Источники загрязнения атмосферного воздуха Иркутской области и их гигиеническая оценка. Место загрязнения атмосферного воздуха в общей проблеме загрязнения окружающей среды. Принципы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Источники загрязнения атмосферного воздуха Иркутской области и их гигиеническая оценка. Место загрязнения атмосферного воздуха в общей проблеме загрязнения окружающей среды. Принципы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений

ВВЕДЕНИЕ

На всех этапах своего развития человек всегда был тесно связан с окружающим миром. Антропогенное загрязнение, обусловленное жизнедеятельностью человека, до определенного периода сглаживалось процессами, происходящими в биосфере. Но, с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу стало все интенсивнее и масштабнее. Количество химических элементов, вовлекаемых в промышленное производство, неуклонно возрастает. Если в начале XX в. загрязнение атмосферного воздуха рассматривалось как проблема дыма и связывалось с процессами сжигания твердого топлива, то сейчас атмосфера загрязняется, помимо этого, аэрозолями тяжелых и редких металлов, синтетическими соединениями, не существующими в природе, что делает проблему охраны атмосферного воздуха чрезвычайно сложной.

Выбросы источников промышленных предприятий и энергетических систем в атмосферу на современном этапе развития достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровень загрязнения существенно превышает допустимые санитарные нормы.

Поэтому необходимо уметь диагностировать и прогнозировать уровень загрязнения атмосферного воздуха с целью разработки рекомендаций по совершенствованию производственных технологий и принятию необходимых мер по снижению нагрузки на атмосферу.

Актуальность исследования. Возрастающие масштабы воздействия человека на окружающую среду породили острые проблемы, связанные с ее качеством. Загрязненные воздух, почвы, поверхностные и подземные воды вызывают ухудшение здоровья человека, гибель животных, угнетение растительности. Особенно актуальна проблема загрязнения атмосферного воздуха, так как «большинство опасных загрязняющих веществ поступают в природную среду через атмосферу, которая становится важным входным компонентом геосистемы с точки зрения техногенного воздействия».

Цель работы заключалась в оценке влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения Иркутской области для совершенствования системы мониторинга атмосферного воздуха как средства контроля эффективности мероприятий по снижению риска здоровью населения.

Были поставлены и решены следующие задачи:

- создать электронную базу данных лабораторных исследований атмосферы, проводимых различными организациями, и дать оценку загрязненности для эффективного осуществления контроля атмосферного воздуха Иркутской области;

- провести анализ многолетних данных по заболеваемости населения Иркутской области и выявить влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения;

- разработать рекомендации по снижению риска для здоровья населения Иркутской области путем совершенствования системы мониторинга атмосферного воздуха.

Практическая значимость работы состоит в том, что основные ее результаты были использованы при разработке мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, а именно при создании комплексной программы мониторинга атмосферного воздуха Иркутской области в составе Сводного проекта предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Иркутской области.

ГЛАВА 1. Обзор литературы

В атмосферный воздух города поступает большое количество различных вредных веществ. Повсеместно выбрасываются такие вредные вещества, как пыль (взвешенные вещества), диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, которые принято называть основными, а также различные специфические вещества, выбрасываемые отдельными производствами, предприятиями, цехами.

Данные медицинской статистики развитых стран показывают, что в связи с ростом воздействия вредных факторов промышленного производства и загрязнения воздушной среды возрастает частота многих хронических патологических процессов: заболеваний органов дыхания, почек, хронических отравлений, аллергических процессов, злокачественных опухолей и болезней крови.

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений именно поэтому в данном реферате этой проблеме уделено больше внимания. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроницающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы. В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности. Воздух жилищ и рабочих зон имеет большое значение из-за того, что человек проводит здесь значительную часть времени.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах. Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими, в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная связь.

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы. По данным эколого-геохимического картирования разных масштабов, талые (снеговые) вода Русской равнины по сравнению с поверхностными и подземными водами и многих районах заметно (в несколько раз) обогащены нитрит - и аммоний - ионами, сурьмой, кадмием, ртутью, молибденом, пинком, свинцом, вольфрамом, бериллием, хромом, никелем, марганцем. Особенно отчетливо это проявляется по отношению к подземным водам Сибирскими экологами-геохимиками выявлено обогащение ртутью а снеговых вод сравнительно с поверхностными водами в бассейне р.Катунь Кураиско-Сарасинская ртутно-рудная зона Горного Алтая. Подсчет баланса количества тяжелых металлов в снеговом покрове показал, что основная их часть растворяется в снеговой воде, т.е. находятся в миграционно-подвижной форме, способной быстро проникать поверхно стные и подземные воды, пищевую цепь и организм человека. В условиях Подмосковья цинк, стронций, никель практически полностью растворены в снеговой воде.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы дуба) к загрязнению воздуха выявлена давно. Совместное действие их факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, утвержденной в 1980 году. Многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов. Вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения атмосферы. Основные кислотные агенты - разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода.

Процессы и источники загрязнения приземной атмосферы многочисленны и разнообразны. По происхождению они подразделяются на антропогенные и природные. Среди антропогенных к наиболее опасным процессам относятся сгорание топлива и мусора, ядерные реакции при получении атомной энергии, испытаниях ядерного оружия, металлургия и горячая металлообработка, различные химические производства, в том числе переработка нефти и газа, угля. При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории (см. приложение 2).

Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среда населения и животных. В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы - вулканическая и флюидная активность Земли. Специальными исследованиями установлено, что поступление загрязняющих веществ, с глубинными флюидами в приземной слой атмосферы имеет место не только в областях современной вулканической и газотермальной деятельности, но и в таких стабильных геологических структурах, как Русская платформа. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару, Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается сейчас как огромный химический котел , который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания. Аэродинамическими барьерами являются крупные лесные массивы, а также активные глубинные разломы значительной протяженности (Байкальский рифт). Причина этого заключается в том, что такие разломы контролируют физические поля, ионные потоки Земли и служат своеобразной преградой для перемещения воздушных масс.

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования

заболеваемость атмосферный воздух загрязнение

Иркутск - административный центр Иркутской области, расположенный в долине р. Ангары, расчленен долинами впадающих в нее рек - Иркут и Ушаковка. Удаленность от отепляющего влияния океанов, открытость территории с севера для проникновения арктических воздушных масс формируют резко континентальный климат с весьма малым количеством осадков, большой повторяемостью штилевых и инверсионных ситуаций, особенно при господстве Азиатского антициклона в зимние месяцы. К тому же, на общий глобальный перенос воздушных масс большое влияние оказывает ориентация долины р. Ангары, обусловливающая реализацию основных преобладающих ветров северо-западного и юго-восточного направлений с повторяемостью их в годовом цикле 32 % и 28 % соответственно. Приподнятые инверсии создают как бы шапку над городом, в результате чего вредные примеси могут находиться в приземном слое длительный период времени.

Иркутск относится к городам с развитой промышленной инфраструктурой и, к сожалению, вошел в список (опубликованный Министерством природных ресурсов и экологии России в 2013 г.) 36 городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) в 2012 г. составил 15 (при ИЗА выше 14 уровень загрязнения считается очень высоким). С 2001 г. ИЗА не опускался ниже отметки 14 [2]. Это означает, что установленные нормы только для воздуха превышаются во много раз, а если принять во внимание воду, пищевые продукты и пр., то предельно допустимая нагрузка на живые организмы зашкаливает разумные пределы.

Производство города представлено предприятиями машино- и приборостроения, теплоэнергетики, строительных материалов, легкой и пищевой промышленности, которые практически равномерно распределены по административным округам, с тяготением к 5 промышленным узлам города (Северный и Жилкинский в Ленинском округе, Мельниковский в Свердловском округе, Восточный в Октябрьском округе, участок между улицами Сурнова и Рабочего Штаба в Правобережном округе). В городе более 250 промышленных предприятий, включающих около 3000 антропогенных источников. Они поставляют в атмосферу 113 (регистрируемых) наименований ингредиентов загрязняющих веществ, суммарный выброс которых составляет около 6 кг/с. Различные виды пыли от валового количества всех загрязняющих веществ, выбрасываемых стационарными источниками г. Иркутска в год, составляют 13,8 % (0,8 кг/с), продукты сгорания топлива - 82,7 % (4,8 кг/с) и специфические вещества - 3,4 % (0,2 кг/с).

Ранее авторы предоставляли информацию о загрязнении атмосферы города источниками предприятий теплоэнергетики [1]. По основным загрязняющим веществам именно эти предприятия вносят ощутимый вклад в загрязнение городской среды.

Для количественной оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха использовались две методики:

1) общепринятая гостированная методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86) [3];

2) авторская математическая модель, основанная на решении дифференциального уравнения переноса и турбулентной диффузии примеси.

В качестве входных данных в модель для обеих методик использовались инвентаризационные данные о стационарных источниках загрязнения, расположенных на территории города: относительные координаты расположения источника, высота трубы, диаметр устья трубы, средняя скорость выхода газовоздушной смеси и температура, интенсивность выброса. Кроме того, для математической модели эффективная высота трубы, как сумма ее истинной геометрической высоты и некоторой добавочной высоты, на которую поднимается факел под влиянием его перегретости, начальной скорости выброса и условий температурной стратификации атмосферы.

Также для математической модели использовались данные многолетних восьмисрочных наблюдений, проводимых метеорологическими станциями и постами г. Иркутска.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86) Гостированные методики, к которым относится методика ОНД-86 [3], используются ведомствами и организациями, осуществляющими разработки по разрешению, проектированию и строительству промышленных предприятий, нормированию вредных выбросов в атмосферу, а также промышленными предприятиями и проектными организациями при составлении «Томов предельно допустимых выбросов».

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра. Нормы не распространяются на расчет концентраций на дальние (более 100 км) расстояния от источников выброса.

Стоит отметить, что гостированные методики, сыграв свою положительную роль на первых этапах перехода к количественным методам оценки загрязнения атмосферы, имеют ряд недостатков, среди которых можно выделить следующие:

1. Симметричность расчета по секторам с выбранным шагом. Формально методика позволяет считать с любым шагом. Когда в расчете участвует несколько источников, визуально картина выглядит правдоподобно, так как неоднородности в расчетах возникают за счет разной интенсивности источников. Если проводить расчеты для одиночного источника, можно увидеть, что в каждом секторе расчетного круга результаты одинаковы.

Это говорит о том, что данную методику можно применять (в лучшем случае) только для штилевых ситуаций, хотя хорошо известен факт, что ветры различных направлений в зависимости от расположения предприятий могут существенно увеличить загрязнения в расчетной точке.

2. Некорректность учета стратификации атмосферы. Один и тот же коэффициент температурной стратификации (A) берется для слишком обширных территорий (например, его значение равно 200 для территории Восточной Сибири, районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Дальнего Востока). Хотя общеизвестно, что температурная стратификация весьма изменчива не только по территории, но и в локальной точке в течение суток.

3. Для точечных источников, выбрасывающих частицы пыли, расчет гравитационной скорости осаждения в зависимости от размера частиц подменяется умножением значений концентраций на 2; 2,5; 3 в зависимости от степени очистки выбрасываемой пыли соответственно на 90 % и более, 75-90 или менее 75 %.

4. Пренебрежение морфометрическими характеристиками подстилающей поверхности. Влияние рельефа местности на значение максимальной приземной концентрации учитывается безразмерным коэффициентом рельефа местности. Значение коэффициента рельефа местности лежит в диапазоне от 1 до 4 и устанавливается на основе анализа картографического материала, освещающего рельеф местности в радиусе до 50 высот наиболее высокого из размещаемых на промплощадке источника, но не менее чем 2 км. Фактически происходит завышение концентраций, а не физический учет местности.

5. Из выполненных расчетов для данной точки выбирается результат с максимальной концентрацией, который может получиться при расчете с одной из скоростей, принадлежащей установленному интервалу. Следовательно, каждая расчетная точка поля загрязнений может не отвечать одной и той же скорости, что может не отражать действительную физическую картину.

Среди положительных сторон данной методики следует отметить простоту ее использования, а также то, что она позволила перейти от качественных к количественным методам оценки загрязнения атмосферы.

Размещено на Allbest.ru