3 курс / Гигиена / Гигиена воздуха

а) опытный район, где уровни загрязнения атмосферного воздуха превышают установленные ПДК.

б) контрольный район № 1, где загрязнения находятся в пределах ПДК или близко к ним.

в) контрольный район № 2, где загрязнение существенно ниже ПДК, т. е. истинный контрольный район.

Хроническое воздействие загрязнений атмосферы является наиболее частым и неблагоприятным. Также выделяют:

раздражающее действие. Могут поражаться верхние дыхательные пути с развитием ларингитов, трахеитов, ринитов. Поражаются легкие – хронические бронхиты, пневмонии с развитием эмфиземы, дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточностью. Наблюдается поражение слизистой оболочки глаз с возникновением конъюнктивитов, кератитов, а также заболевания кожи (дерматиты);

рефлекторные реакции. Загрязнение атмосферного воздуха может вызывать различные рефлекторные реакции, обусловленные раздражением рефлекторных зон. Эти реакции проявляются кашлем, тошнотой, головной болью, выраженность которых коррелирует с уровнем загрязнения воздуха. Рефлекторные реакции влияют на регуляцию дыхания, деятельность сердечно-сосудистой системы и других систем. Раздражение рецепторов слизистой оболочки носа может вызывать сужение бронхов и голосовой щели, брадикардию, приводить к снижению объема сердечного выброса. Рефлексы с глотки могут обуславливать сильное сокращение диафрагмы, наружных межреберных мышц. При раздражении гортани и трахеи возникает кашлевой рефлекс, происходит сокращение гладких мышц бронхов, а раздражение рецепторов внутрилегочных бронхов может вызывать гиперпноэ, бронхоконстрикцию, сокращение мышц гортани;

аллергенное действие. Возникают заболевания органов дыхания (бронхиальная астма, аллергический бронхит), кожи (аллергодерматозы), слизистой оболочки глаз (аллергический конъюнктивит). Описана «йокогамская бронхиальная астма», по месту действия промышленных выбросов. Возникновение данного заболевания обусловлено действием бифенилов. В качестве аллергенов выступают органические, неорганические вещества, ПАУ;

канцерогенное действие. Канцерогенами являются 3,4-бенз(а)пирен, мышьяк, асбест, бензол, никель и другие соединения. При поступлении данных веществ в организм у человека могут возникать злокачественные новообразования различной локализации;

41

тератогенное действие. Вещества, загрязняющие воздух, могут провоцировать возникновение у плода врожденных дефектов развития;

мутагенное действие. Возникают генеративные (происходят в половых клетках и в этом случае передаются последующим поколениям) и соматические (происходят в соматических клетках, наследуются при вегетативном размножении и могут явиться причиной развития злокачественных опухолей) мутации;

эмбриогенное действие. Атмосферные загрязнения могут быть причиной невынашивания беременности и прерыванию ее на ранних сроках;

общетоксическое действие. В результате воздействия атмосферных загрязнений у человека повышается общая заболеваемость, в том числе заболеваниями сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, опорно-двигательного аппарата, эндокринной системы, уменьшается продолжительность жизни;

фотосенсибилизирующее действие. Вещества, загрязняющие воздух, повышают чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению. Избыточное поступление ультрафиолетовых лучей может оказать канцерогенный, мутагенный, общетоксический эффект, вызвать фотоофтальмию и фотохимический ожог.

8.ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В

АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

8.1. Методика обоснования ПДК в атмосферном воздухе

Тысячи химических веществ (и число их постоянно растет) используются и выпускаются промышленностью. Многие из них не разлагаются на более простые безвредные продукты, а накапливаются в атмосфере и преобразуются в еще более токсичные продукты. Большое число соединений, в особенности продукты неполного сгорания, попадают в атмосферу, включаются в происходящие в ней процессы, и подобно бумерангу возвращаются к человеку, проникая через дыхательные пути.

В настоящее время существует два подхода в методике санитарной охраны атмосферного воздуха.

1.Достижение наилучших практических результатов от проведения мероприятий. Основа их – совершенная технология производства. Это наиболее эффективный, но в то же время дорогостоящий подход.

2.Управление качеством воздушной среды. Сущность его состоит в гигиеническом нормировании, что и является в настоящее время основой охраны атмосферного воздуха.

42

Этот подход имеет несколько концепций. Одна концепция заключается в нормировании вредных компонентов в сырье и является неудачной, так как не обеспечивает уровня безопасных концентраций в атмосферном воздухе. Другая

– установление предельно допустимого выброса (ПДВ) для каждого предприятия и на основе ПДВ – стабилизация предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязнений. Это на сегодняшний день является одним из наиболее действенных средств охраны воздуха.

ПДК – это концентрации, которые не оказывают на человека ни прямого, ни косвенного вредного и неприятного действия, не снижают его трудоспособности, не влияют отрицательно на его самочувствие и настроение.

Однако следует иметь в виду, что не только превышение ПДВ, но даже соблюдение его величины не всегда может рассматриваться как оптимум. Установленные в настоящее время значения ПДК, как правило, обеспечивают безопасность окружающей среды, для здоровья исходя из научных знаний сегодняшнего дня. Анализ же изменений значений ПДК за последние годы свидетельствует об их относительности – они пересматривались в большинстве случаев в сторону уменьшения. Таким образом, представление об их полной безвредности следует считать условным.

Основные принципы гигиенического нормирования вредных веществ в атмосферном воздухе сформулированы В.А. Рязановым, ученым-гигиенистом XX века, который является основоположником научного обоснования и создания санитарного законодательства по охране атмосферного воздуха населенных мест. ПДК по нормативам должна быть:

1)ниже порога острого и хронического воздействия на человека, животных и растительность;

2)ниже порога запаха и раздражающего действия на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей;

3)значительно ниже ПДК, принятых для воздуха производственных помещений.

Необходимо учитывать сведения о заболеваемости и жалобы населения в зоне влияния выбросов, которые не должны оказывать влияния на бытовые и санитарные условия жизни, а также не вызывать привыкания организма.

ПДК служит масштабом, по которому судят, насколько существующее загрязнение превышает допустимый предел. Они дают возможность обосновать необходимость тех или иных мероприятий для санитарной охраны атмосферного воздуха и проверить эффективность этих мероприятий. В основе нормирования лежат принципы пороговости и этапности.

43

ПДК загрязнений в атмосферном воздухе устанавливаются по двум показателям – максимально-разовым (ПДКм.р.) и среднесуточным (ПДКс.с.). Наиболее важные среднесуточные концентрации, превышение которых указывает на возможное неблагоприятное токсическое действие регламентируемых веществ. Максимально-разовые концентрации устанавливаются для веществ, обладающих преимущественно раздражающим или рефлекторным действием (рис. 12).

В то время как в большинстве зарубежных стран для установления стандарта учитываются главным образом эпидемиологические данные о влиянии загрязнений атмосферного воздуха на здоровье населения, в нашей стране доминирует экспериментальный подход. Проведение эксперимента с точно заданными условиями не только обеспечивает большую точность полученных данных, но и позволяет устанавливать контролирующие показатели, не дожидаясь появления неблагоприятных последствий для здоровья населения.

Анализ первичной информации о веществе и его аналогах

Рис. 12. Схема установления ПДК химических веществ в атмосферном воздухе

На первом этапе эксперимента изучаются пороговые концентрации рефлекторного действия – порог запаха и в некоторых случаях порог раздражающего действия. Эти исследования проводятся с волонтерами на специальных установках, обеспечивающих подачу в зону дыхания строго дозируемых концентраций химических соединений. В результате статистической обработки полученных результатов устанавливается пороговая величина. Эти материалы затем используются для обоснования максимальноразовой ПДК.

44

На втором этапе исследований изучается резорбтивное действие соединений в условиях длительных экспозиций на подопытных животных (обычно беспородных белых крысах) с целью установления среднесуточной ПДК. Хронический эксперимент в специальных затравочных камерах длится не менее 4 месяцев. Животные должны находиться в камерах круглосуточно.

Важным моментом является выбор исследуемых концентраций. Обычно выбирают три концентрации: первая на уровне порога запаха, вторая в 3–5 раз выше и третья в 3–5 раз ниже. Если исследуемое вещество не обладает запахом, то концентрации для токсикологического эксперимента рассчитывают по формулам, опирающимся на регламентируемые гигиенические, токсикометрические показатели или на физико-химические параметры и особенности структуры вещества.

При проведении эксперимента производится отбор тестов, адекватных механизму действия изучаемого соединения, а также интегральных тестов, характеризующих проявление защитно-приспособительных реакций. ПДК атмосферных загрязнений устанавливаются по лимитирующему показателю – по уровню концентрации, который оказался наименьшим при использовании различных тестов. В качестве пороговых принимаются концентрации, которые вызывают запах, раздражающее действие, специфические проявления или какие-нибудь другие реакции, которые могут рассматриваться как защитноприспособительные. Большое внимание уделяется возможности появления отдаленных последствий (эмбриотропного, гонадотропного, канцерогенного, мутагенного и др.).

Значительное распространение получили сейчас методы экспрессного регламентирования атмосферных загрязнений. Результаты краткосрочного эксперимента (1 месяц) анализируются графически на двойной логарифмической сетке, по оси ординат – время наступления эффектов, по оси абсцисс откладываются значения концентраций. Прямые зависимости «концентрация – время», полученные по наиболее достоверным тестам, могут иметь различные углы наклона к оси абсцисс (концентрации). Пороговые концентрации устанавливаются по прямым зависимости «концентрация – время» путем экстраполяции их на четырехмесячный срок хронического эксперимента. Таким образом могут быть установлены дифференцированные по времени значения ПДК, в том числе среднегодовые, соответствующие ПДКс.с.

Разработанные в России ПДК и ориентировочные безопасные уровни (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест имеют обязательный характер как элемент санитарного законодательства и используются в практике проектирования и санитарного надзора.

45

8.2.Комбинированное действие веществ.

Комбинированное действие химических веществ представляет одну из наиболее актуальных и малоизученных проблем современной гигиены. До сих пор гигиеническое регламентирование ведется в основном по отдельным химическим веществам, а во внешней и производственной среде, как правило, имеет место комбинированное действие.

В последние годы проводится много исследований по комбинированному действию химических веществ, однако, выход их результатов в практику ведения текущего и предупредительного санитарного надзора незначительный. Это обусловлено, прежде всего, тем, что методические подходы к оценке токсичности, опасности и вопросам гигиенической регламентации химических веществ при комбинированном действии разработаны недостаточно. Кроме того, следует также признать, что развитие этих исследований в большей степени сдерживается их громоздкостью.

Теоретическое прогнозирование особенностей комбинированного действия пока может быть использовано лишь для тех сравнительно немногих веществ, токсикология которых изучена достаточно глубоко, причем такое предсказание обычно не учитывает количественных особенностей комбинационного эффекта, а именно они наиболее важны для практики ведения текущего и предупредительного санитарного надзора.

Эффект комбинированного действия нескольких химических веществ может быть равным сумме эффектов веществ, быть больше или меньше ее.

Комбинированное действие является одним из наиболее узких вопросов (труднодоказуемых). Выявление эффектов комбинированного действия осуществляется экспериментами на животных путем затравливания несколькими испытуемыми дальнейшем осуществляется экстраполяция результатов в зону низких концентраций. В настоящее время комбинированное действие учитывается в виде утвержденных групп суммаций (2, 3 и 4 вещества). Необходимо выполнить условие, что существенно усложняет разработку мероприятий:

∑С it / ПДК it ≤ 1, где: С it - концентрация химического вещества, ПДК it – ПДК химического вещества.

9. МЕРОПРИЯТИЯ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Санитарная охрана атмосферного воздуха – это комплекс законодательных, научных, технологических, технических и планировочных мероприятий, направленных на сохранение, улучшение, восстановление

46

состояния атмосферного воздуха и предупреждение вредного влияния атмосферных загрязнений на здоровье и санитарно-бытовые условия проживания населения.

1. Законодательные и административные.

Законодательные. Существует большое количество нормативных документов, регламентирующих охрану атмосферного воздуха. Конституцией РФ провозглашены права человека на охрану здоровья (ст. 41) и на благоприятную окружающую среду (ст. 42). В Федеральном законе от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» говорится, что каждый гражданин имеет право на благоприятную окружающую среду, на ее защиту от негативного воздействия, вызванного хозяйственной и иной деятельностью. Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» регламентирует разработку и проведение мероприятий по ликвидации и предупреждению загрязнения воздуха – строительство газоочистных и пылеулавливающих устройств на промышленных предприятиях и предприятиях теплоэнергетики.

Административные:

рациональное распределение транспортных потоков по их интенсивности, составу, времени и направлению движения;

ограничение движения в пределах жилой зоны города большегрузного автотранспорта;

наблюдение за состоянием дорожных покрытий и своевременностью их ремонта и уборки;

система контроля технического состояния транспортных средств.

2.Технологические. Технологические мероприятия являются основными мероприятиями по охране атмосферного воздуха, так как только они позволяют снизить или полностью исключить выброс вредных веществ в атмосферу на месте их образования. Данные мероприятия непосредственно направлены на источник выбросов.

а) Радикальной мерой уменьшения выбросов является использование замкнутого технологического процесса, т.е. это полное отсутствие выбросов в атмосферу хвостовых газов на конечных стадиях образования или абгазов (это газы, образующиеся на промежуточных стадиях производства) и удаление их через специальные абгазовые камеры. Однако на современном этапе научнотехнического прогресса нет примеров создания технологических процессов, действующих по принципу полностью замкнутых систем.

б) Более перспективным методом является метод комплексного (максимального) использования сырья, промежуточных продуктов и отходов

47

производства по типу создания производств с «безотходной» или малоотходной технологией (в стройиндустрии – использование отходов производства).

в) К мерам нерадикального характера, которые снижают опасность загрязнения, относятся:

замена вредных веществ в производстве безвредными или менее вредными (перевод котельных со сжигания твердого топлива и мазута на газ, замена бензина в двигателях внутреннего сгорания на водород и другие соединения);

предварительная обработка топлива или сырья с целью снижения содержания вредных примесей;

использование мокрых технологических процессов переработки пылящих материалов взамен сухих;

герметизация технологического оборудования, аппаратуры;

использование гидро- и пневмотранспорта при транспортировке пылящих материалов;

замена прерывистых процессов непрерывными (непрерывность процесса исключает залповые выбросы загрязнений).

3. Санитарно-технические. Целью санитарно-технических мероприятий является извлечение или нейтрализация компонентов выбросов, находящихся в газообразной, жидкой или твердой форме, от организованных стационарных источников. Для этого используются различные газопылеулавливающие установки.

Виды газопылеулавливающих установок: а) для удаления взвешенных частиц;

б) для удаления газообразных и парообразных веществ.

К сооружениям для удаления взвешенных веществ относятся:

механические пылеуловители – пылеосадительные камеры, жалюзийные пылеуловители, циклоны, мультициклоны для удаления крупной пыли. Частицы пыли удаляются с помощью механической силы;

фильтры, которые задерживают пыль при пропускании через тот или иной фильтрующий материал (тканевые, волокнистые, зернистые);

особенностью электрофильтров является то, что задержка пыли происходит под действием электростатических сил. Особенно эффективны электрофильтры при улавливании мелкодисперсной пыли;

аппараты «мокрой» очистки (скрубберы, мокрые пылеуловители и пр.). Частицы пыли отделяются от газа с помощью промывки той или иной жидкостью, преимущественно водой.

48

Пылеосадительные камеры представляют собой полую камеру круглого или прямоугольного сечения с бункером для сбора пыли (рис. 7). Эффективность работы камеры зависит от площади ее основания и скорости осаждения частиц пыли.

Газовый поток на входе в камеру проходит через решетки с лопастями, которые повышают эффективность улавливания пыли благодаря снижению турбулентности потока. При поступлении газового потока в камеру скорость частиц резко уменьшается (до 1–1,5 м/с) и они под действием сил гравитации выпадают на дно камеры, после чего поступают в бункер с пылевым затвором (рис. 13, а). Пылевые затворы могут быть беспрерывного и периодического действия. Для лучшего улавливания частиц увеличивают поверхность осаждения путем оборудования в камерах горизонтальных полок (рис.7, б) или вертикальных перегородок (рис. 7, в, г), что сокращает путь движения частиц и время их осаждения. Пыль, осевшую на полках, периодически удаляют скребками через дверцы в боковой стенке камеры или смывают водой. В гравитационных камерах улавливаются частицы диаметром 50 мкм. Эффективность очистки составляет 40–50%. Такие камеры применяют главным образом для первой ступени очистки газа от грубодисперсной пыли.

Рис. 13. Основные конструкции пылеосадительных камер:

а – полая; б – с горизонтальными полками; в, г – с вертикальными перегородками; 1 – корпус; 2 –бункер для сбора пыли; 3 – полки; 4 – перегородки

Принцип действия жалюзийных пылеуловителей основан на использовании инерционных сил. Если в аппарате по ходу движения газа установить препятствие, то газовый поток огибает его, а твердые частицы по инерции сохраняют первоначальное движение. Наталкиваясь на препятствие, они теряют скорость и выпадают из потока. Эффективность пылеулавливания повышается, если частицам сообщить дополнительный момент движения,

49

вектор которого направлен вниз и совпадает с вектором гравитационных сил. Жалюзийный пылеуловитель имеет форму конуса и состоит из колец, вставленных одно в другое с небольшим промежутком, который образует кольцевую щель. Он установлен в газоход основанием навстречу потоку ГВС. Основание пылеуловителя полностью перекрывает сечение газохода, вследствие чего запыленный воздух направляется в конус (рис. 14).

Рис. 14. Жалюзийный пылеулавитель

Процесс очистки ГВС в аппарате состоит в том, что во время прохождения дымовых газов со скоростью 5–15 м/с через щели между кольцами они разделяются на потоки, которые резко меняют свое направление и огибают кольца. Частицы пыли, продолжая по инерции двигаться вперед, отделяются от газа, ударяются о пластины и попадают внутрь входной камеры. Большая часть ГВС (80–90%) проходит через кольцевые щели, а меньшая (10– 20%) направляется в циклон, а затем – в дымоход. В жалюзийных пылеуловителях газовый поток очищается от пылевых частиц диаметром 25–30 мкм на 60%. Применяют их в котельных, а также при обработке минерального сырья. Недостатками этих аппаратов являются цементация пылевых частиц на перегородках, сложность очистки, абразивное изнашивание поверхности пластин.

Наиболее распространены среди механических пылеулавителей так называемые циклоны. Это объясняется относительной простотой их конструкции, незначительным гидравлическим сопротивлением, малыми габаритными размерами и достаточной эффективностью очистки. Термин «циклон» происходит от греч. kyklon-взвихрить, крутить, перемещать по кругу. Циклон впервые был применен как сухой вихревой сепаратор 25.07.1886 г., когда С.М. Морзе получил германский патент на циклонный сепаратор. Выделяется пыль в циклонах под действием центробежных сил, возникающих вследствие вращения газового потока в корпусе аппарата. Несмотря на разнообразие конструкций циклонов, классический вариант (рис. 15) имеет такие составные части: цилиндрическую обечайку (3) с крышкой (5) и тангенциальным патрубком (4) для введения запыленного газа; конус (2) с

50