Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы контроля и системы мониторинга загрязнений окружающей среды. Монография
.pdf
Расчеты коэффициентов корреляционной связи между содержанием тяжелых металлов в почве и растениях, проведенные автором,
показали, что относительно сильная и прямая связь наблюдается для
кадмия, цинка и ртути. Слабая обратная связь обнаружилась для
свинца и хрома, обратная связь – для меди и кобальта. Наличие прямой связи говорит о том, что чем больше элемента содержится в
почве, тем интенсивнее он накапливается в растениях. Подвижные
формы кадмия, цинка и меди более активны в нейтральных и кислых
почвах, а хром и кобальт – в нейтральных и щелочных. Выпадающие
из воздуха загрязнения в основном накапливаются в верхнем горизонте почвы 0…5 см, со временем они проникают глубже. Для роста и
развития растений важное значение имеет накопление серы. Фоновое
выпадение серы составляет 25…30 кг/га, а среднее фоновое содержание в почве составляет 850 мг/кг. Критический уровень серы в атмосферном воздухе – 0,015…0,020 мг/м³. Увеличение концентрации серы
в воздухе отражается на флористическом составе луговых растений:
луговые виды постепенно снижают свое обилие и жизненность, а вместо них распространяются сорные и рудеральные растения.
В работах В.С. Груздева особо отмечается, что в воздухе рабочей
зоны металлургических предприятий содержатся аэрозоли различной
дисперсности, неорганические газы и другие загрязнения, которые
оказывают весьма негативное влияние на здоровье рабочего персонала. Наиболее опасной является мелкодисперсная пыль (частицы
микронного и субмикронного размера).
Обратим внимание на то, что методы биоиндикации и биотестирования оказываются весьма эффективными в сочетании с традиционными методами аналитической химии. Это, в частности, отмечается в многочисленных публикациях последнего времени. Из их числа
отметим работы, связанные с проблемами контроля загрязнений водной среды и почв нефтью и продуктами ее переработки [6, 7].
Известно, что попадая в водную среду или почву, нефтепродукты
даже в небольших количествах оказывают токсическое воздействие
на все виды живых организмов. Ранее уже отмечалось недавнее катастрофическое загрязнение вод Мексиканского залива в связи с взрывом на нефтедобывающей платформе компании BP. На сегодняшний
день трудно оценить экологической ущерб и прогнозировать ситуацию в будущем, но ясно одно: масштабы и последствия этой техногенной катастрофы беспрецедентны.
Что же касается почв, то нефтяные загрязнения подавляют активность почвенной микробиоты и нарушают баланс почвенных фер-
181
ментов. В связи с этим особый интерес представляют исследования
по разработке комплексной тест-системы для многофакторной оценки состояния почв, подвергшихся нефтяному загрязнению [7], авторы исходили из того, что для оценки токсичности почвенного покрова тест-система должна иметь представителей двух трофических
уровней – автотрофов и гетеротрофов. Кроме того, в составе тестсистемы должны быть представители из живых организмов – бактерий, грибов, растений, животных. Авторы указанной работы также
отмечают, что комплекс методов биотестирования, биоиндикации и
экотоксикологии, наряду с классическими методами аналитической
химии, могут обеспечить получение более полной картины деградации почв, загрязнённых нефтяными углеводородами.
В заключение раздела, подчеркнем, что для контроля загрязнений
почв на содержание тяжелых металлов наиболее эффективными являются методы атомной спектроскопии, обеспечивающие одновременное определение большой группы этих экологически опасных
загрязнений. Эти методы и были использованы в вышеуказанных
работах В.С. Груздева.
Что же касается контроля нефтепродуктов, то из многочисленных
методов и средств анализа выделим анализатор нефтепродуктов АН-
который широко используется для определения нефтепродуктов в
2,
питьевых, природных, технологических и сточных водах и почвах.
Этот прибор входит в состав основного аналитического оборудования большинства лабораторий природоохранных и санитарногигиенических служб, причем контроль нефтепродуктов осуществляется в соответствии со следующей нормативно-технической документацией: РД 52.24.476–95; ПНДФ 14.1:2.5–95; ПНДФ 1:2222–98;
ПНДФ 14.1:2:4.168–2000; ПНДФ 14.1:2.189.02; ГОСТ Р 51797–2001.
5.2. Методы контроля физических факторов
воздействия
В гл. 2 было дано определение термина «воздействие», понимая
под этим геофизические, теплофизические, электромагнитные и другие экзогенные физические факторы природного или техногенного
происхождения. Кроме того, отмечалось, что известны и используются
на практике так называемые «активные воздействия» на природные
процессы (явления). Конечной целью этих воздействий является снижение негативных последствий и предотвращение экологического или
182
экономического ущерба путем изменения (ослабления) их пространственно-временных или иных параметров и характеристик.
К числу воздействий, сопровождаемых изменением физических
параметров окружающей среды, можно, в первую очередь, отнести
достаточно широкий спектр электромагнитных излучений: от коротковолнового
γ
-излучения до сверхдлинных радиоволн, а также раз-
личного рода шумы, вибрации. Распространенными факторами, постоянно воздействующими, являются физические факторы. Воздействия этих факторов на человека и живые организмы вообще, начиная с последней трети прошлого столетия, постоянно усиливаются в
связи с ростом потребления электроэнергии, появлением разнообразных промышленных и бытовых источников излучений: электромагнитных, акустических, радиационных [8–11].
Кратко рассмотрим электромагнитные излучения и шумы, которые являются наиболее опасными техногенными факторами воздействия особенно в крупных городах и промышленных центрах.
Электромагнитные излучения (поля). В настоящее время обще-
признано, что электромагнитное излучение (ЭМИ) является значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью. Опасность этого вида физических воздействий усугубляется
тем, что они не обнаруживаются органами чувств.
По рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)
электромагнитные воздействия включены в перечень приоритетных
экологических проблем, причем в числе немногих ВОЗ реализует Международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project).
Существующие источники ЭМИ можно разделить на следующие
группы:
объекты производства, передачи, распределения и потребления
–
электроэнергии постоянного и переменного тока (0…3 кГц): электростанции, линии электропередачи, трансформаторные подстанции,
системы электроснабжения и т. п.;
транспорт на электроприводе (0…3 кГц): железнодорожный
–
транспорт и его инфраструктура, городской транспорт (метрополитен, троллейбусы, трамваи);
функциональные передатчики: радиовещательные станции, те-
–
левизионные передатчики, базовые станции радиосвязи, наземные
станции космической связи, радиорелейные станции и др.
Перечень наиболее часто встречающихся источников распространения ЭМИ и их частотные характеристики приведены в табл. 5.2.
183
Таблица 5.2
Некоторые техногенные источники ЭМИ
Источники излучения Частота излучения, Гц
Электростатика 0...10
Линии электропередач (ЛЭП) 50
Электроэнергетика (0,1...1)·103
Телефонная связь (1...10)·103
Радиостанции низкой частоты (130...285)·103
Радиостанции средней частоты 415·103– 1,6·106
Радиостанции коротких частот (3,95...28,1) ·106
Мобильные телефоны 20·106– 2·109
Телепередатчики (47...68)·106
Радиостанции FM (87,5...108)·106
Стационарные радиолокаторы (1...10)·109
РЛС службы слежения за авиатранспортом (9...35)·109
Уровни ЭМИ, создаваемые этими источниками, в некоторых случаях превышают максимальный зафиксированный природный электромагнитный фон в 200−30 000 раз.
Полученные к настоящему времени результаты исследований свидетельствуют о том, что воздействие ЭМИ вызывает обратимые изменения регуляции физиологических процессов – под влиянием этих
воздействий изменяется поведение животных: двигательная активность, ориентация в пространстве, способность к выработке условных
рефлексов, изменение интенсивности обменных процессов, иммунной
активности и т.п. У растений происходят изменения процессов роста,
газообмена, поглощения минеральных веществ и т.п.
Шумы. В реальной атмосфере всегда присутствуют шумы естественного происхождения с весьма широким спектральным диапазоном
от инфразвука до ультразвука и гиперзвука. Ультразвук – это звук диапазона, который выше предела слышимости человека, т.е. с частотой
свыше 20 KГц, а инфразвук – ниже предела слышимости (20 Гц). Гиперзвук – звуковые волны сверхвысокой частоты (10
9
…1013 Гц). При-
мерами шумов естественного происхождения являются шумы морского прибоя, грозового разряда, ветра в лесу и т.п. Источниками инфразвуковых шумов могут быть различные метеорологические и географические явления, такие как магнитные бури, полярные сияния, движения воздуха в кучевых и грозовых облаках, ураганы, землетрясения.
Шумы естественного происхождения настолько разнообразны, что в
полной мере не поддаются подробному описанию и систематизации.
184
К источникам шума техногенного происхождения относятся применяемые в современной технике механизмы, промышленное оборудование, транспортные средства.
Техногенные шумы по физической природе происхождения могут
быть классифицированы на следующие группы:
механические шумы, возникающие при взаимодействии различ-
–
ных деталей в механизмах, при вибрациях поверхностей устройств,
машин, оборудования;
электромагнитные шумы, возникающие вследствие колебаний
–
деталей и элементов электромеханических устройств под действием
электромагнитных полей (трансформаторы, дроссели, роторы и др.);
–
аэродинамические шумы, возникающие в результате вихревых
процессов в газах;
–
гидродинамические шумы, вызываемые различными процесса-
ми в жидкостях.
По временным характеристикам шумы разделяют на постоянные
и непостоянные. Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на
импульсные, прерывистые и колеблющиеся во времени.
Предельно допустимые дозы шумов, в зависимости от продолжительности воздействия, представлены в табл. 5.3, а уровни шумов
наиболее часто встречающихся источников – в табл. 5.4.
Таблица 5.3
Предельно допустимые дозы шумов
Продолжительность воздействия, ч 8 4 2 1 0,5 0,25 0,12 0,02 0,01
Предельно допустимые дозы (по шкале А), дБ 90 93 96 99 102 105 108 117 120
Таблица 5.4
Уровни шума наиболее часто встречающихся источников
Источник Шум, дБ
Порог слышимости 0
Шелест листвы, шепот 10
Спокойный сад 20
Тиканье часов, шум листвы 30
Городская квартира, шум города ночью 40
Приглушенный разговор 50
Легковой автомобиль 60
Громкий разговор, среднее уличное движение 70
Мопед 80
Грузовой железнодорожный вагон 90
Вагон метро, грузовой автомобиль 100
Самолет, вертолет 110
185
Время для оценки воздействия шума в помещениях жилых и общественных зданий, а также на селитебной (жилой) территории выбирают днем (непрерывно в течение 8 ч), ночью (непрерывно в течение 0,5 ч) в наиболее шумные периоды суток. Продолжительность
измерения постоянного шума должна составлять не менее 3 мин,
причем в каждой точке контроля должно быть произведено не менее 3 измерений уровней звука.
5.3. Радиация и радиационный мониторинг
Остановимся на основных понятиях и определениях. Радиация (от
лат. radiatio, radio, radiare – излучать, испускать лучи) – поток элементарных частиц и квантов электромагнитного излучения широкого спектрального диапазона. Наибольшее распространение в научнотехнической и учебно-педагогической литературе этот термин получил
с момента открытия явления радиоактивности в 1896 г. французским
физиком А. Беккерелем. Явление радиоактивности (от лат. radio и acti-
vus –
деятельный) – свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд, массовое число) путем испускания
элементарных частиц или ядерных фрагментов. Некоторые существующие в природе химические элементы (уран, радий, торий) радиоактивны, но подавляющее большинство радиоактивных элементов получены искусственным путем в результате ядерных реакций [10, 11].
Радиация – обобщенное понятие, включающее различные виды
излучений, часть которых встречается в природе, другие – антропогенного происхождения.
Следует различать корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять как из заряженных, так и из
нейтральных частиц. Виды корпускулярного излучения:
–
α-излучение представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжелее свинца или образуются в ядерных реакциях;
–
β-излучение – это электроны или позитроны, которые образуются при β-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до
самых тяжелых;
–
нейтроны образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах
и в других промышленных и исследовательских установках, а также
при ядерных взрывах);
–
протоны, ионы в основном образуются на ускорителях.
186
Источники радиационного излучения подразделяют на естественные и техногенные. Естественный радиоактивный фон существует
всегда. Он создается космическими лучами (0,37 мЗв/год)
1
, радиоак-
тивными веществами, распределенными на Земле и верхнем слое
почвы (0,381 мЗв/год), находящимися в воде, в воздухе, продуктах
питания (1,35 мЗв/год). Наиболее весомым из всех естественных источников излучения является безцветный газ радон, не имеющий
вкуса и запаха. По оценкам специалистов именно радон ответственен
на 3/4 годовой индивидуальной дозы облучения населения от естественных радиоактивных источников.
Количество переданной облучаемому объекту энергии – это физическая величина, называемая дозой. Дозу излучения организм может
получить от любых радионуклидов или их смеси независимо от того,
находятся ли они вне организма или внутри него (в результате попадания с пищей, водой или воздухом). Количество энергии излучения,
поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма),
называется поглощенной дозой. Но по величине поглощенной дозы
еще нельзя предсказать последствия облучения. При одинаковой поглощенной дозе α-излучение гораздо опаснее β- или γ-излучений. Если
принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать
ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют экви-
валентной дозой, которая измеряется в зивертах (Зв).
Муслюмово – поселок, которого нет? (echo.mck.ru) Историческая справка:
29 сентября 1957 г. на комбинате Маяк случилась катастрофа – Кыштымская авария,
которая до Чернобыля считалась крупнейшей радиационной катастрофой в мире –
произошел взрыв емкости с жидкими радиоактивными отходами, в результате которого образовался так называемый Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС).
Муслюмово – небольшой поселок, расположенный на северо-востоке Челябинской
области в Кунашакском районе. Если найти это название в строке поиска на сайте
Госкорпорации «Росатом», получите ответ «По вашему запросу ничего не найдено».
Росатом, видимо, не считает себя ответственным за то, что вот уже больше 50 лет
продолжается радиационное загрязнение территории, на которой до сих пор живут
люди. В ноябре 2010 г. Гринпис России организовал очередной пресс-тур в Муслюмово, чтобы журналисты могли своими глазами увидеть условия жизни жителей
Муслюмово и других поселений в округе и рассказать остальным о том, как до сих
пор на загрязненной территории живут люди. В 2005 г. Росатом, наследник советского прошлого, признал проблему и начал расселение в новую деревню, в полуторе
километрах от старой.
–––––––––
1
1 мЗв = 1 Дж/кг = 1 м2/с2.
187
Чернобыльская катастрофа. С 1986 г. живёт, и ещё долго будет жить в наших
сердцах это страшное слово: Чернобыль. Небольшой город, расположенный на берегу
Киевского водохранилища, между реками Уж и Припять, утопающий в зелени лесов.
Летом сюда приезжало отдыхать много людей, поскольку места были очень красочными. Не так давно на реке Припять построили город, и назвали его Припятью. Это
был город-сад! Красивые бульвары и много зелени сделали его приятным местом отдыха. В 1972 г. прямо возле Чернобыля начали строить самую мощную в СССР атомную электростанцию. К 1985 году уже закончили строить четыре энергоблока и начали строить пятый. Ночь 26 апреля 1986 г. не предвещала ничего плохого. На АЭС проводили эксперимент по допустимой нагрузке. Но какой эксперимент! Была отключена
вся система защиты энергоблока, и он перешёл в неуправляемое состояние. Операторы
пытались стабилизировать ситуацию, но было уже поздно. И вот, ровно в 1 час 24 минуты ночи раздались два взрыва на четвёртом реакторе, и он начал гореть.
Четвёртый реактор был полностью разрушен, по всей территории АЭС были
разбросаны куски урана и графита, излучающие радиацию. А города продолжали
жить своей жизнью ещё два дня. Жителей никто не предупредил о катастрофе. Дни
оказались жаркими, многие люди решили их провести за городом, и никто не чувствовал, что зелёная трава и деревья стали их врагами. Некоторые люди получили
такие дозы облучения, что через некоторое время умерли. 28 апреля колонна из 1100
автобусов вывозила из Припяти, Чернобыля и других населённых пунктов зоны отчуждения жителей. Жизнь в радиусе 30 км от Чернобыля замерла.
Реактор представляет собой огромный котлован, заполненный графитом. Стенки, дно и крыша реактора сделаны из свинца (свинец – практически единственное
вещество, которое не пропускает радиацию). В графите сделаны отверстия, в которые вкладываются стержни уранового топлива. Благодаря ядерной реакции выделяется громадное количество тепла. (Кусок урана величиной с ладонь содержит больше энергии, чем целый железнодорожный состав каменного угля, кроме того, АЭС,
в отличии от ТЭС, не сжигает атмосферный кислород и не загрязняет атмосферу).
Тепло подаётся на паровые турбины, которые вырабатывают ток. Турбины расположены в здании над реактором, сверху реактор закрыт крышкой. Силой взрыва эту
крышку выбило, и всё внутри начало гореть.
В первые дни к реактору нельзя было подойти, поскольку температура в нём достигала 5 тыс. градусов. В это время над АЭС висело радиоактивное облако, которое
разносил ветер. Облако три раза обогнуло земной шар, в результате много р
разнеслось по всей Европе. Больше всего, конечно, досталось Украине и Белоруссии.
Тем временем ликвидаторы пытались хоть как-то пригнать облако к земле.
С вертолёта реактор бомбили песком, поливали водой, но всё было очень малоэффективно, и в воздухе оказалось 77 кг радиации, а это равносильно тому, если бы на
АЭС сбросили бы сотню(!) атомных бомб, причём одновременно.
Когда реактор выгорел, нужно было собрать все обломки урана и графита. Все
работы велись вручную. Ликвидаторы в противогазах и костюмах из свинца сгребали лопатами и выбирали руками куски радиоактивного вещества, сбрасывали их в
сгоревший реактор. После очистки территории начались работы по сооружению над
реактором саркофага с целью недопущения утечки радиации. Сейчас разрабатывается и осуществляется проект «Укрытие», по которому четвёртый реактор полностью
опустят под землю, и он навсегда перестанет быть опасным.
В декабре 2000 г. ЧАЭС закрыли из-за устаревшей и несовершенной системы
безопасности. Но что же с радиацией? Период распада радиоактивных частиц различен – от восьми минут до сотен тысяч лет... Когда-нибудь сюда снова вернутся люди
и возведут красивые города.
188
адиации
Следует учитывать, что одни части тела (органы, ткани) более
чувствительны, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем
в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно
из-за риска генетических повреждений. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами.
Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и
просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную
эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения
для организма, которая также измеряется в зивертах.
В дозиметрии дано определение понятия мощность дозы – доза облучения (поглощенная или эквивалентная) за единицу времени. Длительные исследования действия излучений на организм человека позволили установить «безопасное» значение мощности эквивалентной
дозы. Международной комиссией оно установлено равным 0,02 Зв/год
для профессионалов, работающих с излучениями и проходящих регулярные медицинские обследования, и в четыре раза меньшим –
Зв/год для остального населения. Эти значения безопасны в том
0,005
смысле, что современная медицина не может обнаружить ни немедленных, ни отдаленных последствий такого облучения.
Ниже приводятся единицы измерения доз ионизирующей радиации в системе СИ.
Активность радионуклида измеряется в беккерелях (Бк, Bq), причем 1 Бк соответствует 1 распаду в 1 с для любого радионуклида.
Поглощенная доза равна количеству энергии, поглощенной еди-
ницей массы облучаемого тела, и измеряется в грэях (Гр, Gy):
Гр = 1 Дж/кг.
1
Эквивалентная доза определяется по поглощенной дозе умножением ее на коэффициент K, зависящий от вида излучения, и измеряется в зивертах (Зв, Zv): 1 Зв = 1 K×1 Гр.
Численные значения коэффициентов различных видов излучений:
K = 1 –
K = 3 –
K = 7 –
K = 10 –
K = 20 –
рентгеновское, γ- и β-излучение;
тепловые нейтроны;
протоны с энергией 5 МэВ;
нейтроны с энергией 0,5 МэВ;
α-частицы.
Приведем также некоторые широко распространенные внесистемные единицы и их связь с единицами СИ: кюри (Ки, Cu) – единица активности изотопа: 1 Ки = 3,7·10
10
Бк; рад (рад, rad) – единица
189
поглощенной дозы излучения: 1 рад = 0,01 Гр; бэр (бэр, rem) – единица эквивалентной дозы: 1 бэр = 0,01 Зв.
В зависимости от уровня токсичности радиоактивные элементы
разделены на следующие группы:
особо высокой (
–
238
239
Pu,
227
206
134m
241
Am,
234
Th,
Th,
22
231
Bi,
Th,
14
C, 38Cl, 55Fe, 64Cu, 69Zn, 71Ge,
136
Cs,
Pu,
высокой (
–
224
Ra,
–
средней (
91
Y, 90Y, 95Nb, 95Zr,
203
Pb,
малой (
–
131
Cs,
наименьшей токсичности (например,
–
210
242
Cm);
90
106
Sr,
230
U,
Na, 24Na, 32P, 35S, 36Cl, 54Mn, 56Mn, 59Fe, 60Co, 82Br, 89Sr,
105
239
Np);
Cs);
РЬ,
Ru,
233
Ru,
U,
124
125
210
Sb,
234
Sb,
Po,
U,
226
Ra,
126I,129
235
U,
132I,133
I,
241
I,
228
Th,
131
Ru);
134
3
I,
I,
H).
230
144
134
91m
Th,
170
Ce,
137
Cs,
Y, 97Zr,
232
Tm,
Cs,
Th,
141
96m
232
210
U,
Bi,
Ce,
Tc,
237
223
171
99m
Np,
Ra,
Tm,
Tc,
α-излучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью. Оно не может проникнуть
сквозь кожные покровы. Пробег α-частиц с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 2,5 см, а в биологической ткани – лишь 31 мкм. Нуклиды с α-частицами представляют большую опасность при попадании внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.
β-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег β-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани – нескольких сантиметров. Так, пробег электронов
с энергией 4 Мэв в воздухе составляет 17,8 м, а в биологической ткани – 2,6 см.
γ-излучение имеет еще более высокую проникающую способность. Под его воздействием происходит облучение всего организма.
Результаты воздействия радиации на организм человека зависит,
как уже отмечалось ранее, от величины дозы облучения (табл. 5.5).
Таблица 5.5
Воздействие различных доз облучения на человеческий организм
Доза, Гр Причина и результат воздействия
(0,7…2)·10–3 Доза от естественных источников (в год)
0,05 Предельно допустимая доза профессионального облучения (в год)
0,1 Уровень удвоения вероятности генных мутаций
0,25
1,0 Доза возникновения острой лучевой болезни
Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]