В ВОЗДУХЕ

В результате антропогенной деятельности происходит загрязнение атмосферы, которое приводит к изменению химического состава атмосферного воздуха. Под загрязнением атмосферы понимают жидкие и твердые частицы и газообразные вещества, которые поступают в атмосферу вследствие бытовой и промышленной деятельности людей, а также физиологической жизни людей и животных.

Таким образом, загрязнением атмосферы называется изменение состава атмосферы в результате появления в ней примесей. Примесью считается рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Следовательно, к примесям относятся не только токсичные, но и нетоксичные вещества, например, уменьшающие прозрачность воздуха.

Загрязнение атмосферы происходит также и естественным путем. К числу примесей, которые выделяются естественными источниками, принадлежат: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, вследствие эрозии грунта, частички морской соли и т.п.): туман, дым, газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; разнообразные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и несущественно изменяется с течением времени.

Под влиянием атмосферных осадков, солнечной радиации, переноса воздушных масс, взаимодействия с гидросферой и литосферой и деятельности микроорганизмов, атмосферный воздух освобождается от посторонних примесей. Этот процесс называют самоочищением атмосферы. Тем не менее, в результате антропогенной деятельности выделяется такое количество загрязнений, что атмосфера уже не способна самоочищаться и происходит значительное накопление загрязняющих веществ в воздухе.

За последние десятилетия масштабы техногенных выбросов в атмосферу существенным образом возросли и по размерам приближаются к их естественным поступлениям, а по некоторым ингредиентам превышают их. В атмосферу выбрасывается все больше ксенобиотиков (веществ, несовместимых с живыми организмами) от которых она не успевает очищаться.

Степень загрязненности атмосферного воздуха оценивают по кратности превышения фактической концентрации загрязнителя по сравнению с нормой ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышения ПДК.

Следует подчеркнуть, что с позиций экологии ПДК вредных веществ имеют сигнал верхнего предела устойчивости организма, при превышении которого то или иное вещество (т.е. фактор) становится лимитирующим.

Все загрязняющие вредные вещества в токсикологии принято оценивать по их воздействию на организм. Наиболее характерными являются рефлекторные (органолептические) и токсические (резорбтивные) воздействия.

Рефлекторные реакции могут проявляться в форме ощущения запаха, световой чувствительности, изменения биоэлектрической активности головного мозга. Резорбтивное действие может быть общетоксическим, канцерогенным, мутагенным и т.п.

Запах – наиболее воспринимаемая форма загрязнения окружающей среды, обнаруживаемая нами при помощи обоняния. Около 50% всех жалоб на загрязнение воздуха связано с ощущением неприятных или тяжелых запахов.

Поэтому понятие «неприятный запах» приобретает определенный санитарно-гигиенический смысл. Неприятным запахом обладают многие вещества. Из 8 млн химических соединений, известных ныне, примерно

1/5 обладает неприятным запахом, а количество веществ, распознаваемых по запаху, близко к 100 тысячам. Неприятные запахи промышленных выбросов, как правило, обусловлены одновременным действием большого количества веществ. При этом определить непосредственно степень влияния каждого индивидуального компонента практически невозможно.

Одним из критериев нормирования запаха является порог ощущения запаха (ПОЗ), т.е. такая концентрация одоранта в воздухе, при которой запах не воспринимается органами обоняния человека. Значения ПОЗ для большинства неприятнопахнущих веществ значительно ниже допустимых концентрация этих веществ.

Для характеристики загрязнения воздуха неприятными запахами введено понятие единицы запаха (ЕЗ). За единицу запаха принято считать такое количество индивидуального пахучего вещества или смеси веществ, которое, будучи полностью растворенным в 0,0283м³ (в куб. футе) чистого воздуха, ощущается половиной тестируемых лиц из группы, включающей не менее 8 человек. Интенсивность запаха пробы загрязненного воздуха определяется числом объемов воздуха, необходимого для разбавления пробы до концентрации ПОЗ. Суммарный выброс неприятнопахнущих веществ, выраженный в единицах запаха, определяют произведением интенсивности запаха на объем выбрасываемого потока.

Интенсивность ощущаемого запаха пропорциональна логарифму отношения объема пахнущего вещества к объему воздуха, в котором этот одорант содержится. Из этого следует, что с увеличением концентрации в 10 раз интенсивность запаха увеличивается в 2 раза. Таким образом, соотношение между силой ощущения и концентрацией носителей запаха является достаточно сложным.

Эти обстоятельства вызвали необходимость устанавливать для загрязняющих воздух веществ два вида ПДК: максимальную разовую и среднесуточную. Размерность ПДК для воздуха – мг/м³.

Первая вводится с целью предупреждения негативных рефлекторных реакций при кратковременном воздействии и обозначается ПДК_м.р., а вторая – для предупреждения токсического действия – ПДК_с.с..

Максимальная разовая концентрация устанавливается из условия отсутствия рефлекторных реакций в организме при действии в течении 20 мин, и поэтому при контроле загрязненности воздуха такими веществами пробы берутся однократно в течение 20…30 мин. Таким образом, для тех веществ, которые оказывают немедленное, но временное раздражающее действие, устанавливают ПДК_м.р..

Для веществ, оказывающих резорбтивное действие ( см. выше) при накоплении в организме, устанавливают ПДК_с.с..

ПДК_с.с. – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация вредного вещества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания. При этом учитывается среднесуточная концентрация за год, а не в отдельные сутки.

Например, ПДК_с.с. для свинца устанавливается из расчета предотвращения накопления в организме такого количества вещества за 70 лет жизни человека, при котором начнет проявляться его отрицательное действие в виде сужения сосудов, разрушения нервной системы и др. явлений. При этом, если концентрация свинца в атмосфере воздуха в отдельные сутки значительно превышает ПДК_с.с., равную 0,0003 мг/м³, то это не является нарушением санитарных норм при условии, что в среднем за год она выдерживается в пределах нормативной величины.

С ПДК_с.с. сравнивают концентрации веществ, определяемые несколько раз в течение суток (обычно - 4 раза) При этом учитывают следующие обстоятельства.

Во-первых, из-за неустойчивости направлений ветра примеси могут присутствовать или отсутствовать в населенном пункте: ветер может быть направлен от источника выброса к населенному пункту или в сторону от него, Поэтому концентрации могут быть выше или ниже ПДК_с.с. в течение того или иного отрезка времени.

Во-вторых, вредные вещества могут обладать как рефлекторным, так и резорбтивным действием на организм. Например, то или иное вещество может оказать рефлекторное воздействие при значительно более низкой концентрации, чем резорбтивное. Таковы летучие вещества, обладающие резким запахом или раздражающим действием, например, аммиак, метилмеркаптан, сероводород. Другие вещества, не обладая раздражающим действием (не имея запаха, цвета), ядовиты при низких концентрациях, т.е. отравление, начинается раньше, чем человек способен ощутить присутствие этих веществ. Таким соединением является, в частности, угарный газ, для которого ПДК_с.с.=1,0 мг/м³.

Поэтому существует следующее правило: если рефлекторное действие токсиканта начинается при более низкой концентрации, чем резорбтивное, то ПДК_м.р.=ПДК_с.с.. Таким образом, для тех веществ, которые обладают немедленным раздражающим действием, а также свойствами накопления в организме, вызывающими патологические изменения, устанавливают ПДК_м.р. и ПДК_с.с., и при этом они равны между собой.

Если порог разового воздействия вещества на организм больше порога среднесуточного воздействия, то для вещества устанавливаются различные величины ПДК_м.р. и ПДК_с.с.. Т.е. если при более низкой концентрации начинается токсичное (отравляющее) действие, то ПДК_м.р. превышает ПДК_с.с. в 2-10 раз. Например, озон: ПДК_м.р.=0,16 мг/м³, ПДК_с.с.=0,03; SO₂: ПДК_м.р.=0,5 мг/м³, ПДК_с.с.=0,05; NO: ПДК_м.р.=0,4 мг/м³, ПДК_с.с.=0,06; хлорофос: ПДК_м.р.=0,04 мг/м³, ПДК_с.с.=0,02.

Для веществ, порог токсического воздействия которых на организм пока не известен, а также для особо опасных веществ устанавливают только ПДК_м.р. Для условий производственных помещений для всех нормируемых веществ устанавливаются только ПДК_м.р. Например, H₂SO₄ – ПДК_м.р=0,015; H₂S – ПДК_м.р=0,008 мг/м³.

Наряду с национальными ПДК существуют международные нормативы, рекомендуемые Всемирной организацией здравоохранения. Они близки к усредненным межнациональным нормативам.

Ряд вредных веществ, поступая в атмосферный воздух, превращается в другие вещества, часто более токсичные. При сравнении ожидаемых расчетных приземных концентраций с ПДК, проводимом с целью проверки достаточности предусмотренных мероприятий для защиты атмосферы, следует делать соответствующий пересчет. Например, оксиды азота в дымовых газах, поступающих в атмосферу с продуктами сгорания топлива, приблизительно на 97% состоят из оксида азота, для которого величина ПДК_м.р=0,4 мг/м³. В атмосферном воздухе около 80% NO самопроизвольно окисляется до NO₂, имеющего ПДК_м.р=0,085 мг/м³. Поэтому при сравнении с ПДК расчетную величину выбросов оксидов азота следует привести к NO и отдельно – к NO₂ с учетом поправки на увеличение молекулярной массы, происходящее вследствие окисления NO в NO₂.

Следует отметить, что находящийся в атмосфере диоксид азота под действием солнечного излучения может вступать в другие реакции:

где М – вещество, принимающее избыток энергии.

Аналогичным образом может происходить превращение SO₂ в SO₃

с последующим образованием паров серной кислоты.

Образующиеся при этом озон и кислоты характеризуются более высокой токсичностью и агрессивностью по сравнению с исходными соединениями. Это обстоятельство требует обязательного учета при определении приземных концентраций соответствующих веществ при их рассеивании в атмосфере.

Еще один пример трансформации химических соединений в атмосфере связан с фотохимическими реакциями фторхлоруглеродов. Так, в результате разложения фреонов под действием УФ-лучей образуется хлор, являющийся одним из разрушителей озонового слоя. При этом токсичность образующегося хлора (ПДК_м.р.= 0,1мг/м³) в 1000 раз превышает токсичность исходных фреонов (ПДК_м.р.=100 мг/м³).