Загрязнение атмосферы органическими соединениями
Летучие углеводороды, кислород-, азот-, серо- и галогеносодержащиепроизводные находятся в газовой фазе и в аэрозольном состоянии. В составе городской пыли были обнаружены углеводороды С5-С8 и легколетучие производные – метилхлорид, ацетальдегид, ацетон. Сопоставление результатов тысяч анализов примесей воздуха многих десятков крупных городов во всех регионах планеты говорит о большом сходстве качественного состава загрязняющих веществ. Одну из главных фракций органических загрязнений образуют токсические ароматические углеводороды – бензол и его гомологи. Ароматические соединения более устойчивы к окислению в атмосфере и могут переноситься в газовой фазе воздушными потоками на большие расстояния. Как показали исследования, проводившиеся с использованием самолетов-лабораторий, с подветренной стороны от современных городов на многие десятки и сотни километров простираются шлейфы загрязненного воздуха. Поэтому густонаселенные регионы, такие как Центральная и Западная Европа, практически постоянно накрыты «куполами» загрязненного воздуха.
Двуокись азота образуется вследствие атмосферных выбросов на предприятиях химической промышленности при получении азотистой и серной кислот. Действие – изменение обмена веществ, сдвиг показателей крови, уменьшение общего белка, ускорение свертываемости крови. Максимально-разовая ПДК – 0,085 мг/м3.
Закись азота при контакте с влажной поверхностью легких превращается в азотистую и азотную кислоту, что приводит к отеку легких. В крови образуются нитраты и нитриты, которые действуют на сосуды и приводят к снижению артериального давления, проводят к кислородной недостаточности и гемоглобинемии.
Сероводород обладает раздражающим действием на слизистую оболочку верхних дыхательных путей (ВДП), глаз, угнетают функцию дыхательных ферментов. При хроническом воздействии возникают риниты, конъюнктивиты, бронхиты, головные боли, расстройства пищеварения, снижение слуха, анемии, сосудисто-вегетативные нарушения, гнойничковые заболевания. ПДК в атмосферном воздухе – 1,0 мг/м3. Сероводород образуется в результате неполного сгорания топлива, работы автотранспорта, при взрывных работах. Общетоксическое действие на организм характеризуется расстройством дыхания, функций сердечно-сосудистой системы, сдвигами показателей крови. Среднесуточная ПДК – 1 мг/м3.
Взвешенные вещества (пыль, дым). Источниками являются котельные, теплоэлектростанции. Их действие связано с частотой легочных и аллергических заболеваний. Повреждающее действие зависит от дисперсности (размера) частиц, опасны – 0,25 – 10 мм. К косвенному действию можно отнести снижение естественного освещения, уменьшение солнечной радиации (УФ). Среднесуточная ПДК – 0,05 мг/м3.
Сажиканцерогенны по отношению к коже и ЖКТ.
Летучие карбонильные соединения (формальдегиды, ацетальдегиды), а также низшие спирты, карбоновые кислоты – постоянные примеси городского воздуха. Карбонильные соединения и спирты поступают с отработавшими газами автотранспорта, сернистые и азотистые органические вещества выделяются из мусоронакопителей и свалок бытовых отходов. Формальдегид вызывает аллергические реакции, дерматиты, острые и хронические респираторные заболевания. При частом контакте – риск рака кожи, ЖКТ (канцерогенная активность).
Наибольшее внимание из всех загрязняющих соединений привлекают полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), поскольку они относятся к канцерогенным веществам. С широким распространением ПАУ в окружающей среде связывают увеличение числа злокачественных новообразований у человека. С санитарно-гигиенической точки зрения важно, что от 70 до 90% общего количества ПАУ содержится в мелких частицах, которые задерживаются в верхних дыхательных путях человека, бронхах и альвеолах.
Воздух, составляя земную атмосферу, состоит из смеси газов, водяного пара и аэрозолей. В нижней части атмосферы сухой воздух содержит: азота — 78%; кислорода — 20,9%, аргона — 0,9%, углекислого газа — 0,05%, следы метана, криптона, водорода и др. Следует отметить, что химический состав воздуха мало меняется в зависимости от высоты воздушного слоя. Так, на высоте 28 км в воздухе содержится 20,39% кислорода (на уровне моря — 20,9%).
Азот (N2). Считают, что азот — газ индифферентный и в воздухе играет роль наполнителя. Однако такое представление является правильным лишь при нормальном давлении. При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие. Наиболее отчетливо это действие проявляется при давлении воздуха 9 и более атмосфер. Это имеет большое значение, т.к. при работе водолазов на больших глубинах воздух им приходится подавать под высоким давлением, иногда превышающим 10 атмосфер. При работе в таких условиях в поведении водолазов отмечается беспричинная веселость, нарушение координации движений, излишняя болтливость и другие проявления наступившей эйфории. Это и есть проявления наркотического действия азота. В настоящее время при работах водолазов на больших глубинах для дыхания пользуются не воздухом, а специально приготовленной гелиево-кислородной смесью, т.е. азот в воздухе заменяют более инертным газом (Пивоваров Ю.П., 1999).
Кислород (О2). Наиболее важным компонентом в составе воздуха является кислород. Кислород необходим для поддержания процессов горения, тления и других окислительных процессов, происходящих в природе, которые обеспечивают существование жизни на Земле. Кислород в атмосфере содержится главным образом в молекулярном виде (О2), под влиянием ионизирующего излучения и электрических разрядов молний в воздухе появляется кислород атомарный (О) и трехатомный (О3 — озон). Озоновый слой располагается на высоте 45—50 км от поверхности земли в стратосфере. Он задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового спектра (с длиной волны короче 280 нм), предохраняя живые организмы от гибели.
Парциальное давление кислорода составляет 160 мм рт. ст. Из всех химических факторов воздуха абсолютное значение имеет для жизни кислород. Все окислительные процессы в организме происходят при непосредственном участии кислорода. Отклонения в парциальном давлении и количественном отношении кислорода вызывают значительные нарушения окислительно-восстановительных процессов в организме, что наблюдается при различных патологических состояниях. При этом весьма важно установить, до какой степени возможно снижение количества кислорода в воздухе без нарушения физиологических функций организма. Естественно, что какие-то колебания в содержании кислорода в воздухе организмом переносятся безболезненно, т.к. организм обладает довольно мощными компенсаторными возможностями. Опытным путем установлено, что снижение количества кислорода во вдыхаемом воздухе до 16 и даже 15% (при нормальном давлении) переносится организмом достаточно безболезненно, хотя компенсаторные механизмы при этом находятся в состоянии напряжения (усиление легочной вентиляции, сердечной деятельности и др.). Кратковременно человек может просуществовать даже в атмосфере с содержанием кислорода около 10%, а хорошо тренированные к кислородной недостаточности люди (летчики) — до 8-7%. Естественно, что при этом компенсаторные механизмы организма находятся в крайней степени напряжения. Дальнейшее снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе приводит к быстрому истощению компенсаторных механизмов организма и его гибели. Особенно чувствительна к недостатку кислорода центральная нервная система. Компенсация организмом кислородной недостаточности происходит за счет: усиления легочной вентиляции (учащение и углубление дыхательных движений); усиления циркуляции крови (увеличение систолического объема сердечных сокращений и увеличение их частоты); увеличения количества циркулирующей крови (за счет выхода ее из депо); увеличения количества форменных элементов крови, обеспечивающих функцию транспортировки кислорода (увеличение числа эритроцитов и гемоглобина в крови) и т.д.
Вдыхание воздуха с повышенным содержанием кислорода переносится организмом человека хорошо. Вдыхание даже чистого кислорода (при нормальном давлении) не приводит к возникновению патологических изменений в организме. Лишь при длительном дыхании чистым кислородом отмечается некоторое высушивающее действие его на слизистые оболочки дыхательных путей, что может привести к их раздражению и возникновению воспалительных явлений. Вдыхание же чистого кислорода под повышенным давлением (3-4 атмосферы и более) приводит к патологическим явлениям со стороны центральной нервной системы, проявляющимся в виде судорог (кислородная интоксикация). При обычных условиях жизни такие явления не встречаются, а могут возникнуть только при использовании кислородной аппаратуры в случае ее неисправности (подводные погружения) (Пивоваров Ю.П., 1999).
Углекислый газ (СO2). Углекислого газа в воздухе весьма мало. В атмосферном воздухе его содержится всего 0,04—0,05%, а в воздухе помещений — до десятых долей процента. Однако он имеет очень большое значение.
Для воздуха помещений содержание углекислого газа имеет сани- тарно-показательное значение. В помещениях, где находятся люди, в воздух поступают разнообразные продукты жизнедеятельности человеческого организма — выдыхаемый воздух, насыщенный углекислотой и водяными парами; испарения с поверхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, в составе которых присутствуют продукты разложения слизи, пота, кожного жира и т.д. В результате в воздухе увеличивается концентрация углекислоты, появляются аммиак, альдегиды, кетоны и другие дурно пахнущие газы, увеличивается влажность, пылевая и микробная загрязненность воздуха, что в целом характеризуется как душный (жилой) воздух, оказывающий влияние на самочувствие, работоспособность и здоровье людей. По концентрации углекислоты в таком воздухе можно определить степень общей его загрязненности. Поэтому углекислый газ служит санитарным показателем чистоты воздуха в жилых и общественных помещениях. Воздух считается свежим, если концентрация углекислоты в нем не превышает 0,1%. Эта величина и считается предельно допустимой для воздуха в жилых и общественных помещениях.
Если концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе превышает 3%, то существование в такой атмосфере становится опасным для здоровья. Концентрация СО, порядка 10% считается опасной для жизни (потеря сознания наступает через несколько минут дыхания таким воздухом ). При концентрации 20% происходит паралич дыхательного центра в течение нескольких секунд (Пивоваров Ю.П., 1999).