04.02.2011 г.

  На главную раздела "Научные работы"


Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В.




3.3 Вторичные вещества.
Расчеты ожидаемых уровней концентрации РМ

 
 

          Атмосфера содержит большое количество разнообразных веществ, сложную смесь субстанций, находящихся в твердом, газообразном и жидком состоянии. Твердые вещества также не однородны, они состоят из органических и неорганических веществ. В составе твердых веществ в атмосферном воздухе содержатся бенз(а)пирен, металлы, их окислы и многие вторичные продукты реакций. Размеры твердых частиц, находящихся в атмосфере, составляют от нескольких десятков нанометров до сотен микрометров.

          В последнее десятилетие среди взвешенных веществ стали выделять частицы размером менее 10 мкм. Международная организация по стандартизации разработала определения для этих малых частиц. Выделяют частицы диаметром 10 мкм, которые названы РМ10, и более мелкие — диаметром менее 2,5 мкм, названные РМ2,5. В книге «Мониторинг…», изданной Европейским отделением ВОЗ [38], содержится определение понятий этих частиц.

          «Частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм и менее или, более точно, частицы, которые проходят через селективный импактор, обеспечивающий 50%-ное отсеивание частиц с аэродинамическим диаметром 10 мкм. Верхняя граница распределения примерно соответствует аэродинамическому диаметру 30 мкм, что означает полное отсеивание частиц более 30 мкм. РМ10 в основном составляют респирабельную фракцию общих взвешенных частиц, т.е. ту их часть, которая попадает в организм, минуя гортань».

          Для более мелких частиц, РМ2,5, дано такое определение:
          «Частицы с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм и менее или, более точно, частицы, которые проходят через селективный импактор, обеспечивающий 50%-ное отсеивание частиц с аэродинамическим диаметром 2,5 мкм, и верхний предел полного отсеивания равен 7 мкм. РМ2,5 составляют респирабельную часть общих взвешенных частиц, проникающих в нецилиарную область дыхательных путей у лиц из групп высокого риска (дети и взрослые с определенными легочными заболеваниями)».

          Мелкие частицы могут быть естественного и антропогенного происхождения. Естественными источниками мелких взвешенных частиц являются измельченные частицы почвы, поднимаемые ветром, частицы растений, микроорганизмов, останки насекомых, опавшие листья, морские аэрозоли. Антропогенные образования мелких частиц возникают в процессе сгорания различных видов топлива. Они включают сажу и летучую золу.

          Мелкие частицы, относящиеся к РМ, образуются в результате многих фотохимических и химических реакций. Например, в результате окисления диоксида серы образуются частицы серной кислоты, сульфата и бисульфата аммония и сульфатов. Образуются они также в результате окисления диоксида азота в азотную кислоту, а в процессе дальнейшего преобразования — в нитриты. По этой причине РМ можно относить к вторичным продуктам реакций.

          В состав мелких частиц могут входить бенз(а)пирен, оксиды металлов и сажа, но эти вещества обнаруживаются и при анализе состава крупных взвешенных веществ.

          Состав РМ в европейских городах отличается несколько от их состава в России. Там они включают сульфаты и органические частицы, которые создают основной “вклад” в среднюю за год концентрацию. При значительных концентрациях РМ их главными компонентами могут быть нитратные частицы. В России диоксида серы мало и сульфаты в составе РМ почти не присутствуют.

          Частицы различаются по размерам, происхождению и аэродинамическим свойствам. Распределение их по размерам в атмосфере зависит от многих факторов, в том числе от метеорологических условий, определяющих преобладание сухой или влажной погоды, от вида промышленности, развитой в городе. В районах с влажным климатом образуются мелкие частицы, а в сухом пыльном климате — большие крупные частицы.

          В последние годы ведутся интенсивные исследования влияния РМ на здоровье. Полагают, что мелкие частицы биологически более активны, чем крупные, поэтому более существенно могут влиять на здоровье [90]. Однако существуют большие трудности выделения необходимого размера и состава частиц, относящихся к РМ.

          В выполненных исследованиях, например, получено, что люди с кардиологическими и легочными заболеваниями более восприимчивы к воздействию РМ. Наличие их в атмосфере приводят к обострению болезней. Однако часто трудно выделить в окружающей среде влияние именно РМ, поскольку кроме них в воздухе содержится много различных газообразных веществ. Частицы большего размера отлагаются в верхней части дыхательных путей и быстро выводятся из организма, мелкие могут проникать глубоко в дыхательный тракт и сильнее воздействовать на человека.

          Поскольку эти мелкие частицы представляются влияющими на здоровье, ВОЗ рекомендовал организовывать в городах измерения этих частиц, как индикатора эффекта здоровью.

          В США давно перешли к измерениям концентрации РМ вместо взвешенных частиц (TSP). Информация из европейских стран указывает, что в этих странах также отказались от измерений общих взвешенных частиц и перешли на измерения концентраций РМ. Вероятно, это оправдано, поскольку приборы для их измерений уже созданы.

          Следующим шагом ВОЗ явилось численное определение эффекта здоровью и установление рекомендованных критериев загрязнения воздуха этими веществами. В таблице 3.3 приведены значения, рекомендованные ВОЗ для частиц РМ10 и РМ2,5 [122].

Таблица 3.3 –  Рекомендованные ВОЗ критерии для РМ10 и РМ2,5
 Вещество Время осреднения Величина
 
 РМ10 1 год 20 мкг/м3
  24 часа (99% случаев) 50 мкг/м3
 РМ2,5 1 год 10 мкг/м3
  24 часа (99% случаев) 25 мкг/м3


          Измерения концентраций РМ в городах России не осуществляются. Были проведены серии изучений концентраций РМ в 1997–1998 годах в Волгограде [56] и городах Урала [46].

          В связи с рекомендациями ВОЗ организовать наблюдения за РМ, перед специалистами стоит задача обоснования необходимости измерений РМ в городах России. Перед этим желательно было бы изучить, как часто можно ожидать значения, превышающие рекомендованные критерии ВОЗ, и следует ли создавать сеть измерений РМ при существующей сети измерений взвешенных веществ.

          Были изучены результаты измерений РМ в городах Европы с целью определения соотношений между взвешенными веществами (ТSP или ВВ) и мелкими частицами РМ10.

          Анализ результатов измерения концентраций ТSP и РМ в городах США показал, что отношение РМ/ТSP в среднем равно 0,6 [103].

          В городах Европы произошла быстрая замена измерений ТSP на РМ, поэтому трудно найти информацию о соотношениях. Имеющиеся сведения показывают, что отношение К= РМ/ТSP, варьирует в пределах 0,5–0,7.

          Как сказано выше, в России измерения РМ проводились в 1997–1998 годах, результатов наблюдений не так много. Полученные данные указывают, что К=РМ/ВВ, существенно варьирует по величине; данные отличаются от отношений, полученных в Европе. В разных городах это отношение было меньше, чем в Европе, и находилось в пределах от 0, 23 до 0,61. В Волгограде установлено три значения К, которые ниже европейских (0,23, 0,44, 0,35). Результаты, полученные в работе Приваловой и др.[46], подтверждают значения, полученные в Волгограде. Значения К меньше, чем в Европе.

          На четырех постах в Нижнем Тагиле коэффициенты пересчета составили 0,61 и 0,63. В Первоуральске они были ниже — 0,41 и 0,55. В остальных городах К=РМ/ВВ варьировало в пределах от 0,11 до 0,19. Причем такие низкие значения получены и для крупного города (Екатеринбург), и для небольших городов (Верхняя Пышма, Сысерть, Кушва и Среднеуральск). В Красноуральске коэффициент пересчета составил 0,35.

          Таким образом, трудно установить какой-либо единый коэффициент. Возможно, небольшие значения К для Росси объясняются тем, что выбраны для обследования города с крупными предприятиями черной и цветной металлургии, имеющие значительные выбросы твердых веществ. Кроме того, в Европе мелкие частицы в своем составе часто имеют сульфатные составляющие из-за высоких концентраций диоксида серы. В России концентрации диоксида серы невелики и вклад их во вторичные продукты не может быть большим. Существенную роль в образовании РМ могут играть метеорологические условия, определяющие застойные ситуации, при которых крупные частицы не разрушаются, образуя мелкие РМ, а сохраняются длительное время. В России климатические условия отличаются от европейских, чаще наблюдаются слабые ветры и застойные условия.

          Чтобы оценить возможные концентрации РМ10 в крупнейших городах России, проведем небольшие расчеты. В таблице 3.4 приведены средние за 2006 год концентрации взвешенных веществ в крупнейших городах России, а также расчетные значения РМ при двух заданных значениях коэффициентов К (0,6 и 0,4). Определим, как часто могут быть превышены рекомендованные ВОЗ критерии для РМ.

          Как видно из приведенных в таблице данных, сейчас концентрации ВВ превышают ПДК в 11 крупнейших городах. При К = РМ/ВВ = 0,6, в 32 городах концентрации РМ будут превышать рекомендованное ВОЗ значение, равное 20 мкг/м3. Если предположить К=0,4, то в 30 городах оно будет превышено.

          Таким образом, организация наблюдений за концентрациями РМ10 приведет к тому, что количество городов, где концентрации примеси превышают ПДК, возрастет.
В действительности это не совсем так. Результаты измерения, осредненные за год, сравниваются с ПДКс.с. Если бы имелось ПДКгод. (годовая) для ВВ, то она должна была бы быть ниже ПДКс.с. примерно в 2,5 раза. Так соотносятся рекомендованные ВОЗ значения для средней за год и средней за сутки (таблица 3.3). Для концентраций бенз(а)пирена в России соотношение между среднесуточной и средней за год величиной равно 2,3 (см. главу 4), т.е. почти такое же, как дано ВОЗ. Следовательно, ПДКгод. для ВВ могло бы составить 150/2,5=60 мкг/м3. В этом случае годовой критерий для взвешенных веществ был бы превышен в 30 из 34 крупнейших городов (таблица 3.4). При этом число городов с превышением значения ВОЗ для РМ10 при К=0,4 составило бы 30.

          Посмотрим, какова будет ситуация в целом по городам России. Из 233 городов, где проводились наблюдения за концентрацией ВВ, превышено ПДКс.с. в 27% городов. Если использовать годовой критерий, полученный из статистики, то его превышение составит 76% случаев. Рекомендованное ВОЗ значение для средних за год РМ10 в целом по городам России при К=0,6 будет превышено в 82%, а при К=0,4 — в 88% случаев.

          При этом необходимо учитывать, что мелкие частицы могут содержать бенз(а)пирен, который существенно токсичнее, чем любые РМ. Концентрации бенз(а)пирена определяются практически во всех крупных городах и почти постоянно превышают ПДК.

 

Таблица 3.4 –  Концентрации взвешенных веществ и РМ10 при разных значениях отношений РМ10/ВВ
 Город ВВ, мкг/м3 РМ при К= 0,6 РМ при К=0,4
 АСТРАХАНЬ 100 60 40
 БАРНАУЛ 196 117,6 78,4
 ВЛАДИВОСТОК 77 46,2 30,8
 ВОЛГОГРАД 100 60 40
 ВОРОНЕЖ 386 231,6 154,4
 ЕКАТЕРИНБУРГ 135 81 54
 ИЖЕВСК 83 49,8 33,2
 ИРКУТСК 173 103,8 69,2
 КАЗАНЬ 101 60,6 40,4
 КЕМЕРОВО 35 21 14
 КРАСНОДАР 182 109,2 72,8
 КРАСНОЯРСК 183 109,8 73,2
 ЛИПЕЦК 147 88,2 58,8
 МОСКВА 27 16,2 10,8
 НИЖНИЙ НОВГОРОД 152 91,2 60,8
 НОВОКУЗНЕЦК 224 134,4 89,6
 НОВОСИБИРСК 238 142,8 95,2
 ОМСК 96 57,6 38,4
 ОРЕНБУРГ 129 77,4 51,6
 ПЕНЗА 58 34,8 23,2
 ПЕРМЬ 86 51,6 34,4
 РОСТОВ-НА-ДОНУ 326 195,6 130,4
 РЯЗАНЬ 60 36 24
 САМАРА 100 60 40
 САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 152 91,2 60,8
 САРАТОВ 74 44,4 29,6
 ТОЛЬЯТТИ 127 76,2 50,8
 ТУЛА 21 12,6 8,4
 ТЮМЕНЬ 208 124,8 83,2
 УЛЬЯНОВСК 101 60,6 40,4
 УФА 145 87 58
 ХАБАРОВСК 200 120 80
 ЧЕЛЯБИНСК 100 60 40
 ЯРОСЛАВЛЬ 30 18 12

 
          Эти простые расчеты показывают, что организация наблюдений за мелкими частицами в городах России почти не изменит информацию о качестве воздуха, не изменит наши представления о проблеме загрязнения воздуха, но потребует значительных затрат на создание дополнительной сети измерений. Поэтому нет нужды организовывать наблюдения за РМ.

          Безусловно, можно было бы приступить к созданию подобной сети, если бы не нужно было проводить ее переоснащение, внедрение автоматических средств измерения других веществ, тех, которые уже измеряются ручными методами.


В начало
                             Продолжение

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить