В безопасности жизнедеятельности

Лекция №2

Атмосферный воздух

в безопасности жизнедеятельности

(к.х.н., доцент В.Ю. Александров)

Воздух является самым важным объектом окружающей среды в обеспечении безопасности жизнедеятельности. Это связано с его ролью в поддержании жизни человека, животных и растений. В частности человек, для обеспечения организма кислородом должен постоянно дышать.

Дыха́ние( лат. pnoё) — основная форма диссимиляции у человека, животных, растений и многих микроорганизмов. Дыхание — это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О₂) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО₂, H₂O и другие). В зависимости от интенсивности обмена веществ человек выделяет через лёгкие в среднем около 5 — 18 литров углекислого газа (СО₂), и 50 грамм воды в час. А с ними — около 400 других примесей летучих соединений, в том числе и ацетон). В процессе дыхания богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород. Взрослый человек в состоянии покоя, в среднем, дышит 14 раз/минуту.

Не загрязненный вдыхаемый воздух кроме кислорода содержит достаточно большое количество других газов. В процессе эволюции человека и в настоящее время химический состав сухого воздуха у поверхности Земли представлен следующими элементами в молекулярном и атомарном состоянии, в объемных %:

- азот (двухатомная молекула)- 78,09

- кислород (двухатомная молекула) – 20,95

- аргон (атом) – 0,93

- диоксид углерода (трехатомная молекула) – 0,03

- водород (двухатомная молекула) – 0,00005

- закись азота (трехатомная молекула) - 0,00005

- озон (трехатомная молекула) - 0,000001

Остальное инертные газы (одноатомные) – гелий, неон, криптон, ксенон, радон.

До появления человека приведенный состав менялся при выбросах загрязняющих веществ от источников природного происхождения – главным образом извержения вулканов, меньше лесные пожары от молний. В вулканических газах преобладает водяной пар (50-85% состава), который не приводит к изменению состава атмосферы. Влияние на состав воздуха оказывает выброс углекислого газа (до 10% состава), сернистый газ (5%), хлористый водород (2-5%), фтористый водород (0,02-0,05%). Извержения всегда сопровождаются выбросом пепла, который хотя не определяет устойчивый состав атмосферы, но сильно влияет на поступление тепла от Солнца на Земную поверхность и приводит к похолоданию на планете.

С появлением человека его деятельность, во всей ее многообразии, связана с изменением состава, т.е. загрязнением атмосферы. Здесь основной вклад вносят процессы сжигания топлив для получения энергии. Различные цели реализации этих процессов: (получение тепла для обогрева, производства электроэнергии, получения энергии для движения автомобилей, самолетов, ракет и других средств перемещения), сжигание различных топлив (газ, уголь, нефтепродукты, дрова), объединяет выброс в атмосферу продуктов сгорания: диоксид углерода, оксид углероды, оксиды азота, оксид серы, сажа и другие недогоревшие продукты. Отметим, что добыча самих топлив связана с выбросами больших масс загрязнителей. Так, при добыче нефти бесполезно сжигается много попутного газа, открытая добыча угля сопровождается масштабными взрывными работам – тоже выбросы. Огромный ущерб атмосфере наносит химическая промышленность выбросами различных продуктов синтеза. В последние десятилетия в техногенном выбросе появились значительно более сложные химические соединения, из которых особенно опасны органические вещества, содержащие галогены – хлорфторуглеводороды (ХФУ), диоксины, дибензофураны, полихлорированные бифенилы и другие.

Совершено очевидно, что появление в воздухе большого числа химических веществ не свойственных составу атмосферы, причем в широком диапазоне концентраций, должно отразиться на безопасности жизнедеятельности. Это привело к необходимости к созданию системы нормирования качества атмосферного воздуха, законодательная основа которой заложена в ФЗ «Об охране атмосферного воздуха»:

Статья 11. Нормирование качества атмосферного воздуха и вредных физических воздействий на атмосферный воздух

1. В целях определения критериев безопасности и (или) безвредности воздействия химических, физических и биологических факторов на людей, растения и животных, особо охраняемые природные территории и объекты, а также в целях оценки состояния атмосферного воздуха устанавливаются гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха и предельно допустимые уровни физических воздействий на него.

2. Гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха, предельно допустимые уровни физических воздействий на атмосферный воздух устанавливаются и пересматриваются в порядке, определенном Правительством Российской Федерации.

Для реализации этой статьи выделены Классы опасности загрязняющих веществ.По степени опасности (токсичности) для человека различают 4 класса опасности ЗВ, поступающих в атмосферный воздух:

1-й класс – чрезвычайно опасные (напр. бенз(а)пирен, свинец, кадмий, ртуть, пятиокись ванадия);

2-й класс – опасные (напр. диоксид азота, сероводород, фенол, формальдегид, никель, марганец, медь);

3-й класс – умеренно опасные (напр. диоксид серы, толуол, ксилолы, этилбензол, магний);

4-й класс – относительно безопасные (напр. оксид углерода, аммиак).

При присвоении класса опасности учитывают не только токсичность вещества, но и его устойчивость в объекте окружающей среды, а так же какие соединения образуются при взаимодействии с природными компонентами. Например, очень сильный яд – синильная кислота, как загрязнитель окружающей среды относится ко 2-му, а не к 1-му классу опасности. Причиной является низкая устойчивость кислоты в объектах среды, которая быстро превращается в менее опасные соединения

Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом. Поэтому в Российской Федерации, как и во всем мире, для загрязняющих веществ, как правило, установлены 3 норматива:

• норматив, рассчитанный на продолжительный период воздействия. В Российской Федерации данный норматив устанавливается для 24 часов называется «предельно допустимые среднесуточные концентрации» ПДК_СС.
• норматив, рассчитанный на короткий период воздействия загрязняющих веществ. Данный норматив называется «предельно допустимые максимально–разовые концентрации».ПДК_МР
• норматив, рассчитанный на период воздействия в течение рабочего времениПДК_РЗоны

ПДК - предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного действия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособности человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Величины ПДК приведены в мг/м3. (ГН 2.1.6.695-98)

ПДК_СС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.

ПДК_МР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_СС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.

ПДК_РЗоны – предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны в течение рабочего времени, которое устанавливается в зависимости от токсичности загрязняющего вещества

Величины среднесуточных и максимально-разовых ПДК на 589 химических веществ приведены в гигиенических нормативах ГН 2.1.6.695-98: ПДК_СС и ПДК_МР веществ в воздухе населенных мест. Там же приведены 38 веществ, выбросы которых в атмосферу запрещении, а так же на 58 веществ с комбинированным действием, т.е. для которых сумма отношений концентраций к ПДК не должна превышать единицу.

Величины ПДК рабочей зоны на 2445 веществ приведены в гигиенических нормативах ГН 2.2.5.1313-03: ПДК_РЗоны вредных веществ в воздухе рабочей зоны

В таблицы представлены ПДК и классы опасности некоторых загрязняющих веществ при разных интервалах воздействия на человека.

Разработка ПДК основывается на лимитирующем показателе вредности загрязняющего вещества. Лимитирующий (определяющий) показатель вредности характеризует направленность биологического действия вещества: рефлекторное (рефл.) и резорбтивное (рез.). Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей - ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т.п. Указанные эффекты возникают при кратковременном воздействии вредных веществ, поэтому рефлекторное действие лежит в основе установления максимальной разовой ПДК (ПДКмр). Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания. С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК (ПДК).

Из таблицы видно что ПДК_РЗоныкак правило, превышают от десятков до сотен раз ПДК_СС. Промежуточное значение занимают ПДК_СС

Среднесуточное ПДК устанавливается для предупреждения общетоксического, канцерогенного и мутагенного действия вещества на организм человека при длительном воздействии на человека, например в загрязненной атмосфере города. Максимально разовое значение ПДК устанавливается для предотвращения рефлекторных реакций человека при кратковременном действии примесей, например при переходе улицы, с напряженным движением транспорта. ПДК рабочей зоны учитывает, что загрязнители оказывают действие на человека прошедшего медицинское освидетельствование и регулярно проходящего профосмотры. При выявлении признаков начальной стадии профзаболеваний работник должен быть незамедлительно переведен на менее опасные для здоровья участки производства

с обеспечением социальных гарантий.

Нормы ПДК –включены в ГОСТы, санитарные правила и нормы,другие нормативные документы, обязательные для исполнения на территории государства. Их учитывают при проектировании техпроцессов, оборудования, автомобилей, очистных устройств, градостроительных решениях. Контроль за соблюдением норм ПДК в объектах окружающей среды проводят специально уполномоченные органы. Действия, которые привели к превышению норм ПДК, квалифицируются как нарушение природоохранного законодательства, что влечет за собой ответственность виновных лиц (эти темы будут подробно рассмотрены в следующих лекциях).

Для установления численных значений ПДК используют расчетные методы, результаты биологических экспериментов, наблюдение за состоянием здоровья лиц, подвергшихся воздействию вредных веществ. В последнее время используются методы компьютерного моделирования, предсказания биологической активности, биотестирование на разных объектах. Обычно процедура введения ПДК проводится в 2 этапа. На первом вводится «ориентировочный безопасный уровень воздействия» (ОБУВ), который имеет юридическую силу, как временный аналог ПДК, для продолжения соответствующих наблюдений, расчетов, моделирования. Если не выявляются недостатки концепции, заложенной в величину ОБУВ, то это значение утверждается в качестве ПДК. При выявлении недоработок вносятся соответствующие изменения.

Количественный анализ содержания загрязняющий веществ в объектах природной среды проводится современными физико-химическими методами. Учитывая, что ПДК для веществ 1-го класса опасности могут составлять миллиардные доли миллиграмма, чувствительность приборов должна быть очень высокой. Такое оборудование сочетает возможности хроматографии и масс-спектрометрии, является очень сложным и требует квалифицированного персонала. Применяемые методики должны быть включены в государственный реестр аналитического контроля.

Не простой задачей является отбор проб для анализа из объектов окружающей среды должен проводится по единым методикам, которые определены ГОСТАми, либо иными нормативными документами. Например, отбор проб почвы проводится методом «конверта» - в углах квадрата стороной 1 м. и в центре. При этом в каждой точке проводится отбор с глубины 0-5 см. и 5-20 см для контроля глубины проникновения загрязнителя.

Отбор проб выбросов от стационарных источников проводится в точках пробоотбора, которые должны располагаться на расстоянии не менее 10 диаметров трубы от изгибов и вентелей. Если имеются газоочистные установки, то пробы должны отбираться до и после аппарата, чтобы получить эффективность очистки.

Отбор проб воды проводится в контрольных створах а учетом гидрологического режима водного объекта.