Показатели качества и нормирование примесей в атмосферном воздухе

     Почти все загрязняющие вещества, которые  первоначально попали в атмосферу, в конечном итоге оказываются  на поверхности суши и воды. Оседающие  аэрозоли могут содержать ядовитые тяжелые металлы – свинец, ртуть, медь, ванадий, кобальт, никель. Обычно они малоподвижны и накапливаются  в почве. Но в почву попадают с  дождями также кислоты. Соединяясь с ним, металлы могут переходить в растворимые соединения, доступные  растениям. В растворимые формы  переходят также вещества, постоянно  присутствующие в почве, что иногда приводит к гибели растений.

     Использованная  человеком вода в конечном счете возвращается в природную среду. Но, кроме испарившейся, это уже не чистая вода, а бытовая, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, обычно не очищенные или очищенные недостаточно.

     В наибольшей степени загрязнению  подвергается самый верхний слой литосферы — почвы — в связи  с применением в больших дозах  удобрений, пестицидов на сельскохозяйственных угодьях, внесением вредных веществ  с ирригационными водами, накоплением  отходов промышленности, полеводства  и животноводства, антисанитарным состоянием многих населенных пунктов, выпадением атмосферных загрязнителей, например тяжелых металлов. На поверхность  почв могут выпадать кислые дожди  и радиоактивная пыль, наблюдается  загрязнение патогенными организмами. Опасно загрязнение выхлопными газами автомобилей, содержащими свинец, углеводороды, оксиды азота и др.

     Среди загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, ванадий, хром, цинк, медь, никель, селен  и др.), а также мышьяк — отходы различных производств, в особенности  металлургической и машиностроительной промышленности. Тяжелые металлы попадают в почву при сжигании топлива, с выхлопными газами автомобилей. Радионуклиды загрязняют почву в результате аварий на атомных электростанциях, ненадежного захоронения радиоактивных отходов. Почву могут загрязнять минеральные удобрения, особенно азотные, если их вносят в избыточных дозах.

     Основная  часть источников загрязнения имеет  локальное действие, меньшая —  региональное (опасность загрязнения  составляет несколько сотен километров) и глобальное (в тех случаях, когда  загрязняющие вещества попадают в почву  из воздуха или когда минеральные  удобрения используют на больших  площадях). Промышленное загрязнение происходит в основном через атмосферу, на поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, сажа, растворимые вещества, принесенные с дождем, снегом. Загрязнители поступают из дымовых труб, вентиляционных каналов, путем развеивания терриконов, отвалов, со сточными водами.

     Все почвенные загрязнители включаются в пищевые цепи и с продуктами питания или водой попадают в  желудочно-кишечный тракт человека. 

     3. Показатели качества и нормирование примесей в атмосферном воздухе 

     Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.

     Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ  как в производственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научно-исследовательских институтов и т.п.), так и в селитебной зоне (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) населенных пунктов. Основные термины и определения, касающиеся показателей загрязнения атмосферы, программ наблюдения, поведения примесей в атмосферном воздухе определены ГОСТом 17.2.1.03-84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения.

     Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) - концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

     Как следует из определения, ПДК_рз представляет собой норматив, ограничивающий воздействие вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установленного трудовым законодательством. Совершенно недопустимо сравнивать уровни загрязнения селитебной зоны с установленными ПДК_рз, а также говорить о ПДК в воздухе вообще, не уточняя, о каком нормативе идет речь.

     Предельно допустимая концентрация максимально  разовая (ПДК_мр) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека. 

     Таблица 1 - Соотношение различных видов ПДК в воздухе для некоторых веществ

     Понятие ПДК_мр используется при установлении научно-технических нормативов - предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ. В результате рассеяния примесей в воздухе при неблагоприятных метеорологических условиях на границе санитарно-защитной зоны предприятия концентрация вредного вещества в любой момент времени не должна превышать ПДК_мр.

     Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК_сс) — это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДК_сс рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДК_сс может выступать в качестве «эталона» для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.

     Предложен ряд комплексных показателей  загрязнения атмосферы (совместно  с несколькими загрязняющими  веществами); наиболее распространенным и рекомендованным методической документацией Госкомэкологии, является комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Его рассчитывают как сумму нормированных по ПДК_сс и приведенных к концентрации диоксида серы средних содержаний различных веществ.

     Для сопоставления данных о загрязненности несколькими веществами атмосферы  разных городов или районов города комплексные индексы загрязнения  атмосферы должны быть рассчитаны для  одинакового количества примесей. При  составлении ежегодного списка городов  с наибольшим уровнем загрязнения  атмосферы для расчета комплексного индекса используют значения единичных  индексов тех пяти веществ, у которых  эти значения наибольшие.

     В последнее время растет число  публикаций, описывающих эффекты  действия загрязняющих веществ на биоту, в том числе атмосферных примесей на растительность. Так, установлено, что хвойные породы деревьев, лишайники чувствительнее прочих видов реагируют на присутствие в воздухе кислых газов, в первую очередь, сернистого ангидрида. Исследователи предлагают установить предельно допустимые концентрации для диких видов с тем, чтобы использовать эти нормативы при оценке ущерба и ограничении воздействия на особо охраняемые природные объекты. Однако широкое применение чувствительность растений нашла лишь в биологическом мониторинге; экологическое нормирование состояния атмосферного воздуха на практике фактически не реализовано.

     В большой степени загрязненность воздуха связана с почвенной  и растительной пылью. Загрязнение  воздуха почвенной пылью особенно актуально для населенных пунктов, расположенных в зоне действия суховеев в пустынных или полупустынных  местностях. Почвенная пыль этих районов  на 70—80% состоит из минеральных соединений с высоким содержанием свободного диоксида кремния. В атмосферном  воздухе постоянно присутствуют пыльца растительная, споры грибов, бактерии. Такая пыль может быть причиной аллергических заболеваний (поллинозы). В период цветения растений отмечается рост числа аллергических  ринитов.

     Большую роль в освобождении атмосферы от взвешенных веществ играют естественные процессы самоочищения, среди которых  существенное значение имеет разбавление  загрязнений конвекционными потоками воздуха у поверхности Земли. Циклоническая деятельность тропосферы, ее большой объем создают благоприятные  условия для перемешивания воздушных  масс и снижения концентраций взвешенных веществ. Существенным элементом самоочищения атмосферы является выпадение из воздуха крупных частиц пыли и  сажи (седиментация). С подъемом на высоту количество пыли уменьшается; на высоте 7—8 км от поверхности Земли пыль земного происхождения отсутствует. Значительную роль в процессах самоочищения играют атмосферные осадки, увеличивающие  количество осевшей сажи и пыли. На содержание пыли в атмосферном  воздухе влияют метеорологические  условия и дисперсность аэрозоля. Крупнодисперсная пыль с диаметром  частиц более 10 мкм быстро выпадает, мелкодисперсная пыль с диаметром  частиц менее 0,1 мкм практически  не выпадает и находится во взвешенном состоянии.

     Однако  степень естественного загрязнения  атмосферного воздуха незначительна  по сравнению с уровнем его  искусственного загрязнения, масштабы которого с каждым годом увеличиваются. Атмосферными загрязнениями принято  называть те примеси к атмосферному воздуху, которые образуются не в  результате естественных процессов  в природе, а связаны с деятельностью человека. За последние десятилетия появились новые технологические процессы, которые ведут к поступлению в окружающую среду все новых вредных веществ.

     Основными токсичными веществами, которые постоянно  обнаруживаются в атмосферном воздухе, являются оксиды серы, азота, оксид  углерода, оксиданты, а также пыль различного состава. Кроме указанных соединений, обнаруживаются высокотоксичные соединения, образующиеся в результате трансформации веществ химическим или фотохимическим путем; отмечено, что на процессы трансформации активно влияют УФ-излучение, присутствие озона, высокая влажность воздуха. Например, диоксид серы (сернистый газ) окисляется в триоксид, который с влагой воздуха образует аэрозоли серной кислоты. Накопление серной кислоты в атмосфере приводит к выпадению «кислотных дождей», особенно характерных для промышленных районов северной части Западной Европы. Под влиянием УФ-излучения диоксид азота разлагается на оксид азота и атомарный кислород. Окисление углеводородов олефинового ряда (гептан, гексан, гексен и др.) приводит к образованию высокотоксичных соединений — пероксиацилнитрата (ПАН) и пероксибензоилнитрата. Эти вещества в сочетании с оксидами азота приводят к образованию «фотохимического смога».

     Источниками массивного загрязнения атмосферного воздуха являются выбросы промышленных предприятий и работающего автотранспорта. Наиболее мощным источником загрязнения  воздушной среды является промышленность, в частности крупные теплоэлектростанции, работающие на низкосортном, пылевидном топливе. Их выбросы составляют до 27% от всех выбросов в атмосферу. В результате сжигания топлива в воздух выбрасываются  зола, сажа, разнообразные газообразные продукты.

     По  объему вредных выбросов далее следуют  предприятия черной и цветной  металлургии (24 и 10% соответственно). На долю автотранспорта в городах приходится свыше 60% от всей суммы вредных выбросов. Выхлопные газы автотранспорта содержат большое количество различных компонентов, среди которых значительное место занимают оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, свинец, сажа и др. В нашей стране приняты среднесуточные ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе, служащие для предотвращения хронического действия загрязнителя на здоровье людей. Для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием, устанавливаются также максимальные разовые ПДК.⁶

     Используется еще один важный показатель — предельно допустимый выброс (ПДВ). ПДВ — это научно-технический норматив, устанавливаемый для каждого источника выброса, который обеспечивает соблюдение ПДК в атмосферном воздухе населенного пункта. Этот норматив, позволяющий контролировать величины выброса в атмосферу отдельных предприятий, является, таким образом, величиной, производной от ПДК; последняя остается основой оценки качества атмосферного воздуха.