Москва в дыму от горящих лесов
Любое горение органических соединений создает опасные СОЗ – стойкие органические загрязнители.
Дышать дымом от лесных пожаров и костров опасно, особенно длительное время. Обязательно надо надевать респираторы, которые задерживают частицы РМ 2.5. Такие болезни как ишемическая болезнью сердца, инсульт, диабет, ХОБЛ, рак легких, инфекции нижних дыхательных путей, которые связаны с загрязнением воздуха, вызовут всплеск обострения и до 20 - 40% увеличат смертность. Частицы РМ 2.5, РМ 5.0 прихватив в себя СОЗ (стойкие органические загрязнители), могут пролететь в атмосфере тысячи километров, приземлиться в любом месте, попадая в легкие человека, в кровоток, в клетку повреждая ДНК и вызывая опасные заболевания, в том числе для потомства человека и животных у которых будут отдаленные последствия в виде физических, нервных и психических отклонений.
О том, что горит. Древесина
Химический состав и их химическая энергия созданных фотосинтезом при низких температурах и давлении из СО2, воды и энергии солнца «безвредных» растительных полимеров дерева, а с последующем образовавшихся в земле из растительных остатков торфа, каменного угля, нефти (биогенной теории) при окислении (горении) в зависимости от температуры горения, количество окислителя и химические реакции процессов определяют состав СОЗ (стойких органических загрязнителей) в дымовых газах.
Древесное вещество, состоящее из целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, связанных между собой химическими связями и межмолекулярными взаимодействиями, образует единый лигноуглеводный комплекс, представляющий собой подобие твердого раствора, формирующего физическую структуру древесины. Сухая древесина в среднем содержит 49% углерода, 44% кислорода, 6% водорода, 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остаётся её неорганическая часть 0,2 - 1,7% - зола. В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний и другие элементы. Все компоненты лигноуглеводного комплекса древесины являются высокомолекулярными соединениями.
При нагревании составные части древесины — целлюлозы, лигнины, гемицеллюлозы и вода до температуры самовоспламенения превращается в смеси газообразных первоначально образующихся продуктов пиролиза (неароматические газы — СО2 и СО, метан СН4, ацетилен С2Н2, этилен С2Н4, Н2, фенолы, безапирены, смолы) и возникших при взаимодействии друг с другом и кислородом, вторичных продуктов пиролиза. Гемицеллюлозы превращаются в фенолы, спирты, карбонильные соединения и карболовую кислоту. Углеводная часть древесины (целлюлоза и гемицеллюлоза), температура начала термического распада 240-280°С. Происходит гидролиз полисахаридов, в дальнейшем под влиянием более высокой температуры и органических кислот. Из промежуточных продуктов термического разложения целлюлозы основным является левоглюкозан. В результате окислительных реакций из левоглюкозана образуются вода, углекислый газ, метан, этилен, ацетон, уксусная кислота, смола и другие органические вещества. Аналогично распадается гемицеллюлоза, состоящая из остатков пентозанов и гексозанов. Из пентозанов образуются пентозы, из пентоз образуется фурфурол, фураны, муравьиная кислота и гуминовые вещества, из лигнина, температура его термического, химического распада которого около 350°С образуется паро-газовая смесь состоящая из углеводородов, С02 и СО, а так же паров метилового спирта, ацетона и уксусной кислоты, смолы и других органических соединений. Смола, образующаяся из лигнина, состоит из фенольных соединений типа простых метиловых эфиров (моно- и диметиловых эфиров пирогаллола и его гомологов, эфиров двухатомных фенолов и д.п.). В лигниновой смоле так же содержатся эвгенол, пирокатехин, фенол, орто-крезоп, гваякол, креозол, бензол, бензоапирен, винилгваякол, анисовая кислота. В процессе горения и образования дымовых газов непрерывно проходят химические реакции процессы циклизации, полимеризации и дегидратации с образованием, разложением и последующим окислением входящих в состав химических соединений.
Механизм образования токсичных веществ - СОЗ, при сжигании органического топлива
Процесс образования сажи в пламени состоит из нескольких стадий. Образованию частиц сажи предшествует рост концентрации ароматических соединений. По: (Bockhorn, 1994)
Образование бенз(а)пирена Образования части сажистого углерода
Бензапирен образуется при любом сжигании топлива. По температурным параметрам можно выделить низкотемпературный и высокотемпературный механизмы образования бенз(а)пирена (С20Н12). Низкотемпературный механизм заключается в испарении высокомолекулярных углеводородных фракций, т.е. проходит при температурах лишь несколько больших, чем температура парообразования бенз(а)пирена. процесс имеет место и в топочных камерах на уровне деструкции высокомолекулярных соединений органического топлива, т.е. в начальной фазе факела. Основное же количество бенз(а)пирена (БП) образуется по высокотемпературному механизму. Высокотемпературный механизм образования БП – это синтез БП из углеводородных фракций топлива в высокотемпературной части камеры сгорания при отсутствии кислорода в зоне синтеза.Этот процесс сопряжен с явлениями конденсации циклической части и образованием все более и более конденсированных систем. Процесс синтеза БП из легких углеводородов основан на образовании ацетилена С2Н2, который проходит процесс удлинения цепи с синтезом высокомолекулярных соединений по процессам циклизации, полимеризации и дегидратации.
Наиболее экологически опасными для живых организмов компонентами дыма, вызывающими раковые заболевания, являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обладающие большой канцерогенной активностью 3,4 – бенз(о)пирен (С20Н12), максимальный выброс которого наблюдается на нестационарных режимах работы топливосжигающих установок, особенно при наборе мощности и накапливается в организме человека, накапливается в продуктах питания при жарке шашлыков, копчении рыбы в дыму от горения.
Смолы. Смолы образуются при горении топлива из бензольных колец и радикалов. Смолы в зоне горения часть канцерогенных углеводородов не сгорает и уходит с дымовыми газами вместе с частицами сажи. В окружающую среду поступают микрочастицы твердых продуктов сгорания, которые представляют собой смесь летучей золы топлива. Летучая зола, часть золы топлива, уносимая из зоны горения дымовыми газами, доля уноса золы составляет до 10-20%. В составе летучей золы, кроме основных компонентов содержатся токсичные микропримеси. Содержание этих элементов в летучей золе достигает сотен г/т золы, и токсичные микропримеси золы твердого топлива сконцентрированы в основном во фракциях с размером частиц от 1 до 5 мкм.
Образование сажистого углерода (СУ)
Определяющим фактором сажеобразования, является относительная легкость отщепления атомов водорода от молекулы углеводорода относительно с расщеплением углеродных связей. Термическая гидрогенизация происходит, как только топливо попадает в высокотемпературную часть факела и продолжается в тех участках, где отсутствует кислород. При сжигании дерева, угля, мазута состоящих из высокомолекулярных углеводородов, сажи образуется на 1-2 порядка больше, чем при сжигании природного газа, на 92-99% состоящего из легкого углеводорода – метана СН4. Полициклические ароматические углеводороды являются ключевыми промежуточными соединениями в сажеобразовании . Образование (Нуклеация) частиц ПАУ больших размеров в основном формируются путѐм последовательных химических реакций радикалов малых ПАУ с ацетиленом, ПАУ и радикалов ПАУ.Слипание (Коагуляция) частиц, рост размеров частиц увеличиваются посредством столкновения растущих частиц сажи. Вначале, сталкивающиеся частицы полностью сливаются (коалесциируют) за счет молекулярного притяжения с выходом новых сферических структур, позднее они объединяются (агломерируют) во фрактальные кластеры, т.е. цепочноподобные структуры. Реакции ПАУ радикалов с ПАУ и между радикалами ПАУ были основным путем к зародышу сажи. Коагуляция частиц, включающая радикалы, способствует образованию частиц все большого размера, в то время как окисление радикалами ОН играет незначительную роль в их уменьшении. Газофазные и коллоидно-химические системы связаны непосредственно образованием частиц с молекулярной массой ≈ 2000 а.е.м. и диаметром ≈ 1.5 нм как зарождающихся частиц сажи и с определением сажи как не экстрагирующих частиц.ПАУ и сажа (СУ), образующиеся при неполном сгорании топлива, обладают канцерогенной активностью, и вдыхание их в больших концентрациях способно вызвать внутренние генетические дефекты у живых организмов.
Образование термических оксидов азота
Оксиды азота образуются как конечный продукт любого процесса сгорания топлива + воздуха. Оксид азота (NO) является главным компонентом NOx; однако, образуются, хотя и в меньших количествах, двуокись азота (NO2) и закись азота (N2O). В процессе горения отходов происходит окисление азота и образование оксидов азота, окисления атмосферного азота. Из-за сравнительно низких температур эксплуатации отопительных печей 70-80% образовавшегося, в них NOx, связано с присутствием в сжигаемой массе отходов азота. Термические оксиды азота NOX образуются путём окисления азота, содержащегося в воздухе атомарным кислородом, подаваемом на горение в высокотемпературной части пламени. NOxядовитые газы.
Как это скажется на экологии, здоровье человека и животных в Москве
Выбросы с дымовыми газами от сгорания древесиныпредставляет собой сложную дисперсную систему аэрозолей и суспензий, формируемую газами, мелкодисперсными твердыми и жидкими частицами продуктов сгорания (размером не более РМ2,5), которые, постоянно находясь во взвешенном состоянии в газообразной фазе, не оседают под действием силы тяжести. Компоненты, входящие в состав дымовых газов, образующихся при сжигании древесины частицы: PM2,5, СУ (сажистый углерод), ОУ (органические углеводороды) PM2,5, газообразные загрязнители воздуха СО, NOx, ЛОС (акролеин, формальдегид, бензол, бензапирены), газообразные и взвешенные ПАУ, органические соединения, включая карбоновые кислоты, многочисленные насыщенные и ненасыщенные углеводороды, ароматические соединения и кислородсодержащие органические соединения (альдегиды, хиноны, фенолы, органические кислоты и спирты) с которыми связан ряд неблагоприятных последствий для здоровья.
За период с 2015 года на 124 тыс. выросло количество детей-инвалидов (с 580 тыс до 704 тыс).
Дети инвалиды, это в 99% последствия неблагоприятного экологического воздействия на организмы их родителей, бабушек и дедушек.
Приведу просто цифры.
Бремя болезней из-за загрязнения воздуха
В 2019 году 9,14 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с ишемической болезнью сердца, 20% из которых были связаны с загрязнение воздуха.
В 2019 году 6,55 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с инсультом, 26% из которых были связаны с загрязнением воздуха.
В 2019 году 1,55 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с диабетом, 19% из которых были связаны с загрязнением воздуха.
В 2019 году 3,28 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с ХОБЛ, 40% из которых были связаны с загрязнением воздуха.
В 2019 году 2,04 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с раком легких, 19% из которых были связаны с загрязнением воздуха.
В 2019 году 2,49 миллиона случаев смерти во всем мире были связаны с инфекциями нижних дыхательных путей, 30% из которых были связано с загрязнением воздуха.
У Москвы есть статистика, на сколько, возрастет заболеваемость от дыма лесных пожаров. Плюс эпидемия Ковида. Больнее всего ударит по здоровью детей и людей с хроническими заболеваниями. Печально.
В СССР проводились плановые технические мероприятия для задержания нераспространения лесных пожаров.
Игорь Жарков
