в том числе канцерогенные), альдегиды и другие вещества. При работе двигателей, использующих бензин, выбрасываются также свинец, хлор, бром, иногда фосфор, при работе дизельных двигателей - значительное количество сажи. Авиационные двигатели выбрасывают в атмосферу оксид углерода, оксиды азота, альдегиды, углеводороды, оксиды серы и сажу.

Большой вклад в загрязнение атмосферы вносят предприятия черной металлургии. Выбросы предприятий этой отрасли составляют 10 - 15 % общих выбросов промышленности в целом по стране. В выбросах предприятий черной металлургии содержатся пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, сероводород, фенол, сероуглерод, бензапирен и др. Наибольшее количество диоксида серы содержится в выбросах агломерационных фабрик, энергетических установок и предприятий по производству чугуна.

При производстве цветных металлов в атмосферу выбрасываются диоксид серы, оксид углерода и пыль, оксиды различных металлов (особенно, свинец, медь, никель). Производство алюминия электролизным методом сопровождается выбросами в атмосферу фтористых соединений и оксида углерода[18].

От предприятий химической промышленности в атмосферу поступают разнообразные вредные вещества, главным образом в виде газов. При производстве серной кислоты с отходящими газами выбрасываются в атмосферу сернистые соединения, оксиды азота, соединения мышьяка и токсичная пыль. При производстве азотной кислоты - оксиды азота, аммиак и оксид углерода, при производстве хлора - хлор и соляная кислота, при производстве суперфосфата - фтористоводородная и кремнефтористоводородная кислота, при производстве целлюлозы и бумаги - диоксид серы, дисульфид, сероводород, сероуглерод, хлор, формальдегид и меркаптаны, при производстве искусственного волокна - сероводород и сероуглерод[19].

Большое количество вредных веществ выбрасывается в атмосферу предприятиями нефтяной промышленности, в том числе оксиды серы и азота, оксид углерода, углеводороды, сероводород, меркаптаны и несгоревшие твердые частицы, содержащие бензапирен. Производство цемента связано с выбросами из печей обжига пыли и диоксида серы. Предприятия по производству белковых концентратов выбрасывают в атмосферу пыль белково-витаминных концентратов, фурфурол. Далеко не полный перечень поступающих в атмосферу вредных веществ, который установлен на основании ежегодной статистической отчетности предприятий, включает свыше 300 различных наименований. Органами Минздрава для воздуха населенных мест разработаны и утверждены предельно допустимые концентрации (ПДК) 411 веществ, оказывающих отрицательное воздействие на здоровье человека. Концентрация примеси существенно зависит от периода времени, за который она определяется. Поэтому установлены раздельные ПДК для разовых и суточных концентраций примеси (перечень этих веществ дан в таблице 3 п.1.7).

В последние годы широко развернуты работы по установлению норм предельно допустимых выбросов (ПДВ) для каждого предприятия и каждого источника выбросов. Для отдельного источника выбросов ПДВ - это выброс, при котором в районе расположения данного источника с учетом влияния соседних источников концентрации примесей в атмосфере не превысят ПДК. На основе экспериментальных и теоретических исследований разработаны нормативные документы по расчету рассеивания примесей и установлению предельно допустимых выбросов вредных веществ, в том числе Временная методика нормирования [20] и Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86) [21]. Эти документы носят универсальный характер и применимы для всех видов источников. Нормирование выбросов загрязняющих веществ осуществляется на основе расчетов полей максимальных концентраций вредных веществ на территории города. Если согласно расчету максимальная концентрация примеси в атмосфере превышает ПДК, то должны применяться технологические и организационные мероприятия для снижения выбросов до допустимого уровня.

При постоянных параметрах выбросов уровень загрязнения атмосферы существенно зависит от климатических условий: направления, условий переноса и распространения примесей в атмосфере, интенсивности солнечной радиации, определяющей фотохимические превращения примесей и возникновение вторичных продуктов загрязнения воздуха, количества и продолжительности атмосферных осадков, приводящих к вымыванию примесей из атмосферы [22,4]. Поэтому снижение загрязнения атмосферы должно осуществляться технологическими средствами с учетом характерных особенностей климатических условий в рассматриваемом районе[23].

Влияние метеорологических условий проявляется по-разному при холодных и нагретых выбросах из высоких и низких труб. Концентрации примеси в приземном слое атмосферы под факелом дымовых и вентиляционных труб на разных расстояниях от источника выбросов распределяются следующим образом. Вблизи источника при отсутствии низких и особенно неорганизованных выбросов концентрация примеси мала. Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы. Максимум и характер изменения концентрации с расстоянием зависят от мощности выброса, высоты трубы, температуры и скорости выбрасываемых газов, а также, от метеорологических условий. Чем выше источник выбросов, тем больше рассеивается примесь в атмосфере, прежде чем достигнет подстилающей поверхности. Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб. На промышленной площадке загрязнение приземного слоя воздуха может быть повышенным за счет неорганизованных выбросов.

Рассеивающая способность атмосферы зависит от вертикального распределения температуры и скорости ветра. Если температура с высотой падает, то создаются условия интенсивного турбулентного обмена. Чаще всего неустойчивое состояние атмосферы наблюдается летом в дневное время. При таких условиях у земной поверхности отмечаются большие концентрации и возможны значительные колебания их со временем. Если в приземном слое воздуха температура с высотой растет (инверсия температуры), то рассеивание примесей ослабевает. В случае мощных и длительных приземных инверсий при низких, в частности, неорганизованных выбросах концентрации примесей могут существенно возрастать[24].

В случае приподнятых инверсий приземные концентрации зависят от высоты расположения источника загрязнения по отношению к их нижней границе. Если источник расположен выше слоя приподнятой инверсии, то примесь к земной поверхности поступает в небольших количествах. Если источник располагается ниже слоя приподнятой инверсии, то основная часть примеси концентрируется вблизи поверхности земли.

Скорость ветра способствует переносу и рассеиванию примесей, так как с усилением ветра возрастает интенсивность перемешивания воздушных слоев. При слабом ветре в районе высоких источников выброса концентрации у земли уменьшаются за счет увеличения подъема факела и уноса примеси вверх. Подъем примеси особенно значителен при нагретых выбросах. При сильном ветре начальный подъем примеси уменьшается, но происходит возрастание скорости переноса примеси на значительные расстояния. Максимальные концентрации примеси обычно наблюдаются при некоторой скорости, которая называется опасной [21]. Опасная скорость ветра зависит от параметров выброса. Для мощных источников выброса с большим перегревом дымовых газов относительно окружающего воздуха, например для тепловых электростанций, она составляет 5 - 7 м/с. Для источников со сравнительно малым объемом выбросов и низкой температурой газов, например, для предприятий химической промышленности, она близка к 1 - 2 м/с [4].

Неустойчивость направления ветра способствует усилению рассеивания по горизонтали, и концентрации у земли уменьшаются.

Солнечная радиация обусловливает фотохимические реакции в атмосфере и сформирование различных вторичных продуктов, обладающих часто более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов. Так, в процессе фотохимических реакций в атмосфере происходит окисление сернистого газа с образованием сульфатных аэрозолей. В результате фотохимического эффекта в ясные солнечные дни в загрязненном воздухе формируется фотохимический смог.

При туманах концентрация примесей может сильно увеличиться. С туманами связаны смоги, при которых в течение продолжительного времени удерживаются высокие концентрации вредных примесей.

Подробные сведения о климатических условиях распространения примесей в атмосфере и их влиянии на формирование уровня загрязнения воздушного бассейна можно найти в справочном пособии [25], а также в других работах [22,26].

На распространение примеси влияют также упорядоченные вертикальные движения, обусловленные неоднородностью подстилающей поверхности. В условиях пересеченной местности на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных - нисходящие движения, над водоемами летом - нисходящие, а в прибрежных районах - восходящие движения.При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих - уменьшаются. В некоторых формах рельефа, например в котловинах, воздух застаивается, что приводит к накоплению вредных веществ вблизи подстилающей поверхности, особенно от низких источников выбросов. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примеси обычно больше, чем при отсутствии неровностей рельефа.

На рассеивание примесей в условиях города существенно влияют планировка улиц, их ширина, направление, высота зданий, зеленых массивов и водные объекты, образующие как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящие к возникновению особых метеорологических условий в городе.

Наблюдения показывают, что даже при постоянных объемах и составах промышленных и транспортных выбросов в результате влияния метеорологических условий уровни загрязнения воздуха могут различаться в несколько раз. Учет этого влияния важен при подготовке документов о качестве атмосферного воздуха, разработке воздухоохранных мероприятий, планировании размещения городов и промышленных объектов, прогнозирования уровня загрязнения [26].

В связи с этим при оценке эффективности выполнения мероприятий по охране атмосферы недостаточно иметь только сведения о сокращении выбросов. Требуется надежная информация за длительный период о содержании примесей в атмосфере и климатических условиях распространения примесей в атмосфере.

Создана и осуществляется в системе организаций Белгидромета сеть мониторинга качества атмосферного воздуха. Регулярные наблюдения за качеством атмосферного воздуха проводятся на более чем 70 станциях. В составе государственной службы наблюдения за состоянием атмосферного воздуха действуют также специализированные подсистемы мониторинга, в частности станции в биосферных заповедниках, в том числе за трансграничным переносом загрязняющих воздух веществ.

Некоторые наблюдательные станции, действующие в составе подсистем мониторинга, включены в состав международных систем мониторинга фонового загрязнения атмосферы.

На «фоновых» станциях и в биосферных заповедниках обязательным является определение следующих химических веществ в воздухе: взвешенные частицы (аэрозоли), диоксид серы, озон, оксиды углерода, азота, углеводороды, бензапирен, тяжёлые металлы (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк), фреоны. В атмосферных осадках дополнительно определяют биогенные элементы (азот, фосфор), радионуклиды [13,27].

1.4 Классификация загрязнителей атмосферного воздуха

По условиям образования все вещества, загрязняющие атмосферный воздух, делятся на примеси естественного и искусственного происхождения. Примеси естественного происхождения поступают в атмосферу в результате естественных явлений, происходящих в природе (пыльные бури, извержение вулканов, лесные и торфяные пожары и т.д.). Эти факторы не угрожают отрицательными последствиями природным экосистемам (за исключением некоторых катастрофических природных явлений).

В эпоху научно-технического прогресса, характеризующегося высокими темпами роста промышленного производства, выработки и потребления электроэнергии, увеличения парка автомобилей, антропогенные источники загрязнения превысили по масштабам естественные, приобрели глобальный характер [28].

Главными по интенсивности и эффектам антропогенными воздействиями на атмосферный воздух являются:

- выброс огромного количества антропогенных веществ в атмосферу (что ведёт к изменению её состояния, изменению физических и химических свойств);

- прямой нагрев и изменение радиационных характеристик атмосферы за счёт антропогенного изменения подстилающей поверхности.

Антропогенные загрязнения атмосферного воздуха отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Если в начале 20 века в промышленности применялось 19 химических элементов, то в середине века промышленное производство стало использовать 50 элементов, а в 70-х годах - практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно отразилось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, в частности, аэрозолями тяжёлых и редких металлов, синтетическими соединениями, не существующими в природе, радиоактивными, канцерогенными, бактериологическими и другими веществами [29].

Антропогенные загрязнения подразделяют налокальные и глобальные. Локальные загрязнения представляют собой важнейшую практическую проблему для городов, промышленных районов и некоторых сельскохозяйственных зон, где загрязнения от отдельных источников могут достигать заметных величин. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния[16].

Выделяют следующие виды загрязнения атмосферного воздуха: механические, физические и биологические.

Механические загрязнения - пыль, фосфаты, свинец, ртуть. Они образуются при сжигании органического топлива и в процессе производства строительных материалов.

К физическим загрязнениям относятся тепловые(поступление в атмосферу нагретых газов), световые (ухудшение естественной освещённости местности под воздействием искусственных источников света), шумовые(как следствие антропогенных шумов), электромагнитные(от линий электропередач, радио и телевидения, работы промышленных установок), радиоактивные.

Биологические загрязнения, в основном, являются следствием размножения микроорганизмов и антропогенной деятельности (теплоэнергетика, промышленность, транспорт).

Самыми распространёнными токсичными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются: оксид углерода (СО), диоксид серы (SО₂), оксид азота (NО_х), углеводороды и пыль [24].

В зависимости от источника и механизма образования различают первичные и вторичные загрязнители воздуха. Первые представляют собой химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из стационарных или подвижных источников. Вторые образуются в результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения. Часто вторичные загрязнители, например вещества группы пероксиацетилнитратов (ПАН), гораздо токсичнее первичных загрязнителей воздуха. Большая часть присутствующих в воздухе твёрдых частиц и аэрозолей является вторичными загрязнителями [30].

С учётом токсичности и потенциальной опасности загрязнителей, их распространённости и источников эмиссии они были разделены условно на несколько групп:

1) Основные (критериальные) загрязнители атмосферы - оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, твёрдые частицы и фото-химические оксиданты;

2) Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ);

3) Следы элементов (в основном металлы);

4) Постоянные газы (диоксид углерода, фторхлорметаны и т.д.);

5) Пестициды;

6) Абразивные твёрдые вещества (кварц, асбест и др.);

7) Разнообразные загрязнители, оказывающие многостороннее действие на организм (нитрозамины, озон, нитраты, сульфаты, кетоны, альдегиды и др.).

Все критериальные загрязнители относятся к первичным загрязнителям атмосферы. Оксиды азота образуются при высокотемпературной фиксации азота и кислорода в силовых установках и двигателях внутреннего сгорания. Оксид азота образуется при электрических разрядах в атмосфере и присутствует в отработавших газах автомобилей. Ежегодно в атмосферу поступает около 510⁴ т оксидов азота, из них 54% из антропогенных источников. В конечном итоге оксиды азота превращаются в атмосфере в нитраты.

Диоксид серы образуется при сгорании топлива с высоким содержанием серы (каменный уголь, нефть). Источниками эмиссии этого токсичного газа являются стационарные источники горения, промышленные объекты (производство удобрений, серной кислоты), двигатели внутреннего сгорания. Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Общая эмиссия диоксида серы в атмосферу серы составляет 8·10⁷ т в год, т.е. значительно превосходит поступление в атмосферу большинства других токсичных химических веществ, и постоянно возрастает пропорционально росту потребления энергии.

Оксид углерода - наиболее опасный и чрезвычайно распространённый из газообразных загрязнителей воздуха, токсичность которого обусловлена реакцией с гемоглобином крови. Образование СО происходит при неполном сгорании различного топлива. Естественным источником СО являются лесные пожары и фотохимическое превращение органических соединений в атмосфере. Около 25% СО имеет антропогенное происхождение. Средняя концентрация СО в атмосфере (около 10 - 15%) значительно увеличивается (до 3·10³%) в районах автострад и в городах в часы пик[31].

Предполагается, что в будущем снизится загрязнение воздуха от стационарных источников такими токсичными веществами, как пыль и оксиды серы, углерода и азота. Однако большую опасность будут представлять газы и пары органических веществ и тяжёлые металлы (кадмий, свинец, бериллий и др.).

Концентрация углеводородов, выделяющихся в воздух из природных источников, немногим более 1 мг/м³. Ежегодная эмиссия углеводородов составляет 3·10⁸ т в год, причём 50% этого количества обусловлено работой транспорта, около 15% составляет выделение углеводородов при сгорании жидкого топлива в жилых районах и ТЭС, а 26% приходится на сгорание угля, мусора и испарение топлива и растворителей. В «усреднённом» автомобильном выбросе содержится около 400 мг/м³ парафиновых, 120 мг/м³ ацетиленовых, 200 мг/м³ ароматических, 300 мг/м³олефиновых углеводородов.

При этом максимальное количество загрязнителей попадает в атмосферу при сжигании угля. На долю этого источника приходится более 95% твёрдых частиц, 85% оксидов серы, 70% оксидов азота и более 90% следов элементов от общего количества выбросов для всех ТЭС, работающих на угле, газе и нефти[4].

Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют друг с другом, гидролизуются и окисляются под действием влаги и кислорода воздуха, а также изменяют свой состав под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность пребывания токсичных примесей в атмосфере тесно связана с их химическими свойствами. Для диоксида серы этот период составляет 4 дня, сероводорода - два, оксида азота - пять, аммиака - семь дней, а СО в силу своей инертности сохраняется неизменным в течение трёх лет [9].

1.5 Биологическое воздействие загрязнителей воздуха на организмы

На растительные организмы. В растение токсичные вещества поступают различными способами. Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на зелёные части растения, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему. Так, например, загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в соединении с серной кислотой, губительно действует на корневую систему, а через неё и на всё растение[32].

Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, аммиак, цианистый водород и др.) (см. таблицу 1).

Особенно опасен для растений диоксид серы (SO₂), под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные - сосны, ели.

Таблица 1 - Токсичность загрязнителей воздуха для растений

Вредные вещества	Характеристика
Аммиак	Повреждает растения на близком расстоянии
Диоксид серы	Основной загрязнитель, яд для ассимиляционных органов растений, действует на расстоянии до 30 км
Фтористый водород и четырёхфтористый кремний	Токсичны даже в небольших количествах, склонны к образованию аэрозолей, действуют на расстоянии до 5 км
Соединения свинца, углеводороды, оксид углерода, оксиды азота	Заражают растительность в районах высокой концентрации промышленности и транспорта
Сероводород	Клеточный и ферментный яд
Хлор, хлористый водород	Повреждают в основном на близком расстоянии

В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование некроза на концах их листьев и хвоинок, выход из строя органов ассимиляции. Увеличение поверхности повреждённых листьев может привести к снижению расхода влаги из почвы, общей её переувлажнённости, что неизбежно скажется на среде её обитания.

Способна ли растительность восстановиться после снижения воздействия вредных загрязняющих веществ? Во многом это будет зависеть от восстанавливающей способности оставшейся зелёной массы и общего состояния природных экосистем. Однако следует заметить, что невысокие концентрации отдельных загрязнителей не только не вредят растениям, но и, как, например, кадмиевая соль, стимулируют прорастание семян, прирост древесины, рост некоторых органов растений [28,31].

На животные организмы. Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на животных [7].

В экологической литературе описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации. Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчёл. Что касается крупных животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм вместе со съеденными запыленными растениями.

В окрестностях химических заводов исчезают многие виды животных, а концентрация ядовитых веществ в теле животного превышает их концентрацию в окружающем воздухе в десятки раз [13].

На организм человека. Химическое загрязнение атмосферы непосредственно влияет на состояние здоровья человека. Установлена чёткая корреляционная связь между загрязнением атмосферного воздуха и заболеваниями органов дыхания: бронхитами, трахеитами, астмой, пневмониями, раком лёгких. Смертность от рака лёгких в последние 10 лет удвоилась. Наиболее чувствительны к воздействию загрязнённого воздуха люди пожилого возраста, дети и люди, страдающие хроническими заболеваниями органов дыхания.

Запыленность воздуха кремнием вызывает силикозы. При этом заболевании ткань лёгкого заменяется соединительной тканью и перестаёт функционировать. У людей, постоянно находившихся в сильно запыленном воздухе, возникают бронхиты, астма, аллергические реакции. Ряд легочных заболеваний, в том числе рак, связан с запыленностью атмосферы асбестом, что особенно чётко проявляется в районах расположения предприятий по производству цемента.

Травмы глаз золой на улицах промышленных центров достигают 30-60 % всех глазных заболеваний [33].

Воздействие сернистого газа и его производных на организм человека и животных поражает верхние дыхательные пути. Сернистый ангидрид в концентрации до 20 мг/м³ вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, глаз. Воздействие больших доз диоксида серы может приводить к отёку лёгких и смерти [15].

В крупных городах и промышленных центрах, где в воздушной среде содержится большое количество канцерогенных полициклических углеводородов, люди чаще страдают раковыми, психическими заболеваниями.

Среди «городских» загрязнителей бензол вызывает рак крови, кадмий - рак предстательной железы, мышьяк - рак кожи и печени, асбест - рак лёгких. Весьма токсичен бензапирен - его источником являются выхлопы транспорта, промышленные отходы при переработке и сжигании топлива. Концентрация этого вещества в местах интенсивного движения транспорта может достигнуть в воздухе 6 мкг/100 м³.

Опыты, проведённые учёными, показали, что даже ничтожные количества бензапирена могут вызывать появление злокачественных опухолей.

У детей загрязнение среды может вызывать заболевание рахитом, приводить к отклонениям в массе и росте, изменениям формулы крови. У детей, проживающих в загрязнённых районах, наблюдается стойкое повышение артериального давления, многие из них страдают разными формами анемий. Число аллергических заболеваний может возрастать в 5-6 раз.

Свинец вызывает хроническое отравление организма с различными проявлениями. Он может поражать кровеносную, нервную, мочеполовую системы, нарушать синтез белка. При его концентрации в крови 0,85 мг/л возникают головные боли, усталость, депрессии, психические расстройства. Однократное вдыхание свинца в концентрации 271-795 мг/м³ вызывает смерть.

Восприимчивость организма к вирусам повышают оксиды азота. Раздражая лёгкие, они могут вызывать бронхиты и пневмонии. Оксид азота является кровяным ядом. Он переводит оксигемоглобин в метгемоглобин, оказывает прямое действие на центральную нервную систему. Хроническое отравление оксидом азота нарушает функции дыхания и кровообращения. Диоксид азота вызывает отёк лёгких, стимулирует анаэробное окисление в легочной ткани [13].

Озон приводит к обострению хронических заболеваний сердца, снижению сопротивляемости простудным заболеваниям, может вызывать бронхиты и астму [34].

Аммиак сильно раздражает глаза, верхние дыхательные пути, вызывает головную боль. Летальный исход может наступить при вдыхании его паров в концентрации 1500-2700 мг/м³ в течение 0,5-1 ч.

Весьма токсичны пары ртути. Их воздействие на организм человека проявляется разнообразно, что зависит от путей поступления в организм и дозы.

Шумовое загрязнение среды отрицательно влияет на нервную систему человека. Оно ведёт к потере слуха. Опасность шумового воздействия углубляется свойством человеческого организма накапливать акустические раздражения. Под воздействием шума определённой интенсивности возникают изменения в циркуляции крови, работе сердца и желез внутренней секреции, снижается мышечная выносливость.

Статистические данные свидетельствуют о том, что процент нервно-психических заболеваний выше среди лиц, работающих в условиях повышенного уровня шума. Реакция на шум зачастую выражается в повышенной возбудимости и раздражимости. Люди, подвергающиеся постоянному воздействию шума, часто становятся трудными в общении.

Шум вредно влияет на зрительный и вестибулярный аппарат, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность человеческого организма. Чувствительность сумеречного зрения ослабевает, снижается чувствительность дневного зрения к оранжево - красным лучам.

Канцерогенные углеводороды на фоне выше сказанного могут изменять наследственные изменения в организме человека и животных, которые будут проявляться у будущих поколений [7,35].

Так, антропогенное воздействие на окружающую среду в Республике Беларусь (за 2010) представлено в таблице 2.

Таблица 2 - Антропогенное воздействие на окружающую среду в областях Республики Беларусь (за 2010 год)

Регионы	Республика Беларусь	Брестская область	Витебская область	Гомельская область	Гродненская область	Минская область	Могилёвская область	Минск
Площадь, тыс. кв. км.	207,6	32,8	40,1	40,4	25	40	29,1	0,2
Население, тыс. чел.	10019,5	1484,1	1369,1	1540,3	1179,8	1549,5	1208, 6	1688,1
Объём производства, %	100	9,8	17,2	18,2	9,9	12,6	12	20,3
Выбросы в атмпром-cти	374,2	36,4	99,88	78	31,6	48,8	44,1	35,5
Транспорта	1373,7	213,4	216,2	214,3	180,7	258,8	176,7	113,6
Наличие отходов на предпр.	1315	161	195	222	131	174	154	278

1.6 Контроль за состоянием воздушного бассейна в Республике Беларусь

В условиях неуклонного роста антропогенных воздействий на окружающую среду необходимо иметь разнообразную и детальную информацию о ее фактическом состоянии. Эту задачу выполняет мониторинг - система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды.

Различают довольно много видов мониторинга как по характеру, так и по методам или целям наблюдения. В соответствии с тремя типами загрязнения различают мониторинг глобальный, региональный, локальный; по способам - авиационный, космический, дистанционный [36,37].

Важнейшим направлением в борьбе с загрязнением атмосферного воздуха является система контроля промышленных выбросов в атмосферу. Качество атмосферного воздуха регулируется нормативами предельно-допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в населенных пунктах. ПДК - максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного воздействия (включая отдаленные последствия). Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, установлены два норматива ПДК: максимально разовый (ПДК_мр) и среднесуточный (ПДК_сс). ПДК_мр - это концентрация (в мг/м³), которая в течение 30 минут не должна вызывать рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, изменения световой чувствительности глаз, аллергических реакций и др.). ПДК_сс - это концентрация (в мг/м³), которая не должна оказывать на человека вредного воздействия (общетоксичного; канцерогенного, мутагенного) при дыхании в течение 24 часов.

Для веществ, по которым ПДК еще не определены, руководствуются утвержденными на 3 года (с возможностью продления) ориентировочно безопасными уровнями воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест[38,39,40].

По степени опасности различают четыре класса веществ:

1) чрезвычайно опасные;

2) опасные;

3) умеренно опасные;

4) относительно безвредные.

Значения ПДК наиболее часто встречающихся загрязнителей атмосферного воздуха указаны в таблице 3.

Таблица 3 - ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов

В микрограммах на метр кубический

Код	Вещество	Класс опасности	ПДК
			максимальная разовая	максимальная среднесуточная
1	2	3	4	5
330	Диоксид серы	3	500	50
333	Сероводород	2	8	-
334	Сероуглерод	2	30	5
301	Диоксид азота	2	85	40
303	Аммиак	4	200	40
1401	Ацетон	4	350	350
602	Бензол	2	1500	100
856	Дихлорэтан	2	3000	1000
612	Изопропилбензол (кумол)	4	14	14
521	Пропилен	3	3000	3000
1071	Фенол	2	10	3
337	Оксид углерода	4	5000	3000
616	Ксилол	3	200	200
703	Бенз(а)пирен	1	-	106
1530	Капролактам (пары, аэрозоль)	3	200	200
1213	Винилацетат	3	150	150
328	Сажа	3	150	50
621	Толуол	3	600	600
620	Стирол	2	40	0,2

В атмосфере чаще всего присутствует не одно, а несколько вредных веществ, которые вступают в реакцию друг с другом и образуют новое, иногда еще более вредное вещество. Это так называемый эффект суммации - одновременное сходное воздействие на организм человека нескольких вредных веществ, суммарная концентрация которых в воздухе может превышать допустимую, установленную для каждого вещества в отдельности. При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ со своими значениями ПДК_i, с концентрацией C_i (i = 1, 2, З … n) их суммарная концентрация должна удовлетворять следующему условию:

К настоящему времени установлены группы веществ, обладающих эффектом суммации: диоксид азота и оксид углерода; диоксид серы и диоксид азота: диоксид серы и сероводород; оксид углерода, диоксид серы и диоксид азота, аэрозоль пентоксида ванадия и диоксид серы; аммиак и оксид азота; диоксид азота, оксид азота и другие.

Для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается предельно-допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК.

При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников, соблюдая для приземного слоя следующее условие:

где С - концентрация вещества в приземном слое, создаваемая расчетным источником выброса;

С_ф - фоновая концентрация вещества.

В практических целях пользуются также таким индикатором экологической ситуации, как индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), определяемым по сумме пяти наибольших для рассматриваемого поселения среднегодовых концентраций поллютантов, выраженных в ПДК [7,41,42].

2. Объект, программа и методы исследований

2.1 Объект и программа исследования

Объект исследования

Объектом исследования являются пробы воздуха, где определяются такие токсиканты, как аммиак, фенол, формальдегид, пыль. Отбор проб воздуха осуществляется в воздухе некоторых улиц г. Гомеля.

Программа исследований

- изучение литературы по теме дипломной работы;

- отбор проб (отбор проводился на 4-х постах:ул.Карбышева, ул.Курчатова, ул.Огоренко и ул.Пионерской)

- подготовка проб к анализу;

- определение концентрации химическоготоксиканта;

- обсуждение результатов анализа;

- математическая обработка результатов

2.2 Методика исследования

Режим отбора проб

Определение концентраций многих вредных примесей в атмосфере производится лабораторными методами. Отбор проб осуществляется путем аспирации определенного объема атмосферного воздуха через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания вещества, или через аэрозольный фильтр, задерживающий содержащиеся в воздухе частицы. Определяемая примесь из большого объема воздуха концентрируется в небольшом объеме сорбента или на фильтре. Параметры отбора проб, такие как расход воздуха и продолжительность его аспирации через поглотительный прибор, тип поглотительного прибора или фильтра, устанавливаются в зависимости от определяемого вещества.

При наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферы используются следующие режимы отбора проб: разовый, продолжающийся 20 - 30 мин; дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб, и суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или на фильтр производится непрерывно в течение суток.

Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется на стационарных или передвижных постах, укомплектованных оборудованием для проведения отбора проб воздуха и автоматическими газоанализаторами для непрерывного определения концентраций вредных примесей. Одновременно с проведением отбора проб непрерывно измеряются скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, фиксируется состояние погоды и подстилающей поверхности почвы[12].

Средства измерения

Используемые на стационарных постах средства измерения размещаются в комплектных лабораториях «Пост-1» и «Пост-2», на маршрутных и подфакельных постах - в автолаборатории «Атмосфера-II». Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы или воздухоотборники.

Электроаспираторы модели ЭА-1 предназначены для отбора разовых (20 - 30 мин) проб воздуха в поглотительные приборы с целью дальнейшего определения концентраций газообразных примесей и сажи. Используются в стационарных лабораториях. Электроаспиратор ЭА-1 состоит из побудителя расхода (ротационного насоса), четырех ротаметров, регулирующих вентилей и реле времени, штатива, на котором укреплены коллектор, поглотительные приборы и патроны-переходники, предотвращающие попадание поглотительных растворов в ротаметры[43].