Бенз(а)пирен – химико-экологическая проблема современности

Среди проблем окружающей природной среды проблема атмосферного воздуха занимает особое место. Это обуславливается несколькими причинами. Во-первых, исключительной важностью атмосферного воздуха для всего живого на Земле. Во-вторых, высокой чувствительностью атмосферы к антропогенным воздействиям и огромной подвижностью воздушных масс, с которыми могут перемещаться вредные примеси. Что представляет собой атмосфера? Это воздушная среда вокруг Земли, состоящая из смеси газов: азота – 78,1%, кислорода – 21%, инертных газов – 0,9%, углекислого газа – 0,03%. Наличие атмосферы определяет общий тепловой режим нашей планеты, предохраняет от вредного воздействия коротковолнового излучения живые организмы. А циркуляция воздуха влияет на погоду и климат.

Из всех предприятий России, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу и водоемы-33%, дают предприятия металлургии, 29% энергетические объекты 7% химические, 8% угольной промышленности. Более половины выбросов приходится на транспорт. Особенно тяжелая обстановка складывается в городах, где велика концентрация населения. В России определены 55 городов, где уровень загрязнения очень велик. Ежегодно в нашей стране улавливается и обезвреживается лишь около 76% общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Доля загрязнения атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах и промышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников сопоставимы с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в двигателях всех видов, - нетоксичные диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе бенз(а)пирен (БП) С20Н12 , несгоревшие частицы топлива и т. п.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - многоядерные ароматические соединения относятся к орто-пери-конденсированным системам, включающим кольца, имеющие два и только два атома общих с двумя и большим числом колец: при n общих атомов меньше, чем 2n. Из них наиболее распространенными являются антрацен, фенантрен, пирен, хризен, 1,2-бенз(а)пирен, 3,4-бенз(а)пирен, 1,12-бензперилен, флуоренн.

Бенз(а)пирен – наиболее известное вещество из группы ПАУ; достаточно широко распространённый канцероген. Присутствует в промышленных отработанных газах, в выхлопах автомобилей (особенно с дизельными двигателями), также обнаруживается в отработанном моторном масле, в сигаретном дыму.

Известно, что к наиболее вредным воздействиям курения относится образование полициклических ароматических соединений (например, бенз(а)пирена), которые действуют как канцерогены, провоцируя рак.

В 1775 г. В Англии была выявлена связь возникновения злокачественных опухолей у трубочистов с их профессиональной деятельностью (постоянный контакт с сажей).

В начале 20-х годов английские исследователи Дж. Кук, Дж. Хаггер, Е. Кеннэуэй и их коллеги впервые выделили из каменноугольной смолы новое соединение 3,4 – бенз(а)пирен.

Смазывание бенз(а)пиреном кожи вызывает плоскоклеточный рак, подкожное введение – саркому, внутривенное – лейкоз, а введение с пищей – рак молочных желез и пищеварительного тракта.

1. Анализ литературных источников и обработка собранного материала

Бенз(а)пирен – светло-желтые кристаллы, плохо растворим в воде. Состоит из 12 атомов углерода и 22 атомов водорода. Супертоксикант, обладает канцерогенными свойствами и относится к полициклическим ароматическим соединениям (некоторые из них приведены ниже). Состоит из пяти сконденсированных бензольных колец. В основе соединения лежит пирен (VI).

1. 1. Физико-химические свойства бенз(а)пирена

Кристаллическое соединение плохо растворим в воде, но растворимость улучшается при переходе на органические растворители. Имеет высокую температуру плавления. Легко поглощает УФ - излучение (300 – 420 нм) и быстро фотоокисляется в атмосфере с образованием хинонов и карбонильных соединений. Так, в результате 20 – минутного УФ - облучения происходит разложение 84,5% антрацена; 70,7 % тетрафена; 52,0 % 3,4-бенз(а)пирена ;

51,5 % хризена ; 33,6 % пирена, в городском воздухе.

В присутствии оксидов азота ПАУ образуют нитропроизводные, многие из которых являются прямыми канцерогенами. Исследования показали, что образование нитросоединений зависит от концентрации оксидов азота в атмосфере, и температуры. Легко реагирует бенз(а)пирен и с сильными окислителями. Таким образом, присутствие некоторых мутагенов в окружающей среде может быть связано с взаимодействием полиароматических углеводородов с озоном, оксидом азота и другими оксидантами.

Микроорганизмы также способны окислять бенз(а)пирен в почве. Наиболее эффективное разложение наблюдается в кислых пористых почвах. Так, в почве с ph 4,5 в первые десять суток разрушается от 95% до 99% внесенного бенз(а)пирена, тогда как в почве с ph 7,2 – только от 18 % до 80 %.

1. 2. Канцерогенность бенз(а)пирена как показатель его токсичности.

Канцерогены [лат. сancer рак + гр. genesis происхождение] – химические вещества или факторы среды, вызывающие раковые заболевания, или способствующие их возникновению и развитию. Многие из Канцерогенов являются веществами антропогенного происхождения. Установлено, что канцерогенная активность высших полициклических углеводородов связана с определенным числом бензольных колец в системе, ниже и выше которого канцерогенная активность резко падает или совсем исчезает. Канцерогенную наибольшую активность имеют бенз(а)пирен.

Биологическая активность бенз(а)пирена зависит как от индивидуальных особенностей организма, концентрации и продолжительности воздействия, так и от экологической обстановки в целом. Она определяется также физико-географическими, климатическими и погодными условиями.

В таблице 3 приведены фоновые концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе крупных регионов мира за последнее десятилетие. На фоне других загрязняющих веществ в воздухе городов ПАУ присутствуют в достаточно малых концентрациях. Тем не менее, они вносят существенный вклад в общее загрязнение атмосферы. Как правило, уровни содержания бенз(а)пирена в воздухе в крупных промышленных центрах находятся в интервале от 0,1 до100 нг/м3. В частности, средний уровень бенз(а)пирена в воздухе городов США составляет 6 нг/м3 и определяется плотностью размещения промышленных предприятий. Житель больших городов вынужден вдыхать до 200 мг бенз(а)пирена в год, ежегодная дополнительная доза курильщика, выкуривающего до 40 сигарет в день, составляет около 150мг. Для горожан-курильщиков опасность состоит в том, что удвоенное поступление канцерогенов может привести к возникновению рака легких. Это подтверждается многочисленными медицинскими обследованиями курящих и некурящих людей в городах и сельской местности.

Аналогично донным отложениям, почва является местом накопления ПАУ в результате глобального переноса и поступления из антропогенных источников.

Фоновые концентрации ПАУ в почвах сильно зависят от их типа и характера использования.

Обычно содержание бенз(а)пирена в поверхностном слое почв сельских районов, находящихся вдали от индустриальных центров, не превышает

5-8 нг/г сухой массы. Предложена следующая оценка степени загрязнения почв бенз(а)пиреном: умеренная - до 20-30 нг/г, значительная - 31-100 нг/г, высокая - свыше 100 нг/г.

Заметим, что максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается преимущественно в поверхностных слоях почв и связано с тем, что гумусовые горизонты, содержащие наибольшее количество органических веществ, обладают более высокой адсорбционной способностью по отношению к бенз(а)пирену, благодаря и происходит его накопление в почвах.

ПАУ могут переходить из почвы в растения, корма для животных и затем в пищу человекаФоновые концентрации бенз(а)пирена в растениях зависят от их способности накапливать ПАУ. Повышенным содержанием бенз(а)пирена отличаются мхи и лишайники (до 50 нг/г и более). В траве концентрации бенз(а)пирена довольно низкие (менее 1 нг/г), хотя в отдельных видах растений они могут достигать 20-30 нг/г. При этом растения усваивают бенз(а)пирен как через корневые системы, так и непосредственно из воздуха – загрязнение листьев и плодов. Так, в капусте содержание бенз(а)пирена заметно выше, чем в помидорах – соответственно 15,6 и 0,22 мкг/кг. В зернах пшеницы бенз(а)пирен обнаружен в количествах от 0,68 до 1,44 мкг/кг. В сушеных фруктах его содержание достигает 23,9 мкг/кг, а в черносливе – 16 мкг/кг.

О предельных концентрациях, оказывающих на человека канцерогенное действие, нет точных данных, так как локальное воздействие этих веществ, проявляется только при непосредственном контакте. Опыты с животными показали, что при нанесении вещества кисточкой на отдельные участки тела активность проявляют уже количества порядка 10-100.

При попадании в организм полициклические углеводороды под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующее с гуанином , что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушения или приводит к возникновению мутаций, несомненно, способствующих развитию раковых заболеваний.

1. 3. Мониторинг бенз(а)пирена.

Мониторинг химических канцерогенов в окружающей человека среде является закономерным шагом вперед, подготовленным тщательным многолетним трудом онкологов-экспериментаторов, гигиенистов, физиков и химиков. Он явится одним из путей определения еще неизвестных закономерностей развития рака человека и приведет к предупреждению некоторых локализаций злокачественных опухолей.

По данным ВОЗ среднегодовое значение количества бенз(а)пирена, равное 0,001 мкг/м3 выше которого могут наблюдаться неблагоприятные последствия для здоровья человека, в том числе злокачественные опухоли.

На карте концентрации БП показаны в мкг/м3 х 10-3. Из карты видно, что в Европейской части России редко наблюдаются высокие концентрации БП. Наибольшие средние концентрации отмечаются в основном в городах Восточной Сибири, где превышают рекомендованное ВОЗ значение в 7–14 раз. Восточная Сибирь характеризуется неблагоприятными условиями для рассеивания выбросов вредных веществ, особенно поступающих от низких источников.

Индекс загрязнения атмосферного воздуха г. Курган снижается, но все еще остается очень высоким - 11 при норме 5. Веществом, определяющим высокий индекс загрязнения атмосферы, является бенз(а)пирен, среднегодовые концентрации которого за все годы наблюдений не фиксировались ниже 4,4 ПДК и только в 2002 г. впервые составили 3,7 ПДК. Концентрация формальдегида превысила ПДК в 1,3 раза, по остальным контролируемым веществам превышения ПДК не фиксировались

Диаграмма 1-Выбросы загрязняющих атмосферу веществ от стационарных источников (тыс. т)

Очевидно, что загрязнение окружающей среды суперэкотоксикантами из-за миграции загрязняющих веществ между природными средами носит комплексный характер. Опыт экологических исследований, как в России, так и за рубежом показал, что антропогенному воздействию независимо от источников подвергаются все элементы биосферы. Это поверхностные и подземные воды, атмосфера, почвенные экосистемы, растения и др. При этом загрязнение атмосферы - самый мощный, постоянно действующий и всепроникающий фактор, оказывающий негативное воздействие не только на человека, биоценозы, трофические цепи, но и на важнейшие природные среды. Принимая во внимание тот факт, что в подавляющем большинстве случаев степень кумуляции суперэкотоксикантов в биоте характеризует протяженность и направленность трофических цепей, можно констатировать, что техногенное поступление этих веществ в организм человека в первую очередь связано с атмосферными загрязнениями агроландшафтов. В большинстве случаев атмосферное загрязнение кормовых трав и пищевых растений суперэкотоксикантами более опасно, чем их поглощение из воды и почвы.

Главными источниками загрязнения атмосферы суперэкотоксикантами, как уже отмечалось выше, являются промышленные и транспортные выбросы. Их поступление в атмосферу происходит также при неправильной эксплуатации печей для сжигания бытовых и химических отходов, открытом сжигании мусора на свалках. Очевидно, что осуществление эколого-аналитического мониторинга суперэкотоксикантов в атмосфере позволяет, исходя из фактического материала, а не путем искусственного моделирования, зачастую далеко от реальной ситуации, выяснить степень их эмиссии в окружающую среду.

В отличие от газообразных веществ основная часть ПАУ в нижних слоях атмосферы находится в воздухе одновременно в парогазовой фазе и в виде аэрозольных ассоциатов субмиконного размера. Соотношение между ними зависит от физико-химических свойств индивидуальных соединений, их концентрации, температуры, давления и влажности среды.

Основная доля (более 50%) тяжелых ПАУ (БП, коронен и др. ) обнаруживается во фракциях диаметром 0,075-0,12 мкм . С учетом неизбежных потерь более мелких фракций ПАУ при отборе проб можно предполагать, что официальные данные, характеризующие концентрацию бенз(а)пирена, не полностью отражают реальный уровень загрязнения атмосферы полиароматическими углеводородами. Заметим, что бенз(а)пирен составляет лишь небольшую часть ПАУ, которые поступают в атмосферу. Опасность мелкодисперсности бенз(а)пирена заключается в его всепроникающей способности в клеточные структуры.

Что касается ПАУ, то их растворимость в воде невелика . Однако в присутствии бензола, нефти, нефтепродуктов, детергентов и других органических веществ она резко возрастает. Источниками ПАУ могут служить и природные процессы. В частности, наиболее высокие концентрации этих веществ в донных отложениях Мирового Океана (более 100мкг/кг) обнаружены в тектонических зонах, подверженных вулканической деятельности. ПАУ синтезируют некоторые морские растения и животные. Так, в водорослях вблизи побережья Центральной Америки содержание бенз(а)пирена достигает 0,44 мкг/г, а в ракообразных в Арктике-0,23 мкг/г.

1. 3. 1. Обнаружение бенз(а)пирена и других ПАУ в различных средах.

Эмиссия бенз(а)пирена с территории СССР в 1970 годы составляла

985 тонн в год, тогда как для США эта величина равна 1280 тонн в год. В последнее время наблюдается некоторое уменьшение поступления ПАУ в окружающую среду. В основном оно происходит за счет уменьшения сжигания угля и принятия мер, ограничивающих токсичность промышленных и транспортных выбросах.

1. 3. 2. Содержание бенз(а)пирена в атмосферном воздухе.

Таблица - Фоновые концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе различных регионов мира.

Диапазон конценрации, нг/м3Средняя концентрация, нг/м3

Северная Америка 0,01 - 2,2 0,3

Западная Европа 0,01 - 5,0 0,5

Европейская территория СНГ 0,2 - 1 0,4

Азиатская территория СНГ 0,1 - 0,4 0,2

Арктика 10-4 - 10-3 0,002

Антарктида 10-4 - 10-3 0, 001

На фоне других загрязняющих веществ в воздухе городов ПАУ присутствуют в достаточно малых концентрациях. Тем не менее, они вносят существенный вклад в общее загрязнение атмосферы, Как правило, уровни содержания бенз(а)пирена в воздухе в крупных промышленных центрах находятся в интервале от 0,1 – 100 нг/м3.

1. 3. 3. Содержание бенз(а)пирена в поверхностных водах.

В поверхностных водах концентрация ПАУ часто достигает больших значений. Так, в ряде водоемов США в 1970 – е годы содержание бенз(а)пирена доходила до 80 нг/л, а в озерах Германии - до 25 нг/л. Если концентрация шести приобретенных ПАУ не выше 40 нг/л, то для данного водоема можно говорить о малой степени загрязнения.

Что касается поверхностных вод фоновых районов России, то концентрация бенз(а)пирена в них не превышает 10 – 11 нг/л. Самые низкие значения характерны для внутренних водоемов азиатской части территории России и горных районов. В частности, в поверхностных водах Камчатки и Курильских островов содержание бенз(а)пирена не превышает 0,1 – 1 нг/л. Расчеты показывают, что на 1 м2 земной поверхности в фоновых районах европейской части России в течение года осаждается 110 – 170 мкг бенз(а)пирена. В донных отложениях фоновых районов России средние концентрации бенз(а)пирена находятся на уровне 1 – 5 нг/л. Содержание ПАУ в верхних слоях пресноводных отложений сильно зависит от близости исследуемых водоемов к индустриальным центрам. Так, в донном иле великих озер США концентрация незамещенных ПАУ изменяется до 10 – 1000 нг/г. В озерных отложениях стран Европы содержание бенз(а)пирена составляет 100 – 700 нг/г (Швейцария) и 200 – 300 нг/г (Германия) , причем 2/3 его находится в адсорбированном состоянии на взвешанных частицах, которые играют основную роль в процессах переноса бенз(а)пирена в водных системах.

1. 2. 3. 4. Содержание бенз(а)пирена в почве.

Аналогично донным отложениям, почва является местом накопления ПАУ в результате глобального переноса и поступления из антропогенных источников. Фоновые концентрации ПАУ в почвах сильно зависят от их типа и характера использования. Обычно содержание бенз(а)пирена в поверхностном слое почв сельских районов, находящихся вдали от индустриальных центров не превышает 5 – 8 нг/г сухой массы. Предложена следующая оценка степени загрязнения почв бенз(а)пиреном:

- умеренная - до 20 – 30 нг/г;

- значительная -31 – 100 нг/г;

- высокая - свыше 100 нг/г.

Заметим, что максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается преимущественно в поверхностных слоях почв и связано с тем, что гумусовые горизонты, содержащие наибольшее количество органических веществ, обладают более высокой адсорбционной способностью по отношению к бенз(а)пирену, благодаря чему и происходит его накопление в почвах. Что особенно важно для Курганской области.

В многочисленных работах приведены данные о том, что ПАУ могут переходить из почвы в растения, корма для животных и затем в пищу человека

1. 3. 5. Содержание бенз(а)пирена в растениях и пищевых продуктов.

Фоновые концентрации бенз(а)пирена в растениях зависят от их способности накапливать ПАУ. Повышенным содержанием бенз(а)пирена отличаются мхи и лишайники (до 50 нг/г и более). В траве концентрации бенз(а)пирена довольно низкие (менее 1 нг/г) , хотя в отдельных видах растений они могут достигать 20 – 30 нг/г. При этом растения усваивают бенз(а)пирен как через корневые системы, так и непосредственно из воздуха - загрязнение листьев и плодов. Так, в капусте содержание бенз(а)пирена заметно выше, чем в помидорах соответственно 15,6 и 0,22 мкг/кг. В зернах пшеницы бенз(а)пирен обнаружен в количествах от 0,68 до 1,44 мкг /кг. В сушеных фруктах его содержание достигает 23,9 мкг/кг.

Кроме пищевых продуктов растительного происхождения, ПАУ могут накапливаться в мясных и молочных продуктах. Исследования показали, что в колбасе твердого копчения содержание бенз(а)пирена составляет 0,2 – 3,7 мкг/кг; в вареной колбасе – 0,4 – 0,6 мкг /кг; в окороке и корейке – 16,5 – 29,5 мкг/кг; в сельди холодного копчения – 6,8 – 11,2 мкг/кг; в молоке – 0,13 мкг/кг. Установлено, что в среднем за год в организм жителя России с продуктами питания поступает 1 - 2 мг бенз(а)пирена. По другим сведениям, доза поступления бенз(а)пирена в организм человека за 70 лет только с продуктами растительного происхождения с учетом их кулинарной обработки составляет 3,4 мг. Среднее содержание бенз(а)пирена в морской рыбе находится в диапазоне 0,1 – 0,2 мкг/кг. Исключение составляют угорь (1,1мкг/кг), и лосось (5,96 мкг/кг). В речной рыбе содержание ПАУ зависит от степени загрязнения водоема. Так, при концентрации бенз(а)пирена в донном иле 2,1 – 4,3 мкг/кг, в плотве было найдено 0,03 – 3,04 мкг/кг, а в окуне – 0,02 – 1,9 мкг/кг. В моллюсках Unio pictomm содержание бенз(а)пирена составило 0,03 – 1,13 мкг/кг при его концентрации в воде 0,3 нг/л. Заметим, что фактор биоконцетрирования ПАУ в рыбе меньше, чем в водных растениях и донных отложениях.

1. 4. Выявление источников ПАУ.

Суперэкотоксиканты составляют лишь небольшую часть загрязнителей биосферы, но во многом определяют состояние среды обитания. Поэтому выявление источников их эмиссии, особенно в местах массового проживания людей, представляет одну из основных задач эколого-аналитического мониторинга, решение которой начинается с предварительного анализа имеющейся информации. Прежде всего, анализируются данные о территориальном размещении производств, связанных с выпуском хлорорганической продукции и пиролитическим образованием ПАУ в процессах термической деструкции топлив. Установлено, что ПАУ образуются в основном при температурах 650-9000С и недостатке кислорода.

При осуществлении эколого-аналитического мониторинга особое внимание следует обращать на технологические процессы - поставщик суперэкотоксикантов, а также системы очистки отходящих газов и сточных вод, переработки и обезвреживания отходов. Это связано с тем, что в зависимости от применяемых технологий преобладающими могут оказаться те или иные источники.

Ключевым вопросом мониторинга источников суперэкотоксикантов является организация системы наблюдения за ними, прогнозирования воздействия на окружающую среду и человека. Эколого-аналитический мониторинг должен включать в себя как наблюдение непосредственно за источниками, так и за местами хранения (захоронения) отходов. Это осуществляется, например, путем регулярного контроля за примесями суперэкотоксикантов в источниках и отходах производства, их выбросами в природную среду. С учетом особой опасности источников суперэкотоксикантов для каждого из них должны устанавливаться индивидуальные нормативы ПДВ и ПДС в зависимости от расположения по отношению к жилым районам, наличия выбросов других загрязняющих веществ, влияния условий рассеивания, рельефа местности, погоды и пр. наибольшее загрязнение при этом наблюдается в жилых районах вблизи предприятий, где поступление пыли достигает 900г/км2 в сутки, а коэффициент аномальности бенз(а)пирена составляет 20.

Наконец, необходим постоянный контроль за содержанием суперэкотоксикантов в автомобильных выбросах. В России эта проблема стоит чрезвычайно остро.

1. 4. 1. Наземный транспорт.

Автотранспорт является источником загрязнения атмосферы, количество автомашин непрерывно растет особенно в крупных городах; а вместе с этим растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Токсическими выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсических примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает ~45% СnHn от их общего выброса.

Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько десятков компонентов, основные из которых приведены в табл.

Таблица -содержание отработавших газов .

Содержание компонента, об. доли, %

Компоненты Примечание

Карбюраторные ДВС Дизельные

O2 0,3 – 8 2-18 Нетоксичен

H2O (пары) 3,0 – 5,5 0,5-4,0

CO2 5,0 - 12,0 1,0-10,0

H2 0 - 5,0 -

CO 0,5 - 12,0 0,01-0,50

NOx До 0,8 0,0002-0,5

CnHm 0,2 - 3,0 0,009-0,5 Токсичен

Альдегиды До 0,2 мг/л 0,001-0,09 мг/л

Сажа 0-0,04 г/м3 0,01-1,1 г/м3

Бенз(а)пирен 10-20 мкг/м3 до 10 мкг/м3

Покрышки, оказывается, довольно опасная часть автомобиля. Пыль, возникающая вследствие износа резины, может вызывать серьёзные заболевания. Только в одной Швеции в атмосферу ежегодно выбрасывается около 10 000 тонн резиновой пыли. В Лос-Анджелесе ежедневно (!) выбрасывается около 5 тонн (и это притом, что Лос-Анджелес считается экологически чистым городом). А всего же во всём мире количество этих выбросов составляет более 1 млн. тонн.

Каждый день обычный гражданин России вдыхает до 20 граммов. Резина является адсорбентом для бенз(а)пирена. А частички резиновой пыли переносят на себе кристаллы БП. По оценкам исследователей, в резиновой пыли содержится больше канцерогенных веществ, чем в выхлопных газах двигателей, которые до этого считались традиционными источниками загрязнения окружающей среды.

1. 4. 2. Авиация.

Исследования состава продуктов сгорания двигателей, установленных на самолетах «Боинг-747», показали, что содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя

высокие концентрации СО и CnHm характерны для ГТДУ на пониженных режимах (холостой ход, руление, приближение к аэропорту, заход на посадку),

Суммарный выброс токсичных веществ самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20 – 30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов.

1. 4. 3. Комитет природных ресурсов по Краснодарскому краю обнародовал факты нарушения права на экологическую безопасность.

«Сжигание, - растительных остатков и листьев, - говорится в заявлении комитета, - наносит огромный вред окружающей природной среде и здоровью людей. В результате сжигания листьев, в атмосферный воздух выделяются вредные вещества: сернистый ангидрид, окислы азота, окись углерода, углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и другие вещества».

Осенью, в период массового сжигания растительных остатков и опавших листьев, данное явление для многих жителей Кубани оборачивается настоящей трагедией. (Краснодарский правозащитный центр).

2. Результаты исследований и их обсуждение.

2. 1. Содержание бенз(а)пирена в выбросах различных производств и анализ данных с 1998 по 2002 года.

В настоящее время существует несколько методов аналитического контроля бенз(а)пирена эти методы дорогостоящи и трудоемки. Поэтому не в каждом областном центре имеются соответствующее оборудование и квалифицированные кадры.

Лабораторный контроль, за выбросами бенз(а)пирена от различного технологического оборудования начали проводить с 1998 года, после приобретения прибора. В Курганском филиале ФГУ «СИАК по Ур» определение бенз(а)пирена проводится методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием. Метод основан на улавливании бенз(а)пирена на фильтр АФАС-ПАУ, извлечением его гексаном, отделением фракции полиароматических углеводородов при помощи твердофазной экстракции. Методика предназначена для измерения массовой концентрации бенз(а)пирена на предприятиях области и в комплексе на базе Флюората – 02 с ВЭЖХ. Комплекс разработал и изготовил по техническому заданию Курганского комитета по охране природы в 1998 году НИИ охраны атмосферного воздуха г. Санкт-Петербург. КФ ФГУ «СИАК по Ур» аккредитован на определение бенз(а)пирена в атмосфере, промышленных выбросах и воде.

Так как проблема загрязнения атмосферного воздуха города Кургана стояла очень серьезно, а выбросы бенз(а)пирена от источников не нормировались, то отбор проб проводился бессистемно и эпизодически, отсутствовала программа изучения выбросов бенз(а)пирена на различных источниках и в зависимости от различных факторов. При этом за пять лет наблюдений был накоплен определенный объем наработок. Сегодня, проводя анализ имеющегося материала, можно сделать определенные выводы, некоторые из них требуют более детального изучения, некоторые подтверждения. Но в целом, важно то, что эта работа начата и, самое главное, довести начатое дело до конца, т. е. необходимо дать ответ: « Какие нужно принять меры для эффективного снижения выбросов бенз(а)пирена от технологического оборудования».

Проведено обследование котельных, асфальтобетонных заводов, хлебопекарных печей, печи обжига керамзита, ТЭЦ, автотранспорта и воздуха на перекрестках. Выполнен анализ возможных соотношений содержания бензпирена и других загрязняющих веществ в выбросах.

Наиболее технологичны котлы большой мощности. Выброс бенз(а)пиерна от котлов Курганской ТЭЦ, работающих на природном газе в 3,8 раза меньше, чем от котлов Курганских городских тепловых сетей (КТС). Предполагаемая причина – более высокие температуры сжигания топлива. О зависимости содержания бенз(а)пирена от температуры в топке свидетельствуют и то , что в выбросах хлебопекарных печей, работающих в нормальном режиме, зафиксированы самые высокие концентрации бенз(а)пирена. Таким образом, при проведении дальнейших исследований необходимо по возможности фиксировать температуру в топке.

На Курганской ТЭЦ, на котлах 12, 13 очистка выбросов не предусмотрена, на этих котлах применяется только газообразное топливо. В настоящее время на котле 13 ведется монтаж пылеулавливающего агрегата мокрого типа (2002 год).

На Курганской ТЭЦ для очистки дымовых газов от золы применятся золоулавливающие установки «Скруббера-трубы Вентури», с эффективностью очистки 94,95%.

Одним из наиболее заметных достижений является установка на котле № 13 современной системы улавливания золы - кольцевых эмульгаторов. Степень очистки более 99%.

На котле № 12 запланирована установка другой современной системы золоулавливания МВ-ИРО с интенсивным водяным орошением.

Значительное влияние на количество выбросов в атмосферу оказывает режим работы котельного оборудования. Качественная настройка режимов горения позволяет уменьшить количество вредных выбросов и существенно повысить экономичность работы оборудования.

Снижение выбросов золы при использовании эмульгаторов составляет 1,6 тыс. тонн в год(2005год).

Выбросы от печей частного сектора оказывают очень существенное значение по некоторым постам ( например по посту № 3), но в целом это влияние не значительное, т. к. по данным органов статистики количество квартир в частном секторе составляет не более 4 %. Но проведенные замеры дают удивительные результаты: концентрация бенз(а)пирена от печи, в которой сжигаются дрова составила 48093,0 нг\м3, а использующей в качестве топлива уголь – 98545,нг\м3.

2. 2. Распределение концентраций БП в атмосферном воздухе.

Важным элементом характеристики атмосферных загрязнителей, в особенности обладающих кумулятивным эффектом, является статистическое распределение их концентраций в течение длительного времени.

В работах отечественных и. зарубежных исследователей показано, что для большинства атмосферных загрязнителей характерно распределение концентраций со сдвигом максимума частот в сторону низких концентраций, что может быть описано законом логарифмически нормального распределения.

Распределение суточных концентраций канцерогена в атмосферном воздухе удовлетворительно аппроксимируется прямой линией, что свидетельствует о возможности описания его логарифмически нормальным законом.

Выражение результатов годичных наблюдений позволяет получить такую важную характеристику загрязнения воздушного бассейна БП, как процент годового времени, в течение которого наблюдается тот или иной уровень концентраций БП в атмосферном воздухе. Например, концентрация БП на уровне 1 нг/м3 и выше наблюдается в течение 78 % годового времени, 5 нг/м3 и выше — 22 % годового времени и 10 нг/м3 и выше — только в 7 % годового времени.

Таким образом, до 70 % обнаруженных концентраций канцерогена оказываются ниже его среднегодового значения, а часть (до 30 %) — выше. Следовательно, в гигиеническом отношении важно ограничить верхний уровень фактических концентраций БП с помощью суточной ПДК таким образом, чтобы при наблюдаемой в натурных условиях частоте ее появления была обеспечена среднегодовая ПДК в атмосферном воздухе на уровне 1 нг/м3.

На основании расчетов кумулятивной частоты появления концентраций БП на уровне предлагаемых среднесуточной и среднемесячной ПДК установлено, что уровень среднегодовой ПДК канцерогена может быть обеспечен при частоте появления концентрации на уровне среднесуточной ПДК (5 нг/м3) в 1 % и среднемесячной ПДК (2 нг/м3) — 9 %. Эти величины рекомендуются в качестве дифференцированных регламентов БП для оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха при длительных наблюдениях.

Гигиенические основы изучения влияния ПАУ на заболеваемость населения раком легкого. До настоящего времени в литературе нет единого мнения о канцерогенной опасности ПАУ для человека. По оценкам МАИР, прямые эпидемиологические доказательства канцерогенного влияния ПАУ на человека отсутствуют. В связи с этим полициклические ароматические углеводороды, в том числе БП, отнесены к категории потенциально опасных для человека веществ, канцерогенная активность которых доказана лишь в экспериментах на животных.

В то же время в литературе достаточно широко высказывается мнение о реальной бластомогенной опасности этих соединений для человека, основанное на многочисленных наблюдениях за канцерогенным действием на людей каменноугольных смол и пека, действующим началом которых являются ПАУ, а также других доказательств канцерогенного действия БП для человека.

Повсеместная распространенность БП в атмосферном воздухе и то, что он является до сих пор единственным из атмосферных канцерогенов, для которого установлены гигиенические регламенты, определяют особый интерес к оценке его значимости в заболеваемости населения раком легкого и поиску количественной зависимости «доза — эффект». Несмотря на многочисленные исследования в этой области установление таких связей не выходит в основном за пределы феноменологического уровня. Это обусловлено, с одной стороны, чрезвычайной сложностью причинно-следственных взаимоотношений всего многообразия канцерогенных факторов и агентов, способных модифицировать их действие, которые участвуют в формировании онкологической заболеваемости населения, и, с другой — отсутствием адекватной количественной характеристики этих факторов для изучаемых контингентов населения. В связи с этим вопрос определения реальных аэрогенных нагрузок канцерогенов на население представляет большую актуальность, а организуемый в стране мониторинг БП в атмосферном воздухе позволяет накапливать необходимую для этого информацию.

Определение аэрогенных нагрузок канцерогенов на население. Этой проблеме уделяется большое внимание. Однако как не решенный в методическом отношении для общетоксических веществ этот вопрос еще более сложен для канцерогенных веществ. Во-первых, ввиду особенности биологического действия этих агентов, эффект которых значительно отодвинут во времени от экспозиции вызвавших его факторов, и, следовательно, необходимости учета их на протяжении длительного периода времени, совместимого с продолжительностью жизни человека. Во-вторых, в связи с относительно малой информацией о состоянии загрязнения атмосферного воздуха химическими канцерогенами, накопленной общегосударственной службой контроля загрязнения атмосферы и отдельными исследователями. И, наконец, в-третьих, в связи с отсутствием достаточных экспериментальных данных для определения изоэффективных доз различных канцерогенов, что является необходимым для определения их суммарной канцерогенной нагрузки.

Вопрос осложняется и тем, что большинство химических канцерогенов, в том числе ПАУ и БП, являются проканцерогенами, которые подвергаются активации в процессе метаболической биотрансформации в организме. При этом доза конечного канцерогенного метаболита, определяющая бластомогенный эффект, может не соответствовать дозе канцерогена, поступающей в организм. В связи с этим высказывается идея оценки канцерогенной нагрузки на людей, создаваемой окружающей средой, по количественному определению канцерогенов непосредственно в организме человека. Однако недостаточные знания характера метаболизма атмосферных канцерогенов в организме человека и особенно кинетики этого процесса, относительно короткая продолжительность жизни канцерогенных метаболитов накладывают весьма серьезные ограничения на возможность практического использования такого пути идентификации канцерогенной нагрузки факторов окружающей среды на значительные контингенты населения. При современном уровне знаний об атмосферных канцерогенах, их распространении и механизмах действия наиболее реалистичным представляется подход, предусматривающий определение канцерогенной нагрузки по дозе этих соединений, поступающей в организм человека. На примере одного из наиболее убиквитарных атмосферных канцерогенов БП были разработаны методические подходы к определению аэрогенной нагрузки канцерогена на население. Исходными для определения реальной аэрогенной нагрузки БП явились следующие положения: аэрогенная доза канцерогена должна отражать суммарный уровень воздействия его на население на протяжении естественной продолжительности жизни и основываться на расчетах реальной годовой нагрузки и динамики изменения ее во времени; реальная аэрогенная нагрузка канцерогена должна учитывать возможность поступления его в организм человека из различных источников, которыми для БП, в частности, являются загрязнения атмосферного воздуха, воздушной среды производственных и жилых помещений, а также продукты курения; определение реальной аэрогенной нагрузки канцерогена на население должно базироваться на закономерностях пространственно-временного распределения концентраций загрязнителя в воздушной среде населенных мест.

При этом принципиально важным является дифференцированное определение составляющих компонентов суммарной аэрогенной нагрузки БП, которыми могут быть дозы канцерогена, получаемые на производстве, в условиях жилища и городской среды, а также с продуктами курения. На основе предложенной методики были рассчитаны аэрогенные дозы БП, получаемые различными контингентами городского и сельского населения.

Оказалось, что при отсутствии «специфических» профессиональных воздействий от 40 до 60 % общей годовой дозы канцерогена население может получать в условиях жилища, 16—23 % —в производственных условиях,

9—33 % — на автомагистралях, 5—7 % — на внутриквартальных территориях и 1—9 % — в зонах рекреации. При этом важно подчеркнуть, что достаточно значительная доля аэрогенной дозы канцерогена (около 60—80 %), которую население может получать из воздушной среды жилых и общественных помещений, обусловливается в первую очередь уровнем загрязнения атмосферного воздуха населенного пункта.

Для контингентов населения с повышенным уровнем воздействия БП в производственных условиях (рабочие коксохимического и нефтеперерабатывающего заводов) доза канцерогена, получаемая из воздушной среды рабочей зоны, может возрастать до 85—99 % общей годовой его дозы.

В условиях крупных городов и промышленных центров суммарная аэрогенная нагрузка БП для мужского населения определяется на 27—49 % за счет воздушных загрязнений и на 51—73 % за счет курения. В малых городах и сельской местности мужчины ингалируют с продуктами курения до 86—92 % общей дозы БП. Для женщин воздушный компонент общей аэрогенной нагрузки более значителен и составляет 80—98 % в городах и достигает 100 % в сельской местности. Характерно также, что доза БП, ингалируемая женским населением крупных городов и промышленных центров, в 4—11 раз выше, чем в сельской местности, тогда как для мужчин соответствующее превышение оказывается не более чем в 1,1—1,8 раза.

Таким образом, разработанные нами методические подходы к определению реальной аэрогенной дозы БП позволяют не только определить суммарную дозу его для различных контингентов населения, но и проанализировать ее структуру и значение составляющих компонентов.

Изучение влияния атмосферных канцерогенов класса ПАУ на заболеваемость населения раком легкого. Обратимся еще раз к насущной проблеме. Известно, что вероятность повышения заболеваемости раком легкого населения крупных городов и промышленных центров может быть связана как с воздействием атмосферных загрязнений, производственных факторов, распространением курения, так и с изменением демографических показателей (например, возрастного состава населения), совершенствованием диагностики и системы учета онкобольных и др. В связи с этим для выявления и оценки роли канцерогенных ПАУ, в том числе БП, в увеличении заболеваемости населения раком легкого необходимо подобрать сравниваемые контингенты населения таким образом, чтобы при различной выраженности загрязнения атмосферного воздуха этими соединениями в местах их проживания они были максимально уравнены по другим биологическим, демографическим, социально-экономическим признакам и уровню воздействия факторов окружающей среды. Поскольку при изучении заболеваемости раком легкого используются достаточно большие выборки (сотни тысяч и миллионы человек), подобрать контингенты населения, соответствующие этим требованиям, представляется чрезвычайно сложной задачей. Вместе с тем для решения этого вопроса может быть применен ряд методических приемов, используемых в онкоэпидемиологии и гигиене, которые позволяют исключить, минимизировать или учесть при анализе влияние названных выше факторов. К ним относятся:

Исследование загрязненности БП и другими канцерогенны ми ПАУ воздушного бассейна городов и тенденций этого загрязнения в течение длительного периода времени.

Сравнительный анализ ретроспективных данных по состоянию загрязнения воздушного бассейна городов другими химическими (хром, никель, мышьяк, асбест) и физическими (а-радионуклиды) канцерогенами, пылью и токсическими веществами.

Изучение распространенности и интенсивности курения среди больных раком легкого и населения с целью учета этого фактора при определении суммарной аэрогенной нагрузки БП на разные контингенты населения.

Изучение профессиональной структуры больных раком легкого и населения обследуемых городов и в случае существенных различий элиминирование контингентов лиц, работавших в производствах повышенного риска в отношении рака легкого (например, шахтеров железорудных шахт, рабочих коксохимических, металлургических, нефтеперерабатывающих, алюминиевых, электродных предприятий).

5. Изучение показателей, характеризующих длительность и места проживания больных раком легкого до установления диагноза, распространенность и интенсивность вредных бытовых привычек, распространенность предшествующих раку легочных заболеваний.

6. Подбор контингентов населения с равной обеспеченностью онкологической помощью.

7. Стандартизация показателей заболеваемости раком легкого для нивелирования различий возрастно-полового состава населения.

С использованием этих приемов была изучена зависимость между уровнями аэрогенного воздействия БП и частотой рака легкого («концентрация — эффект», «доза — эффект») на двух уровнях: на первом — для населения ряда городов и сельской местности и на втором — для населения отдельных административных районов крупных городов. Корреляционная связь высокой силы между этими показателями установлена для населения пяти городов и сельской местности (r=0,85/0,99).

3. Меры предупреждения образования, и ликвидации бенз(а)пирена.

Проанализировав источники загрязнения ПАУ атмосферного воздуха, гидросферы, поверхностных слоев литосферы, и их влияние на здоровье населения, мы пришли к выводу о необходимости подбора и систематизации информации о современных эффективных методах очистки от ПАУ, и в первую очередь от бенз(а)пирена.

В настоящее время достаточная полная литературная подборка по данному вопросу вообще отсутствует.

Для этого нами были использованы источники научной, технической, потентной литературы, периодические публикации в газетах, журналах, и электронные страницы.

3. 1. Технология на основе "мокрого" коронного разряда.

Свечение коронного разряда в реакционной камере пилотной установки.

Технология на основе "мокрого" коронного разряда обеспечивает эффективную очистку и дезодорирование отходящих газов и вентиляционных выбросов от летучих органических соединений, таких как, органические сульфиды, меркаптаны, амины, непредельные и ароматические углеводороды, терпены, эфиры, альдегиды, кетоны, фураны, диоксины, полиароматические углеводороды с минимальными затратами энергии.

Источники ПАУ: нефтеперерабатывающие заводы, алюминиевые заводы (производство угольных анодов, литье и пр. ), шахтные печи, кислородные конверторы, электродуговые печи, городские мусоросжигательные установки, тепловые электростанции, установки по производству цемента и пр.

Так, основными токсичными компонентами вентиляционных газов алюминиевых заводов являются полиароматические углеводороды, в частности, бенз(a)пирен. Результаты, демонстрирующие эффективность технологии очистки (на примере двустадийной системы: первая стадия - электростатический фильтр, вторая стадия - импульсный коронный разряд) для вентиляционных газов этого завода

Эта технология также испытывалась для очистки отходящих газов от диоксинов (полихлордибензо-пара-диоксины и полихлордибензофураны) на городском мусоросжигательном заводе. Средняя степень очистки газового потока от различных диоксинов и фуранов превысила 90 %.

3. 2. Установка очистки отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов, включая бенз(а)пирен.

Для обеспечения профессиональной и экологической безопасности в отрасли, ВНИИГАЗ предлагает эффективную технологию снижения концентрации канцерогенного бенз(а)пирена (БП) и других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в отходящих газах топливоиспользующего оборудования и в атмосферном воздухе.

Основой технического решения является снижение содержания БП внешним воздействием электромагнитного излучения на некоторые компоненты отходящих газов. Дополнительные реагенты в обрабатываемые объемы не вводятся.

Установка включает электромагнитный излучатель (один или несколько пакетов), блок питания, кабель высокого напряжения. Предусмотрено компактное расположение излучателя в газоходе (без изменения сопротивления) через люк, а также снаружи газохода в плоскости люка (при высоких температурах и больших скоростях отходящих газов). Электромагнитное излучение направлено как по потоку, так и навстречу потоку отходящих газов.

Устройство устанавливается в местах максимальных и регулярных производственных выбросов, радиус действия отдельного устройства зависит от концентрации ПАУ.

Технические характеристики.

Размеры одного блока питания, мм 200 х 200 х 200

Длина обрабатываемого прямолинейного участка газохода, м. 5 - 10

Суммарная мощность электропитания, кВт 2

Рабочее напряжение, В 380

Срок службы блока питания, лет 1 - 2

Срок службы активного элемента в режиме непрерывной работы, мес. 1 - 2

Масса устанавливаемого излучателя, кг 3 - 4

Общая масса технологического оборудования, кг 30

Снижает концентрацию БП и других ПАУ в отходящих газах на 50-90 %, улучшает гигиеническое состояние атмосферы в районах расположения предприятий.

3. 3. Перспективы применения водо-мазутных эмульсий (ВМЭ) для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных установок и технологических печей.

В настоящее время большинство нефтеперерабатывающих заводов, в том числе и Новокуйбышевский НПЗ, производят реконструкцию технологии переработки нефти. Более глубокая переработка исходного сырья привела к изменению ряда физико-химических свойств конечного продукта - мазута.

В результате этих изменений, а также при хранении и подогреве мазута потребитель получает мазут с повышенным содержанием влаги. Обводненный мазут, содержащий твердые фракции, имеющий повышеную температуру вспышки и другие отклонения от норм4 нарушает режим горения, загрязняет поверхности нагрева, повышает недожог топлива, образует отложения несгоревших частиц кокса по газовому тракту.

В настоящее время стоит вопрос и о нейтрализации промышленных сбросных потоков, загрязненных органосодержащими веществами. Кроме того, применяемые сейчас методы организации процесса сжигания топлива, преследующие цель подавление образования NO, CO, SO2, способствуют усиленному образованию высокомолекулярных углеводородовC20H12. Тем не менее, наличие в дымовых газах бенз(а)пирена или диоксинов может быть значительно опаснее для биосферы, чем выбросы NO или SO2.

Комплексным решением этих проблем является метод предварительной подготовки мазута к сжиганию. Сущность метода состоит в создании однородно распределенной мелкодисперсной фракции имеющейся в мазуте влаги и разрушении квазикристаллических структур, находящихся в составе мазута. На рис. 3 приведена микрофотография исходного состояния мазута в производственных условиях. Здесь схематически показаны включения асфальтов, карбенов, карбоидов и воды, которые ухудшают процесс сжигания топлива, экономичность и надежность работы оборудования, а в продуктах сгорания такого топлива содержится сажа, бенз(а)пирен, загрязняющие окружающую среду.

Микрофотографии исходного мазута (а) и после его обработки (б).

Метод сжигания водомазутной эмульсии широко известен. В исследованиях, посвященных этому вопросу установлено, что для достижения поставленной задачи ВМЭ должна быть приготовлена в виде однородной смеси мазута и добавляемой влаги по типу "вода-масло", в которой вода как дисперсная фаза в виде частиц диаметром несколько микрометров находится внутри топливной оболочки. Только при соблюдении этого условия и влажности водомазутной эмульсии до 20% обеспечиваются надежное воспламенение и устойчивое ее горение с высокой полнотой сгорания. Повышенная эффективность процесса горения эмульсии (даже при предельно низких избытках воздуха) обусловлена микровзрывом её капель вследствие различия температур кипения воды и мазута. При дополнительном дроблении капель эмульсии достигается ускорение их испарения и улучшается процесс перемешивания топлива с воздухом, в результатного с учетом наличия в зоне ( горения продуктов диссоциации воды процесс сгорания мазута существенно интенсифицируется Для приготовления кондиционных ВМЭ требуемых влажности, дисперсности, вязкости и др. должны применяться соответствующие устройства - эмульгаторы.

Использование в качестве добавочной воды сточных вод этого же производства дает возможность подвергнуть огневому обезвреживанию значительный их объем (примерно до 20% расхода топлива на котел). Это позволяет перевести ТЭС или котельную на малоотходную технологию (по крайней мере путем утилизации всех сточных вод, загрязненных нефтепродуктами). Аналогичный эффект достигается при сжигании природного газа с добавлением влаги.

Механизм образования многоядерных углеводородов при сжигании органических топлив исследован пока крайне мало. Однако известно, что снижение концентрации С20Н12 в дымовых газах возможно путем организации дожигания продуктов неполного сгорания топлива повышением температуры в зоне горения более 1500 "С, а также вводом специальных ингибиторов. Установлено также, что при вводе влаги в зону горения с последующей диссоциацией молекул воды на ионы Н+ и ОН– сильно снижается концентрация С20Н12 в продуктах сгорания топлива.

На основании оценки отмеченных выше факторов: влияния влаги или растворов реагентов в высокотемпературной зоне горения топлива на содержание в дымовых газах различных вредных веществ (в том числе и бенз(а)пирена) и возможного огневого обезвреживания сточных вод сжигание мазута в виде ВМЭ или природного газа с добавлением влаги можно считать комплексной, многоцелевой, экосовместимой технологией. Применение этой технологии оправданно и экономически, так как при ее осуществлении достигается более рациональное использование теплоты топлива, и для реализации этого метода не требуются большие капиталовложения. Выполнение этой технологии на действующих ТЭС и котельных имеет еще одно важное преимущество: перевод котлов на сжигание ВМЭ или природного газа с добавками сточных вод не вызывает необходимости существенного изменения их конструктивного исполнения. Не требуется также никаких изменений и в схеме газового хозяйства.

Для получения ВМЭ используют два вида устройств: кавитатор и диспергатор.

Кавитатор – устройство для получения ВМЭ, которая используется как топливо. Принцип его действия основан на том, что грубая водо-мазутная смесь проходит через несколько решеток, при этом происходит сильная турбулизация и интенсивное перемешивание потока.

Конструктивно кавитатор представляет собой несколько (от 1 до 8 и более) параллельных, плоских, профилированных рабочих каналов с двумя кавитационными решетками из цилиндрических стержней в каждом канале. Рабочие каналы кавитатора располагаются в стальном корпусе. Габариты – 100х200х400 мм.

Диспергатор является устройством, обеспечивающем гидромеханическую обработку топлива для качественного улучшения структуры (однородности) мазутного топлива и получения тонкодисперсной водо – мазутной эмульсии. Его принцип действия напоминает работу высококлассной мясорубки. Диспергатор изготавливается на базе консольного насоса. Наилучшего результата можно достичь, применяя как кавитатор, так и диспергатор.

Несколько организаций в России занимаются поставкой оборудования для приготовления ВМЭ: ЗАО «ФинТЭК», строительная производственно – коммерческая фирма «ВАЛЕР», кафедра котельных установок и экологии Московского энергетического института, и др.

Срок окупаемости в зависимости от эколого-экономических показателей конкретного объекта, поставляемой установки и фирмы поставщика составляет 5 – 12 месяцев.

3. 4. Технические методы пылеочистки.

Пыль оказывает влияние на любые виды жизнедеятельности, причем это проявляется в различных формах. Последнее обстоятельство настоятельно требует снижения выбросов пыли в атмосферу. Наиболее перспективный путь видится в предупреждении или снижении образования пыли, однако это является нереальным, если учесть все многообразие источников загрязнения воздушного пространства пылью. В засушливых областях, где растительность истощена или уничтожена, а леса вырублены, ничто не мешает ветрам поднимать облака пыли, поскольку зачастую отсутствует возможность для восстановления растительности и воспроизводства лесов. Эти процессы, равно как и наносимый ими урон, до сего времени можно считать необратимыми. Также едва ли возможно предотвратить образование туч пыли при движении уличного транспорта. Только промышленные выбросы пыли еще возможно удержать в местах их возникновения, проводя соответствующие технические мероприятия. Существует целый ряд способов, которые делят на две основные группы: сухие и мокрые методы.

К простейшим сухим очистителям газов от пыли относят пылеотстойные камеры, где скорость потока воздуха настолько замедляется, что самые крупные частицы осаждаются на дно камеры. Такие устройства, где для отделения пыли используют только силу тяжести, сравнительно малоэффективны, так как оседают только самые крупные частицы с диаметром 50 мкм и выше Эффективность разделения можно многократно повысить, используя центробежное ускорение. Для этого очищаемый газ запускают в установку типа циклон (центробежный сепаратор), где частицы движутся по касательной цилиндрической поверхности. Возникающие при этом центробежные силы позволяют отделять частицы пыли диаметром до 5 мкм, в то время как в пылеотстойных камерах, где используется только естественная сила тяжести, отделяется не более половины пыли, содержащейся в газе. Циклонные установки доводят коэффициент очистки* от 50% до 90%. Цилиндрическая камера в нижней части сужается на конус, газовые потоки устремляются к центру и затем поднимаются по трубе, покидая установку. Осевшая на дне пыль высыпается через отверстие в нижней части камеры (бункера).

Более мелкие частицы удаляют, используя фильтры в виде мешков или рукавов, которые готовят из натуральных (хлопок, шерсть) или искусственных волокон (капрон, найлон), а также металлических сеток. Хотя размеры отверстий в тканевых (рукавных) фильтрах значительно превышают размеры самих частиц пыли, отделение последних происходит даже при диаметре менее 1 мкм, что позволяет с успехом использовать тканевые фильтры для окончательной очистки газов после их предварительной обработки в пылеотстойных камерах или циклонных установках. Фильтрующее действие таких устройств основано на том, что нити ткани отклоняют поток и образуют небольшие завихрения. Частицы пыли, в силу инерции, не могут подобно газу изменять направление движения и оседают на волокнах фильтра. Осевшая пыль после стряхивания падает вниз. Такие тканевые фильтры могут довести коэффициент очистки газов более чем до 99% (при этом желательна предварительная очистка).

Если загрязненный воздух содержит аэрозоли или кислотные частицы, то, как правило, используют мокрые методы. Часто применяют камеры с набором форсунок. Это высокие (до 30 м) башни, в которых по центру установлены форсунки. В качестве промывной жидкости обычно используют воду. Мелкие капельки промывной жидкости устремляются навстречу потоку газа, отклоняя его подобно тканевым фильтрам. Сравнительно инертные частицы дыма и аэрозолей не могут следовать этим многократным изменениям направления движения и оседают вместе с капельками воды. Эти капельки воды с частицами пыли могут стекать по наклонному щитку, удаляя загрязнения из газового потока. В камерах с форсунками можно удалить около 75% примесей, попутно извлекаются и растворимые в воде соединения, содержащиеся в исходном газе.

В установках с форсунками лучше всего отделяются частицы средней величины диаметром около 25 мкм. Турбулентные установки позволяют отделять частицы менее 1 мкм с коэффициентом очистки свыше 90%. Принцип действия этих установок основан на том, что очищаемый газ проходит через сужение и его скорость при этом возрастает. В самом узком месте, где скорость достигает 130 м/с, в аппарат впрыскивается вода. Сравнительно малая скорость капелек воды по сравнению со скоростью газа заставляет поток газа многократно менять направление, и инертные тяжелые частицы пыли оседают вместе с каплями воды. Эти частицы, связанные с водой, могут быть отделены от газа с помощью циклона.

Электросепарация газов требует больших затрат энергии, зато при этом, как и в турбулентных установках, можно отделять частицы диаметром менее 1 мкм. Коэффициент очистки в таких установках составляет 95—99%. В этом методе газ пропускают через заземленную трубу, в центре которой находится коронирующий электрод, питаемый пульсирующим постоянным током напряжением 30—80 кВ. Электроны переходят с электрода к заземленной трубе. При попадании молекул газа в камеру они ионизируются, превращаясь либо в отрицательно заряженные ионы, либо (при выбивании электронов) в положительно заряженные ионы. Эти ионы вступают в контакт с частицами пыли и заряжают их, заряженные частицы разряжаются либо на электроде, либо на стенке трубы и падают вниз. Нейтральные частицы пыли удаляются механически, например, путем стряхивания. Как правило, газ проходит предварительную очистку в сухих или мокрых камерах. Для удаления крупных частиц размещение и форма электродов могут быть иными, но принцип самой очистки остается неизменным.

3. 5. Очистка воздуха с помощью растительности.

В большинстве случаев при промышленных источниках загрязнения воздуха предоставляется возможность очищать газы непосредственно на месте их выделения. Однако это становится невозможным при работе уличного транспорта или при появлении облаков пыли в пустынных местностях. В таких случаях человеку предоставляется использовать защитные посадки растительности в качестве «зеленых» фильтров.

Уже с древних времен известно, что воздух лесов отличается особой чистотой. Подобный эффект может быть достигнут и при помощи искусственных насаждений, здесь надежными оказываются защитные полосы шириной 10—30 м. Эти посадки не должны быть слишком густыми, в противном случае загрязненный воздух огибает посадки сверху, образуя завихрения с подветренной стороны, при этом часть пыли оседает. Напротив, если деревья будут посажены достаточно редко, так, чтобы ветер свободно проходил через них, то его скорость будет настолько снижаться, что осядут частицы диаметром более 40 мкм. Более мелкие частицы будут наталкиваться на листья, иглы и сучья. Листья и сучья деревьев в этом случае выполняют ту же роль, что и описанные выше тканевые фильтры. Они изменяют направление потоков воздуха и относительно инертные частицы пыли при этом оседают. Отсюда видно, что лишенные листьев деревья и зимой могут активно выполнять роль фильтров; из общего пылесброса на долю потерявших зеленый покров деревьев в зимнюю пору приходится 40%, а на лето — 60%.

В лесопосадках достаточное внимание надо уделять и кустарникам, чтобы заполнить. пространство между кронами деревьев и землей. Для удержания осевшей пыли земля должна быть покрыта дерном или подстриженным газоном. Неоднократные наблюдения над различными участками почв и подсчеты частиц пыли показали, что число этих частиц в воздухе над открытыми лужайками снижается более чем на 50%. Этот эффект необходимо учитывать при закладке школьных дворов, спортивных площадок и пешеходных дорожек. Общее суждение о роли зеленых насаждений в сборе пыли можно вынести при анализе следующих данных: один гектар елового леса собирает в год около 32 т пыли, соснового леса — 36,4 т, а букового леса — до 68 т. Необходимо особенно интенсивно осуществлять защитные посадки растительности в городах, где транспорт постоянно поднимает облака пыли.

Очень важно, чтобы город был биогеоценозом, пусть не абсолютно благоприятным, но хотя бы не вредящим здоровью людей. Пусть здесь будет зона жизни. Для этого необходимо решить массу городских проблем. Все предприятия, неблагоприятные в санитарном отношении, должны быть выведены за пределы городов.

Зеленые насаждения являются неотъемлемой частью комплекса мероприятий по защите и преобразованию окружающей среды. Они не только создают благоприятные микроклиматические и санитарно-гигиенические условия, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей.

Особое место вокруг промышленных предприятий и автострад должны занимать защитные зеленые зоны, в которых рекомендуется высаживать деревья и кустарники, устойчивые к загрязнению.

В размещении зеленых насаждений необходимо соблюдать принцип равномерности и непрерывности для обеспечения поступления свежего загородного воздуха во все жилые зоны города. Важнейшими компонентами системы озеленения города являются насаждения в жилых микрорайонах, на участках детских учреждений, школ, спортивных комплексов и пр.

Городской ландшафт не должен быть однообразной каменной пустыней. В архитектуре города следует стремиться к гармоничному сочетанию аспектов социальных (здания, дороги, транспорт, коммуникации) и биологических (зеленые массивы, парки, скверы).

Современный город следует рассматривать как экосистему, в которой созданы наиболее благоприятные условия для жизни человека. Следовательно, это не только удобные жилища, транспорт, разнообразная сфера услуг. Это благоприятная для жизни и здоровья среда обитания; чистый воздух и зеленый городской ландшафт.

Не случайно, экологи считают, что в современном городе человек должен быть не оторван от природы, а как бы растворен в ней. Поэтому общая площадь зеленых насаждений в городах должна занимать больше половины его территории.

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

3. 6. Адсорбция.

Уголь в основном выполняет роль адсорбента бенз(а)пирена косвенно, БП не поглощается непосредственно, а частички сажи застревают в пористой структуре угля, что снижает концентрацию БП на выходе.

3. 7. Утилизация мусора.

Мусор, существенный источник БП, ни при каких условиях нельзя сжигать! Самый рациональный способ избавления от мусора – переводить его в биогаз.

Сферы применения биогаза.

Биогаз - смесь метана и углекислого газа, - продукт метанового брожения органических веществ. Метановое брожение - результат природного биоценоза анаэробных бактерий - протекает при температурах от 10 до 55 °С в трех диапазонах: 10. 25 °С - психрофильное; 25. 40 °С - мезофильное; 52. 55 °С - термофильное. Влажность составляет от 8 до 99 %, оптимальная - 92. 93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.

4. Выводы.

Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе человеком.

Фактор риска от действия бенз(а)пирена на организм высок, но осознание этого факта на психологическом уровне чрезвычайно низко, т. к. бенз(а)пирен нашими органами чувств никак не идентифицируется. А этот супертоксикант не имеет даже пороговой величины воздействия!

О бенз(а)пирене должны знать:

– Все курящие!

– Дворники (жгущие мусор)

–Предприниматели

– Автомобилисты

– Производственники

–и наконец все уровни власти

Для принятия необходимых действенных мер.

На данной стадии изучения проблемы, несмотря на высокую стоимость анализа необходим всесторонний мониторинг бенз(а)пирена в различных средах и источниках загрязнения.

– Необходимо выявлять закономерности качественного и количественного содержания ПАУ в источниках загрязнения в зависимости от различных факторов техногенного и естественного происхождения.

– Более детально изучить механизм биологического действия всех ПАУ.