Diagramma della composizione del gas nell'aria. Composizione dell'aria: quali sostanze sono incluse e loro concentrazione
L'aria che costituisce l'atmosfera terrestre è una miscela di gas. L’aria atmosferica secca contiene: ossigeno 20,95%, azoto 78,09%, anidride carbonica 0,03%. Inoltre, l'aria atmosferica contiene argon, elio, neon, kripton, idrogeno, xeno e altri gas. Ozono, ossido di azoto, iodio, metano e vapore acqueo sono presenti in piccole quantità nell'aria atmosferica.
Oltre ai componenti permanenti dell'atmosfera, contiene diversi inquinanti introdotti nell'atmosfera dalle attività produttive umane.
1. Una componente importante dell'aria atmosferica è ossigeno , la cui quantità nell'atmosfera terrestre è di 1,18 · 10 15 tonnellate. Il contenuto costante di ossigeno viene mantenuto grazie ai continui processi del suo scambio in natura. Da un lato, l'ossigeno viene consumato durante la respirazione dell'uomo e degli animali, speso per il mantenimento dei processi di combustione e ossidazione, dall'altro entra nell'atmosfera attraverso i processi di fotosintesi delle piante. Le piante terrestri e il fitoplancton oceanico ripristinano completamente la naturale perdita di ossigeno. Quando la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce, si possono sviluppare fenomeni di carenza di ossigeno, che si osservano quando si sale in quota. Il livello critico è la pressione parziale dell'ossigeno inferiore a 110 mmHg. Arte. Ridurre la pressione parziale dell'ossigeno a 50-60 mm Hg. Arte. solitamente incompatibile con la vita. Sotto l'influenza della radiazione UV a onde corte con una lunghezza d'onda inferiore a 200 nm, le molecole di ossigeno si dissociano per formare ossigeno atomico. Gli atomi di ossigeno appena formati vengono aggiunti alla formula dell'ossigeno neutro, formando ozono . Contemporaneamente alla formazione dell'ozono avviene il suo decadimento. Il significato biologico generale dell'ozono è grande: assorbe la radiazione UV a onde corte, che ha un effetto dannoso sugli oggetti biologici. Allo stesso tempo, l'ozono assorbe la radiazione infrarossa emanata dalla Terra e impedisce così un eccessivo raffreddamento della sua superficie. Le concentrazioni di ozono sono distribuite in modo non uniforme in altitudine. La sua massima quantità si osserva ad un livello di 20-30 km dalla superficie terrestre.
2. Azoto In termini di contenuto quantitativo è il componente più significativo dell'aria atmosferica; appartiene ai gas inerti. La vita è impossibile in un’atmosfera di azoto. L'azoto atmosferico viene assorbito da alcuni tipi di batteri del suolo (batteri che fissano l'azoto), nonché dalle alghe blu-verdi; sotto l'influenza delle scariche elettriche si trasforma in ossidi di azoto che, cadendo con le precipitazioni, arricchiscono il terreno con sali di acido nitroso e nitrico. Sotto l'influenza dei batteri del suolo, i sali dell'acido nitroso vengono convertiti in sali dell'acido nitrico, che a loro volta vengono assorbiti dalle piante e servono per la sintesi proteica. Insieme all'assorbimento dell'azoto in natura, viene rilasciato nell'atmosfera. L'azoto libero si forma durante i processi di combustione di legno, carbone e petrolio; una piccola quantità si forma durante la decomposizione dei composti organici. Pertanto, in natura si verifica un ciclo continuo, a seguito del quale l'azoto atmosferico viene convertito in composti organici, ripristinato e rilasciato nell'atmosfera, quindi nuovamente legato da oggetti biologici.
L'azoto è necessario come diluente dell'ossigeno, poiché respirare ossigeno puro porta a cambiamenti irreversibili nel corpo.
Tuttavia, l'aumento del contenuto di azoto nell'aria inalata contribuisce all'insorgenza dell'ipossia a causa della diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno. Quando il contenuto di azoto nell'aria aumenta al 93%, si verifica la morte.
Oltre all'azoto, i gas nobili dell'aria includono argon, neon, elio, kripton e xeno. Chimicamente questi gas sono inerti; si dissolvono nei fluidi corporei a seconda della pressione parziale;
3. Una componente importante dell'aria atmosferica è diossido di carbonio (anidride carbonica, anidride carbonica,). In natura, l'anidride carbonica si trova allo stato libero e legato in quantità di 146 miliardi di tonnellate, di cui solo l'1,8% della sua quantità totale è contenuta nell'aria atmosferica. La maggior parte (fino al 70%) si trova allo stato disciolto nell'acqua dei mari e degli oceani. Alcuni composti minerali, calcari e dolomiti, contengono circa il 22% della quantità totale di anidride e carbonio. Il resto proviene da flora e fauna, carbone, petrolio e humus.
In condizioni naturali si verificano continui processi di rilascio e assorbimento dell'anidride carbonica. Viene rilasciato nell'atmosfera a causa della respirazione umana e animale, nei processi di combustione, decadimento e fermentazione, durante la tostatura industriale di calcare e dolomite, ecc. Allo stesso tempo, in natura esistono processi di assimilazione dell'anidride carbonica, che viene assorbita dalle piante durante il processo di fotosintesi.
L'anidride carbonica svolge un ruolo importante nella vita degli animali e dell'uomo, essendo uno stimolante fisiologico del centro respiratorio.
Quando vengono inalate grandi concentrazioni di anidride carbonica, i processi redox nel corpo vengono interrotti. Quando il suo contenuto nell'aria inalata aumenta al 4%, si osservano mal di testa, acufeni, palpitazioni e stato eccitato; all'8% si verifica la morte.
Dal punto di vista igienico, il contenuto di anidride carbonica è un indicatore importante con cui si giudica il grado di pulizia dell'aria negli edifici residenziali e pubblici. L'accumulo di grandi quantità nell'aria degli ambienti chiusi è indice di problemi sanitari (sovraffollamento, scarsa ventilazione).
In condizioni normali, con ventilazione naturale della stanza e infiltrazione di aria esterna attraverso i pori dei materiali da costruzione, il contenuto di anidride carbonica nell'aria dei locali residenziali non supera lo 0,2%. Quando la sua concentrazione aumenta in ambienti chiusi, può verificarsi un deterioramento del benessere di una persona e una diminuzione delle prestazioni. Ciò è spiegato dal fatto che contemporaneamente all'aumento della quantità di anidride carbonica nell'aria degli edifici residenziali e pubblici, altre proprietà dell'aria si deteriorano: l'aumento della temperatura e dell'umidità, i prodotti gassosi dell'attività umana, le cosiddette antropotossine (mercaptano, indolo, idrogeno solforato, ammoniaca).
Con un aumento del contenuto di CO 2 nell'aria e un deterioramento delle condizioni meteorologiche negli edifici residenziali e pubblici, si verifica un cambiamento nel regime di ionizzazione dell'aria (un aumento del numero di ioni pesanti e una diminuzione del numero di ioni leggeri ), che si spiega con l'assorbimento di ioni leggeri durante la respirazione e il contatto con la pelle, nonché con l'assunzione di ioni pesanti con l'aria espirata.
La concentrazione massima consentita di anidride carbonica nell'aria delle istituzioni mediche dovrebbe essere considerata pari allo 0,07%, nell'aria degli edifici residenziali e pubblici - 0,1%. Quest'ultimo valore è accettato come valore di calcolo per determinare l'efficienza della ventilazione negli edifici residenziali e pubblici.
4. Oltre ai componenti principali, l'aria atmosferica contiene gas rilasciati a seguito di processi naturali che si verificano sulla superficie della Terra e nell'atmosfera.
Idrogeno contenuto nell'aria in una quantità pari allo 0,00005%. Si forma negli alti strati dell'atmosfera a causa della decomposizione fotochimica delle molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno. L'idrogeno non supporta la respirazione; allo stato libero non viene assorbito e non viene rilasciato dagli oggetti biologici. Oltre all'idrogeno, l'aria atmosferica contiene una piccola quantità di metano; Solitamente la concentrazione di metano nell'aria non supera lo 0,00022%. Il metano viene rilasciato durante il decadimento anaerobico dei composti organici. Come parte integrante fa parte del gas naturale e del gas proveniente dai pozzi petroliferi. Se si inala aria contenente metano in alte concentrazioni, può verificarsi la morte per asfissia.
Essendo il prodotto della decomposizione delle sostanze organiche, sono presenti nell'aria atmosferica in piccole quantità ammoniaca. Le sue concentrazioni dipendono dal grado di contaminazione di una determinata area con liquami ed emissioni organiche. In inverno, a causa del rallentamento dei processi di decomposizione, la concentrazione di ammoniaca è leggermente inferiore rispetto all'estate. Durante i processi anaerobici di decomposizione di sostanze organiche contenenti zolfo, la formazione di idrogeno solforato, che già in piccole concentrazioni conferisce all'aria un odore sgradevole. Lo iodio e il perossido di idrogeno si trovano in piccole concentrazioni nell'aria atmosferica. Iodio entra nell'aria atmosferica per la presenza di minuscole goccioline di acqua marina e alghe. A causa dell'interazione dei raggi UV con le molecole dell'aria, perossido di idrogeno; Insieme all'ozono contribuisce all'ossidazione delle sostanze organiche presenti nell'atmosfera.
Nell'aria atmosferica ci sono sostanze sospese, che sono rappresentati da polveri di origine naturale e artificiale. La polvere naturale comprende polvere cosmica, vulcanica, terrestre, marina e polvere formata durante gli incendi boschivi.
I processi naturali svolgono un ruolo importante nel liberare l'atmosfera dalle sostanze sospese autopulente, tra i quali di notevole importanza è la diluizione dell'inquinamento dovuto alle correnti d'aria convettive sulla superficie terrestre. Un elemento essenziale dell'autodepurazione atmosferica è la perdita di grandi particelle di polvere e fuliggine dall'aria (sedimentazione). Man mano che si sale di altezza la quantità di polvere diminuisce; Ad un’altitudine di 7–8 km dalla superficie terrestre non sono presenti polveri di origine terrestre. Significativo Le precipitazioni atmosferiche svolgono un ruolo nei processi di autopulizia, aumentando la quantità di fuliggine e polvere depositate. Il contenuto di polvere nell'aria atmosferica è influenzato dalle condizioni meteorologiche e dalla dispersione di aerosol. La polvere grossolana con un diametro delle particelle superiore a 10 micron cade rapidamente, la polvere fine con un diametro delle particelle inferiore a 0,1 micron praticamente non cade e rimane sospesa.
Quella parte dell'atmosfera adiacente alla Terra e che una persona respira di conseguenza è chiamata troposfera. La troposfera ha un'altezza compresa tra nove e undici chilometri ed è una miscela meccanica di vari gas.
La composizione dell'aria non è costante. A seconda della posizione geografica, del terreno e delle condizioni meteorologiche, l’aria può avere composizioni diverse e proprietà diverse. L'aria può essere inquinata o rarefatta, fresca o pesante: tutto ciò significa che contiene alcune impurità.
Azoto: 78,9%;
Ossigeno: 20,95%;
Anidride carbonica: 0,3%.
Inoltre, nell'atmosfera sono presenti altri gas (elio, argon, neon, xeno, kripton, idrogeno, radon, ozono) e la loro quantità totale è leggermente inferiore all'1%.
Da segnalare inoltre la presenza nell'aria di alcune impurità permanenti di origine naturale, in particolare di alcuni prodotti gassosi che si formano a seguito di processi sia biologici che chimici. Tra questi meritano una menzione speciale l'ammoniaca (la composizione dell'aria lontana dalle aree popolate comprende dai tre ai cinque millesimi di milligrammo per metro cubo), il metano (il suo livello è in media di due decimillesimi di milligrammo per metro cubo), l'azoto ossidi (nell'atmosfera la loro concentrazione raggiunge circa quindici decimillesimi di milligrammo per metro cubo), idrogeno solforato e altri prodotti gassosi.
Oltre al vapore e alle impurità gassose, la composizione chimica dell'aria comprende solitamente polvere di origine cosmica, che cade sulla superficie terrestre in quantità di settecentomillesimi di tonnellata per chilometro quadrato durante l'anno, nonché particelle di polvere che provengono da eruzioni vulcaniche.
Tuttavia, ciò che modifica maggiormente (e non in meglio) la composizione dell'aria e inquina la troposfera sono le cosiddette polveri e fumi del suolo (piante, suolo) provenienti dagli incendi boschivi. Soprattutto molta di questa polvere è presente nelle masse d'aria continentali originarie dei deserti dell'Asia centrale e dell'Africa. Ecco perché possiamo affermare con sicurezza che un ambiente con aria idealmente pulita semplicemente non esiste, ed è un concetto che esiste solo in teoria.
La composizione dell'aria tende a cambiare costantemente, e i suoi cambiamenti naturali di solito giocano un ruolo abbastanza piccolo, soprattutto se paragonati alle possibili conseguenze dei suoi disturbi artificiali. Tali interruzioni sono prevalentemente associate alle attività di produzione umana, all’uso di dispositivi per servizi al consumo e ai veicoli. Questi disturbi possono portare, tra le altre cose, alla denaturazione dell'aria, cioè a differenze pronunciate nella sua composizione e proprietà rispetto ai corrispondenti indicatori dell'atmosfera.
Questi e molti altri tipi di attività umana hanno portato al fatto che la composizione fondamentale dell'aria ha cominciato a subire cambiamenti lenti e insignificanti, ma comunque assolutamente irreversibili. Ad esempio, gli scienziati hanno calcolato che negli ultimi cinquant'anni l'umanità ha utilizzato circa la stessa quantità di ossigeno del milione di anni precedente e, in termini percentuali, due decimi della sua fornitura totale nell'atmosfera. Allo stesso tempo, le emissioni nell’aria aumentano di conseguenza. Secondo i dati più recenti, negli ultimi cento anni le emissioni hanno raggiunto quasi i quattrocento miliardi di tonnellate.
Pertanto, la composizione dell’aria sta cambiando in peggio ed è difficile immaginare come sarà tra qualche decennio.
L'aria è necessaria a tutti gli organismi viventi: gli animali per respirare e le piante per nutrirsi. Inoltre, l'aria protegge la Terra dalle dannose radiazioni ultraviolette del sole. I componenti principali dell'aria sono l'azoto e l'ossigeno. L'aria contiene anche piccole miscele di gas nobili, anidride carbonica e una certa quantità di particelle solide: fuliggine e polvere. Tutti gli animali hanno bisogno di aria per respirare. Circa il 21% dell'aria è ossigeno. Una molecola di ossigeno (O2) è costituita da due ossigeni legati.
Composizione dell'aria
La percentuale dei diversi gas presenti nell'aria varia leggermente a seconda del luogo, del periodo dell'anno e del giorno. L'azoto e l'ossigeno sono i componenti principali dell'aria. L'1% dell'aria è costituito da gas nobili, anidride carbonica, vapore acqueo e sostanze inquinanti come il biossido di azoto. I gas contenuti nell'aria possono essere separati da distillazione frazionata. L'aria viene raffreddata fino a quando i gas passano allo stato liquido (vedi articolo “”). Successivamente, la miscela liquida viene riscaldata. Ogni liquido ha il proprio punto di ebollizione e i gas formati durante l'ebollizione possono essere raccolti separatamente. L'ossigeno, l'azoto e l'anidride carbonica si muovono costantemente dall'aria verso l'aria e vi ritornano, vale a dire si verifica un ciclo. Gli animali inalano ossigeno dall'aria ed espirano anidride carbonica.
Ossigeno
Azoto
Più del 78% dell'aria è costituito da azoto. Anche le proteine da cui sono costituiti gli organismi viventi contengono azoto. La principale applicazione industriale dell'azoto è produzione di ammoniaca necessari per i fertilizzanti. A questo scopo, l'azoto viene combinato con. L'azoto viene pompato negli imballaggi di carne o pesce, perché... a contatto con l'aria ordinaria, i prodotti si ossidano e si deteriorano. Gli organi umani destinati al trapianto vengono conservati nell'azoto liquido perché freddo e chimicamente inerte. Una molecola di azoto (N2) è costituita da due atomi di azoto legati.
gas nobili
I gas nobili sono 6 dell'8° gruppo. Sono estremamente chimicamente inerti. Solo loro esistono sotto forma di singoli atomi che non formano molecole. A causa della loro passività, alcuni di essi vengono utilizzati per riempire le lampade. Lo xeno non viene praticamente utilizzato dall'uomo, ma l'argon viene pompato nelle lampadine e le lampade fluorescenti sono riempite con krypton. Il neon lampeggia in rosso-arancione quando è carico elettricamente. Viene utilizzato nei lampioni al sodio e nelle lampade al neon. Il radon è radioattivo. Si forma dal decadimento del radio metallico. La scienza non conosce alcun composto dell'elio e l'elio è considerato completamente inerte. La sua densità è 7 volte inferiore a quella dell'aria, motivo per cui i dirigibili ne sono pieni. I palloncini riempiti di elio sono dotati di attrezzature scientifiche e lanciati nell'atmosfera superiore.
Effetto serra
Questo è il nome dell'aumento attualmente osservato del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera e del conseguente aumento il riscaldamento globale, cioè. aumento delle temperature medie annuali in tutto il mondo. L’anidride carbonica impedisce al calore di lasciare la Terra, proprio come il vetro mantiene alte temperature all’interno di una serra. Poiché c’è più anidride carbonica nell’aria, più calore viene intrappolato nell’atmosfera. Anche un leggero riscaldamento provoca l’innalzamento del livello del mare, il cambiamento dei venti e lo scioglimento di parte del ghiaccio ai poli. Gli scienziati ritengono che se i livelli di anidride carbonica aumentassero altrettanto rapidamente, in 50 anni la temperatura media potrebbe aumentare da 1,5°C a 4°C.
Riportato in tabella. 1.1 la composizione dell'aria atmosferica subisce vari cambiamenti negli spazi chiusi. In primo luogo, cambia il contenuto percentuale dei singoli componenti essenziali e, in secondo luogo, compaiono ulteriori impurità che non sono caratteristiche dell'aria pulita. In questo paragrafo parleremo dei cambiamenti nella composizione del gas e delle sue deviazioni consentite dalla norma.
I gas più importanti per la vita umana sono l’ossigeno e l’anidride carbonica, che partecipano allo scambio di gas tra l’uomo e l’ambiente. Questo scambio di gas avviene principalmente nei polmoni umani durante la respirazione. Lo scambio di gas che avviene attraverso la superficie della pelle è circa 100 volte inferiore a quello attraverso i polmoni, poiché la superficie del corpo umano adulto è di circa 1,75 m2 e la superficie degli alveoli polmonari è di circa 200 m2. Il processo di respirazione è accompagnato dalla formazione di calore nel corpo umano in una quantità compresa tra 4,69 e 5,047 (in media 4,879) kcal per 1 litro di ossigeno assorbito (convertito in anidride carbonica). È da tenere presente che solo una piccola parte dell'ossigeno contenuto nell'aria inspirata viene assorbita (circa il 20%). Quindi, se l'aria atmosferica contiene circa il 21% di ossigeno, l'aria espirata da una persona ne conterrà circa il 17%. Tipicamente, la quantità di anidride carbonica espirata è inferiore alla quantità di ossigeno assorbito. Il rapporto tra i volumi di anidride carbonica emessa da una persona e l'ossigeno assorbito è chiamato coefficiente respiratorio (RQ), che solitamente varia da 0,71 a 1. Tuttavia, se una persona è in uno stato di forte eccitazione o svolge un lavoro molto duro , l'RQ può essere anche maggiore di uno.
La quantità di ossigeno di cui una persona ha bisogno per mantenere le normali funzioni vitali dipende principalmente dall'intensità del lavoro svolto ed è determinata dal grado di tensione nervosa e muscolare. L'assorbimento dell'ossigeno nel sangue avviene meglio ad una pressione parziale di circa 160 mmHg. Art., che ad una pressione atmosferica di 760 mm Hg. Arte. corrisponde alla normale percentuale di ossigeno nell'aria atmosferica, ovvero al 21%.
Grazie alla capacità di adattamento del corpo umano, è possibile osservare una respirazione normale anche con quantità minori di ossigeno.
Se la riduzione del contenuto di ossigeno nell'aria avviene a causa di gas inerti (ad esempio azoto), è possibile una riduzione significativa della quantità di ossigeno, fino al 12%.
Tuttavia, negli spazi chiusi, una diminuzione del contenuto di ossigeno non è accompagnata da un aumento della concentrazione di gas inerti, ma dall'accumulo di anidride carbonica. In queste condizioni, il contenuto minimo massimo consentito di ossigeno nell'aria dovrebbe essere molto più elevato. Tipicamente, il contenuto di ossigeno del 17% in volume viene preso come norma per questa concentrazione. In generale, negli ambienti chiusi la percentuale di ossigeno non scende mai a questo valore, poiché la concentrazione di anidride carbonica raggiunge il valore limite molto prima. Pertanto, è praticamente più importante stabilire standard massimi ammissibili per il contenuto di anidride carbonica piuttosto che di ossigeno negli spazi chiusi.
L'anidride carbonica CO2 è un gas incolore con un sapore e un odore leggermente asprigno; è 1,52 volte più pesante dell'aria e leggermente velenoso. L'accumulo di anidride carbonica nell'aria degli spazi chiusi porta a mal di testa, vertigini, debolezza, perdita di sensibilità e persino perdita di coscienza.
Si ritiene che la quantità di anidride carbonica nell'aria atmosferica sia dello 0,03% in volume. Questo è vero per le zone rurali. Nell'aria dei grandi centri industriali il suo contenuto è solitamente più elevato. Per i calcoli, viene presa una concentrazione dello 0,04%. L'aria espirata dagli esseri umani contiene circa il 4% di anidride carbonica.
Senza conseguenze dannose per il corpo umano, nell'aria degli ambienti chiusi possono essere tollerate concentrazioni di anidride carbonica significativamente superiori allo 0,04%.
La concentrazione massima consentita di anidride carbonica dipende dalla durata della permanenza delle persone in un determinato spazio chiuso e dal tipo di occupazione che svolgono. Ad esempio, per i rifugi sigillati, quando si ospitano persone sane per un periodo non superiore a 8 ore, come concentrazione massima consentita di CO2 si può accettare una norma del 2%. Per soggiorni di breve durata, questa tariffa può essere aumentata. La possibilità che una persona si trovi in un ambiente con elevate concentrazioni di anidride carbonica è dovuta alla capacità del corpo umano di adattarsi alle diverse condizioni. Quando la concentrazione di CO2 è superiore all'1%, una persona inizia ad inalare una quantità di aria significativamente maggiore. Pertanto, con una concentrazione di CO2 del 3%, la respirazione raddoppia anche a riposo, il che di per sé non causa conseguenze negative evidenti durante una permanenza relativamente breve in tale aria. Se una persona rimane per un tempo sufficientemente lungo (3 o più giorni) in una stanza con una concentrazione di CO2 del 3%, corre il rischio di perdere conoscenza.
Quando le persone rimangono a lungo in stanze sigillate e quando eseguono questo o quel lavoro, la concentrazione massima consentita di anidride carbonica dovrebbe essere significativamente inferiore al 2%. Può variare dallo 0,1 all'1%. Un contenuto di anidride carbonica dello 0,1% può essere considerato accettabile per i normali locali non sigillati di edifici e strutture per vari scopi. Una concentrazione inferiore di anidride carbonica (circa 0,07-0,08) dovrebbe essere prescritta solo per i locali delle istituzioni mediche e pediatriche.
Come risulterà chiaro da quanto segue, i requisiti relativi al contenuto di anidride carbonica nell'aria interna degli edifici fuori terra sono solitamente facilmente soddisfatti se le fonti della sua emissione sono le persone. La questione è diversa quando l'anidride carbonica si accumula negli impianti di produzione a seguito di determinati processi tecnologici che si verificano, ad esempio, nei laboratori di lievito, produzione di birra e idrolisi. In questo caso, lo 0,5% viene considerato la concentrazione massima consentita di anidride carbonica.
La composizione chimica dell'aria è di grande importanza igienica.
Contiene: azoto 78%, ossigeno 21, anidride carbonica 0,03% e piccole quantità di altri gas inerti (argon, neon, krypton, ecc.), ozono e vapore acqueo. Oltre ai componenti permanenti, l'aria atmosferica può contenere alcune impurità di origine naturale, nonché vari inquinanti introdotti nell'atmosfera a causa delle attività produttive umane.
Una varietà di prodotti metabolici rilasciati dagli animali durante le loro attività vitali hanno un enorme impatto sulla composizione del gas e sull'umidità dell'aria negli ambienti.
Pertanto, durante la respirazione, gli animali rilasciano nell'ambiente grandi quantità di vapore acqueo e anidride carbonica. Come risultato della decomposizione di urina e feci, nei porcili si accumulano spesso ammoniaca, idrogeno solforato e altri prodotti gassosi, la maggior parte dei quali appartiene al gruppo dei gas nocivi e velenosi.
L'aria negli spazi chiusi è significativamente diversa dall'aria atmosferica. L'entità di questa differenza dipende dal regime sanitario e igienico dei locali dell'allevamento (ventilazione, rete fognaria, densità degli animali, ecc.). La concentrazione di ossigeno e azoto nell'aria delle stalle in condizioni normali rimane invariata. La concentrazione di anidride carbonica può aumentare in modo significativo (10 volte o più) e spesso compaiono ammoniaca, idrogeno solforato, cloacale e altri gas.
L'ossigeno (O 2) è un gas senza il quale la vita animale è impossibile. Ogni cellula del corpo, nel processo del metabolismo, utilizza costantemente l'ossigeno per ossidare le sostanze organiche: proteine, grassi, carboidrati. L'ossigeno inalato con l'aria si combina con l'emoglobina nei globuli rossi e viene trasportato ai tessuti e agli organi. La quantità di ossigeno consumato dipende dalla specie, dall'età, dal sesso e dallo stato fisiologico dell'animale.
La concentrazione di ossigeno negli edifici per l'allevamento è generalmente costante, le fluttuazioni non superano lo 0,1-0,5%. Una leggera deviazione dalla norma non provoca cambiamenti nelle funzioni fisiologiche del corpo. Negli allevamenti degli animali la quantità di ossigeno rimane quasi costante e prossima al suo contenuto nell'aria atmosferica. Una diminuzione della quantità di ossigeno nell'aria inalata al 15% è accompagnata da una respirazione accelerata dei maiali e da un aumento della frequenza cardiaca, nonché da un indebolimento dei processi ossidativi. I corpi degli animali sono molto sensibili alla mancanza di ossigeno.
In condizioni normali, gli animali non soffrono di mancanza di ossigeno. Negli allevamenti animali, la diminuzione dell'ossigeno non supera lo 0,4-1%, il che non ha alcun significato igienico, poiché l'emoglobina del sangue è satura di ossigeno a una pressione parziale inferiore. In casi eccezionali si può osservare una carenza di ossigeno (lunga permanenza degli animali in condizioni di affollamento e sui pascoli di alta montagna).
L'anidride carbonica (CO2) è un gas incolore, inodore e dal sapore acido. Si forma quando gli animali espirano come prodotto finale del metabolismo. L'aria espirata contiene più di questo gas (3,6%) dell'aria atmosferica. Ad esempio, una regina da latte che pesa 150 kg rilascia 90 litri di anidride carbonica all'ora. Il contenuto massimo di anidride carbonica nei porcili non è consentito superiore allo 0,3%, vale a dire 10 volte di più che nell'aria atmosferica. Dal punto di vista igienico, l’aria degli ambienti chiusi ad alto contenuto di anidride carbonica non può essere considerata innocua per la salute degli animali.
Si forma durante la respirazione degli animali come prodotto finale del metabolismo. In condizioni naturali si verificano continui processi di rilascio e assorbimento dell'anidride carbonica. L'anidride carbonica viene rilasciata nell'atmosfera a seguito dell'attività vitale degli organismi viventi, dei processi di combustione, putrefazione e fermentazione.
Insieme ai processi dell'anidride carbonica in natura, ci sono processi della sua assimilazione. Viene assorbito attivamente dalle piante durante la fotosintesi. L'anidride carbonica viene eliminata dall'aria mediante precipitazione. Recentemente si è verificato un aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'aria delle città industriali (fino allo 0,04% e oltre) a causa dei prodotti della combustione dei carburanti.
L'anidride carbonica svolge un ruolo importante nella vita degli animali, poiché è uno stimolante fisiologico del centro respiratorio. Una diminuzione della concentrazione di anidride carbonica nell'aria inalata non rappresenta un pericolo significativo per l'organismo, poiché il livello richiesto della sua pressione parziale nel sangue è assicurato dalla regolazione dell'equilibrio acido-base. Al contrario, un aumento del contenuto di anidride carbonica nell'aria porta all'interruzione dei processi redox nel corpo. In tali condizioni, i processi ossidativi nel corpo vengono soppressi, la temperatura corporea diminuisce, l'acidità dei tessuti aumenta, il che porta a un pronunciato edema acidotico e alla demineralizzazione ossea. Un aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'aria allo 0,5% provoca un aumento della pressione sanguigna, un aumento della respirazione e della frequenza cardiaca. In una stanza con condizioni igieniche ottimali, il contenuto di anidride carbonica aumenta di non più di 2-3 volte rispetto all'aria atmosferica. Con una ventilazione insoddisfacente e alloggi affollati di animali, l'anidride carbonica può accumularsi in quantità 20-30 volte superiori al suo contenuto nell'aria atmosferica, che è dello 0,5-1% e superiore. La principale fonte di accumulo di anidride carbonica negli ambienti sono gli animali che, a seconda della specie, dell'età e della produttività, la emettono fino a 16-225 l/h.
Nell'aria degli edifici per l'allevamento, l'anidride carbonica non raggiunge una concentrazione tale da provocare un effetto tossico acuto sull'organismo. Tuttavia, l'esposizione a lungo termine (in condizioni di ricovero invernale) del corpo all'aria contenente più dell'1% di anidride carbonica può causare avvelenamento cronico degli animali. Tali animali diventano letargici, il loro appetito, la produttività e la resistenza alle malattie diminuiscono.
Gli indicatori della concentrazione di anidride carbonica nell'aria interna hanno un significato igienico indiretto. Dalla quantità di anidride carbonica presente nell'aria interna si può, in una certa misura, giudicare il suo stato sanitario e igienico nel suo insieme. Esiste una relazione diretta tra la concentrazione di anidride carbonica e il contenuto di vapore acqueo, ammoniaca, idrogeno solforato e microflora in esso contenuta.
La concentrazione massima consentita di anidride carbonica nell'aria dei locali per gli animali, a seconda della specie, dell'età e dello stato fisiologico, non deve superare il 15-0,25% e per gli uccelli - 0,15-0,20%.
Il monossido di carbonio (CO) si accumula nell'aria interna durante la combustione incompleta del carburante o quando al loro interno funzionano motori a combustione interna e la ventilazione è insufficiente.
Quando si distribuisce il mangime utilizzando la trazione di un trattore o di un'automobile, il contenuto di monossido di carbonio entro 10 minuti raggiunge 3 mg/m3, in 15 minuti - 5-8 mg/m3. La formazione di monossido di carbonio avviene quando si utilizzano riscaldatori elettrici con elementi riscaldanti aperti. Allo stesso tempo, le polveri organiche (mangime, lanugine, escrementi, ecc.), soprattutto durante il ricircolo dell'aria, a contatto con elementi riscaldanti, non bruciano completamente e saturano l'aria di monossido di carbonio.
Questo gas è velenoso. Il meccanismo dell'effetto tecnico è che sposta l'ossigeno dell'emoglobina, formando con esso un composto chimico stabile: la carbossiemoglobina, 200-250 volte più stabile dell'ossiemoglobina. Di conseguenza, l'apporto di ossigeno ai tessuti viene interrotto, si verifica ipossiemia, i processi ossidativi si riducono e i prodotti metabolici sottoossidati si accumulano nel corpo. L'avvelenamento è clinicamente caratterizzato da sintomi nervosi, respiro accelerato, vomito, convulsioni e coma. L'inalazione di monossido di carbonio in concentrazioni dello 0,4-0,5% provoca la morte degli animali dopo 5-10 minuti. Gli uccelli sono più sensibili al monossido di carbonio.
La concentrazione massima consentita di monossido di carbonio nell'aria degli allevamenti è di 2 mg/m3.
L'ammoniaca (NH3) è un gas velenoso incolore con un odore pungente che irrita fortemente le mucose degli occhi e delle vie respiratorie. Si forma durante la decomposizione di varie sostanze organiche che formano azoto (urina, letame). Di solito non è presente nell'atmosfera. Ci sono alte concentrazioni di ammoniaca nell'aria dei porcili se sono presenti pavimenti permeabili e sistemi fognari installati in modo improprio, a seguito dei quali l'ammoniaca e altri gas penetrano nella stanza dal serbatoio di raccolta del liquido.
Con l’aumento dell’umidità dell’aria e le basse temperature, l’ammoniaca viene fortemente assorbita dalle pareti, dalle attrezzature e dalla biancheria da letto, per poi essere rilasciata nuovamente nell’aria. La concentrazione di ammoniaca vicino al pavimento (nella zona in cui vivono i suini) è maggiore che vicino al soffitto. Il suo contenuto nell'aria interna superiore allo 0,025% è dannoso per gli animali. L'inalazione prolungata di aria contenente anche piccole concentrazioni di ammoniaca (0,1 mg/l) ha un effetto negativo sulla salute e sulla produttività degli animali.
L'inalazione prolungata di aria contenente basse concentrazioni di ammoniaca influisce negativamente sulla salute e sulla produttività degli animali. Dopo aver inalato brevemente aria contenente ammoniaca, il corpo se ne libera trasformandola in urea. L'esposizione a lungo termine a dosi non tossiche di ammoniaca non causa direttamente processi patologici, ma indebolisce la resistenza del corpo.
L'ammoniaca è altamente solubile in acqua, per cui viene assorbita dalle mucose degli occhi e delle vie respiratorie superiori, causando grave irritazione. Appare tosse, lacrimazione, seguita da infiammazione delle mucose del naso, della laringe, della trachea, dei bronchi e della congiuntiva degli occhi. Con un alto contenuto di ammoniaca nell'aria inalata (1000-3000 mg/m3), gli animali sperimentano spasmi della glottide, dei muscoli tracheali e bronchiali e la morte avviene per edema polmonare o paralisi respiratoria.
Quando l'ammoniaca entra nel sangue, converte l'emoglobina in ematina alcalina, a seguito della quale la quantità di emoglobina diminuisce e si verifica una carenza di ossigeno. Con l'inalazione prolungata di aria contenente ammoniaca, la riserva alcalina del sangue, lo scambio di gas e la digeribilità dei nutrienti si riducono. L'ingresso di grandi quantità di ammoniaca nel sangue provoca grave stimolazione del sistema nervoso centrale, convulsioni, coma, paralisi del centro respiratorio e morte. A concentrazioni più elevate, l'ammoniaca provoca avvelenamento acuto, accompagnato da una rapida morte degli animali.
La tossicità e l'aggressività dell'ammoniaca aumentano significativamente con un'elevata umidità dell'aria. In tali condizioni l'ammoniaca si ossida e si forma acido nitrico che, combinandosi con il calcio dell'intonaco delle pareti e di altre strutture circostanti (si forma nitrato di calcio), ne provoca la distruzione.
La concentrazione massima consentita di ammoniaca nell'aria dei locali per animali, a seconda del tipo e dell'età, è di 10-20 mg/m3.
L'idrogeno solforato (H2S) è un gas incolore e velenoso con un odore distinto di uova marce. Si forma durante la decomposizione delle sostanze proteiche e viene escreto dagli animali con gas intestinali. Appare nei porcili a causa della scarsa ventilazione e della rimozione prematura del letame. Questo gas può penetrare nella stanza dai collettori di liquidi se non dispongono di valvole idrauliche (serrande che bloccano il flusso di ritorno dei gas).
Nel periodo invernale-primaverile, a temperature ambiente fino a 10°C, la quantità di idrogeno solforato rientra nei limiti accettabili. In estate, sotto l'influenza di temperature dell'aria più elevate, la decomposizione delle sostanze organiche si intensifica e aumenta il rilascio di idrogeno solforato. La presenza di idrogeno solforato nell'aria indica un funzionamento improprio dei servizi igienici dell'edificio.
L'idrogeno solforato ha la capacità di bloccare gruppi di enzimi contenenti ferro. Il meccanismo d'azione dell'idrogeno solforato è che entra in contatto con le mucose delle vie respiratorie e il gas, combinandosi con gli alcali tissutali, forma solfuro di sodio o di potassio, che provoca l'infiammazione delle mucose. I solfuri vengono assorbiti nel sangue, idrolizzati e rilasciano idrogeno solforato, che colpisce il sistema nervoso. Il solfuro di idrogeno si combina con il ferro nell'emoglobina per formare solfuro di ferro. Privata del ferro cataliticamente attivo, l’emoglobina perde la sua capacità di assorbire ossigeno e si verifica una carenza di ossigeno nei tessuti.
Quando la sua concentrazione è pari o superiore a 20 mg/m 3 compaiono sintomi di avvelenamento (debolezza, irritazione delle mucose delle vie respiratorie, disfunzione degli organi digestivi, mal di testa, ecc.). A una concentrazione di 1200 mg/m 3 e oltre si sviluppa una grave forma di avvelenamento e, a causa dell'inibizione degli enzimi della respirazione tissutale, si verifica la morte degli animali. Sono stati descritti casi di avvelenamento mortale di persone con idrogeno solforato durante la pulizia dei pozzi di raccolta dei liquidi dei porcili.
La quantità massima consentita di idrogeno solforato nell'aria dei locali per animali non deve essere superiore allo 0,0026%. È necessario lottare in ogni modo possibile per la completa assenza di ammoniaca nell'aria interna.
La presenza di elevate concentrazioni di anidride carbonica, ammoniaca e idrogeno solforato indica una condizione antigenica del porcile. Il mantenimento di buone condizioni dell'aria interna si ottiene solitamente mantenendo diversi gruppi di età e di produzione di animali su lettiere asciutte cambiate quotidianamente o su pavimenti isolati con una pendenza verso i vassoi fognari. La corretta sistemazione degli animali e la pulizia regolare dei recinti, delle tane e delle aree di alimentazione sono di grande importanza.
Nell'aria circostante e nelle stanze è sempre presente vapore acqueo, la cui quantità varia molto a seconda delle condizioni climatiche, del tipo di animale e del tipo di stanza. L'aria negli edifici per l'allevamento contiene quasi sempre polvere, costituita da minuscole particelle di minerali, detriti vegetali, insetti e microrganismi viventi. La contaminazione della pelle animale con polvere insieme a sudore, cellule morte dello strato superiore della pelle e microrganismi è accompagnata da irritazione, prurito e processi infiammatori. La polvere intrappolata nelle vie respiratorie superiori spesso porta a malattie di questi organi.
L'aria degli allevamenti contiene spesso gas intestinali: indolo, scatolo, mercaptano, ammine (nitrosammine), che hanno un cattivo odore. Di norma, l'odore, soprattutto quello dei porcili, è così intenso che una cintura igienica (protettiva) larga 0,5-1 km o più dalle aree popolate non è sufficiente. Alcuni gas (nitrosammine) sono potenti agenti cancerogeni chimici e possono essere presenti nell'aria in concentrazioni relativamente elevate.
È necessario tenere conto del fatto che la qualità dell'aria nelle stalle non influisce solo sull'animale, ma anche sul personale che lo serve. La permanenza prolungata degli animali in locali con un significativo accumulo di gas nocivi nell'aria ha un effetto tossico sul corpo, riduce la loro resistenza e produttività. Pertanto, con un aumento del contenuto di ammoniaca nell'aria interna, l'aumento di peso dei bovini si riduce del 25-28%. I gas nocivi riducono la resistenza del corpo e contribuiscono alla diffusione di malattie non contagiose (rinite, laringite, bronchite, polmonite, cecità da ammoniaca dei polli, ecc.) E infettive (tubercolosi, ecc.). Il miglioramento della composizione del gas nell'aria si ottiene attraverso la corretta costruzione e funzionamento della ventilazione e delle fognature e il rispetto della densità di posizionamento degli animali. Una condizione importante è garantire l'impermeabilità dei pavimenti solidi, che impedisce la penetrazione dell'urina nel sottosuolo e la sua decomposizione. Con un sistema idraulico di rimozione del letame, nei canali del letame è contenuta una quantità significativa di gas nocivi. La concentrazione di ammoniaca in essi raggiunge più di 35 mg/m 3, idrogeno solforato - 23 mg/m 3, che è 2-3 volte superiore agli standard consentiti. A questo proposito, la rimozione dell'aria inquinata deve essere effettuata direttamente dai canali delle deiezioni dei fabbricati zootecnici. Metodi efficaci di deodorizzazione dell'aria sono l'irradiazione ultravioletta, l'ozonizzazione e la ionizzazione. Per questo scopo. Gli aerosol derivanti dagli estratti di aghi di pino sono stati testati con successo. La deodorizzazione in piccoli ambienti (apertura) viene effettuata con sostanze aromatiche in bombolette spray o soluzioni di prodotti chimici (permanganato di potassio, monocloruro di iodio, candeggina, ecc.).
