Загрязнение окружающей среды при производстве радиоэлектронной аппаратуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

«Основными направлениями экономического и социального развития на 1985-1990 годы и на период до 2009 года» предусмотрен неуклонный подъем материального и культурного уровня жизни народа, создание лучших условий для всестороннего развития личности на основе дальнейшего повышения эффективности всего общественного производства, увеличения производительности труда, роста социальной и трудовой активности трудящихся.

Для обеспечения решения этих задач народное хозяйство должно изготовлять большое количество машин и приборов, в том числе радиоэлектронных. Для этого нужно не только увеличивать объем выпуска различных материалов, но и обеспечивать их рациональное использование, что существенно снижает экономические затраты и прямо способствует выполнению поставленных задач.

С целью обеспечения новых потребностей народного хозяйства при создании новых и приборных устройств широко используют новые конструкционные материалы: сверхчистые, сверхтвердые, жаропрочные, порошковые, полимерные и другие материалы, позволяющие резко повысить технический уровень, надежность, снизить затраты на производство. Обработка этих материалов связана со значительными технологическими трудностями.

Развитие и совершенствование любого производства в настоящее время связано также и с его автоматизацией, созданием робототехнических комплексов, широким использованием вычислительной техники, применение станков с числовым программным управлением. Эти элементы составляют базу, на которой создаются автоматизированные системы управления, становятся возможными оптимизация технологических процессов и режимов обработки, создание гибких автоматизированных производств.

Решение таких задач возможно только высококвалифицированными инженерами, в деятельности которых применение на практике технологических наук имеет очень большое значение. При создании конструкции различных приборных устройств инженер должен обеспечивать определенные их технические и эксплуатационные характеристики и надежность в работе, учитывать особенности технологических методов обработки и сборки, а также экономическую целесообразность изготовления избранной конструкции.

Для этого инженер должен обладать глубокими технологическими знаниями в области расчета приборных устройств. Создание и развитие конструкции любого изделия производится в несколько этапов и значительная часть этапов конструирования изделия тесно связана с технологией, а пренебрежение технологическими требованиями приводит к значительным экономическим, а иногда и техническим потерям: изделие изготовляется в более продолжительные сроки (часто срок увеличивается в несколько раз), технические показатели ухудшаются, увеличивается материалоемкость. Иногда становится невозможно изготовить изделие в планируемые сроки.

Уровень технологического мышления (т.е. возможность представления путей изготовления всего изделия) в значительной мере определяет технические возможности конструирования новых электронных изделий. Это легко проследить на основе развития электронных приборов (радиоэлектронных устройств и в том числе ЭВМ). Масса, потребляемая мощность, размеры, время безотказной работы этих приборов в период с 1946 года по настоящее время сократились более чем в 10-100 раз, а надежность в такое же количество раз увеличилась.



1. Основные понятия об изделиях, производственном и технологическом процессах

Под конструкцией радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в определенной пространственной, механической и электромагнитной взаимосвязи, которая определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение аппаратурой определенных функций в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производственных, человеческих.

Производство РЭА представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов, посредством которых из сырьевых ресурсов и изделий электронной техники человеком создаются необходимые продукты, предназначенные для использования в сфере потребления или производства. Развитие современного производства характеризуется непрерывным процессом обновления материально-технической базы и технологии производства, усложнением цикла подготовки производства, комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов.

Технология производства, или технологический процесс, это часть производственного процесса - определенных действий, направленных на изменение свойств объекта производства в соответствии с технологической документацией и достижение им состояния, соответствующего технической (конструкторской) документации.

Конструирование и технология производства являются частями сложного процесса разработки РЭА и не могут выполняться в отдельности, без учета взаимосвязей между собой и с другими этапами разработки, и определяют в конечном итоге общие потребительские свойства изделий.

Рабочие функции РЭА характеризуется набором параметров, номинальные значения которых задаются техническим заданием (ТЗ) на разработку изделия. Реализация этих параметров в эксплуатации зависит как от общего комплекса дестабилизирующих факторов условий эксплуатации (климатических, механических и пр.), так и от качества разработки и технологии производства. Учет этих факторов требует от разработчика РЭА знаний по всем вопросам конструкторско-технологического проектирования, а именно:

· виды и порядок разработки технической документации;

· влияние внешних факторов на работоспособность РЭА;

· методы конструирования элементов, узлов и устройств РЭА и изготовления изделий;

· обеспечение электромагнитной совместимости, механической прочности, нормальных тепловых режимов и надежности изделий;

· общие вопросы организации производства РЭА;

· стандартные и специальные технологические процессы в производстве РЭА;

· методы сборки и монтажа;

· методы регулировки, настройки и испытаний РЭА
и т.д.

Развитие информационных технологий и применение их при проектировании изделий дает возможность разработчику РЭА использовать принципиально новые инструменты и подходы для сокращения сроков разработки, улучшения технических и снижения экономических показателей создаваемой РЭА.

1.1 Общие положения

Конструирование геофизических измерительных приборов (ГИП) и геофизических измерительно-вычислительных систем (ГИВС), как один из видов инженерной деятельности, есть процесс определения, разработки и отражения в конструкторской, технологической и программной документации

· формы, размеров и состава изделия,

· входящих в него деталей и узлов,

· используемых материалов и комплектующих изделий,

· взаимного расположения частей и связей между ними,

· указаний на технологию изготовления,

· указаний на метрологию поверки и методику эксплуатации изделий.

С самых общих позиций ГИП - это подкласс приборов специализированного профессионального назначения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Соответственно, на конструирование и производство ГИП распространяются все нормы, требования, метрология, методики и стандарты РЭА с дополнением специальными требованиями, определяемыми назначением и условиями эксплуатации ГИП. В рамках общих требований и норм к РЭА мы и будем рассматривать разработку ГИП и ГИВС, учитывая, при необходимости, специфику их применения в геофизике.

Появление нового технического изделия - сложный и противоречивый процесс. Особенно это касается радиоэлектронных изделий, функционирование которых основано на широком спектре физических, химических и иных явлений. Новая техника, воплощая результаты последних научно-технических достижений, способствует развитию производительных сил общества и удовлетворению его потребностей в продукции более высокого качества. Важнейшим вопросом в сфере производства новой техники является прогнозирование. Определение главных направлений исследований и разработок проводится в ходе научно - исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР).

Разработка и организация производства нового изделия требует затрат времени и крупных финансовых вложений. Величина этих расходов зависит от уровня новизны продукции и частоты смены моделей. Затраты на изготовление изделия в первый год его выпуска могут в несколько раз превышать затраты последующих лет. Это снижает уровень эффективности производства новой техники, а иногда приводит к большим убыткам.

Жизненный цикл изделий. Быстрые темпы технического прогресса требуют такого периода смены моделей продукции (жизненного цикла продукции), при котором суммарные затраты на разработку и внедрение новых моделей, а также потери от морального износа были бы минимальны, а уровень экономической эффективности был бы максимальным.

В жизненном цикле изделия можно выделить два периода. Первый - в течение которого осуществляется разработка новой продукции. Второй - в течение которого новая продукция осваивается, производится и реализуется до прекращения выпуска и утилизации.

В первый период жизненного цикла изделия входит полный комплекс работ по созданию новой техники:

1. Научно-исследовательская разработка (НИР). На этой стадии проходят проверку новые идеи и изобретения. Теоретические предпосылки решения научных проблем проверяются в ходе опытно-экспериментальных работ.

2. Опытно-конструкторская разработка (ОКР). На этой стадии идеи и решения, возникающие в процессе НИР, реализуются в технической документации и опытных образцах.

3. Конструкторская подготовка производства (КПП). Осуществляется проектирование нового изделия, разрабатываются рабочие чертежи и техническая документация.

4. Технологическая подготовка производства (ТПП). Разрабатываются и проверяются новые технологические процессы, проектируется и изготавливается технологическая оснастка для производства изделия.

5. Организационная подготовка производства (ОПП). На этой стадии выбираются методы перехода на выпуск новой продукции, проводятся расчеты потребности в материалах и комплектующих изделиях, определяются продолжительность производственного цикла изготовления изделия, размеры партий, и пр.

6. Отработка изделия в опытном производстве (ООП). Осваивается выпуск опытного образца (опытной партии), проводится отладка новых технологических процессов.

Во второй период жизненного цикла включается освоение изделия в промышленном производстве (ОСП). Практика показывает, что на этой стадии возникают и конструкторские изменения, и изменения в технологических процессах, и изменения уровня оснащенности производства специальными видами оснастки и оборудования. Точное соблюдение технологического процесса - одно из важнейших организационных условий повышения эффективности выпуска нового изделия, включая высокое качество продукции и высокие технико - показатели производства.

Завершающим этапом жизненного цикла является эксплуатация новой продукции, когда продукция используется в соответствии с ее назначением и приносит экономический эффект. Предприятию было бы выгодно продлить второй период жизненного цикла изделия на максимальный срок, однако этот период имеет свой предел. Новая продукция с момента ее появления обеспечивает социально-экономический эффект до определенного времени, после которого она морально стареет.

Государственная стандартизация. Разработка и постановка продукции на производство, безотносительно к ее назначению, регламентируется комплексом стандартов Системы разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Основополагающим стандартом Российской Федерации по СРПП является ГОСТ Р 15.000-94 «Система разработки и постановки продукции на производство. Основные положения».

Порядок разработки и постановки на производство продукции общетехнического назначения устанавливается ГОСТ Р 15.201-2000 «Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство». Стандарт устанавливает основные положения по разработке технического задания (ТЗ), конструкторской и технологической документации, приемке результатов разработки, подготовке и освоению производства, испытаниям опытных образцов продукции, а также по подтверждению их соответствия обязательным требованиям государственных стандартов. Требования стандарта допускается конкретизировать в методических документах. Рассматриваются следующие стадии и виды работ жизненного цикла продукции:

- стадия «Разработка», вид работ «Опытно-конструкторская работа по разработке продукции»;

- часть стадии «Производство», вид работ «Постановка на производство».

Существует также ГОСТ 15.005-86 «Создание изделий единичного и мелкосерийного производства, собираемых на месте эксплуатации». Стандарт устанавливает порядок разработки, согласования и утверждения технического задания, технической документации, порядок изготовления, контроля, монтажа, приемки и сдачи в эксплуатацию изделий единичного и мелкосерийного производства и их составных частей, окончательная сборка, наладка, испытания и доводка которых могут быть проведены на месте эксплуатации в составе конкретного производственного объекта. Стандарт, по-видимому, устарел, и будет заменен новым.

Расширение связей с иностранными фирмами вызвало появление ГОСТ 15.311-90. «Постановка на производство продукции по технической документации иностранных фирм». Стандарт устанавливает основные положения постановки на производство серийной продукции по рабочей технической документации иностранных фирм и распространяется на продукцию, предназначенную целиком или частично к реализации в стране. Продукция должна соответствовать требованиям, обеспечивающим безопасность для жизни и здоровья населения, охрану окружающей среды, и быть пригодной к совместному применению с отечественной продукцией.

Подготовку производства осуществляют в порядке, установленном для продукции, разрабатываемой в стране. При оснащении производства технологическим оборудованием, закупленным у фирмы, необходимо учитывать условия заключенных контрактов. При освоении производства продукции в общем случае проводят специальную подготовку кадров, пуск и опробование средств технологического оснащения, изготовление и квалификационные испытания установочной серии (первой промышленной партии).

При изготовлении установочной серии проводят работы по выявлению возможных дефектов изготовленной продукции, по улучшению технологии производства, вносят изменения в техническую документацию при условии сохранения установленных значений показателей качества продукции. Квалификационные испытания установочной серии являются обязательными. Программой испытаний предусматриваются испытания изготовленных образцов на соответствие требованиям нормативно-технического документа и технической документации, а также сравнение полученных значений показателей с соответствующими показателями образцов фирмы. В квалификационных испытаниях вправе принять участие соответствующие органы госнадзора, которые должны быть заблаговременно информированы о предстоящих испытаниях. Образцы средств измерения из установочной серии подвергают государственным контрольным испытаниям в соответствии с ГОСТами.

Из установочной серии отбирают образцы для утверждения их в качестве эталонов. Порядок утверждения эталонов - по ГОСТ 15.009 или ГОСТ 15.007 с учетом результатов сравнения изготовленных образцов с образцами, полученными от фирмы.

Модели работ. Широкое внедрение вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности предопределяет необходимость разработки таких ГИВС и ГИП, которые бы имели широкие возможности применения, малую стоимость, небольшую длительность этапа разработки и внедрения ее в производство, максимальную технологичность и т.д. Для геофизической аппаратуры, учитывая ее малосерийность, это возможно только при максимальном использовании узлов, блоков и изделий крупносерийного РЭА общетехнического и народно-хозяйственного назначения.

В зависимости от наличия целевых программ развития продукции, наличия или отсутствия конкретного заказчика, разработку и постановку продукции на производство осуществляют по следующим моделям организации работ:

1 - создание продукции по государственным и муниципальным заказам, финансируемым из федерального бюджета и бюджетов субъектов РФ (госзаказ);

2 - создание продукции по заказу конкретного потребителя;

3 - инициативные разработки продукции.

При создании продукции по госзаказу и заказу конкретного потребителя разрабатывают техническое задание (ТЗ) и заключают договор (контракт) на выполняемые работы. В договоре или ТЗ указывают нормативные документы, регламентирующие порядок выполнения работ, и документы, определяющие обязательные правила и требования к продукции, а также требования, установленные законами и нормативными документами органов государственного надзора.

Главные этапы работ. В зависимости от назначения изделий, предыстории данного вида РЭА, технических заделов разработчика, возможностей производства, объема рынка, и прочих достаточно многочисленных факторов, включая финансовые, конкретные этапы работ при разработке изделий, равно как и их содержание, могут существенно изменяться. Кратко отметим три стадии работ, которые обычно содержатся в разработках изделий на основе принципиально новых технических решений:

· техническое предложение (аванпроект);

· эскизный проект (ЭП);

· технический проект (ТП).

Основой для разработки является техническое задание. В ТЗ излагаются назначение и область применения разрабатываемой РЭА, технические, конструктивные, эксплуатационные и экономические требования, условия хранения и транспортирования, требования по надежности, правила проведения испытаний и приемки образцов в производстве.

На стадии технических предложений проводится анализ существующих технических решений, патентные исследования, проработка возможных вариантов создания РЭА, выбор оптимального решения, макетирование отдельных узлов РЭА, выработка требований для последующих этапов разработки.

На стадии эскизного проектирования осуществляют проработку выбранного варианта реализации РЭА. Изготавливается действующий образец, проводятся испытания в объеме, достаточном для подтверждения заданных в ТЗ технических и эксплуатационных параметров, организуется разработка необходимой конструкторской документации, которой присваивается литера «Э». Прорабатываются основные вопросы технологии изготовления, наладки и испытания элементов, узлов, устройств и РЭА в целом.

На стадии технического проекта принимаются окончательные решения о конструктивном оформлении РЭА и составляющих ее узлов, разрабатывается полный комплект конструкторской и технологической документации, которой присваивается литера «Т», изготавливается опытный образец (образцы) РЭА, проводятся испытания на соответствие ТЗ.

В последующем осуществляется технологическая подготовка производства, выпуск установочной серии и организация серийного (массового) выпуска РЭА.

Стадии разработки ТЗ, технических предложений и ЭП включаются, как правило, в научно-исследовательскую работу, а стадии разработки технического проекта и технологической подготовки производства - в опытно-конструкторскую разработку.

Для изделий, не требующих проведения НИР, разработка и постановка продукции на производство в общем случае предусматривает:

1) разработку ТЗ на опытно-конструкторскую работу;

2) проведение ОКР, включающей:

- разработку конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации,

- изготовление и испытания опытных образцов,

- приемку результатов ОКР, утверждение разработанной документации и технических условий (ТУ) на изготовление установочной (опытной) партии изделий.

3) постановку изделий на производство, включающую:

- подготовку производства,

- изготовление установочной серии и квалификационные испытания.

При разработке РЭА выпускают большое количество технической документации (конструкторской, технологической, программной), состав которой определяется Государственными стандартами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы технологической документации (ЕСТД) и Единой системы программной документации (ЕСПД).

Продукты интеллектуального труда, полученные в процессе создания и постановки продукции на производство и являющиеся объектами охраны интеллектуальной собственности, используют в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Государственные стандарты устанавливают несколько этапов разработки конструкторской документации с соответствующими требованиями к их содержанию и выполнению. Однако жесткой номенклатуры этапов, общей и обязательной для разработки изделий, существовать не может. Во многом, это зависит от вида изделий и их сложности, предыстории развития данного направления техники, существующих аналогов, и т.п., включая остроту потребности в изделии и перспективы обеспечения конкурентоспособности на рынках сбыта.

1.2 Химическое загрязнение атмосферного воздуха

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Загрязнение при производстве радиоэлетронной аппаратуры относятся к промышленным. 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. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнителиразделяют 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 70% 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 250 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 70 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 1 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 десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с 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) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов 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 как 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 1 т. предельного чугуна выделяется кроме 2,7 кг. сернистого газа и 4,5 кг. пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. 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 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км. пылевидныхчастиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже: 1. Сжигание каменного угля 93,60 2. Выплавка чугуна 20,21 3. Выплавка меди (без очистки) 6,23 4. Выплавка цинка 0,18 5. Выплавка олова (без очистки) 0,004 6. Выплавка свинца 0,13 7. Производство цемента 53,37 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 (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли. 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 1 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 неизвестного 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 продолжащейся 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.



2. Влияние на организм человека вредных веществ

В последнее время все острее стоит проблема загрязнения окружающей среды вредными компонентами. К числу этих загрязнителей, прежде всего, относятся некоторые тяжелые металлы. Было установлено, что основным путем (до 70%) поступления их в организм человека являются пищевые продукты. Эти исследования убедительно доказали, что неконтролируемое загрязнение пищевых продуктов токсичными металлами может вызвать серьезные последствия в организме. Для предотвращения и ослабления этих последствий появились законодательства, регулирующие предельное содержание токсичных элементов в продуктах питания. Объединение комиссия ФАО и ВОЗ по пищевому кодексу включила в число обязательных компонентов пищевых продуктов, подвергаемых контролю, 8 наиболее опасных токсичных элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, олово, цинк и железо.

Одним из самых распространенных и опасных токсикантов является свинец. В земной коре он содержится в незначительных количествах. Вместе с тем мировое производство свинца составляет более 3,5 тонн в год, и только в атмосферу поступает в переработанном и мелкодисперсном состоянии 4,5 тонн в год. Среднее содержание свинца в продуктах питания 0,2 мг/кг. Отмечено активное накопление свинца в растениях и мясе сельскохозяйственных животных вблизи промышленных центров, крупных автомагистралей. По данным К. Рейли взрослый человек получает ежедневно с пищей 0,1 - 0,5 мг свинца. Общее его содержание в организме составляет 120 мг. В организме взрослого человека усваивается в среднем 10% поступившего свинца, у детей - 30 - 40%. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где депонируется в виде трифосфата. 90% поступившего свинца выводиться из организма с фекалиями, остальные - с мочой и другим биологическими жидкостями.

Механизм токсичного действия свинца определяется по следующей схеме: проникновение свинца в нервные и мышечные клетки, образование лактама свинца путем взаимодействия с молочной кислотной, затем фосфатов свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения в нервные и мышечные клетки ионов кальция. Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная системы и почки. Отмечено его отрицательное влияние на половую функцию организма.

Кадмий в природе в чистом виде не встречается, это сопутствующий продукт при рафинировании цинка и меди. С рационом взрослый человек поучает Сd до 150 мг/кг и выше в сутки (92 - 94%)

Медь принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность -4-5 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях - к смертельному исходу.

Цинк входит в состав около 80 ферментов, участвуя в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными симптомами недостаточности цинка является замедление роста у детей, половой инфантилизм у подростков, нарушение вкуса и обоняния и др. Основным источником поступления металлов в растения является почва. Плодородная почва должна обеспечиваться микро и макропитательными веществами, необходимыми для роста растений. Все почвы, содержав незначительном количестве многие элементы органической и в неорганической форме.

Содержание микроэлементов в разных почвах колеблется в широком интервале. Более высокий уровень загрязнения тяжелыми металлами отмечается в верхнем (0-10 см), наиболее гумусированном слое почвы, что является одной из причин повышенного содержания тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции.

Опасность состоит в том, что химическое загрязнение длительное время может не проявляться и выращенная на такой почве, с виду нормальная сельскохозяйственная продукция, может оказать токсическое воздействие на здоровье человека. Северо-Осетинская станция агрохимической службы проводит агроэкологический мониторинг почв сельскохозяйственное назначения, в том числе ведет наблюдение за содержанием тяжелых металлов. Анализ почвенных проб, взятых в районах нашей республики на содержание тяжелых металлов, выполнялся нами атомной - адсорбционным методом.

В результате исследований было выявлено, что основными загрязнителями почв в РСО-Алания являются: свинец, цинк, кадмий и медь. В связи с этим следует принимать меры не только по снижению содержания тяжелых металлов в почве, но и разрабатывать мероприятия по снижению их содержания в сельскохозяйственной продукции и пищевых продуктах, получаемые из этой продукции.

2.1 Характеристика загрязняющих веществ

Медь. Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря восстановимости оксидов и карбонатов медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название меди происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы ее нагревали на костре и быстро охлаждали, причем порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

Сейчас существуют методы, позволяющие получать наночастицы меди, упорядоченные в виде цепей, колец или трехмерных сверхрешеток, которые обладают уникальными физическими свойствами и считаются перспективными материалами для создания плазменных волноводов для фотонных устройств, химических и биологических сенсоров. Существует целый ряд методов, позволяющих варьировать морфологию наночастиц металлов и, поэтому, изменять физические свойства материалов на их основе. Среднее содержание меди в земной коре 4,7*10-3% (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1*10-2%), чем в верхней (2*10-3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды Меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов Меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь, карбонаты и оксиды.

Медь - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2*10-4%, известны организмы - концентраторы меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

Метилртуть. Ртуть в составе выбросов из антропогенных и природных источников поступает в атмосферу в неорганической форме и затем в результате протекания биологических процессов может преобразовываться в метилртуть в почве и водной среде.

В окружающей среде происходит биологическая аккумуляция метилртути, которая беспрепятственно поступает в человеческий организм через пищевые продукты. Атмосферные концентрации ртути в Европе, а также во всем мире обычно находятся на уровне, существенно ниже того, при котором, как известно, оказывается негативное воздействие на здоровье человека в результате вдыхания ртути. Концентрации неорганических соединений ртути в почве и подземных водах обычно находятся на уровне существенно ниже того, при котором, как известно, возникают негативные последствия для здоровья человека в результате потребления питьевой воды.

Метилртуть является сильнодействующим нейротоксичным химическим веществом. Неврожденные дети (т.е. зародыши) являются наиболее уязвимой группой и подвергаются воздействию этого химического вещества главным образом в результате потребления рыбы в рационе матери. Метилртуть также выделяется вместе с молоком матери. Данные человеческого биомониторинга и биомоделирования режима питания свидетельствуют о том, что допустимые объемы поступления метилртути в составе пищевых продуктов превышаются в подгруппах населения, которые потребляют значительное количество рыбы, например в Скандинавии, Северной Америке и Франции. Концентрации ртути в размере 0,5 мг/кг, т.е. показателя, использующегося во многих странах в качестве опорного, нередко превышаются для некоторых видов (главным образом крупных хищных) пресноводных и морских рыб и млекопитающих.

Ретроспективные данные (например, данные об озерных отложениях в Скандинавии) свидетельствуют о том, что в сравнении с доиндустриальной эрой концентрации ртути возросли в 2-5 раз в результате антропогенных выбросов ртути и ее переноса на большие расстояния. Метилртуть, присутствующая в организмах пресноводных рыб, трансформировалась из неорганической ртути, содержащейся в почве и непосредственных атмосферных осаждениях. С 1990-х годов антропогенные выбросы ртути в Европе сократились приблизительно на 50%. Данные моделирования и ограниченного мониторинга свидетельствуют о том, что уровень осаждения ртути в Европе сократится в аналогичном размере. Однако не было отмечено сопутствующего уменьшения концентрации метилртути в организмах пресноводных рыб.

Существует лишь ограниченный объем информации об источниках метилртути, присутствующей в организме морских рыб, и о роли, которую в этом процессе играет перенос загрязнения на большие расстояния. Ряд данных свидетельствует о росте концентрации ртути в организмах морских рыб и млекопитающих в Арктике - этот факт подтверждает воздействие переноса ртути на большие расстояния. В целом потребление рыбы весьма благоприятно сказывается на здоровье человека, однако в организмах представителей некоторых групп населения, потребляющих значительное количество рыбы или рыбы, содержащей загрязняющие вещества, объем поступления метилртути может достигать опасных уровней. В этой связи сокращение концентраций метилртути в рыбе следует рассматривать в качестве высокоприоритетной задачи.

Одним из средств для достижения этой цели является сокращение атмосферных выбросов и переноса загрязнения на большие расстояния.

Ртуть и ее соединения опасны для жизни. Метилртуть особенно опасна для животных и человека, так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентации в пространстве, потеря зрения. Симптомы ртутного отравления проявляются не сразу. Другим неприятным последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и накапливание ее в плоде, причем мать не испытывает при этом болезненных ощущений. Метилртуть оказывает тератогенное воздействие на человека. Ртуть относится к I классу опасности.

Мышьяк. Мышьяк в природе присутствует в виде сульфатов. Его содержание в свинцово-цинковых концентратах около 1%. Вследствие летучести он легко попадает в атмосферу.

Самыми сильными источниками загрязнения этим металлом являются гербициды (химические вещества для борьбы с сорными растениями), фунгициды (вещества для борьбы с грибными болезнями растений) и инсектициды (вещества для борьбы с вредными насекомыми).

По токсическим свойствам мышьяк относится к накапливающимся ядам. По степени токсичности следует различать элементарный мышьяк и его соединения. Элементарный мышьяк сравнительно мало ядовит, но обладает тератогенными свойствами. Вредное воздействие на наследственный материал (мутагенность) оспаривается.

Соединения мышьяка медленно поглощаются через кожу, быстро всасываются через лёгкие и желудочно-кишечный тракт. Смертельная доза для человека - 0,15-0,3г.

Хроническое отравление вызывает нервные заболевания, слабость, онемение конечностей, зуд, потемнение кожи, атрофию костного мозга, изменения печени. Соединения мышьяка являются канцерогенными для человека. Мышьяк и его соединения относятся ко II классу опасности.

Арсенизм, или отравление мышьяком, столь распространенное и любимое в эпоху средневековья, к счастью в наше время - очень редкая болезнь.

Соли, оксиды и пары мышьяка чрезвычайно опасны. Препараты на основе мышьяка используются в качестве гербицидов для опрыскивания фруктов, в качестве инсектицидов, яда для крыс и во многих промышленных процессах. Различают острый и хронический арсенизм.

Острое отравление, обычно, наблюдаемое при суициде или гоминиде, редко, но хроническое отравление из-за продолжительного контакта с мышьяковой пылью, парами, как в промышленности, так и в сельском хозяйстве является нередко причиной смерти и в наши дни.

Механизм воздействия на клетку еще полностью неясен. Однако известно, что мышьяк соединяется с сульфгидрильными группами (SH - группами). Вот почему при хронической интоксикации мышьяк скапливается в волосах, ногтях, эпидермисе и может там обнаруживаться. Возможно, что мышьяк может инактивировать энзимы, содержащие SH - группы и, таким образом, являться ингибитором дыхательных ферментов.

Проявления арсенизма зависят от дозы. Довольно маленькая доза в 30 мг триоксида мышьяка может быть смертельной. Значительные дозы этого сильнейшего яда могут убить в течение 1-2 часов, вызывая обычно выраженную периферическую вазодиллятацию, резкое уменьшение объема циркулирующей крови и шок.

2.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере

В соответствии с законом развития эколого-геохимических изменений в геохимическом ландшафте изменение концентрации загрязняющих веществ в какой-либо части ландшафта, несомненно, отразится на всех его частях. Однако, учитывая природную консервативность, этот процесс может затянуться на годы. Загрязнение же такой части ландшафта, как, например, атмосферный воздух, может сказаться на состоянии (и даже существовании) живых организмов, включая человека, гораздо раньше. Эта определённая консервативность биосферы и сделала необходимым установление для различных её частей контрольных значений, получивших название предельно допустимых концентраций (ПДК).

Предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих биосферу, вводились как нормирующие показатели во многих странах. Единые ПДК были введены в своё временя и для такой громадной территории, как СССР, а затем и России. Часть из них вводилась с учётом времени пребывания человека в данном месте.

В них учитывалось предельно безвредное для человека содержание отдельных химических веществ, в том числе техногенных, не имеющих природных аналогов.

Кроме ПДК были введены и другие (тоже нормирующие) показатели, например предельно допустимый выброс (ПДВ) загрязняющих веществ отдельным источником за единицу времени. Превышение ПДВ теоретически должно приводить к последующему превышению ПДК в среде, окружающей указанный источник загрязнения. Однако, разрабатывая общие для огромных территорий ПДВ, не учитывались ландшафтно-геохимические особенности и история геологического (геохимического) развития, хотя бы за последние миллионы лет, отдельных участков загрязняемой территории. В соответствии же с одним из законов развития антропогенных изменений в биосфере поведение загрязняющих веществ (концентрация, рассеяние, особенности распределения), поступивших в результате техногенеза в биосферу, а во многих случаях и форма нахождения этих веществ определяются ландшафтно-геохимическими условиями загрязняемой территории.

Для людей тяжёлые, а главное - наиболее быстро сказывающиеся последствия загрязнения обычно связаны с аномальными концентрациями отравляющих веществ в воздухе и питьевой воде. Однако эти концентрации, как правило, в рассматриваемых частях биосферы сохраняются непродолжительное время. Техника очищения воздуха и воды относительно проста, а для многих природных и даже некоторых техногенных ландшафтов часто характерен процесс самоочищения.

Гораздо дольше сохраняется большинство загрязняющих веществ в почвах, которые в последующем сами могут стать источниками загрязнения атмосферы, воды, растительных и животных организмов. Именно поэтому особое внимание всегда уделяется вопросам, связанным с возможностью использования ПДК для почв. (См. приложение 1)

Класс опасности - показатель, характеризующий степень опасности для человека веществ, загрязняющих атмосферный воздух. Вещества делятся на следующие классы опасности:

· 1 класс - чрезвычайно опасные;

· 2 класс - высоко опасные;

· 3 класс - опасные;

· 4 класс - умеренно опасные.

Разработка ПДК основывается на лимитирующем показателе вредности загрязняющего вещества. Лимитирующий (определяющий) показатель вредности характеризует направленность биологического действия вещества: рефлекторное (рефл.) и резорбтивное (рез.). Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей - ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т.п. Указанные эффекты возникают при кратковременном воздействии вредных веществ, поэтому рефлекторное действие лежит в основе установления максимальной разовой ПДК (ПДКмр). Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания. С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК (ПДК).

СИ - стандартный индекс - наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ПДК; она определяется из данных наблюдений на посту за одной примесью или на всех постах района за всеми примесями за месяц или за год (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы).

НП - наибольшая повторяемость (%) превышения ПДК по данным наблюдений на одном посту (за одной примесью) или на всех постах района за всеми примесями за месяц или за год (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы).

...