Источники и проблемы загрязнения воздуха

Изучение истории и проблемы загрязнения воздуха выявило множество невероятных фактов. Еще более поразительна статистика о том, что проблема загрязнения воздуха является основной причиной миллионов человеческих смертей во всем мире.

Промышленная революция в Европе внесла изощренность в образ жизни, но ухудшила качество природной среды.

Атмосфера стала самой ранней жертвой антропогенного загрязнения атмосферного воздуха.

Основным источником загрязнения был уголь

Все началось с того, что люди стали использовать уголь в качестве топлива для бытовых и промышленных целей. Черный дым, содержащий частицы сажи, возникающий при сжигании угля, в те дни окутывал города Европы. Интересно также узнать, что цвет зонта сначала был сделан черным, только для того чтобы скрыть черный сажистый дождь.проблема загрязнения воздуха

В эпоху применения каменного угля многие знаменитые эпизоды лондонского смога 1873 и 1952 годов, привели к тяжелой смертности, легочным и сердечно-сосудистым заболеваниям.

4000 смертей, в основном из-за бронхита, наблюдалось Министерством здравоохранения Великобритании во время эпизода 1952 года. Закон Великобритании о чистом воздухе 1954 года, который привел к обязательному использованию бездымного топлива, существенно снизил годовой уровень дыма. После этого было начато множество исследований по снижению уровня дыма, введено в действие множество строгих законов, внедрены новые технологии, и сегодня считается что проблема загрязнения воздуха Лондону не грозит, а столица известна как один из самых чистых городов в мире.

Промышленное загрязнение

В отличие от лондонской истории, во всем мире происходит обратная тенденция – промышленное загрязнение выросло.

Взвешенные твердые частицы

Взвешенные твердые частицы, один из основных загрязнителей атмосферы, в последнее время изучаются во всем мире на предмет их серьезного неблагоприятного воздействия на здоровье. Взвешенные твердые частицы, имеющие аэродинамический диаметр менее 10 мкм чрезвычайно опасны для человека, так как проникают глубоко в дыхательную систему. Ультрадисперсные твердые частицы с аэродинамическим диаметром менее 2,5 мкм при вдыхании проникают до альвеол и затрудняют газообменный процесс дыхания. Воспаление тканей, одышка и некоторые другие острые респираторные проблемы коррелируют с наличием твердых частиц в дыхательной системе.

По оценкам Всемирной Организации Здравоохранения, около 460 000 человек ежегодно умирают из-за проблемы загрязнения воздуха, из которых 135 000 являются жертвами хронической астмы, а остальные умирают от сердечно-сосудистых или сердечных заболеваний. В недавних исследованиях исследователи сообщили, что умеренное воздействие ультрадисперсных твердых частиц приводит к значительной смертности у крыс с хроническим бронхитом.

Исследование, проведенное в Милане, Италия, показало, что респираторные инфекции и сердечная недостаточность сильно коррелируют с загрязнением воздуха. Увеличение до 100 мкг / м3 твердых частиц соответствовало увеличению на 17% респираторных инфекций, на 12% хронической обструктивной болезни легких и на 11% сердечной недостаточности в тот же день.

Некоторые диагнозы со здоровьем, такие как рак легких, рак кожи, астма, хрипы, сухой кашель, ночной кашель и одышка, в значительной степени связаны с проблемой загрязнением воздуха, однако масштабы смертности и заболеваемости варьируются от места к месту в зависимости от метеорологических условий.

Вредные частицы меньше 10 мкм

В городской атмосфере респирабельные частицы <10 мкм берут свое начало из бензиновых и дизельных транспортных средств, промышленности, сжигания органических отходов, табачного дыма и т. д.. Эти частицы подвержены фотоактивации при солнечном свете, что приводит к образованию различных вторичных загрязняющих веществ, вызывающих смог. Твердые частицы меньших размеров имеют более длительное время пребывания в атмосфере, пока дождь или гравитация не устранят их. Дождь способствует удалению большей части (примерно 90%) этих загрязняющих веществ, чем гравитационное осаждение, воздействие и рассеивание.

Вредные полиароматические углеводороды

Высоко канцерогенные и мутагенные соединения такие как полиароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы, алкены, олефены и т. д. выбрасываются в атмосферу в результате несовершенного сгорания топлива.

Автомобильный транспорт, обработка и удаление отходов, общественная энергетика, коммерческие и жилые установки сжигания, промышленные установки сжигания, добыча и распределение ископаемого топлива, не процесс горения (например, производство серной кислоты), использование растворителей, сельское хозяйство и природа являются их общими источниками.  Среди различных органических загрязнителей воздуха полиароматические углеводороды  являются крупнейшим классом известных канцерогенов. Они присутствуют в атмосфере в газообразном состоянии или связаны с твердыми частицами. Независимо от своих индивидуальных физических свойств полиароматические углеводороды при адсорбции в организме способны повреждать генетический материал (ДНК) и тем самым инициировать развитие раковых заболеваний.

Международное агентство по исследованию рака (МАИР) классифицировало 48 соединений полиароматических углеводородов как вероятные канцерогенные, из которых 3 соединения являются подтвержденными канцерогенами для человека (бензапирен, бензоантрацен и дибензантрацен).

Канцерогенное свойство некоторых полиароматических углеводородов возникает в результате их метаболизма в организме. Частица, связанная полиароматическими углеводородами при реакции с оксидами азота (NOx) в атмосфере, превращается в высоко мутагенный нитрат соединений. Например, когда низкомолекулярный полиароматический углеводород, называемый нафталином, подвергается воздействию солнечного света в присутствии оксидов азота, образуются мутагенные продукты.

Связанные с частицами полиароматические углеводороды более токсичны и это большая проблема загрязнения воздуха, чем  в газовой фазе, из-за их реакции в системе NOx и высокого потенциала образования озона.

Озон

Озон является опасным вторичным загрязнителем воздуха, образующимся в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей. Озон реакционноспособное вещество и  более сильный окислитель чем даже кислород.

Опасные дизельные выхлопы

Выбросы взвешенных твердых частиц, имеющие аэродинамический диаметр менее 10 мкм от дизельных автомобилей многократно выше, чем от автомобилей, работающих на бензине, сжиженном нефтяном газе или сжатом природном газе. Уровни вредных веществ, таких как флуорантен, пирен, хризен, бензапирен, бензогипирен, выше в выбросах дизельных автомобилей, чем бензиновых версий. Более того недавно в дизельных выхлопах было обнаружено самое страшное в истории канцерогенное соединение – 3-нитробензантрон.

Исследователи считают, что это соединение может быть главным виновником рака легких в городских районах. 3-нитробензантрон – это нитрованный полиароматический углеводород, образующийся в ходе реакций, когда связанные с частицами дизельного топлива углеводороды вступают в реакцию с NOx.

В тесте со штаммами бактерий сальмонеллы тифимуриума (Salmonella typhimurium) 3-нитробензантрон продуцировал 6 миллионов мутаций на наномоль, что значительно выше, чем ранее было известно наиболее мутагенное соединение 1,8 – динитропирен, которое регистрировало 4,8 миллиона мутаций на один наномоль.

Второе по мутагенности соединение также присутствует в дизельных выхлопах. Установлено также, что 3-нитробензантрон вызывает хромосомные аберрации в клетках крови мышей.

В течение последних двух десятилетий в качестве маркера для анализа общей тенденции уровня полиароматических углеводородов  был выбран бензапирен – канцерогенное соединение.

В Лондоне в период с 1949 по 1951 год средняя годовая концентрация составляла 49 НГ/м3 бензапирена. После 1993 года обязательное введение каталитических нейтрализаторов для автомобилей наблюдалось резкое снижение его концентрации 1,1 НГ/м3.

Было показано, что каталитические нейтрализаторы снижают примерно на 90% выбросы в бензиновых автомобилях.  Такая система проведения исследований и разработки инновационных технологий сама по себе может снизить риски для здоровья, связанные с этими опасными загрязнителями воздуха.

Проблема загрязнения воздуха должна быть решена с помощью исследований,  профессиональной оценкой воздействия загрязняющих веществ, стратегией борьбы с загрязнением воздуха и многими другими мероприятиями, способствующими развитию более чистых технологий. Это должно поощряться для сохранения людских ресурсов.