Материал: Основы экологической безопасности и эксплуатации зданий, сооружений и инженерных систем. Скрыпник А.И., Яременко С.А

Глава 2. Состав окружающей среды

Антропогенное влияние на показатели окружающей среды возможно оценить при знании исходных данных состава её природной среды, т.е. атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, верхнего плодородного слоя земли (грунтовой почвы, растительности), т.е. при знании биосанитарной емкости среды.

2.1 Состав атмосферного воздуха,

влияние антропогенной деятельности

Воздушная газообразная оболочка Земли делится на 4 слоя: тропосферу до высоты 12 км, стратосферу до высоты 60 км, мезосферу до высоты 82 км и ионосферу выше 82 км, где микроорганизмы уже не обнаруживаются.

На высоте от 20 км находится озоновый слой, защищающий живые организмы на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца [27]. За 20 лет наблюдения общее содержание озона уменьшилось в среднем на 10 %.

Снижение содержания озона в озоновом слое увеличивает ультрафиолетовые потоки к Земле, частоту электромагнитных волн и приводит к увеличению болезней, т.к. человек биологически связан с космосом, с его лучами и электромагнитными полями.

При этом активизируется возникновение таких болезней, как ветряная оспа, малярия, грибковые заболевания, туберкулез и в наибольшей степени рак кожи. Происходит и мутация ДНК. Эти болезни возникают постепенно по мере получения дозы облучения. По статистике у белых людей рак кожи может возникнуть после 50 000 часов пребывания под воздействием лучей Солнца, у темнокожих после ‑ 150 000 часов. К сорокалетнему возрасту человек от воздействия лучей Солнца может выглядеть как шестидесятилетний. По данным Управления по защите окружающей среды США [32], на 1 % уменьшения озонового слоя число случаев возникновения катаракты от влияния солнечных лучей увеличивается на 0,5 %. У человека со светлой кожей и рыжими волосами рак кожи при длительном влиянии солнечных лучей может возникнуть к 25 – 35 годам, у темнокожих - значительно позже.

В тропосфере при подъеме на высоту h =100 м от поверхности Земли температура падает на 0,6 ^о С, что способствует диффузии вредных веществ в верхние слои атмосферы. На высоте 30 км температура снижается до -30 ^оС, затем на высоте 60 км растет до +80 ^оС, а затем снова падает до -75 ^оС.

Если бы не было атмосферы Земли, то её поверхность днем нагревалась бы до +100 ^оС, а ночью охлаждалась до -100 ^оС.

Состав природного атмосферного воздуха приведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Наименование газов	Содержание по объему, %	Относительная молекулярная масса, кг/моль
Азот	78,084	28
Кислород	20,95	32
Аргон	0,93	39
Углекислый газ	0,032	44
Неон	1,8∙10 - 3	20
Гелий	5,2∙10 - 4	4
Криптон	1∙10 - 4	83
Ксенон	8∙10 - 6	131
Водород	5∙10 -5	2
Озон	5∙10 - 5	48
Водяной пар	3 - 2∙10 -5	-
Легкие отрицательные аэроионы	> 3000 1/см3	-
Окись азота	2∙10 - 6	30
Диоксид серы	1∙10 - 4	64
Метан	2∙10 - 4	16
Пыль ( до высоты 2 км)	0,002 – 0,02г/м3	-

Примечание. В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.2.2.542-96 в жилых и общественных зданиях содержание легких отрицательных аэроионов в 1см³ воздуха должно быть не менее 3000, которые благотворно влияют на самочувствие человека, положительно заряженных аэроионов должно быть не более 3000 1/см³, отрицательно влияющих на его самочувствие.

Нижнее предельно допустимое содержание кислорода в воздухе соответствует его среднему парциальному давлению 158 мм рт. ст., и предельное верхнее содержание ‑ не более 320 мм рт. ст.

При приближении содержания водяных паров в воздухе к верхнему показателю, приведенному в табл. 2.1, влияние на человека ультрафиолетовой радиации снижается, незначительно увеличивается скорость движения газовоздушного потока в верхние слои атмосферы, т.к. в реальных условиях плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха не более чем на 1 %.

Содержанию кислорода в воздухе 20,95 % объема соответствует его парциальному давлению 159 мм рт. ст. Его снижение до 157 мм рт. ст. вызывает состояние дискомфорта у человека. При наличии людей в помещении содержание кислорода может уменьшаться при недостаточной вентиляции в нем.

Допустимые колебания состава кислорода не должны превышать ± 1 %.

Всякое отклонение от указанных параметров атмосферного воздуха способствует нарушению установившегося равновесия в природе.

При возникновении в атмосфере теплового инверсионного явления, т.е. когда с ростом высоты температура воздуха повышается, а не снижается, удаления вредных веществ в верхние слои не происходит и наступает их накопление в приземных слоях атмосферы с возможным возникновением смога.

Земля обладает отрицательным потенциалом, а атмосферный воздух положительным. Для человека ростом 170 см разность потенциалов составляет 250 В (на высоте 1м эта разность составляет 150 В). При изменении погодных условий существенно изменяется и разность потенциалов, которая влияет на нервную систему человека. При загрязнении атмосферы усиливается её ионизация, вызывающая усиление электромагнитных волн, что приводит к нарушению установившегося электрического потенциала человека.

Периодически возникающая солнечная активность, и следовательно электромагнитная, негативно влияет на больных людей с патологией органов кровообращения, на увеличение дорожно-транспортных происшествий, на вспышки эпидемий гриппа, особенно при образовании "темных пятен" на Солнце длительностью до 27 дней с периодичностью 11 лет и 22 года (по данным Чижевского А.Л.). Установлено, что больше летальных исходов происходит у людей с нервным заболеваниями, отмечаются они с периодичностью 27 дней.

За сутки человек пропускает через легкие 11 м³ воздуха, и при изменении его количества и качества могут происходить изменения в организме человека. При снижении барометрического давления воздуха до 500 мм рт. ст. наступает кислородное голодание. Во вдыхаемом атмосферном воздухе содержится 0,033 % объема углекислого газа, а в выдыхаемом воздухе человека его содержится 3,95 %, поэтому помещения с значительным содержанием людей должны вентилироваться.

Углекислый газ не относится к категории вредных веществ, но при повышении парциального давления в атмосферном воздухе с 1 мм рт. ст. до 8 мм рт. ст. ухудшается дыхание человека.

Повышение содержания пыли в атмосферном воздухе выше 0,008 г/м³ вызывает снижение солнечной радиации на 1 %, что понижает температуру у поверхности Земли и фотосинтез продуцирования кислорода зелеными растениями.

У поверхности Земли плотность сухого воздух составляет ρ_o = 1,293 кг/м³, с подъемом до высоты h = 10 км плотность падает до ρ_h = 0,4 кг/м³ и до высоты 20 км ‑ до 0,09 кг/м³. Разность плотностей воздуха, как известно, создает силу движения газовоздушной смеси, равную перепаду давления: ∆Р = g∙h∙(ρ_h – ρ_o), Па.

Если принять загрязненность атмосферного воздуха над поверхностью океанов за единицу, то в сельской местности она равна 10, а в городской среде 150. Несмотря на то, что города занимают до 10 % всей суши Земли, равной 148 млн км² [26], в настоящее время повышенная концентрация вредных веществ в воздухе во многих городах приводит к превышению предела биосанитарной емкости окружающей среды и она не в состоянии нейтрализовать влияние загрязнителей. К примеру, выбросы в городах США, приходящиеся на одного человека, составляют в среднем 1,3 кг/сутки и аналогичны Российским. В Германии эта величина в 4 раза меньше.

2.2. Токсичность вредных выделений,

допустимое их содержание в окружающей городской среде

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

1-й – вещества чрезвычайно опасные;

2-й – вещества высокоопасные;

3-й – вещества умеренно опасные;

4-й – вещества малоопасные.

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Летальной дозой считается величина концентрации, вызывающая гибель 50 % животных при 2-4-часовой ингаляции.

Допустимая концентрация вредного вещества зависит от длительности его воздействия. Так, концентрация диоксида серы SO₂ в воздухе с = 0,05 мг/м³ безвредна для человека в течение более года, но концентрация с = 0,1 мг/м³ безвредна в течение одного месяца и концентрация с = 2 мг/м³ - в течение не более 15 мин. Из приведенных данных следует, что для каждого вредного вещества имеется допустимая токсическая доза поступления в организм человека.

Для вновь применяемого вещества допускается в течение двух лет использовать ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) до назначения ПДК.

Величины ПДК для химических выбросов впервые были установлены в России в 1951г., затем и в других странах.

В зависимости от места пребывания человека установлены ПДК:

• ПДК_Р.З. ‑ при нахождении в рабочей зоне в пределах 8 часов;

• ПДК_Т.П. ‑ при нахождении на территории предприятия,

ПДК_Т.П. = 0,3ПДК_Р.З.;

• ПДК_М.Р. ‑ максимально разовая концентрация вне территории предприятия, не вызывающая в течение 20 – 30 мин рефлекторных реакций (нервных реакций, откликов на внешнее раздражение);

• ПДК_С.С. ‑ среднесуточная, не оказывающая воздействия на настоящие и будущие поколения при неограниченно долгом вдыхании воздуха (не менее 1 года).

На территории лечебных, детских, оздоровительных учреждений, парках, скверах концентрация не должна превышать 0,8 ПДК_М.Р. с учетом фоновой концентрации в заданном районе города.

Установленные значения ПДК существенно меньше, чем пороговая концентрация, определяемая человеком по запаху. В табл. 2.3 приведено сравнение пороговой концентрации, ощущаемой по запаху, с ПДК_М.Р. и ПДК_С.С.

Таблица 2.3

Кроме того, ряд вредных веществ может снижать иммунобиологическую сопротивляемость организма и обладать канцерогенными, мутагенными и аллергическими свойствами.