Материал: Гончарук учебник

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

лительно-восстановительные химические реакции), которые обусловливают седиментацию, вымывание атмосферных примесей. При этом имеют значение агрегатное состояние, растворимость, размер частиц атмосферных примесей. По агрегатному состоянию различают твердые аэрозольные, газо- и парообраз­ ные атмосферные загрязнения. Атмосферный воздух с примесями представ­ ляет собой аэродисперсную систему, в которой атмосферный воздух является дисперсионной средой, а примеси — дисперсной фазой. Предложено несколько классификаций аэродисперсных систем, среди них — классификации Джибса

иО.В. Рязанова. В соответствии с классификацией Джибса, основывающейся на размере примесей, частицы примесей величиной от 10 до 100 мкм составля­ ют собственно пыль, от 0,1 до 10 мкм — облака и туманы и до 0,1 мкм — ды­ мы. Согласно классификации В.О. Рязанова, которой придерживаются в нашей стране, аэродисперсные системы в зависимости от степени дисперсности при­ месей подразделяют на три группы:

1)аэрозоли с величиной частиц 0,001—0,1 мкм (дымы с твердой фазой

итуманы с жидкой фазой), которые наиболее активны, способны к молеку­ лярной диффузии, оседают только после коагуляции; для частиц размером 0,01 мкм и менее скорость диффузии превышает скорость оседания в 1000 раз;

2)тонкие аэросуспензии с размером частиц 0,1—10 мкм (тонкая пыль), ко­ торые оседают согласно закону Стокса;

3)грубые аэросуспензии с размером частиц 10—100 мкм (грубая пыль), которые выпадают из воздуха.

Аэрозольные частицы неблагоприятно влияют на здоровье населения, ин­ тенсифицируют химические реакции в атмосфере, снижают ее прозрачность, увеличивают вероятность осадков, туманов, облаков, уменьшают поток солнеч­ ной радиации, что обусловливает изменение температуры атмосферного воз­ духа и роста зеленых насаждений. Основной удельный вес составляют части­ цы размером от 0,1 до 10 мкм. Частицы размером до 0,1 мкм имеют свойства молекул и характеризуются беспорядочным перемещением, вызванным столк­ новением с молекулами газа. Частицы размером более 1 мкм, но не менее 20 мкм, перемещаются с потоком газовоздушной смеси. Частицы размером бо­ лее 20 мкм быстро оседают, в результате чего находятся в воздухе относитель­ но недолго (табл. 80).

Большое значение имеет также распределение частиц по размеру и объему. Данные, приведенные в табл. 81, свидетельствуют о том, что частицы разме-

486

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

механических процессов. В состав частиц входят элементарный углерод (в виде сажи или графита), а также угле­

водороды (в процессе сгорания топлива и кислородсодержащих органических соединений) — продукты фотоокисления летучих органических соединений при участии азота оксидов, олефины с числом атомов углерода более 7, циклоолефины. На аэрозольных частицах сорбируются нитраты и сульфаты, кото­ рые образуются вследствие нейтрализации азотной и серной кислот под дей­ ствием аммиака или карбонатной пыли. Газообразные загрязнения не подпадают под действие силы тяжести, движение же твердых частиц зависит от действия как массы, так и среды — носителя, связанного с перемещением воздушных масс. Действие силы тяжести на рассеивание частиц состоит в том, что осевая линия выброса с переносом загрязнения ветром отклоняется вниз. Осаждение атмосферных примесей приводит к накоплению их в почве, повышению уров­ ня загрязнения источников водоснабжения, ухудшению санитарно-бытовых условий проживания населения. Так, по данным ВОЗ (Женева, 1980 г.), коли­ чество ПХБ, выпадающих ежегодно на территории североамериканского кон­ тинента, достигает 2 тыс. т.

Зеленые насаждения выполняют роль своеобразных "фильтров" атмосфер­ ных примесей. Растения очищают воздух от пыли. Под кронами деревьев на поверхности почвы осаждается в 5—10 раз больше пыли, чем на открытой местности. Например, сосновый древостой способен задерживать на 1 га до 36 т пыли. Даже зимой деревья имеют пылезащитное значение. За осенне-зим­ ний период средняя концентрация пыли в воздухе под деревьями снижается до 37%, летом — до 42%. Способность разных видов растений задерживать пыль обусловлена строением их листовых пластинок. Наиболее эффективны в этом отношении кустарники с клейкими шероховатыми листьями. Так, вяз задер­ живает пыли в 6 раз больше, чем тополь, а 1 га березовых насаждений — 1100—2300 кг за вегетационный период. Установлено, что наилучшую "фильт-

487

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

рующую способность" имеют вяз периветвистый, клен ясенелистий, сирень обыкновенная. Пыль, оседающая на поверхности растений, содержит большое количество частиц тяжелых металлов. Поэтому деревья и кустарник способ­ ствуют снижению загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами, аккумулируя их в своих органах (листьях, корневой системе). Зеленые насаж­ дения также поглощают и нейтрализуют токсичные газы. Фитонциды, выделя­ емые в окружающую среду растениями, могут осаждать, окислять и нейтрали­ зовать летучие вещества. Фитонциды кустарниковых насаждений, содержащие линалилацетат, снижают концентрацию углерода оксида на 10—30%, серы ди­ оксида — на 50—74%, азота оксидов — на 15—35%. Эффективнее всего по­ глощают и нейтрализуют газы следующие породы зеленых насаждений: клен ясенелистый, клен остролистый, липа мелколистая, айлант высокий, ель колю­ чая, береза повисшая, граб обыкновенный, явор. Активность зеленых насажде­ ний изменяется в течение года. Начиная с октября лиственные деревья не вли­ яют на содержание атмосферных загрязнений, а хвойные породы деревьев и кустарников в этот период проявляют активность. Таким образом, в составе зе­ леных насаждений необходимо предусматривать и хвойные породы деревьев

икустарников. Химические вещества, попадающие из атмосферы в ткани рас­ тений, локализуются в хлоропластах — органеллах, которые содержат фотосин­ тетические пигменты растений, т. е. хлорофилл и каротиноиды. Хлоропласты

ивосстанавливающие кофакторы, образующиеся во время фотохимических реакций фотосинтеза, окисляют и нейтрализуют атмосферные загрязнения.

Метаболизаторами углерода оксида, NOx являются тис ягодный, граб обыкно­ венный, самшит вечнозеленый, кизил кроваво-красный, клен, а также липа шерстолистая, дуб каменный, рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, со­ сна веймутовая, ольха черная и серая, желтая акация, бузина. Максимальное количество свинца концентрируют листья конского каштана обыкновенного:

1кг сухого вещества листьев за сутки задерживает 1—3 мг свинца. Их можно рекомендовать для озеленения примагистральных территорий. Концентрация атмосферных загрязнений снижается по мере увеличения ширины и плотности полосы зеленых насаждений (табл. 82).

Разные вещества вымываются из атмосферы во время выпадания осад­ ков в виде кислотных дождей. Существует точка зрения, что кислотные дожди

488

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

не являются порождением индустриализации. Они наблюдались издавна. Вслед­ ствие столкновения нашей планеты с кометой в атмосфере образовалось боль­ шое количество азота оксидов, выпадавших в виде дождей с высоким содер­ жанием азотной кислоты. В 1661 г., по показаниям очевидцев, в Лондоне был небывалый по силе смог. Житель Лондона Дж. Эвелин так описал ситуацию, наблюдающуюся в городе вследствие загрязнения воздуха и выпадения кис­ лых дождей: "Всюду пагубный дым, который затеняет красоту города, покры­ вает все налетом копоти, разрушает повозки, оставляет ржавчину на посуде, украшениях, домашней утвари, разъедает даже балки из чистого железа и са­ мый крепкий камень". Термин "кислотные дожди" появился в 1872 г. Его ввел английский инженер Роберт Смит, который изучал химизм осадков в районе Манчестера и результаты исследований опубликовал в монографии "Воздух и дождь: начала химической климатологии". В первые годы развития промыш­ ленности обнаруживали изменения химического состава дождей, которые вы­ падали вблизи промышленных центров. В 1911 г. было сообщение о выпаде­ нии дождей с кислой реакцией в районе Лидса (Великобритания). В середине 50-х годов XX в. определили очаг закислення осадков в северо-восточной и юго-западной части США. В наше время половина территории США подвер­ гается воздействию кислотных осадков с pH 4,1 и менее. Так, ученые Институ­ та исследований экосистемы и Йельского университета обнаружили, что в оса­ дках, которые выпадают на территории от штата Аляска до острова ПуэртоРико содержится в 3—7 раз больше кислоты, чем в обычной дождевой воде, а на вершине горы Мохонк содержание кислоты больше, чем в уксусе. Тума­ ны, изморозь и дожди в горных районах штата Нью-Йорк в 90% случаев имеют pH в пределах 2,66—4,66. Наибольшая кислотность туманов зафиксирована в Лос-Анджелесе (pH 1,7—4,0). Острая ситуация сложилась в Европе, особен­ но в Скандинавских странах. Здесь pH осадков составляет 4,1—4,3. В Японии снижение pH осадков наблюдается с начала 60-х годов. В 1973 г. в префекту­ рах Сидзуока и Яманаси дождь был причиной появления у местных жителей рези в глазах, першения в горле, кашля. Пострадали 30 тыс. человек. Динамика изменения pH осадков начиная с 1960 г. до нашего времени свидетельствует об увеличении содержания ионов водорода в дождевой воде в 100 раз. Однов­ ременно с закислением осадков было установлено закисление воды озер, рек. Впервые это явление в широких масштабах обнаружено в Швеции и Норвегии, а затем — в США и Канаде. Закисление природных водоемов кислотными ат­ мосферными осадками вызывает значительные изменения в экосистемах этих водоемов. Уменьшается количество разновидностей организмов, нарушаются трофические цепочки. Доказано, что pH 5,6 является предельным значением. Снижение его может привести к необратимым биологическим последствиям для водных экосистем. Уже на ранних стадиях закислення водоемов нарушают­ ся микробиологические процессы, а в водоемах с pH 5,0 угнетаются бактери­ альная активность и специфические биохимические процессы, уменьшаются количество и видовое разнообразие водорослей, зоопланктона, моллюсков, ры­ бы, раков, слизняков и лягушек. Репродуктивность рыбы прекращается при pH водной среды менее 4,5. В Канаде в результате выпадения частых кислотных

489

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

дождей стали экологически мертвыми почти 4000 озер, а 12 тыс. озер находятся на грани гибели. В Швеции закислены 20 тыс. озер, из них в 18 тыс. озер нару­ шено биологическое равновесие. В Норвегии почти половина озер экологически мертвы. В Шотландии в большинстве подкисленных малых рек сократилось количество видов бесхребетных, бентоса, а также ацидофильных водорослей и водяного мха. При pH 3 почвы практически не плодоносят. Закисление почвы снижает скорость распада органических веществ, круговорота в системе поч­ ва — растение, а также продуктивность азотфиксирующих бактерий. Это при­ водит к ограничению поступления связанного азота в организм растений, угне­ тению процессов синтеза в корнях и надземной зеленой массе, нарушению углеводно-белкового обмена и замедлению их роста. Возрастает поглощение растениями Mn, Co, Zn, Fe, К, Mg и снижается поглощение Ca, Mo, что сущест­ венно задерживает рост корневой системы. Снижение pH почвенного раствора приводит к освобождению из почвенного комплекса растворимой формы AI, который угнетает клеточное деление в корнях, блокирует ферменты, разлага­ ющие полисахариды, уменьшает клеточное дыхание, нарушает поглощение, транспорт Ca, Mg, Р и воды. При избытке S042~ в почве возникает дефицит до­ ступного Ca из-за связывания его в труднорастворимую соль CaS04. Вместе с тем изменяется физическая структура почвы. Она уплотняется, воздухопрони­ цаемость ее снижается, что отрицательно влияет на жизнедеятельность расте­ ний. В 1985 г. на Международной конференции в Осло, посвященной охране окружающей среды, было отмечено, что в будущем окисление почвы может привести к возникновению более сложной проблеме, чем непосредственное действие кислотных дождей на растительность. Кислотные дожди наносят большой вред и лесам. В некоторых районах Швейцарии погибла треть елей.

Вгорно-лесных районах Баварии, Шварцвальда, Бадена пострадала почти по­ ловина лесных угодий. В последние десятилетия скорость роста многих вечно­ зеленых растений замедлилась в среднем на 20—30%. В Баден-Вюртемберге в результате загрязнения атмосферного воздуха пострадали 100% елей и 70% сосен. Леса теряют водоохранное и рекреационное значение. Установлено, что серы диоксид оказывает фитотоксическое действие: приводит к некрозу и хло­ розу листьев растений, изменению клеточной проницаемости и ионного балан­ са, потере несвязанной воды, снижению pH и буферной емкости цитоплазмы, преждевременному опаданию, уменьшению массы сухого вещества, общей площади и количества листьев, снижению прироста древесины, изменению со­ отношения корни/листья. Выброс больших объемов серы диоксида в атмосфе­ ру может привести к уничтожению растительности вблизи источника выброса. Так, в 30 км от завода черной металлургии в Садбери (штат Онтарио, США), где выбрасывается круглосуточно 6 тыс. т серы диоксида, отсутствует расти­ тельность. За этой "мертвой зоной" исчезли мхи, лишайники, хвойные породы деревьев. Лишайники гибнут от воздействия серной кислоты, которая образует­ ся в результате преобразования серы диоксида при ее концентрации в атмосфе­ ре 28,6—76,8 мкг/м3, хвойные деревья — при концентрации 200—2288 мкг/м3.

ВАнглии и Уэльсе, где средняя концентрация серы диоксида зимой превышала 71,4 мкг/м3, практически исчезли почти 100 видов лишайников. В США из-за

490