Гигиеническое значение трансформации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Фотохимический туман

Экспериментально установлено, что компоненты загрязнения ат­мосферного воздуха подвергаются за время пребывания в атмосфере изменениям за счет разнообразных физических и химических процес­сов.

В атмосферный воздух с промышленными загрязнениями поступа­ют пылевые частицы разных размеров. Аэрозоли могут образовываться в атмосфере и из газообразных соединений. Из собственных свойств взвешенных частиц на их поведение в атмосфере влияют в основном их гранулометрический состав и объемная плотность. Путем естественно­го осаждения из атмосферного воздуха удаляется около 20% частиц, главным образом за счет образования туманов или вымывания их осад­ками; процессы седиментации происходят только в частицах диаметром 20 мкм и более, которые, как правило, удаляются из выброса на очист­ных сооружениях и, таким образом, редко участвуют в загрязнении ат­мосферы. Более мелкие частицы распространяются в реальной атмос­фере как газы! Частицы диаметром, близким к 0,1 мкм, подчиняются за­конам броуновского движения и самостоятельно осесть из атмосферы на землю не могут.

Время существования химических газообразных и парообразных веществ в атмосфере значительно колеблется — от 0,5-2 сут до несколь­ких лет. Наиболее распространенные в атмосфере диоксид серы, диок­сид и оксид азота существуют от 2 до 11 сут, оксид углерода — 0,2- 0,5 года. Имеются данные о том, что время пребывания некоторых угле­водородов в атмосфере может составлять 12-15 лет. В связи со сказанным выше представляет интерес значение химичес­ких реакций в процессе так называемого самоочищения атмосферы.

1 Уступившие в атмосферу от различных источников химические ве­щества могут вступать в реакцию между собой и образовывать новые, в том числе токсичные, соединения. Превращения происходят в резуль­тате реакций фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, катализа, конденсации. Эти процессы пока еще плохо изучены, за иск­лючением отдельных частных случаев. Так, при окислении диоксида се­ры образуются сульфатные частицы. Имеются данные о том, что боль­шая часть углеводородов трансформируется в атмосферном воздухе из газообразного состояния в частицы, однако механизм такого преобразо­вания исследован недостаточно.

Наиболее изученным является процесс образования в атмосфере го­родов фотооксидантов, или гак называемого фотохимического смога (от англ. smog, smoke — дым и fog — туман). Как следует из названий, рассматриваемый процесс происходит иод воздействием на загрязнен­ный городской воздух ультрафиолетового излучения Солнца, которое служит катализатором цепных химических реакций, рассмотренных ниже.

Для образования фотохимического смога необходимо, чтобы под влиянием кванта ультрафиолетового излучения (hv) диоксид азота, постоянно присутствующий в воздухе современных городов, превра­тился в оксид азота и при этом образовался атом кислорода:

N0₂ + hv - NO + О.

Атомарный кислород (О), вступая в реакцию с молекулярным кис­лородом воздуха (Ог), обусловливает образование озона (О3). Часть об­разовавшегося озона расходуется на окисление оксида азота:

NO + 0₃ = N0₂ + 0₂.

Регенерированный диоксид азота вновь может разлагаться под вли­янием ультрафиолетового излучения, продолжая цепь реакций.

Остальной озон и часть атомарного кислорода взаимодействуют с углеводородами и другими органическими соединениями:

RH+0=R+0H^

Часть образовавшихся при этом свободных радикалов (R) реагирует последовательно с молекулярным кислородом, вновь регенерируя озон:

R + 0₂ - R0₂; RO₂ + 0₂ = RO + о₃.

Конечными продуктами этих реакций являются свободные радика­лы (R) и другие органические соединения, обладающие высокой реак­ционной способностью и по этой причине получившие название фотооксиданты. При взаимодействии этих органических соединений с окси­дами азота происходит образование других фотоокс^дантов — токсич­ных веществ, обладающих к тому же и раздражающим свойством. В частности, речь идет об образовании таких высокотоксичных перекисных соединений, как пероксиацетилнитрат (ПАН) и пероксибензоил- нитрат (ПБП):

R0₂ + NO -ПАН; R0₂ + NO =ПБН.

Для острого воздействия ПАП и ПБП характерно раздражение сли­зистой оболочки органов зрения и обоняния, верхних дыхательных пу­тей. Кроме того, их крупные молекулы являются ядрами конденсации атмосферной влаги, в результате чего образуется туман и снижается ви­димость на дорогах. Пероксиды токсичны и для растений, произрастаю­щих в городе.

Условиями, способствующими образованию фотохимического ту­мана (смога) при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха органическими соединениями и оксидами азота, являются обилие сол­нечной радиации, температурные инверсии и малая скорость ветра.

Концентрации фотооксидантов в городском воздухе подвержены большим колебаниям, но подчиняются определенным закономернос­тям. Как правило, вслед за низкими ночными концентрациями наблю­дается значительное их увеличение ранним утром, которое держится в течение всего времени солнечного сияния; затем происходит снижение концентраций. Пик концентраций наступает обычно в полдень.

Многие химические вещества, поступающие с выбросами в атмос­ферный воздух, взаимодействуют с каплями туманов, облаков и осадков. При растворении этих веществ в воде возможно образование новых сое­динений, в том числе и более вредных. Поэтому туманы большой интен­сивности и продолжительности относят к аномальным условиям пого­ды, которые приводят к опасному загрязнению атмосферного воздуха.

Поиск по сайту: