Проблемы шума и пылевого загрязнения

Содержание:

Введение

1. Проблемы шума в окружающей среде

2. Пути решения проблемы шума

3. Проблемы пылевого загрязнения окружающей среды

4. Пути решения проблемы пылевого загрязнения

Литература

Введение

Понятие “Экология” было предложено Эрнстом Геккелем в 1866 году как название раздела биологии, изучающего вопросы взаимодействия организмов и окружающей среды. Возникновение науки “Экология” стало возможным благодаря накоплению достаточного количества сведений о многообразных живых организмах и особенностях их образа жизни.

Ученые стали понимать, что взаимоотношения живых организмов с окружающей средой подчиняются определенным закономерностям. Сейчас понятие “Экология” приобрело широкое значение. Возникли новые направления, отражающие условия существования и развития различных объектов, явлений , процессов. Предметом исследования экологии человека являются все стороны жизнедеятельности человека, вопросы сохранения и развития здоровья людей с учетом взаимосвязи его с окружающей природной и социальной средой. Среди естественных наук экология впервые включила в себя интересы человека и превратилась из чисто естественной биологической в социально-биологическую науку. Возникновение и развитие человека происходило в определенной природной среде. Она формировала малые и большие человеческие расы, культурные типы древних людей. Человек - биосоциальное существо. Он вышел из природы, но и остался в ней. Он рождается, мужает, стареет и умирает по ее законам, хотя и видоизмененным социальными условиями жизни. Из природы, или видоизменяя ее, человек получает пищу, воду, воздух, все остальное, необходимое для его жизни. На него действуют космические излучения, солнечный свет, климат, погода. Умирая, человек своим телом входит в природный биологический цикл. Люди преобразуют природу и оказываются под воздействием не только чисто природной среды, но и той, которая создана ими самими. Этот огромный комплекс взаимосвязей человека и окружающей его среды исследует экология человека. Природный ландшафт. Одна из сторон использования природных ресурсов человеком - отдых на лоне природы. Космос, погода планеты являются очень важными факторами, от которых зависит жизнь и здоровье людей. Но и такие местные факторы, как ландшафт, картина природы, местность могут также действовать на наше физическое и эмоциональное состояние. После пребывания в квартире, оказавшись на лугу, в лесу, в парке, всегда чувствуете облегчение. Тот, кто был взволнован, успокаивается, кто чувствовал упадок сил, ощущает бодрость и свежесть. Оказалось, что такое влияние на человека оказывает не только голубое небо, свежий воздух, но и рельеф местности, разнообразие растительности, то есть ландшафт в целом. Природное окружение несет определенную информацию о его состоянии -- через форму, цвет, звук. Информация, усваиваясь, оказывает существенное влияние на организм и поведение человека. Так, эстетически привлекательная форма природного окружения возбуждает определенное отношение к нему, что сопровождается сильными положительными эффектами: радостью, удовольствием, любовью, наслаждением. Эти переживания включаются в жизненные процессы личности, создавая ощущение бодрости, желания и потребность действовать. На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы.

Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию.

1. Проблемы шума в окружающей среде

Человек всегда жил в мире звука. Еще в давние времена рев зверя предупреждал нашего прародителя об опасности, шелест листьев, журчание ручья наполняли его душу спокойствием, воинственный боевой клич помогал устрашать неприятеля. Из всех живущих существ только человек в полной мере использовал свойства окружающей среды как проводника, носителя звуков. Он внес в мир звуков речь и музыку, сделал звук своим помощником. Естественные природные звуки мы склонны воспринимать как тишину. К сожалению, современный человек вносит в звуковой ландшафт много шумов. Как и любое загрязнение окружающей среды, шум чаще всего возникает там, где высока концентрация населения. Автомобильное движение - основной источник шума на городских улицах. Оборудование, применяемое при строительстве и ремонте домов и дорожных покрытий, промышленные предприятия, звуковая реклама, автомобильные сигналы и многие другие источники звука увеличивают уровень шума на улицах. В самих домах электрические устройства, кондиционеры, телевизоры, радио, проигрыватели и магнитофоны нередко являются источниками повышенных шумов. Хотя звук химически или физически не изменяет и не повреждает окружающую среду, как это происходит при обычном загрязнении воздуха или воды, он может достигать такой интенсивности, что вызывает у людей психологический стресс или физиологические нарушения. В этом случае можно говорить об акустическом загрязнении среды. Шум оказывает особое, отрицательное влияние на умственную деятельность и легко может нарушить естественное течение жизни. Длительное воздействие шума является причиной хронического утомления, головных болей и ощущения дискомфорта у многих людей, даже если уровень шума ниже, чем тот, что действительно причиняет боль. Врачи пытаются определить, как организм реагирует на шум, регистрируя показатели кровяного давления, состояния произвольной и непроизвольной мускулатуры, изменения характера дыхания, циркуляции крови, выделения пищеварительных соков и других характеристик, которые свидетельствуют о повышенном напряжении в организме. Реакция человека на шум разнообразна и сложна, а о длительном воздействии психологического стресса, с ним связанного, известно мало. Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Особенно сильное раздражение вызывает неожиданный шум, например переход через звуковой барьер сверхзвукового самолета, а также шум, источник которого не сразу удается установить. Возможно, в этом случае проявляется природный инстинкт. Звук от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчел, разбивает открыто лежащие яйца птиц в гнезде. Транспортный или производственный шум действует угнетающе на человека -- утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только он смолкает, человек испытывает чувство облегчения и покоя. Градации акустического загрязнения, определяется специальным устройством - измерителем уровня звука, который в общих чертах имитирует устройство человеческого уха. Прибор определяет звук по вибрации мембраны его микрофона под воздействием звуковых волн так же, как это происходит с барабанной перепонкой в ухе. Поскольку звук распространяется как волна, представляющая собой периодическое сжатие и разрежение воздуха (или другой упругой среды, которая встречается на пути), это вызывает соответствующие изменения давления воздуха вблизи мембраны. В результате возникает вибрация самой мембраны, трансформирующаяся в колебания электрического тока в приборе. Сила этих колебаний регистрируется прибором в единицах измерения, называемых децибелами (дБ).

Итак, есть звук, и есть преграда. Уровень интенсивности звука - это логарифмическая величина

L = 10Lg(l / l_n0),

где l_n0 - интенсивность принятого нулевого уровня 10^-12 Вт/м².

Коэффициент звукопроводности b = l/l₀, где l - интенсивность прошедшего через конструкцию звука, а l₀ - интенсивность падающего на конструкцию звука. Коэффициент ослабления звука является величиной, обратной коэффициенту звукопроводности и выражается в децибелах: t (дБ) = 10Lg(1/b).

Соотношение между источниками шума и их интенсивностью:

Экспериментальная таблица шумов в зданиях:

Порог слышимости для человеческого уха - это приблизительно 0 дБ, что эквивалентно звуковому давлению 0,0002 дины на квадратный сантиметр. Порог дискомфорта - примерно 120 дБ, а болевой порог - 130 дБ. Обычно при изучении реакции человека на шум применяют не шкалу, описанную выше, а ее модификацию, т.н. шкалу А. Единицей измерения в этой шкале является дБА. Уровень шума в 20--30 децибел (ЦБ) практически безвреден для человека. Это естественный шумовой фон, без которого невозможна человеческая жизнь. Для "громких звуков" допустимая граница составляет примерно 80 децибел. Звук в 130 децибел уже вызывает у человека болевое ощущение, а в 150 -- становится для него непереносимым. Звук в 180 децибел вызывает усталость металла, а при 190 -- заклепки вырываются из конструкций. Недаром в средние века существовала казнь "под колокол". Звон колокола медленно убивал человека. Шум мешает нормальному отдыху и восстановлению сил, нарушает сон. Систематическое недосыпание и бессонница ведут к тяжелым нервным расстройствам. Поэтому защите сна от шумовых раздражителей должно уделяться большое внимание. Шумы относятся к числу вредных для человека загрязнений атмосферы. Раздражающее воздействие звука (шума) на человека зависит от его интенсивности, спектрального состава и продолжительности воздействия. Шумы со сплошными спектрами менее раздражительны, чем шумы узкого интервала частот. Наибольшее раздражение вызывает шум в диапазоне частот 3000-5000 Гц. Работа в условиях повышенного шума на первых порах вызывает быструю утомляемость, обостряет слух на высоких частотах. Затем человек как бы привыкает к шуму, чувствительность к высоким частотам резко падает, начинается ухудшение слуха, которое постепенно развивается в тугоухость и глухоту. При интенсивности шума 145-140 дБ возникают вибрации в мягких тканях носа и горла, а также в костях черепа и зубах; если интенсивность превышает 140 дБ, то начинает вибрировать грудная клетка, мышцы рук и ног, появляются боль в ушах и голове, крайняя усталость и раздражительность; при уровне шума свыше 160 дБ может произойти разрыв барабанных перепонок. Однако шум губительно действует не только на слуховой аппарат, но и на центральную нервную систему человека, работу сердца, служит причиной многих других заболеваний.

Городской шум можно отнести к причинам возникновения гипертонической болезни, ишемической болезни сердца. Постоянное воздействие шума (более 80 дБ) приводит к гастриту и язвенной болезни желудка. Негативное влияние шума сказывается не только на сердечнососудистой системе, но и на моторике кишечника, различных обменных процессах и, что крайне важно, на иммунитете (в частности, выработке антител для борьбы с разного рода инфекциями). Особенно опасно, что шум, снижая порог чувствительности нервных клеток в дневное время, ведет к нарушению сна, а в ночные часы он наносит здоровью человека невосполнимый ущерб.

Одним из наиболее мощных источников шума являются вертолеты и самолеты особенно сверхзвуковые. При тех высоких требованиях к точности и надежности управления современным самолетом, которые предъявляются к экипажу летательного аппарата, повышенные уровни шумов оказывают отрицательное воздействие на работоспособность и быстроту принятия информации экипажем. Шумы, создаваемые самолетами, вызывают ухудшение слуха и другие болезненные явления у работников наземных служб аэропорта, а также у жителей населенных пунктов, над которыми пролетают самолеты. Отрицательное воздействие на людей зависит не только от уровня максимального шума, создаваемого самолетом при полете, но и от продолжительности действия, общего числа пролетов за сутки и фонового уровня шумов. На интенсивность шума и площадь распространения существенное влияние оказывают метеорологические условия: скорость ветра, распределение ее и температуры воздуха по высоте, облака и осадки. Особенно острый характер проблема шума приобрела в связи с эксплуатацией сверхзвуковых самолетов. С ними связаны шумы, звуковой удар и вибрация жилищ вблизи аэропортов. Современные сверхзвуковые самолеты порождают шумы, интенсивность которых значительно превышает предельно допустимые нормы. Также немаловажную проблему создаёт акустическое (шумовое) загрязнение окружающей среды в результате движения потоков автомобилей, которое уже выросло в серьезную экологическую проблему в большинстве крупных городов мира. На асфальтовых покрытиях при скоростях 50 км/ч у легковых автомобилей и 70 км/ч у грузовых шум от движения колес автомобиля по покрытию становится громче шума от двигателя. Исследования акустических свойств асфальтобетонных покрытий проводились в ФРГ, Бельгии, Австрии, Франции, Нидерландах. Большой объем работ по исследованию шумности асфальтобетонных покрытий проводился по заданию Департамента Транспорта США.

Шум - упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания, который проникает внутрь зданий.

Шум внутри здания можно разделить на несколько категорий:

а) ударный шум;

б) воздушный шум;

в) структурный шум.

Ударный шум образуется при падении на пол предметов и при ходьбе человека. Возникающие при этом колебания перекрытия передаются на воздушный объем нижнего помещения, а также всего здания в целом.

Воздушный шум возникает при излучении звука (человеческого голоса, музыкальных инструментов, машин, оборудования и др.) в воздушное пространство, который достигает какого-либо ограждения и вызывает его колебание. Колеблющееся ограждение, в свою очередь, излучает звук в смежное помещение, и таким образом воздушный шум достигает воспринимающего его человека.

Структурный шум возникает при контакте строительных конструкций с различным вибрирующим оборудованием. Структурный шум распространяется по строительным конструкциям и излучается в помещения на всех путях своего распространения.

Падающая на какую-либо преграду звуковая энергия делится на три части: Первая часть - отраженная энергия. Чем ее больше, тем выше звукоизоляция. Вторая часть - энергия рассеивания внутри конструкции при прохождении волны от одной ее поверхности к другой. Чем выше рассеивание, тем выше звукоизоляция. И, наконец, третья часть - это энергия, прошедшая сквозь преграду. Сумма этих трех составляющих и будет равна падающей на преграду звуковой энергии.

Так или иначе, все эти шумы и вибрационные воздействия негативно влияют на здоровье людей вызывая нарушения физиологической деятельности человека и могут стать причиной стрессов и нервных расстройств.А также существует немало социально-экономических последствий акустического загрязнения. Звукоизоляционные системы увеличивают стоимость зданий. Цена на жилье в районах с высоким уровнем шума падает. Во множестве мест возникают острые конфликты с жителями из-за постройки или расширения аэропортов - существенных источников шума.

2. Пути решения проблемы шума

Защита от шума в последние десятилетия является одной из актуальнейших проблем во всех странах мира.

Для оценки сложности проблем звукоизоляции от внешнего шума приведем ориентировочные данные уличного шума:

Самым простым способом защитить работающих от болезненного действия шума является использование бирушей и специальных наушников. Этот способ применяется, например, служащими аэропортов.

Ещё один способ - это использовать поглощающих или изолирующих звуки материалов в помещениях, где находятся сильные источники шума, по возможности избегать длительного пребывания в условиях интенсивного шума. Звукоизоляция помещения включает в себя звукоизоляцию пола от ударного шума и звукоизоляцию стен и потолка от воздушного шума. Для звукоизоляции пола от ударного шума необходимо создание звукоизолирующей системы, так называемого "плавающего пола". Для достижения акустического комфорта в помещении необходимо возведение двойных перегородок с применением звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов, звукоизоляция окон и дверей. Пространство между перегородками заполняется звукопоглощающим тонковолокнистым материалом.

Данная таблица, показывает степень ослабления звуковой энергии при прохождении через различные материалы (полоса частот 100 Гц - 3 кГц):

Таблица

Звукоизоляция может быть оценена с помощью коэффициента звукоизоляции K (дБ) = L - L₀, где L и L₀ - уровни шума соответственно за ограждением и до ограждения. Кроме коэффициента звукоизоляции важное значение играет и коэффициент поглощения энергии a = I/I₀, где I - это поглощенная поверхностью энергия, а I₀ - падающая энергия (за единицу коэффициента поглощения принято поглощение 1 м² открытого, не возвращающего энергию окна). Произведение среднего коэффициента поглощения (конструкция окна, как правило, неоднородна) на площадь поверхности A = a x S определяет общее звукопоглощение конструкции.

Связь между коэффициентом звукоизоляции, коэффициентом ослабления, общим звукопоглощением и общей площадью конструкции следующая:

K (дБ) = t (дБ) + 10lgA - 10lgS.

Таким образом, для повышения звукоизоляции требуется применить :

- конструкцию с максимальным коэффициентом ослабления;

- уменьшить размеры ограждающей конструкции (что не представляется возможным ввиду заданной геометрии помещения);

- увеличить звукопоглощение поверхности.

Также необходимо больше и чаще устраивать на переменах музыкальные пятиминутки (шум ручья, горной реки).

К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относятся: увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом; применение акустически непрозрачных экранов (откосов, стен и зданий-экранов), специальных шумозащитных полос озеленения; использование различных приёмов планировки, рационального размещения микрорайонов. Кроме того, градостроительными мероприятиями являются рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа местности. Существенный защитный эффект достигается в том случае, если жилая застройка размещена на расстоянии не менее 25-30 м от автомагистралей и зоны разрыва озеленены. При замкнутом типе застройки защищёнными оказываются только внутриквартальные пространства, а внешние фасады домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка автомагистралей нежелательна. Наиболее целесообразна свободная застройка, защищённая от стороны улицы зелёными насаждениями и экранирующими зданиями временного пребывания людей (магазины, столовые, рестораны, ателье и т.п.). Расположение магистрали в выемке также снижает шум на близ расположенной территории.

Затраты на борьбу с шумовым загрязнением на дорогах развитых стран мира составляют огромные суммы и непрерывно растут. В целом для асфальтобетонных покрытий по сравнению с другими типами покрытий, например, цементобетонными, характерна меньшая шумность.

Акустические свойства стандартных асфальтобетонных покрытий зависят в первую очередь от крупности минерального заполнителя и пористости смеси. Покрытия из более мелкозернистых смесей имеют уровень шума на 2,5-3 дБ меньше, чем покрытия из более крупнозернистых плотных смесей. Спектр звуковых частот зависит от свойств покрытия, типа движущихся автомобилей, характеристик их шин и скорости. Снижение уровня шума на 6 дБ субъективно воспринимается как уменьшение громкости вдвое. В мировой практике известно всего два апробированных технических решения, позволяющих за счет структуры асфальтобетона снизить общий уровень шума в полосе частот при качении колес автомобиля по поверхности покрытия до приемлемого уровня:

- применение в покрытиях высокопористых, поглощающих акустический шум, асфальтобетонов с открытой текстурой, так называемых, дренирующих. Средний уровень шума от движения легковых автомобилей при этом снижается на 2-4 дБ по сравнению с покрытиями из плотного асфальтобетона. Эффективность применения типовых высокопористых дренирующих асфальтобетонов определяется снижением шумности покрытия, обеспечением более высоких фрикционных свойств покрытия.

- применение в дорожных покрытиях асфальтобетонов на основе резинобитумных вяжущих, резиноасфальтобетонных смесей специального состава. Главным в применении резинобитумных вяжущих для улучшения шумопоглощающих асфальтобетонных покрытий является то, что их свойство остается постоянным в процессе эксплуатации в отличие от покрытий из высокопористых смесей, звукопоглощающая способность которых резко снижается при загрязнении. Типичный уровень снижения шумности резиноасфальтобетонных покрытий традиционного состава составляет около 6 дБ.

Снижение городского шума может быть достигнуто в первую очередь за счёт уменьшения шумности транспортных средств. Такие решения подразумевают изменение конструкции двигателей, чтобы сделать их тише, установку глушителей на моторы и механические устройства, изменение конструкций протекторов шин, установка амортизирующих бандажей на металлические колеса железнодорожных вагонов и вагонов метро.

3. Проблемы пылевого загрязнения окружающей среды

Пыль - вид аэрозоля, дисперсная система, состоящая из мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде. Отдельные частицы или их скопления, от ультрамикроскопических до видимых невооруженным глазом, могут иметь любую форму и состав. В большинстве случаев пыль образуется в результате диспергирования твердых тел и включает частицы разных размеров, преимущественно в пределах 0,00001-0,1 мм. Они могут нести электрический заряд или быть электронейтральными. Концентрацию пыли (запыленность) выражают числом частиц или их общей массой в единице объема газа (воздуха). Пыль неустойчива: ее частицы соединяются в процессе броуновского движения или при оседании (седиментации). Воздушное пространство всегда содержит частицы пыли, возникающей при выветривании горных пород, вулканического извержениях, пожарах, вследствие уноса в атмосферу и испарения капель морской воды, ветровой эрозии пахотных земель, производственной деятельности человека. В воздухе также находятся твердые частицы космического и биологического происхождения, например пыльца растений, споры, микроорганизмы. Пыль, как и другие виды аэрозолей, усиливает рассеяние и поглощение света атмосферой, влияет на ее тепловой режим. В промышленности часто специально прибегают к распылению, например при сжигании пылевидного топлива, воздушной сепарации порошков, в некоторых процессах химической технологии. Нежелательное образование пыли происходит при дроблении и сухом измельчении твердых пород, добыче полезных ископаемых (пыль рудничная), переработке и транспортировании сыпучих продуктов и материалов, сжигании зольного органического топлива. Постоянные источники повышенной запыленности - металлургия, химическое и текстильное производства, строительство и некоторые отрасли сельского хозяйства (например, полеводство), многие транспортные средства. Производство пыли причиняет ущерб промышленному оборудованию, снижает качество выпускаемой продукции, ухудшает гигиенические условия труда. Пыль из горючих и легко окисляющихся веществ, например угольная, древесная, мучная, сахарная, алюминиевая и др., может быть вэрыво- и пожароопасная. Чем выше дисперсность и концентрация пыли, тем больше вероятность ее воспламенения или взрыва.

Наиболее важный источник пыли - почва. На втором месте - океаны, выбрасывающие в воздух маленькие кристаллы солей. Оценки общей массы этих пылинок соли колеблются от 300 миллионов до 10 миллиардов тонн в год. Разумеется, выбрасываются не сами кристаллики, а мельчайшие капельки воды, возникающие при волнении моря и при разрушении поднимающихся к поверхности пузырьков воздуха. Капельки высыхают, и воздух насыщается солями. Большая часть кристалликов поднимается высоко в воздух и служит ядрами для конденсации водяных паров. Если бы в воздухе не было пыли, не было бы и облаков. Третий по значению источник пыли - вулканы. Они дают самые крупные пылевые частицы. Знаменитое извержение вулкана Кракатау 26-28 августа 1883 года выбросило в атмосферу более 18 куб. км измельченных горных пород, причем часть этой массы залетела на высоту до 40-50 км. Через три месяца пыль из Индонезии, где находиться вулкан, долетела до Европы, и еще в течение трех лет дневной свет на всей земле был тусклее обычного, а закаты и рассветы более живописными, багровыми, благодаря рассеянию света на мелких частицах пыли. Более же крупные частицы пыли, например, попадающие в атмосферу при больших лесных пожарах, дают голубоватую дымку, рассеивая красный свет, пропуская синюю часть спектра. Солнце кажется тогда холодным, а Луна голубой. Крупным источником вулканической пыли является японский вулкан Сакурадзима на острове Кюсю. Последнее крупное его извержение состоялось в январе этого года, но вулкан постоянно курится, ежегодно выбрасывая в атмосферу около 14 миллионов тонн пыли. Расположенный неподалеку город Кагосима считается самым пыльным городом в мире, его улицы всегда покрыты пылью и пеплом. Важный источник пыли для всего земного шара - пустыня Сахара. Дожди с розоватой пылью, принесенные ветром из Сахары, выпадают и в Англии, и во Флориде. Пыль из Сахары окрашивает снега на горах Центральной Америки. Ветер ежегодно поднимает в этой самой крупной пустыне мира от 60 до 200 миллионов тонн пыли. Образцы всех этих видов пыли имеются в любой квартире. Здесь есть даже внеземная пыль, происходящая главным образом от комет и метеоритов, которая ежегодно увеличивает массу Земли на 10 тонн.

Загрязнение воздуха является одной из важнейших экологических проблем в большинстве стран, особенно в городских и промышленных районах. Загрязнение атмосферы в действительности не является новым явлением, так как дым, выделяющийся при отоплении и приготовлении пищи, запахи бытовых отходов -- канализации и гниющих отбросов сопровождают места обитания людей с момента образования человеческих общин. В прошлом веке в развитых странах изменились методы удаления отходов, обработки сточных вод, а также способы отопления и приспособления для приготовления пищи, и поэтому традиционные виды загрязнителей воздуха -- дым и запахи были вытеснены другими - продуктами нового, мобильного, индустриального, урбанизированного общества. В целом большая часть существующих проблем по загрязнению воздушной среды является результатом индустриальной деятельности и методов транспортировки, иначе говоря -- результатом использования человеком энергии. Город с населением 1 млн. человек выбрасывает в атмосферу ежегодно 10 млн. т. водяного пара, 2 млн. т. газов, около 20 тыс. т. пыли и до 150 т. тяжелых металлов. В результате принятых мер в ряде регионов удалось снизить или, по крайней мере, стабилизировать объем вредных выбросов в воздушную среду городов, тем не менее, примерно половина городского населения по всему миру - порядка 990 млн. человек по-прежнему подвержена воздействию вредных уровней серы и более 1 млн. человек - взвешенных частиц. В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздухоксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Химическая активность пыли увеличивается с повышением ее дисперсности, т. е. с увеличением удельной поверхности размельчаемых веществ. Большое значение имеет растворимость пыли. Если пыль не токсична и действие ее на ткань сводится к механическому раздражению, то хорошая растворимость такой пыли в тканевых жидкостях является благоприятным фактором. В случае токсичной пыли хорошая растворимость является отрицательным фактором. Наиболее важные физические и химические свойства пылей обуславливаются их дисперсностью, формой частиц, способностью к растворению и химическим составом. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода . Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т.

Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу 1десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Окислы азота. .Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 11 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг. пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси радиусом 0,01-0.1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.

В некоторых случаях воздействие одни из загрязняющих веществ в комбинации с другими приводят к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие каждого из них в отдельности. Большую роль играет продолжительность воздействия. Статистический анализ позволил достаточно надежно установить зависимость между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхиты, астма, пневмония, эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей, сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого возраста от респираторных и сердечнососудистых заболеваний. В декабре 1930 г. в долине реки Маас (Бельгия) отмечалось сильное загрязнение воздуха в течение 3 дней; в результате сотни людей заболели, а 60 человек скончались - это более чем в 10 раз выше средней смертности. В январе 1931 г. в районе Манчестера (Великобритания) в течение 9 дней наблюдалось сильное задымление воздуха, которое явилось причиной смерти 592 человек. Широкую известность получили случаи сильного загрязнения атмосферы Лондона, сопровождавшиеся многочисленными смертельными исходами. В 1873 г. в Лондоне было отмечено 268 непредвиденных смертей. Сильное задымление в сочетании с туманом в период с 5 по 8 декабря 1852 г. привело к гибели более 4000 жителей Большого Лондона. В январе 1956 г. около 1000 лондонцев погибли в результате продолжительного задымления. Большая часть тех, кто умер неожиданно, страдали от бронхита, эмфиземы легких или сердечнососудистыми заболеваниями.

До 85% всех заболеваний современного человека связаны с неблагоприятными условиями окружающей среды, возникающими по его же вине - шум, курение, загрязнение окружающей среды и т.д. Большинство экологически негативных последствий деятельности людей проявляется в изменении атмосферы -- ее физического и химического состава. Техногенные воздействия на атмосферу стали причиной таких глобальных изменений, как "парниковый эффект", разрушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей. Именно загрязнение атмосферы в наибольшей мере истощает адаптационные возможности человеческого организма. Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести и дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Воздух очищается от пыли и газа в кронах лесных деревьев. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микробы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ в мире резко возрос и составляет многие миллионы тонн. В атмосфере содержатся и пылевые частицы, и водяной пар, которые совершают в природе свой кругооборот, подверженный влиянию человека. Пылевые частицы могут представлять собой непосредственный результат обработки почвы или производственных процессов, но могут являться также продуктом реакции газовых контаминантов между собой. Хотя пыль, выделяющаяся в результате человеческой деятельности, составляет всего около 10% естественных пылевыделений, эти 10% (так же как и газы, которые являются основным источником образования пыли) сосредоточены в промышленных районах с высокой плотностью населения. Пыль загрязняет и портит внешний вид, воздействует на здоровье людей, занося в легкие микродозы таких веществ, как свинец или полнароматические углеводороды.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ВЫБРОС ПЫЛИ,МЛН.Т./ГОД : 1. Сжигание каменного угля 93,602. Выплавка чугуна 20,213. Выплавка меди (без очистки) 6,234. Выплавка цинка 0,185. Выплавка олова (без очистки) 0,0046. Выплавка свинца 0,137. Производство цемента 53,37

Это превышает пределы способности атмосферы к самоочищению. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 11-5 1мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 11 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Степень дисперсности промышленных аэрозолей зависит прежде всего от способа их образования. Только что образовавшиеся аэрозоли конденсации (дымы) имеют размеры меньше 1 мк. С течением времени они агрегируются и в виде хлопьев выпадают из воздуха. Размеры аэрозолей дезинтеграции (пыли) зависят от вещества, из которого они получены, и интенсивности его размельчения. Чем тверже вещество и чем интенсивнее его размельчение, тем выше степень дисперсности пылевых частиц. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. Особенно неблагоприятно складывается экологическая обстановка в городах, где сосредоточены крупнейшие промышленные объекты.

Загрязнение атмосферы может принять опасный характер в течение какого-то определенного времени на той или иной территории. Это может произойти как в результате аварийных ситуаций, так и вследствие изменения погодных условий. При изменении температур туман, загрязненный дымом, прижимается к поверхности земли, образуя так называемый "смог", вызывающий раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, а также обострение заболеваний легких. Описаны случаи, когда это приводило к трагическим последствиям -- повышению смертности больных детей и стариков.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва ( 1250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 1150 т.Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 11 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвнстного в природе фотохимического тумана. Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон.

Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.

Для гигиенической оценки пыли наиболее важным признаком является ее дисперсность. С размерами пылевых частиц связаны длительность пребывания их во взвешенном состоянии в воздухе, глубина проникновения в дыхательные пути, физико-химическая активность и другие свойства. Пылевые частицы размером более 200 мк, подчиняясь закону тяготения, не испытывают большого сопротивления воздуха и быстро оседают с возрастающим ускорением.

Пылевые частицы размером менее 200 мк до 0,1 мк, испытывая сопротивление воздуха, оседают с постоянной незначительной скоростью, измеряемой в миллиметрах или сантиметрах в час. Частицы пыли менее 0,1 мк практически не оседают и находятся в постоянном беспорядочном движении в воздухе. Таким образом, чем меньше размер пылевых частиц, тем дольше они задерживаются взвешенными в воздухе, следовательно, тем больше возможность попадания их в дыхательные пути. Благодаря сравнительно быстрому оседанию крупных пылевых частиц от 10 мк и более, обычно в воздухе производственных помещений преобладают пылевые частицы до 10 мк, причем 70--90% из них составляют частицы размером до 5 мк. От химического состава пыли зависит ее биологическая активность, в частности то или иное действие на организм человека: токсическое (отравляющее), раздражающее и др. Пыль оказывает вредное действие главным образом на дыхательные пути, вызывая заболевания как их верхних отделов, так и легких, а также действует на кожу и глаза. При вдыхании пылевых частиц размером 5 мк и более они всецело задерживаются в верхних дыхательных путях, в первую очередь в полости носа. Это вызывает травмирование и раздражение слизистой, которое при дальнейшем развитии процесса переходит в катар, вначале гипертрофический (т. е. с разрастанием ткани), а затем атрофический с заменой мерцательного эпителия плоским и гибелью железистого аппарата. Фильтрующая способность носовой полости поэтому сильно снижается, а в далеко зашедших случаях вовсе исчезает. Постепенно под влиянием длительного воздействия различных видов пылей развиваются хронические воспалительные процессы и на других участках дыхательных путей (риниты, фарингиты, трахеиты, бронхиты). Некоторые виды пыли, обладающие большой химической активностью (хром, мышьяк), могут при длительном воздействии вызвать изъязвление и прободение носовой перегородки. Принято считать, что около 50% пыли достигает легких и там задерживается. Как правило, это пылинки размером менее 5 мк, причем более 95% -- пылинки размером менее 3 мк. Вне зависимости от физико-химических свойств все виды пылевых частиц вначале оказывают на легочную ткань механическое действие. При этом легочная ткань реагирует на них, как на инородное тело, стремясь удалить его. Защитная функция организма, способствующая очищению легких от пыли, носит название фагоцитоза и состоит в следующем. Пыль, попавшая в легкие, поглощается так называемыми пылевыми клетками (клетками легочного эпителия), которые затем стремятся удалить пыль из легких различными путями. Один из путей -- удаление пыли вместе с мокротой. Другой путь -- удаление пыли по лимфатическим путям. Частицы пыли размером менее 1 мк фагоцитируются легче; более крупные пылинки, а также кварцевая пыль удаляются медленно и накапливаются в легких и в лимфатических, узлах, приводя их к поражению. Пыль, проникшая глубоко в дыхательные пути, может привести к развитию в них специфического заболевания -- пневмокониоза, сущность которого заключается в развитии фиброза, т. е. замещения легочной ткани соединительной тканью. В зависимости от характера вдыхаемой пыли различают следующие виды пневмокониозов:

- силикоз, вызываемый воздействием пыли, содержащей свободную кристаллическую двуокись кремния SiO₂;

- силикатоз, вызываемый воздействием пыли, содержащей двуокись кремния в связанном состоянии (силикаты -- пыль асбеста, талька);

- антракоз -- пневмокониоз, вызываемый воздействием угольной пыли;

- сидероз -- пневмокониоз, вызываемый, например, пылью железа.

Силикоз -- наиболее тяжелый и наиболее распространенный вид пневмокониоза. Силикоз развивается обычно через 5--10 или 15 лет работы, связанной с вдыханием кварцсодержащей пыли, При очень высоком содержании свободной SiO₂ во вдыхаемой пыли заболевание может развиваться раньше.

Силикоз следует рассматривать как тяжелое заболевание организма в целом, при котором происходят значительные изменения в различных органах и системах (нервной, сердечнососудистой, лимфатической и др.). Нередко он осложняется туберкулезом.

Кроме пневмокониоза, вдыхание пыли может быть причиной повышенной заболеваемости воспалением легких. Особенно это относится к томасовой пыли, образующейся в сталеплавильном производстве и содержащей в своем составе фосфорные соединения.

Пыли, оказывающие раздражающее действие на кожу (пыли синтетических смол, извести, карбида кальция), могут вызвать различные воспалительные процессы вплоть до язвенных поражений (дерматиты, экземы). При большой запыленности воздуха попадающие на кожу пылевые частицы могут проникнуть в отверстия сальных и потовых желез, вызвать их закупорку, а следовательно, нарушить нормальную деятельность кожи, чем будет снижена ее сопротивляемость к проникновению микробов.

Твердые пылинки с острыми краями могут вызвать травмы глаз. Запыление глаз приводит к развитию конъюнктивита и изменению роговицы.