Гигиеническое нормирование атмосферных загрязнений

16

Содержание

1. Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и население

2. Научные основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений

3. Мероприятия по снижению загрязнения атмосферного воздуха

1. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И НАСЕЛЕНИЕ

Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору и фауну, на различного рода сооружения, транспортные средства и др. (табл. 1).

Возьмем для примера серу и ее соединения. Опасность выбросов сернистых соединений заключается прежде всего в поражении верхних дыхательных путей. Под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем, ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких дозах и продолжительном воздействии растительность погибает.

Так называемые кислотные дожди повышают кислотность почв. В итоге снижается эффективность применяемых минеральных удобрений на пахотных землях, из видового состава трав на пастбищах и сенокосах выпадают наиболее ценные.

Таблица 1. Антропогенные загрязнители и связанные с ними изменения в ней

Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушения зданий, сооружений, памятников истории и культуры, ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Установлено, что в промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.

Во многих городах мира сложилась весьма неблагоприятная экологическая обстановка: из-за загрязнения воздуха и воды значительно возросло количество различных заболеваний (злокачественные новообразования, гипертоническая болезнь, ишемия сердца, болезни органов пищеварения, кожи и др.). Поскольку в крупных городах основным источником загрязнения атмосферного воздуха является автотранспорт (50 - 75 % от общего количества выбросов), то его выбросы отрицательно воздействуют на здоровье городских жителей (табл. 2).

Увеличение задымленности воздуха ведет к ухудшению микроклимата городов: увеличению числа туманных дней, уменьшению прозрачности атмосферы, и, следовательно, к снижению видимости, освещенности, ультрафиолетовой радиации.

Утром 26 октября 1948 г. густой туман - смог - окутал город Донора (штат Пенсильвания, США). Из смеси тумана с дымом и копотью начала выпадать сажа, покрывшая дома, тротуары и мостовые черным покрывалом. Двое суток видимость была настолько плохой, что жители с трудом находили дорогу домой. Вскоре врачей начали осаждать кашляющие и задыхающиеся пациенты, жаловавшиеся на нехватку воздуха, насморк, резь в глазах, боль в горле и тошноту. В течение следующих четырех дней, пока не начался сильный дождь, заболело 5910 человек из 14 тыс. жителей города. Двадцать человек умерло. Погибло много собак, кошек и птиц.

Таблица 2. Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека

Лондонский смог (смесь дыма и тумана) 1952 г. за три-четыре дня погубил более 4 тыс. человек. Сам по себе туман не опасен для человека. Он становится вредным, когда чрезмерно загрязнен токсическими примесями. Английские специалисты определили, что смог 1952 г. содержал несколько тонн дыма и сернистого ангидрида.

Особенно тяжелое положение сложилось в Лос-Анджелесе, где с 30-х годов в теплое время года, как правило, летом и ранней осенью, стал появляться сухой туман с влажностью около 70%. Этот туман называется фотохимическим смогом.

Для него характерна желто-зеленая или сизая сухая дымка, а не сплошной туман. При смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домашние животные, главным образом собаки и птицы. У людей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Смог оказывает вредное влияние и на растения. Фотохимический туман вызывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта.

Основной причиной образования фотохимического тумана является сильное загрязнение городского воздуха газовыми выбросами предприятий химической промышленности и транспорта и главным образом выхлопными газами автомобилей. Фотохимический туман возникает в загрязненном воздухе в результате фотохимических реакций, протекающих под действием коротковолновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые выбросы. В процессе этих реакций возникают вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности. Основные компоненты фотохимического смога - фотооксиданты (озон, органические перекиси, нитраты, нитриты, пероксилацетилнитрат), оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, альдегиды, кетоны, фенолы, метанол и т.д.

Наличие неорганических соединений свинца в воздухе приводит к его увеличению в крови человека. Последнее ведет к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, и, следовательно, к нарушению обменных процессов в организме.

В настоящее время доказано, что среди химических загрязнений воздуха городов имеется большая группа веществ, обладающих канцерогенной активностью. В основном это ароматические углеводороды и в особенности бензпирен, присутствующие в несгораемых фракциях дыма (сажа), постоянно поступающих в атмосферу от домашних топок, промышленных предприятий, с выхлопными газами автотранспорта, особенно дизельного, и т.п. Проведенные исследования позволили установить, что заболеваемость раком легких у городских жителей выше, чем у сельских.

Радиоактивное загрязнение атмосферы отрицательно влияет на здоровье и наследственность растений, животных и человека: вызывает смертельно опасную лучевую болезнь. Ионизирующее излучение, воздействуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых и необратимых изменений, которые приводят к тем или иным биологическим последствиям, зависящим от величины воздействия и условий облучения. Первичным этапом - спусковым механизмом, инициирующим многообразные процессы, происходящие в биологическом объекте, является ионизация и возбуждение.

В простых веществах, молекулы которых состоят из одного и того же элемента (газы, металлы и т.д.), процессу ионизации сопутствует процесс рекомбинации. Ионизованный атом присоединяет к себе один из свободных электронов, которые всегда имеются в среде, в результате вновь образуется нейтральный атом. Возбужденный атом возвращается в нормальное состояние путем перехода электрона (или нескольких электронов в зависимости от характера возбуждения) с внешних электронных оболочек на более близко расположенные к атомному ядру. При этом происходит испускание одного или нескольких фотонов характеристического излучения. Таким образом, ионизация и возбуждение атомов простых веществ не приводит к каким-либо изменениям физико-химической природы облучаемой среды.

Иначе дело обстоит при воздействии ионизирующего излучения на сложные вещества, молекулы которых состоят из большого числа различных атомов. При ионизации и возбуждении сложных молекул происходит их диссоциация в результате разрыва химических связей. Это так называемое прямое действие ионизирующего излучения. Более существенную роль в формировании биологических последствий играет механизм косвенного действия ионизирующего излучения. Под косвенным действием излучения понимают радиационно-химические изменения в данном растворенном веществе, обусловленные продуктами радиолиза воды.

Известно, что в биологической ткани 60 - 70 % по массе составляет вода. В результате ионизации молекулы воды образуются свободные радикалы Н и ОН по следующей схеме:

Н₂О⁺ Н⁺ + ОН; Н₂О⁺ ОН + Н.

В присутствии кислорода образуются также свободный радикал гидроперекиси (НО₂) и перекись водорода (Н₂О₂), являющиеся сильными окислителями.

Получающиеся в процессе радиолиза воды свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка, ферментов и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму - токсины. Это приводит к нарушению жизнедеятельности отдельных функций и систем и организма в целом.

Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом и вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. В этом состоит специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты.

2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Атмосферный воздух, как уже отмечалось, принадлежит к числу основных компонентов ОПС. С чистотой воздуха связаны здоровье человека, состояние животного и растительного мира. Поэтому во многих странах придается большое значение охране атмосферного воздуха, его восстановлению и улучшению в целях создания наилучших условий для жизни людей.

Крупнейшее достижение бывшей советской гигиенической науки и одно из важных завоеваний советского профилактического здравоохранения - гигиеническое нормирование. Именно бывшему СССР принадлежит приоритет в разработке предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнений в атмосферном воздухе.

В 1949г. проф. В.А. Рязанов сформулировал основные критерии вредности атмосферных загрязнений:

Допустимой может быть признана только такая концентрация того или иного вещества в атмосферном воздухе, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение.

Привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемой концентрации.

Недопустимы такие концентрации вредных веществ, которые неблагоприятно влияют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения.

Решение вопроса о допустимом содержании атмосферных загрязнений основывается на представлении о наличии порогов в действии загрязнений. При научном обосновании ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе используют принцип лимитирующего показателя (нормирование по наиболее чувствительному показателю). Так, если запах ощущается при концентрациях, не оказывающих вредного влияния на организм человека и внешнюю среду, нормирование осуществляется с учетом порога обоняния. Если вещество оказывает на окружающую среду вредное действие в меньших концентрациях, то при гигиеническом нормировании учитывают порог действия этого вещества на внешнюю среду.

Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, в бывшем СССР были установлены (в настоящее время они действуют на территориях всех бывших республик СССР) два норматива: разовая и среднесуточная ПДК (табл. 3).

Максимально разовая ПДК устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин.), а среднесуточная - с целью предупреждения их резорбтивного (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др.) влияния.

Что касается разнообразия атмосферных загрязнителей, то еще в советский период были установлены ПДК для 600 химических веществ при изолированном действии и для 33 их комбинаций.

Максимально разовая ПДК атмосферных загрязнений устанавливается в процессе наблюдений над людьми, которые кратковременно (5 - 20 мин) вдыхают воздух с малыми концентрациями изучаемого вещества. Максимальная концентрация, используемая в наблюдениях, не должна превышать ПДК, установленную для воздуха производственных помещений. Это служит гарантией безопасности для человека таких исследований.

Таблица 3. Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов (мг/м³)

ПДК_С.С. - среднесуточная предельно допустимая концентрация; ПДК_М.Р. - максимальная разовая предельно допустимая концентрация.

Вначале определяют подпороговую концентрацию по запаху. Затем устанавливают пороговые и подпороговые концентрации по раздражающему действию на рецептивные зоны органов дыхания.

Чтобы установить среднесуточные ПДК атмосферных загрязнений, проводят токсикологический эксперимент с целью изучения резорбтивного действия конкретного вредного вещества. В эксперименте моделируются условия контакта человека с изучаемым веществом. Опыты проводятся на белых крысах, морских свинках и других лабораторных животных. Для изучения состояния органов и систем организма используются разнообразные физиологические, биохимические, гистохимические, морфологические и другие показатели.

Внедрение гигиенических нормативов эффективно только при регулярном контроле за их соблюдением - как государственном, так и ведомственном. За выполнением гигиенических нормативов следят органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения, Государственный комитет по гидрометеорологии и службы Министерства по чрезвычайным ситуациям и экологической безопасности.

Большое значение для санитарной охраны атмосферного воздуха имеет выявление новых источников загрязнения воздушного бассейна, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов городов, поселков и промышленных узлов, касающихся размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон.

Все эти нюансы отражены в «Законе об охране атмосферного воздуха», который был принят в Украине 16 октября 1992 г. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в 1964 г. рекомендовано различать четыре уровня опасности загрязнения воздуха: отсутствие влияния, раздражение, хронические заболевания и острые заболевания.

В ноябре 1979 г. в Женеве состоялось общеевропейское совещание на высоком уровне по проблемам в области охраны окружающей среды. На этом совещании представители 32 европейских государств, США и Канады подписали Конвенцию о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. В соответствии с этой Конвенцией представители государств должны принимать эффективные меры по борьбе с загрязнением атмосферного воздуха и распространением его на большие расстояния.

3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

В чем же должны заключаться мероприятия по борьбе с загрязнениями атмосферы?

Эти мероприятия можно разделить на три основные группы:

правильное сжигание топлива и очистные сооружения;

совершенствование технологии производства и модернизация автотранспорта;

улучшение планировки городов, сел и расширение зеленых насаждений.

Кратко рассмотрим каждую из перечисленных групп.

Сжигание топлива. В воздух попадает гораздо больше сернистого газа, копоти и других вредных примесей, когда при сжигании каменного угля в топку подается недостаточная струя воздуха и ослаблена тяга. Этим объясняется, что уголь, сжигаемый в промышленных топках, благодаря лучшему сгоранию и большей высоте труб дает во много раз меньше дыма и копоти, чем при сжигании в одноэтажных жилых домах. Наилучшие результаты дает переход на газифицированное теплоцентральное отопление.

Очистные сооружения. К их созданию прибегают в том случае, если в ходе технологических процессов в атмосферу выбрасываются в больших количествах какие-то вредные вещества. Обычно их сооружают с использованием разных методов очистки (механических, химических, электрических, комплексных). Есть методы грубой очистки - до 95-98% и тонкой - выше 99%. Очистка промышленных выбросов не только очищает (предохраняет) воздух от загрязнения, но также экономит сырье и дает дополнительную прибыль предприятиям. Улавливание и возврат (рекуперация) ценных продуктов из дымовых выбросов имеют как санитарное, так и важное народнохозяйственное значение.

Совершенствование технологии производства - это наиболее перспективный путь решения проблемы чистого воздуха. Оно должно осуществляться в направлении уменьшения выбросов в атмосферу и максимального использования отходов. В этом плане большого внимания заслуживают в последнее время разработки безотходных производственных циклов или работа предприятий в режиме замкнутого цикла.

Модернизация автомобиля. Для снижения токсичности выхлопных газов имеют значение следующие мероприятия:

Внедрение более совершенных конструкций карбюраторов, в которых регулятор разрежения способен эффективно снижать выброс токсичных веществ.

Перевод автомобилей на газообразное топливо (сжиженный газ).

Весьма перспективно также использование жидкого водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Добавлением к топливу присадок можно изменить ход реакций окисления углеводородов в сторону меньшего образования некоторых токсичных компонентов - окиси углерода, углеводородов, альдегидов, сажи и др.

Нейтрализация выхлопных газов путем установки нейтрализаторов вместо глушителей. Из всех предложенных устройств наиболее известны пламенные и каталитические нейтрализаторы.

Оздоровлению атмосферы способствует расширение перевозок пассажиров с помощью электрического транспорта (как наземного, так и подземного). Электрический транспорт избавляет население от лишнего шума и выхлопных газов.

Так как транспортный поток на улицах городов будет непрерывно возрастать, необходимо для снижения загазованности воздушной среды ограничить количество вредных продуктов, выделяемых каждым автомобилем, т.е. установить нормы выброса токсичных веществ с выхлопными газами.

Сокращение содержания свинца в горючем, т.е. отказ от использования этилированных бензинов или снижение количества свинца на 1 л горючего не должно превышать 0,4 г, но на практике в 1л горючего содержится более 1 г.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания. Еще в 1959 г. в США запатентован карбюратор с раздельным смесеобразованием. Так как температура в камере сгорания понижается, резко уменьшается и выброс оксида азота. Большого внимания заслуживают и форкамерные двигатели (с использованием процесса лавинной активизации горения).

Внедрение в производство легковых автомобилей с дизельными двигателями.

Разработка, внедрение в производство и более широкое использование электромобилей.

Улучшение планировки городов имеет огромное значение для поддержания чистоты воздуха. Заводы и фабрики теперь, как правило, строят за пределами города. Между жилыми кварталами и промышленными предприятиями создают защитные зоны для предохранения населения от дыма, газов, пыли, шумов, неприятных запахов. Включение в проекты городов тоннелей для машин и подземных переходов для пешеходов; сооружение транспортных развязок в разных уровнях для увеличения пропускной способности дорог и улучшения проветриваемости улиц и площадей; строительство автомагистралей в обход городов. Размещение жилой застройки по принципу зонирования: в первом эшелоне застройки - от магистрали - размещаются здания пониженной этажности, затем дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения; тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками - три-четыре ряда и более.

Большое значение имеет переориентация отдельных регионов или населенных пунктов с тяжелой экологической обстановкой на наиболее экологически чистые производства.

Зеленые насаждения очищают воздух городов от вредных примесей. Древесные растения, поглощая из воздуха содержащиеся в нем газообразные примеси и осаждая на своих надземных органах пылевидные частицы, выполняют роль биологических фильтров. Исследования показали, что в атмосфере, загрязненной сернистым ангидридом, наиболее целесообразно использовать для озеленения липу, клен остролистный и каштан конский. Имеются данные о поглощении растениями других вредных примесей - хлора, алканов, ароматических углеводородов, карбонильных соединений, эфиров, эфирных масел, фенолов. Большой фенолаккумулирующей способностью обладают шелковица белая, бузина красная, бирючина обыкновенная, сирень обыкновенная.

Воздушный бассейн - наиболее слабое и высоко загрязненное звено в биосфере Донбасса. Сегодня в Донецкой области атмосферу загрязняют 995 промышленных предприятий, около 380 тыс. грузовых и легковых автомобилей; 1290 котельных и 530 тыс. частных домостроений с печным отоплением. На заводах и шахтах области имеются более 49 тыс. стационарных источников выбросов. Из числа организованных источников загрязнения только 25,5 тыс. или 55 % оснащены пылегазоулавливающими установками.

Опасным источником загрязнения атмосферы является автомобильный транспорт. Сегодня по дорогам области двигается 30 тыс. грузовых автомобилей, 30 тыс. автобусов, специальных и служебных машин, более 265 тыс. индивидуальных легковых автомобилей и десятки тысяч мотоциклов.

520 тыс. т пыли и вредных газовых выбросов ежегодно дают частные домостроения с печным отоплением, где в качестве топлива в основном используется уголь худших сортов. В связи с этим не мешает помнить, что в каждой тонне угля кроме пыли (до 60 кг), сернистого ангидрида (50 кг) и окислов азота (8 кг) содержится: 300 г мышьяка, 100 г ванадия, 100 г кобальта, 500 г фтора, 100 г хрома, 100 г никеля, по 1 кг марганца и селена, по 50 г бериллия и свинца. Имеются также германий, ртуть, висмут, титан, молибден, цирконий, медь, цинк, олово, ряд редкоземельных элементов и радионуклидов.

В 1995 г. объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух стационарными источниками выделения в целом по области составил 2085,9 тыс. т, в том числе 1739,5 тыс. т газообразных и жидких и 346,4 тыс. т твердых веществ. Основными загрязнителями воздушного бассейна области являются предприятия угольной промышленности (877,7 тыс. т вредных выбросов, или 42% общего объема выбросов предприятиями области за год), электроэнергетики (628,6 тыс. т, или 30%) и металлургии (512,6 тыс. т, или 24,5%).

Наиболее загрязненными городами области являются Мариуполь, Донецк, Енакиево, Дебальцево, Макеевка.