Промышленной токсикологии
 Скачать 2.49 Mb.
|
|
4.2. Контроль состояния атмосферного воздуха Важнейшим звеном обеспечения качества атмосферного воздуха является система контроля его состояния, которая включает: наблюдение за состоянием воздуха и прогнозирование его изменений; установление и оценка источников загрязнения; предупреждение повышенного уровня загрязнений. Контроль качества воздуха населенных пунктов предусматривает организацию и функционирование стационарных, маршрутных и передвижных постов наблюдения за загрязнением атмосферы. Стационарный пост наблюдений предназначен для обеспечения непрерывной регистрации загрязняющих веществ (СО, SO2, NO2, аммиак, формальдегид, пыль и др.) и регулярных проб атмосферы для дальнейшего анализа. Отбор проб чаще всего осуществляется 4 раза в сутки в течение всего года. Полученные данные используются для расчета среднесуточной концентрации загрязняющих веществ за год Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в нескольких точках местности согласно временному графику. Передвижной пост предназначен для отбора проб под газовым факелом. При этом пробы должны отбираться по направлению ветра в точках пересечения оси факела и концентрических окружностей с радиусами: от 0,2 до 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15 и 20км. Размещение стационарных и маршрутных постов должно способствовать установлению максимальных концентраций загрязняющих веществ. Обычно посты размещают концентрическими кругами в точках пересечения с радиальными линиями, показывающими стороны света. В центре круга должен находиться источник загрязнения. Минимальное количество постов зависит от численности населения города: Численность, млн чел. 0,5…1,0 1…2 >2 Количество постов, шт. 5…10 10…15 15…20 При определении приземных концентраций отбор проб осуществляется на высоте 0,5…3,5м от уровня земли. Наблюдения по полной программе проводят ежесуточно в 1, 7, 13 и 19 часов по местному времени. При неблагоприятных метеорологических условиях наблюдения выполняют каждые 3 часа. Продолжительность отбора проб при определении разовых концентраций – 20 мин. В крупных городах Украины контроль состояния атмосферного воздуха осуществляют с помощью автоматизированных систем качества воздуха. Наличие непрерывной информации о состоянии атмосферного воздуха в таких городах позволяет оперативно принимать необходимые меры для устранения чрезмерных загрязнений путем снижения выбросов загрязнителей промышленных предприятий и потоков автотранспорта. 4.3. Эффект суммации и его учет В реальных условиях производства в выбросах и сбросах предприятий (а, следовательно, в атмосферном воздухе и водных объектах) присутствует не одно, а смесь различных загрязняющих веществ. В воздухе населенного пункта, например, могут содержаться вещества от разных предприятий, ТЭС, транспорта. Многие из этих веществ обладают сходным токсическим действием на организм человека, а значит, в подобных случаях суммарная концентрация таких веществ может превышать предельно допустимую для каждого в отдельности. Кроме того, ряд соединений обладают синергетическим эффектом, т.е. токсичность одного в присутствии другого усиливается. Эффект синергизма хорошо виден на следующем примере: диоксид серы ослабляет защитные механизмы дыхательной системы и тем самым делает организм более восприимчивым к канцерогенам, и неблагоприятное воздействие от их совместного присутствия возрастает примерно в два раза. Это явление называют эффектом суммации вредного воздействия, и его необходимо учитывать при нормировании как содержания, так и поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. Эффектом суммации при совместном присутствии обладают, в частности: ацетон и фенол; диоксид азота, озон и формальдегид; оксид углерода, диоксид азота и формальдегид; диоксид серы, оксид углерода, фенол и пыль; диоксид азота, диоксид серы и аммиак; диоксид серы и фенол; диоксид азота и диоксид серы. Перечень наиболее распространенных загрязнителей атмосферного воздуха, обладающих эффектом суммации, приведен в табл. 4.1. Таблица 4.1 – Перечень некоторых веществ, для которых необходим учет эффекта суммации ( + ) в атмосферном воздухе
Рассмотрим следующий пример. Допустим, что в воздухе населенного пункта одновременно присутствуют диоксид азота и диоксид серы в концентрациях 0,06 и 0,04мг/м3 соответственно. Установленные для них ПДК составляют 0,085 и 0,05мг/м3 соответственно. Следовательно, концентрация каждого вещества отвечает нормативу ПДК. Но их суммарная концентрация составляет 0,06+0,04=0,1 мг/м3, т.е. превышает ПДК для каждого из них в отдельности, а, следовательно, и уровень загрязнения воздуха превышает допустимую норму. Поэтому известное условие: СПДК следует записать в иной форме, которая учитывает эффект суммации: С/ПДК1. Совершенно очевидно, что, сколько бы вредных веществ ни присутствовало в воздухе одновременно, последнее условие должно строго соблюдаться. Таким образом, качество воздуха будет отвечать установленным нормативам, если  (4.1)где С1, С2,….Сn – концентрация вредных веществ, обладающих эффектом суммации; ПДК1, ПДК2,…ПДКn – соответствующие им предельно допустимые концентрации. Уравнение (4.1) показывает, что сумма отношений концентраций вредных веществ, обладающих эффектом суммации, к соответствующим им ПДК не должна превышать единицы. Поэтому в приведенном выше примере в соответствии с уравнением (4.1) концентрация NO2 не должна превышать 0,045 мг/м3, SO2 – 0,023 мг/м3. Только в этом случае сумма отношений С/ПДК для этих соединений окажется меньше единицы:  и качество воздуха будет соответствовать установленным нормативам. Аналогичным образом эффекты суммации учитывают и для водных объектов. Вместе с тем, следует заметить, что суммарные ПДК не отражают реальную норму эффекта, вызываемого воздействием тех же токсичных веществ на организм человека, поскольку они вычисляются расчетным путем, исходя из соотношения наблюдаемой концентрации загрязнителей и принятыми для них ПДК. Для исправления этого недостатка предлагают использовать другие показатели. Так, для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:  (4.2)где qi – средняя за год концентрация і-го вещества в воздухе; Аі – коэффициент опасности і-го вещества, обратный ПДК этого вещества: Аі=1/ПДКі; Сі – коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: Сі=1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов опасности (сведения о классах опасности веществ приведены в разделе 7). Индекс Іm является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для m=5 – т.е. наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других входят такие веществ, как диоксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, 3,4-бензпирен, пыль. Значение индекса Іm изменяется от долей единицы до 15…20 – чрезвычайно опасных уровней загрязнения. Высокий индекс загрязнения имеют такие города Украины, как Кривой Рог, Мариуполь, Запорожье, Днепродзержинск, Алчевск. Кроме того, чтобы определить состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, которые действуют одновременно, очень часто используют комплексный показатель – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Для его расчета, нормированные на соответствующие значения ПДК, средние концентрации примесей с помощью расчетов приводят к концентрации SO2  а полученные значения Кі складывают. Полученный таким образом показатель ИЗА указывает, в сколько раз суммарный уровень загрязненности атмосферы несколькими веществами превышает ПДК двуокиси серы. Для каждого населенного пункта определен конкретный перечень пяти приоритетных примесей, по которым рассчитывается индекс загрязнения атмосферы ИЗА5. 4.4. Раздельное нормирование и классификация ПДК В соответствии с раздельным нормированием уровней загрязнения воздуха в рабочих зонах и населенных пунктах устанавливаются различные требования к уровню загрязнения в пределах площадок предприятий и в районах жилой застройки. С учетом рассеивания концентрации вредных веществ не должны превышать: а) в воздухе на территории предприятия 30% от ПДКр.з. (ПДКп.п.0,3 ПДКр.з.); б) в воздухе населенных пунктов – ПДКм.р. и ПДКс.с.; в) в воздухе населенных пунктов с населением более 200 тыс. чел. и в курортных зонах – 80% от ПДКм.р. (рис. 4.1.).  Рис. 4.1 – Классификация ПДК При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других, ранее построенных и действующих предприятий, необходимо нормировать их выбросы с учетом уже присутствующих в воздухе примесей. Их содержание рассматривается в качестве фоновой концентрации – Сф. Если имеется несколько источников выбросов вредных веществ, то требования к качеству воздуха определяются следующим образом: на территории предприятия  , (4.3.)для воздуха населенного пункта  , (4.4.)где Сi – концентрация вредного вещества, поступающего от i-го источника; Сmi – наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника, N – число источников, через которые данное вредное вещество поступает в воздушный бассейн. Если в атмосферном воздухе присутствуют выбросы нескольких (К) веществ, обладающих эффектом суммации, то необходимо переходить к безразмерным концентрациям qi. Условия санитарных норм будут выполнены, если  . (4.5.)Анализ изменения ПДК за длительный период показывает, что они постоянно ужесточаются в результате установления более низких ПДК для отдельных веществ, расширения групп суммации и, следовательно, уменьшения допустимой концентрации для веществ, входящих в группы суммации, при их одновременном присутствии в воздухе. С учетом сказанного ПДК для целого ряда веществ уменьшилось от 2 до 10 раз. И хотя эта тенденция достаточно устойчива, вряд ли она будет способствовать прогрессу в области нормирования и управления качеством природной среды. В ряде случаев (т.е. в отдельных технологических процессах!) определенный уровень выбросов неизбежен и ужесточение норм ПДК никакого практического эффекта не даст. 4.5. Расчетные методы определения ПДК Установление ПДК каждого отдельного вещества требует продолжительных экспериментальных исследований, тогда как новые химические соединения и их комбинации получают, синтезируют и внедряют в производство значительно быстрее. Для устранения этого разрыва во времени используют расчетные методы определения ПДК, которые позволяют прогнозировать токсическое действие химических соединений, исходя из их физико-химических характеристик и результатов простейших токсикологических исследований. Для многих веществ, загрязняющих воздух, ориентировочные значение ПДК, рассчитанные с помощью регрессивного анализа, оказались весьма близки к нормативным, определенным экспериментально. Для расчета ПДК вредных веществ в воздухе производственных помещений рекомендованы формулы, выведенные на основании регрессивного анализа с использованием показателей их токсичности и некоторых физико-химических констант этих веществ. Для расчета ПДКр.з. летучих органических веществ Лойт (1964) предложил формулу  где М – молярная масса вещества, ЛК50 – летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50% подопытных животных, мг/л. Ближе к указанным значениям ПДК их ориентировочные величины, рассчитанные по формуле Люблиной и Голубева (1970), полученной при использовании физико-химических констант:  При расчете ПДКр.з. неорганических газов и паров можно воспользоваться другой формулой  Разумеется, расчетные методы не могут заменить экспериментальные величины ПДК, в особенности для веществ, обладающих выраженным специфическим действием, но совершенствование математических методов установления ПДК и привлечение к регрессивному анализу большего числа исходных показателей повысит его роль в прогнозировании допустимых пределов содержания в воздушной среде опасных для здоровья химических ингредиентов. Для атмосферного воздуха населенных мест существующий принцип нормирования предусматривает установление двух типов ПДК – максимальных разовых и среднесуточных (ПДКм.р. и ПДКс.с., соответственно). Для первой из этих величин Кротов предложил уравнения простой линейной регрессии, позволяющие на основании знания порогов обонятельного ощущения, светочувствительности глаза и биоэлектрической активности коры головного мозга рассчитывать ориентировочные значения ПДКм.р. атмосферных загрязнений:  где х1 – порог обоняния для наиболее чувствительных людей, мг/м3; х2 – порог световой чувствительности глаза, мг/м3; х3 – порог действия на биоэлектрическую активность коры головного мозга, мг/м3. Данные, полученные при сопоставлении наиболее чувствительного из порогов, позволили вывести суммирующее уравнение:  где х4 – пороговые данные по наиболее чувствительному рефлекторному тесту, мг/м3. Среднесуточные ПДК атмосферных загрязнений предусматривают такие концентрации загрязняющих веществ, которые безвредны даже при их круглосуточном вдыхании с воздухом. Для расчета ПДКс.с. малотоксичных веществ с выраженным рефлекторным действием можно использовать простое линейное уравнение, где в качестве переменной величины использован порог обонятельного ощущения х:  Полученные по этой формуле величины ПДКс.с. хорошо совпадают с установленными экспериментально. Спыну и Иванова, сопоставили ПДКр.з. и ПДКс.с. для 30 токсичных веществ, главным образом, пестицидов, и предложили уравнение  с достаточно высоким коэффициентом корреляции (r=0,69). Кротов выполнил аналогичные исследования для 75 веществ и получил близкое уравнение:  Приведенные выше уравнения могут быть использованы для предварительной оценки токсичности химического загрязнения атмосферы. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||