CC BY
9
К. А. Буштуева
Соотношение концентрации сернистого газа и аэрозоля серной кислоты в атмосферном воздухе в зависимости от метеорологических условий
Из Научно-исследовательского санитарного института имени Эрисмана
В последние годы большое внимание было привлечено к массовым отравлениям населения городов ряда зарубежных стран. Отравления возникали в городах с развитой промышленностью и наблюдались при неблагоприятных метеорологических условиях — во время продолжительных туманов, безветрия и температурной инверсии. Массовые отравления были связаны с загрязнением атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий, которое может значительно возрастать при неблагоприятных метеорологических условиях.
Первый описанный случай имел место в Бельгии в долине реки Маас в декабре 1930 г. Аналогичные случаи произошли в США в заводском районе Донора в конце октября 1948 г. и в Лондоне в декабре 1952 г.
Общим для всех этих случаев является поражение дыхательного тракта с нарушением сердечно-сосудистой деятельности. Токсический туман вызывает заболевания преимущественно среди лиц престарелого возраста и детей.
До сих пор нельзя с определенностью сказать, действию каких конкретных веществ следует приписать причину этих массовых отравлений. Большинство исследователей придают особое значение в возникновении отравлений окислам серы.
Некоторые авторы (Батта, Фирке, Лаклерк) высказывают предположение, что причиной массовых отравлений явилось совместное действие сернистого газа и аэрозоля серной кислоты.
Аэрозоль серной кислоты является токсическим соединением. Такая концентрация его, как 8 мг/м3 при 72-часовой экспозиции, вызывает у морских свинок тяжелые поражения легких (Дринкер и др.).
О возможности появления аэрозоля серной кислоты в атмосфере городов в туманную погоду говорят Кост и Куртье, Мадер, Хамминг и Беллин. Но эти данные подкреплены лишь отдельными отрывочными наблюдениями, а поэтому требуют проверки. Кроме того, факт превращения сернистого газа в серную кислоту в воздухе населенных мест этими исследованиями не доказан и условия подобного превращения не изучены.
Это побудило нас провести исследования атмосферного воздуха Москвы на присутствие аэрозоля серной кислоты и попытаться выяснить, действительно ли появление его связано с окислением сернистого газа. Одновременно мы должны были выяснить, каково соотношение концентраций этих двух веществ и от каких (факторов оно зависит.
Для решения поставленной задачи мы отбирали параллельные пробы воздуха на присутствие аэрозоля серной кислоты и сернистого газа. Всего было отобрано в одной точке 198 круглосуточных и 50 разовых параллельных проб воздуха.
Воздух на присутствие аэрозоля серной кислоты протягивался через поглотитель со стеклянным пористым фильтром № 2, наполненный 4 мл дважды перегнанной воды. Для сорбции сернистого газа перед поглотителем помещали трубочку с перекисью свинца. Пробы на присутствие сернистого газа отбирали в поглотитель со стеклянным пористым фильтром № 1, наполненным 6 мл 4% раствора хлората калия.
Зависимость среднесуточных концентраций аэрозоля серной кислоты от концентраций сернистого газа представлена на рис. 1.
—-"-у,
3?
ч>
^ 0.04
Ч 0,03
ч$
! | 0,02 X
I
0,01
0,1 0,г 0.3 0.4 0.5 0,6 0,7 0.8 0.9 1.0 1.! 1.2 Концентрация ЯОг 6 мг/м'
1.3
Рис. 1. Корреляция между концентрациями Н2804 и БСЬ.
Как видно из рисунка, нарастание концентраций сернистого газа ведет к нарастанию концентраций аэрозоля серной кислоты. Следовательно, источник этих двух веществ в атмосферном воздухе один. Таким источником является топливо, сжигаемое в котельных, электростанциях и тепло-электроцентр ал ях.
Мы сделали попытку сопоставить соотношение концентраций аэрозоля серной кислоты и сернистого газа с метеорологическими условиями: относительной влажностью, скоростью ветра и типом погоды. ^ Результаты сопоставления
относительной влажности и среднесуточных концентраций представлены на рис. 2, где приведены наблюдения в дни, когда осадки отсутствовали.
Из полученных данных следует, что с увеличением влажности воздуха наблюдается нарастание концентрации аэрозоля серной кислоты относительно концентраций сернистого газа. Та же зависимость получена и в анализах разовых проб воздуха. Осадки вымывают значительную часть аэрозоля серной кислоты из атмосферного воздуха, в результате чего снижаются как абсолютные концентрации аэрозоля серной кислоты, так и отношение их к концентрациям сернистого газа. Это можно объяснить тем, что аэрозоль серной кислоты в силу большей гигроскопичности быстрее вымывается из атмосферы, чем газообразная двуокись серы.
Эти наблюдения хорошо увязываются с мнением некоторых авторов, что окисление сернистого газа происходит не в газовой, а в жидкой фазе: ЭСЬ растворяется в воде, образующей пленку на пылевых частичках, и затем уже окисляется в НгБСк
Концентрации аэрозоля серной кислоты могут значительно увеличиваться в безветренную погоду. По нашим данным, в штилевую погоду концентрации аэрозоля серной кислоты в 4,5 раза превосходят концентрации, определяемые в период сильных ветров (выше 5 м/сек).
Соотношение разовых концентраций аэрозоля серной кислоты я сернистого газа увеличивается с уменьшением скорости ветра. Последнее можно предположительно объяснить увеличением времени прохождения воздушных масс через город, вследствие чего большие количества сернистого газа успевают окисляться в аэрозоль серной кислоты в пределах городской атмосферы.
При сопоставлении среднесуточных концентраций с различными типами погоды получены результаты, представленные на рис. 3.
Из этих данных следует, что в ясную погоду соотношение концентраций аэрозоля серной кислоты и сернистого газа составляет 3,27%; в дни
15
12
П'
% о %
до60% 61-70% 71-80% 81-90% 917. и Выше Относительная Влажность
Рис. 2. Влияние влажности воздуха на соотношение концентраций Н2804 и БСЬ.
с переменной облачностью — 5,1%; в пасмурную погоду—6,8%, в туманные дни — 15,7%.
Мы не наблюдали очень продолжительных туманов, наибольшее число туманных часов в сутки было 11. В этот день соотношение среднесуточной концентрации аэрозоля серной кислоты и концентрации сернистого газа было равно 30%. При семичасовых туманах процент соотношения снижался до 20—24,5, при менее продолжительных туманах он колебался в пределах 10—18.
При отборе разовых проб воздуха во время тумана средний процент соотношения ЭСЬ и НзБО« был равен 32.
Таким образом, чем продолжительнее туман, тем больше возрастает отношение концентраций аэрозоля серной кислоты к концентрациям сернистого газа и увеличиваются абсолютные концентрации аэрозоля серной кислоты. Наши данные находятся в согласии с предположением, высказанным раньше рядом авторов, что в без1ветренные туманные дни аэрозоль серной кислоты может накапливаться в городской атмосфере.
Полученные данные хорошо согласуются с гипотезой о том, что причиной массовых отравлений в долине реки Маас, Доноре и Лондоне,
происшедших в туманную и безветренную погоду, стоявшую в течение нескольких дней, является высокотоксический аэрозоль серной кислоты, появившийся в результате окисления сернистого газа, или комбинированное действие аэрозоля серной кислоты и сернистого газа.
Для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие наблюдения.
ЛИТЕРАТУРА
IS
15
§ /г
I
^ о
§
I
I I
Ясная Перемен- Г7ас.иур- Туман пая облач- нал ность Тип погоды
Рис. 3. Соотношение концентраций Н2804 и БОг при разных типах погоды.
Air pollution control, Pub!. Health, N. 84, 1951, p. 33.—Духанина 3., Токсический туман в Лондоне, журн. «Гигиена и санитария», № 12, 1953, стр. 35.— (Am du г M., Schulz R., Drincer P., Toxicity of sulphuric acid mist to guinea pigs, Arch, industr. hug., Occuip. med., vol. 5. N. 4, 1952, p: 318: —В a tt a G:, F i r-cet I., Lecler E., Les problèmes de pollution de l'atmosphère, Paris, 1933.—С os te G., Courtier I„ Sulphur acid as a disperse phiase in town air, Transact, of the Fardy Soc., vol. XXXII. part 8, N. 184, 1936, p. 1108. — Mad er P., Hamming y}'., Belling A., Determination of small amounts of sulphuric acid in the atmosphere. Analyt. chem., wl. 22, N. 9, 1950, p. 1181.
