4.2. Повітря як фактор середовища перебування

Повітряне середовище, у якому відбувається діяльність людини, характеризується фізичними параметрами, хімічним складом, іонним складом та іншими показниками.

Фізичні параметри повітря: температура, відносна вологість, швидкість, барометричний тиск. Перші три параметри визначають процес терморегуляції організму, тобто підтримку температури тіла в межах 36-37°С. Ця температура забезпечує рівновагу між кількістю тепла, що безупинно утворюється в організмі в процесі обміну речовин, і надлишками тепла, яке безупинно віддається в навколишнє середовище, тобто підтримує тепловий баланс організму людини.

Терморегуляція - фізіологічний процес, контрольований центральною нервовою системою. Розрізняють хімічну і фізичну терморегуляцію.

Основне значення має фізична терморегуляція, за допомогою якої здійснюється віддача тепла організмом у навколишнє середовище. Цей процес може відбуватися трьома шляхами:

1. У вигляді інфрачервоних променів, випромінюваних поверхністю тіла в напрямку навколишніх предметів з більш низькою температурою (радіація); таким чином втрачається 45% усієї теплової енергії, виробленої організмом.

2. Нагріванням повітря, при цьому втрачається 30% тепла.

3. Випаровуванням поту втрачається 13% тепла через органи дихання і близько 5% тепла витрачається на нагрівання прийнятої їжі, води і вдихуваного повітря. Тепловіддача радіацією і конвекцією відбувається в тому випадку, якщо температура навколишнього повітря нижча за температуру тіла. Інакше тепловіддача можлива лише через випаровування поту. Причому швидкість випаровування залежить від відносної вологості повітря. Якщо вологість повітря перевищує 80%, тепловіддача через випаровування поту ускладнюється і може настати перегрів організму, що називається тепловою гіпертермією. Це може призвести до теплового удару, що протікає з втратою свідомості, підвищенням температури тіла людини до 40-41 °С й іншими ознаками важкого захворювання. Інтенсивне потовиділення призводить до дегідратації (зневоднення) організму.

Якщо температура повітря і навколишніх стін більша 60°С, організм людини не здатний зберігати тепловий баланс навіть за рахунок потовиділення, унаслідок чого починається процес накопичення тепла в організмі.

Несприятливий вплив на організм людини робить не тільки висока, але й низька температура повітря. Переохолодження (гіпотермія) викликає захворювання периферійної нервової системи. Найбільший відсоток обморожень і смертельних випадків внаслідок переохолодження спостерігається при сполученні низької температури, високої вологості і великої рухливості повітря.

Фізичні параметри повітря необхідно враховувати при організації усіх видів діяльності. Особливе значення мають параметри мікроклімату приміщень, тобто температура, відносна вологість і рухливість повітря. Крім того, слід мати на увазі, що швидкість повітря при визначеній величині становить серйозну небезпеку для споруд, технічних пристроїв, конструкцій, тому що може створювати великі вітрові навантаження, які можуть викликати руйнівні дії.

Що стосується барометричного тиску, то його величина, зі зрозумілих причин, не нормується, хоча його коливання впливають на здоров'я людей.

Нормальне кисневе забезпечення організму можливе при зниженні тиску до 25-26 кПа. На висоті 3000 м людина може занедужати „гірською хворобою". Від підвищеного барометричного тиску патологічні симптоми з'являються в людини при тискові більше 392 -843 кПа. Інтервал тисків порядку 73-126 кПа особливих занепокоєнь здоровим людям не спричинює. Для безпеки людини важливим є не сам тиск, що вкладається в зазначені межі, а швидкість його зміни.

Хімічний склад. Чисте повітря має наступний хімічний склад у % за об'ємом: азот 78,08; кисень 20,94; аргон, неон та інші інертні гази 0,94; вуглекислий газ 0,03; інші гази 0,01. У повітрі можуть знаходитися шкідливі речовини різного походження у вигляді газів, пару, аерозолей, у тому ч^слі радіоактивні.

Шкідлива речовина - речовина, яка при контакті з організмом людини у випадку порушення вимог безпеки може викликати захворювання або відхилення в стані здоров'я, що виявляються сучасними методами як у процесі контакту з ним, так і у впродовж життя цього і наступного поколінь. З цього визначення випливає, що всі хімічні сполуки потенційно є шкідливими речовинами. Шкідливі речовини можна класифікувати за різними ознаками:

За характером впливу на організм: загально токсичні; подразнювальні; сенсибілізуючі; канцерогенні; мутагенні; такі, що впливають на репродуктивну функцію.

За класами хімічних сполук: органічні; неорганічні.

За ступенем токсичності: надзвичайно токсичні; високо­токсичні; помірковано токсичні; малотоксичні.

За ступенем впливу на організм: надзвичайно небезпечні; високо небезпечні; помірковано небезпечні; мало небезпечні.

Для запобігання негативних наслідків впливу забруднюючих речовин на окремі компоненти природного середовища необхідно знати їхні граничні рівні, при яких можлива нормальна життє­діяльність і функціонування організму. Основною величиною екологічного нормування вмісту шкідливих хімічних сполук у компонентах природного середовища є граничнодопустима концентрація (ГДК). ГДК - це такий вміст шкідливої речовини в навколишньому середовищі, який при постійному контакті або при дії за визначений проміжок часу практично не впливає на здоров'я людини і не викликає несприятливих наслідків у його потомстві. При визначенні ГДК враховується не тільки вплив забруднюючої речовини на здоров'я людини, але і його вплив на тварин, рослини, мікроорганізми, а також на природне середовище загалом.

Для санітарної оцінки повітряного середовища використо­вується кілька видів граничнодопустимих концентрацій шкідливих речовин, що встановлені на основі рефлекторних реакцій організму людини на присутність у повітрі шкідливих речовин.

ГДК ₃ - граничнодопустима концентрація шкідливої речовини в повітрі робочої зони, мг/м³. Ця концентрація не повинна викликати в працівників при щоденному вдиханні протягом 8 год. за весь час робочого стажу яких-небудь захворювань або відхилень від норми в стані здоров'я, що могли б бути виявлені сучасними методами дослідження безпосередньо під час роботи або у віддалений термін. При цьому робочою зоною вважається простір висотою 2 м над рівнем статі або площадки, на якій розташовані місця постійного або тимчасового перебування працівників.

ГДК_м - максимальна разова концентрація шкідливої речовини в повітрі населених місць, мг/м³, яка не повинна викликати рефлекторних реакцій в організмі людини.

ГДК_с - середньодобова граничнодопустима концентрація шкідливої речовини в повітрі населених місць, мг/м³. Ця концентрація шкідливої речовини не повинна негативно впливати на організм людини в умовах цілодобового вдихання.

На сьогодні діють „ГДК шкідливих газів, пару і аерозолей у повітрі робочої зони", встановлений для 445 забруднюючих речовин, і „ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених місць", що включають 109 забруднюючих речовин.

Як приклад подамо характеристику деяких забруднюючих речовин.

Пил. Залежно від походження прийнято розрізняти органічний і неорганічний пил. До органічного належать рослинний і тваринний пил, а також пил деяких синтетичних речовин. До неорганічного належать металевий і мінеральний (кварц, азбест, цемент та ін.) пил.

При оцінці токсичної дії пилу необхідно враховувати такі фактори, як дисперсність, форма частинок, розчинність, хімічний склад. Найбільшу небезпеку становить пил з частинками розміром до 5 мкм, частинки цього розміру затримуються в легенях, проникаючи в альвеоли, і частково або цілком розчиняються в лімфі. Частинки великого розміру затримуються у верхніх дихальних шляхах і виводяться назовні під час видиху або відкашлювання. Залежно від хімічного складу пил може мати отруйну або механічну дію. До пилу шкідливих хімічних речовин зараховують аерозолі ДДТ, хромового ангідриду, свинцю, ртуті та ін. Аерозолі цих сполук можуть не тільки впливати на верхні дихальні шляхи, але йпроникати в легені і шлунково-кишковий тракт і викликати загальне отруєння організму.

Неотруйний пил при значних концентраціях також впливає на організм людини. Він подразнює слизові оболонки очей, шкіру, верхні дихальні шляхи і ₍викликає різні легеневі захворювання -пневмоконіози. Залежно від природи пилу пневмоконіози можуть бути різних видів: силікоз - при дії пилу вільного діоксиду кремнію; антракоз - при вдиханні вугільного пилу; асбестоз - при вдиханні азбестового пилу.

Аміак (КН₃) - безбарвний газ з різким запахом. Добре розчиняється у воді, перевозиться і зберігається в зрідженому стані. Аміак є горючим газом, горить при наявності постійного джерела вогню. Пари аміаку утворюють з повітрям вибухонебезпечні суміші. Ємності з аміаком можуть вибухати при нагріванні. Загальнотоксичні ефекти загалом обумовлені дією аміаку на нервову систему. Наслідками важкої інтоксикації є зниження інтелектуального рівня із втратою пам'яті, неврологічні симптоми: тремор, порушення рівноваги, зниження больової і тактильної чутливості, запаморочення, ністагм, гіперрефлексія. Наслідками гострого отруєння можуть бути помутніння хрусталика, рогівки, навіть її прорив і втрата зору, захриплість або повна втрата голосу і різні хронічні захворювання (бронхіт, емфізема легень та ін.). У випадку малих концентрацій спостерігається незначне подразнення очей і верхніх дихальних шляхів. При середніх концентраціях спостерігається сильне подразнення очей і носа, часте чхання, слинотеча, невелика нудота і головний біль, почервоніння обличчя і потовиділення. При впливі дуже високих концентрацій вже через кілька хвилин настають м'язова слабкість з підвищеною рефлекторною збудливістю, різко знижується слух.

ПДКмр - 0,2 мг/м³, ПДКсд - 0,2 мг/м³.

Окис вуглецю (СО) - безбарвний газ без запаху і смаку, погано розчиняється у воді; у зрідженому стані — безбарвна прозора рідина. СО - негорючий. Межі займистості окису вуглецю в суміші з повітрям 12,5-74,2%, суміш двох об'ємів з одним об'ємом кисню вибухає при наявності відкритого полум'я. Окис вуглецю - речовина переважно загальноотруйної дії - отрута гемоглобіну. СО витісняє кисень з оксигемоглобіну, вміст кисню може знижуватися до 8% (аноксемія). Окис вуглецю здатний на безпосередню токсичну дію на клітини, порушуючи тканинне дихання. СО впливає на вуглеводний і фосфорний обмін. При дії окису вуглецю спостерігається важкість і відчуття здавлювання голови, сильний біль у чолі і скронях,

запаморочення, шум у вухах, почервоніння і печіння шкіри, тремтіння, почуття слабкості і страху, спрага, прискорений пульс, пульсація скроневих артерій, нудота, блювота. Температура тіла може підвищуватися до 38-40°С.

ПДКмр - 3 мг/м³, ПДКсд - 1 мг/м³.

Хлор (С1₂) - зеленувато-жовтий газ з характерним різким задушливим запахом, малорозчинний у воді. Є сильним окислювачем. Хлор важчий за повітря, накопичується у підвалах, низинах, зберігається і перевозиться в зрідженому стані. Хлор вибухо­небезпечний у суміші з воднем, негорючий, але пожежонебезпечний. Ємності з хлором можуть вибухати при нагріванні, хлор підтримує горіння багатьох органічних речовин. Хлор - речовина переважно задушливої дії, подразнює дихальні шляхи, може викликати набряк легень. Під час дії хлору в крові порушується вміст вільних амінокислот. При незначних концентраціях хлору спостерігається почервоніння кон'юнктиви, м'якого піднебіння і глотки, бронхіт, легка задуха, захриплість, відчуття тиску за грудиною. Під час впливу малих і середніх концентрацій хлору спостерігаються біль у грудях, печіння і різь в очах, сльозотеча, болісний сухий кашель, посилюється задуха, пульс прискорюється, починається відділення мокроти зі слизом і відхаркування пінистої жовтої або червонуватої рідини. Іноді отруєння, перенесене на ногах, через кілька днів закінчується смергю.

ПДКмр - 0,1 мг/м³, ПДКсд = 0,03 мг/м³.

Для забезпечення охорони повітряного середовища встановлена ще одна нормативна величина, яка характеризує об'єм шкідливих речовин, що викидаються в атмосферу окремими джерелами забруднення - граничнодопустимий викид (ГДВ). ГДВ - це об'єм (кількість) забруднюючої речовини, що викидається окремим джерелом за одиницю часу, перевищення якого веде до перевищення ГДК у середовищі.

Повітря характеризується іонним складом.

Іонізація повітря - процес перетворення нейтральних атомів і молекул повітряного середовища в електрично-заряджені частинки (іони). Іони в повітрі можуть утворюватися внаслідок природної, технологічної і штучної іонізації.

Природна іонізація відбувається внаслідок впливу на повітряне середовище космічних випромінювань і частинок, що викидаються радіоактивними речовинами при їхньому розпаді. Природне іоноутворення відбувається повсюдно і постійно в часі.

Технологічна іонізація відбувається під час впливу на повітряне середовище радіоактивного, рентгенівського й ультрафіолетового випромінювання, термосмісії, фотоефекту та інших іонізуючих факторів, зумовлених технологічними процесами. Іони, що утворилися при цьому, поширюються в безпосередній близькості від технологічної установки.

Штучна іонізація здійснюється спеціальними пристроями -іонізаторами. Іонізатори забезпечують в обмеженому об'ємі повітряного середовища задану концентрацію іонів визначеної полярності.

Характеристиками іонів є рухливість і заряд. Рухливість іонів виражається коефіцієнтом пропорційності «К» (см/сек) х (см/В) між швидкістю іонів і напругою електричного поля, що впливає на іон. Рухливість іонів залежить від їхньої маси: чим більша маса, тим менша швидкість переміщення іона в електричному полі. За рухливістю весь спектр іонів умовно поділяють на п'ять діапазонів:

• легкі К > 1,0,

• середні 1,0 < К > 0,01,

• важкі 0,01<К> 0,001,

• іони Ланжевена 0,001 < К > 0,0002,

• надважкі іони К< 0,0002

Кожен іон має позитивний або негативний електричний заряд (полярність).

Поряд з виникненням відбувається безперервне зникнення іонів. Факторами, що визначають зникнення легких іонів, є: рекомбінація двох легких іонів різних полярностей; адсорбція легких іонів на незаряджених ядрах конденсації; рекомбінація легкого і важкого іонів зарядами протилежних знаків та ін.

Залежно від співвідношення процесів іонізації і деіонізації встановлюється визначений ступінь іонізованості повітря. Ступінь іонізованості повітряного середовища визначається кількістю іонів кожної полярності в одному кубічному сантиметрі повітря. Визначення кількості іонів і їхньої полярності здійснюється лічильниками іонів.

Санітарно-гігієнічні норми регламентують кількість тільки легких іонів. Мінімально необхідний і максимально припустимий рівні визначають інтервал концентрацій іонів у вдихуваному повітрі у приміщенні, відхилення від якого створює загрозу здоров'ю людини.

У зв'язку з тим, що мікроклімат може істотно впливати на самопочуття і працездатність людини, необхідний постійний контроль його параметрів. Для вимірювання температури повітря найчастіше застосовують ртутні термометри; відносну вологість вимірюють психрометрами, гігрометрами; швидкість повітря - анемометрами і кататермометрами; інтенсивність теплових випромінювань -актинометрами. Безперервний контроль і запис параметрів мікроклімату в часі здійснюють за допомогою термографів, барографів, гігрографів або електронних психрометрів.

Для санітарно-хімічного аналізу повітря на вміст шкідливих домішок застосовують лабораторні, експресні й автоматичні методи контролю. Вони грунтуються на хімічних, фізичних, фізико-хімічних і біохімічних процесах уловлювання й аналізу забруднень повітря.

Лабораторні методи (фотометричні, хроматографічні, спектро­скопічні та інші) забезпечують високу точність, але не завжди досить оперативно.

Експресні методи прості й оперативні. Наприклад, метод, при застосуванні якого використовується газоаналізатор з індикаторними трубками УГ-2.

Автоматичні методи (механічні, акустичні, магнітні, теплові, оптичні) дозволяють швидко і точно одержати інформацію, а прилади, налаштовані на визначений рівень загазованості повітря (газосигналізатори), при перевищенні цього рівня через систему автоматики подають сигнал на пульт керування.