Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы контроля и системы мониторинга загрязнений окружающей среды. Монография
.pdf
тростатическое осаждение частиц. Метод пьезокварцевого микровзвешивания частиц, осаждаемых за счет инерционной импакции на
тонкий слой адгезивного вещества, нанесенного на поверхность пластины, представляется более рациональным, поскольку в этом случае,
во-первых, значительно возрастает вероятность прочного сцепления
частиц (особенно крупных) с подложкой, а во-вторых, удается достичь
высокой степени локализации осадка частиц в центральной, наиболее
чувствительной зоне кварцевого резонатора. Кроме того, существенно
упрощается процедура отбора проб и контроль за её работой.
Таким образом, из краткого рассмотрения методов определения
массовой концентрации атмосферных аэрозолей только методы гра-
виметрии и пьезокварцевого микровзвешивания позволяют определить непосредственно массу частиц. Оптические методы анализа,
приборы с α- и β-излучателями и ряд других методов являются в известном смысле косвенными, поскольку с их помощью измеряют не
истинную массу аэрозоля, а некоторый параметр, связанный с массой
отражение, пропускание, заряд частиц и т.п.). Кроме того, с помо-
(
щью метода пьезокварцевого микровзвешивания удается проводить
как непрерывный масс-анализ частиц, так и контролировать мгновенные (пиковые) изменения концентрации аэрозолей вплоть до измерения массы отдельной частицы (благодаря низкому абсолютному
пределу обнаружения, который достигает величины порядка 10
–11
г).
Нельзя не упомянуть о достижениях современных методов контроля счетной концентрации аэрозольных частиц, дисперсного состава с возможностью выдачи данных о функциях распределения
частиц по размерам. Эти данные играют важную роль для комплексной оценки качества приземного слоя атмосферы. Кроме того, данные о счетной концентрации частиц весьма существенны при оценке
степени чистоты технологических помещений, предназначенных для
современных технологий высокой чистоты и обработки.
Как известно, действующие в настоящее время системы мониторинга Российской Федерации ориентированы лишь на определение
суммарной массовой концентрации взвешенных частиц. Между тем
наиболее опасными для здоровья человека являются частицы микронного и субмикронного диапазона. В этой связи в последние годы
по рекомендации Всемирной организации здравоохранения службы
мониторинга атмосферного воздуха ряда городов США и Европы,
наряду с контролем общей массы аэрозолей, приступили к определению концентрации частиц размером менее 10 мкм (РМ
).
10
201
Ниже приводятся результаты исследований по определению мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе различных районов
г. Москвы, полученных при непосредственном участии автора книги.
Исследования проводились с использованием пробоотборной системы АIR METRICS MiniVol (США). В ряде экспериментов было показано, что концентрация частиц РМ
до 0,254 мг/м
0,100
центрация частиц РМ
однако эти величины оказались на уровне и несколько выше ПДК
(0,15
мг/м
3
).
3
(табл. 5.9). Из данных видно, что массовая кон-
ниже ПДКмр взвешенных веществ (0,5 мг/м3),
10
колеблется в интервале от
10
сс
В табл. 5.10 приведены результаты определения концентрации тяжелых металлов в пробах частиц РМ
В пробах частиц РМ
были обнаружены также железо, марганец,
10
хром, алюминий, бензапирен (на уровне 0,2…0,8 нг/м
, отобранных на ул. Шаболовка, д. 46.
10
3
) и др.
Были проведены также эксперименты по отбору среднесуточных
проб одновременно тремя приборами MiniVol в следующих диапазонах:
–
сумму всех частиц, содержащихся в атмосфере (TPM);
–
частиц размером 10 мкм и менее (РМ
–
частиц размером 2,5 мкм и менее (РМ
);
10
).
2,5
В табл. 5.11 представлены результаты этих экспериментов.
Таблица 5.9
3
Концентрация частиц РМ
Шаболовка,
д. 46
0,120 0,170 0,143 0,190
0,170 0,253 0,180 0,171
0,160 0,190 0,180 0,191
0,143 0,160 0,190 0,202
0,182 0,140 – 0,254
0,143 0,190 – 0,180
Элемент Концентрация, мг/м3 ПДКсс в атмосфере, мг/м3
Свинец
Кадмий 0,0003 0,0003
Медь 0,002 0,002
Цинк
–––––––––
202
Никель 0,001 0,001
*
ПДК
.
мр
Графский пер.,
д. 4/9
Концентрация тяжелых металлов в пробах частиц РМ
*
0,0001 0,001
*
0,005 0,005
Ул. Генерала Белова,
д. 33/19
, мг/м
10
Район
цементного завода
Таблица 5.10
10
Таблица 5.11
3
Концентрация частиц различной дисперсности, мг/м
Сумма взвешенных веществ Частицы РМ
0,027 0,021 0,012
0,016 0,012 0,007
0,043 0,025 0,021
Частицы РМ
10
2,5
Система АIR METRICS MiniVol (США) включает малогабаритный насос, калиброванный ротаметр, программируемый таймер и
устройство для фиксации стандартного 47-мм аэрозольного фильтра
рис. 5.1). Система снабжена устройством для температурной ком-
(
пенсации, что позволяет поддерживать постоянство прокачиваемого
потока в пределах ± 5 % в диапазоне температур от 0 до 40 °C. Электропитание пробоотборника осуществляется батареей аккумуляторов, а прилагаемое к прибору зарядное устройство обеспечивает достаточно быструю его подзарядку.
Импактор обеспечивает предварительную сепарацию частиц аэрозоля, поступающих в пробоотборную систему. На фильтре этой системы концентрируются частицы более 10 мкм при однокаскадной
схеме включения и более 2,5 мкм – при двухкаскадной. Поддержание
постоянства потока через входное отверстие системы является необходимым условием для отбора частиц определенного размера. Для
данной модели прибора величина потока составляет 5 л/мин.
Рис. 5.1. Пробоотборник AIR METRICS MiniVol (США)
203
Пробоотборники MiniVоl обеспечивают непрерывный отбор проб
частиц различной дисперсности в течение 24 часов со скоростью
л/мин (за сутки 6…7 м
5
3
). Приборы просты в обращении и могут
быть использованы для отбора проб аэрозольных загрязнений воздушного бассейна г. Москвы. В пробах частиц РМ
могут быть оп-
10
ределены, как показано выше, различные химические элементы, в
том числе и тяжелые металлы.
Для внедрения в практику мониторинговых наблюдений за содержанием мелкодисперсных аэрозольных частиц необходимо проведение дальнейших исследований с размещением приборов MiniVоl
на стационарных постах. Данное оборудование может быть использовано и для оценки выбросов взвешенных веществ крупных промышленных объектов столицы путем отбора проб воздуха в санитарно-защитной зоне и прилегающих к этим предприятиям жилых зонах. В настоящее время оценка влияния того или иного предприятия
осуществляется путем отбора проб в течение 20…30 мин с последующей выдачей данных об уровнях ПДК
Отрадным является тот факт, что ряд приборов для контроля PM
.
мр
10
установлен на стационарных постах городской системы мониторинга г. Москвы. Кроме того, стоит особо отметить появление Методических указаний МУ2.1.6.-09 по организации мониторинга загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами.
Полученные результаты могут представлять определенный интерес и с точки зрения оценки процессов переноса загрязнений на локальных городских территориях, включая и вклад загрязняющих
примесей, поступающих за счет трансграничного переноса от удаленных источников. Из их числа выделим, прежде всего, объекты
энергетики, предприятия металлургии и металлообработки, мусоросжигательные заводы и ряд других мощных промышленных источников выбросов аэрозольных частиц.
Используя результаты исследований аналитических возможностей указанных выше методов, автором предложено и реализовано
оригинальное устройство, сочетающее достоинство обоих методов и
одновременно обеспечивающее новые возможности непрерывного
детектирования частиц аэрозольных загрязнений с возможностью
визуализации данных контроля.
По результатам экспериментальных исследований и достаточно
длительной эксплуатации пробоотборной системы АIR METRICS
miniVOL (
США) автором совместно с выпускницей МИСиС
204
О.В. Лукашевич и специалистами Госприродоохранного центра Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы модернизирована конструкция этой системы и получен патент
РФ на полезную модель [12].
5.5. Контроль качества жилых и рабочих
помещений
Большую часть времени (примерно 75…90 %) мы проводим в закрытых помещениях – на работе, дома, даже находясь, например, в
отпуске. Качество воздушной среды этих помещений играет особо
важную роль для сохранения полноценного здоровья и долголетия,
особенно в условиях современных городов и промышленных центров. Эксперты ВОЗ констатируют, что качество воздуха, характерное для внутренней среды различных построек и сооружений, оказывается более важным для здоровья человека и его благополучия, чем
качество воздуха вне помещения.
Параметры микроклимата. В соответствии с санитарными нормами СанПиН 2.2.4.548–96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» параметрами, характеризующими микроклимат, являются:
–
температура воздуха;
–
температура поверхностей внутри помещений, включая стены,
ограждения, элементы технологического оборудования и т.п.;
–
относительная влажность воздуха;
–
скорость движения воздуха;
–
интенсивность теплового облучения.
Температура воздуха, измеряемая в °С, является одним из основных параметров, характеризующих тепловое состояние микроклимата. Температура поверхностей и интенсивность теплового облучения
учитываются только при наличии соответствующих источников тепловыделений.
Влажность воздуха – содержание в воздухе водяного пара. Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность.
Абсолютная влажность – упругость водяных паров, находящихся в
момент исследования в воздухе (мм рт. ст.) или массовое количество
водяных паров, находящихся в 1 м3 воздуха. Максимальная влаж-
ность – упругость или масса водяных паров, которые могут насытить 1 м
ность – это отношение абсолютной влажности к максимальной (%).
3
воздуха при данной температуре. Относительная влаж-
205
Таблица 5.12
Уровень загрязнения атмосферы помещений
3
Загрязняющее вещество Концентрация, мг/м
Взвешенные частицы 0,05...0,7
Диоксид азота 0,5...1,0
Монооксид углерода 1...100
Диоксид серы 0,02...1,0
Диоксид углерода 600...9000
Летучие органические соединения 0,02...2,0
Озон 0,02...0,4
Радон 10...3000 Бк/м3
Формальдегид 0,02...2,0
Минеральные волокна 100...104 шт/м3
Известно, что в среднем взрослый человек потребляет в сутки примерно 10 кг воздуха, 2 кг воды и 1 кг твердой пищи, причем воздух, в
отличие от остального, потребляется постоянно и непрерывно. Содержащиеся в атмосфере загрязнения даже в малых концентрациях, попадая через органы дыхания, плохо выводятся из организма человека и,
накапливаясь, приводят к различным заболеваниям. Загрязнение воздуха внутри помещений может быть значительно выше атмосферного как
по числу загрязняющих веществ, так и по концентрации (табл. 5.12).
Кроме того, воздух внутри помещений содержит большое количество загрязнений в виде микрочастиц различного дисперсного состава (в том числе частиц размером менее 10 мкм – PM
), которые мо-
10
гут находиться во взвешенном состоянии длительное время, оседая
на различных поверхностях и вновь возвращаясь в воздушное пространство. К ним, в частности, относятся частицы органической и
неорганической природы [13–16]:
–
табачный дым;
–
бактерии;
–
споры и пыльца растений;
–
частицы сажи и пыли;
–
микроорганизмы.
Содержание (концентрацию) содержащихся внутри помещения
загрязняющих веществ можно оценить путем моделирования. Полуэмпирическая физическая модель, которая учитывает вклад в уровень загрязнения внутри помещения таких факторов, как загрязнение
внешней среды, табачный дым, вещества, выделяемые в процессе
приготовления пищи и некоторые другие источники поступления
загрязнений, имеет следующий вид [15]:
206
///,
C
PaakC NS T S akVt S akV= ⎡ + ⎤ ++ ⎡ + ⎤ + ⎡ + ⎤
m
C
out
C
cig
N
cook
T
smk
S
cook
o
r
m out cig smk cook cook other
()
⎣⎦ ⎣⎦⎣⎦
()
() ()
где
– концентрация примеси внутри помещения;
– концентрация примеси в атмосферном воздухе вне
P –
a –
k –
помещения;
доля просочившейся примеси (безразмерная);
кратность воздухообмена, ч
–1
;
скорость разложения примеси или ее осаждения, ч
–1
;
– количество выкуриваемых сигарет;
V –
объем здания, м
3
;
– время для приготовления пищи, ч;
t –
время отбора проб;
– расчетная интенсивность загрязнения вследствие курения,
S
S
мг/сигарета;
– расчетная интенсивность загрязнения вследствие приго-
товления пищи, мг/мин;
– интенсивность появления примеси в воздухе или расчетная
the
интенсивность загрязнения от прочих источников внутри
помещения, мг/ч.
Такой подход оказался пригодным для статистической оценки
влияния концентрации загрязнителей атмосферного воздуха как
внутри помещения, так и индивидуально для человека. В результате
проведенных исследований авторам вышеуказанных работ удалось
продемонстрировать соотношение концентраций внутри помещения
и снаружи по следующим загрязнениям: взвешенным частицам PM
и PM
, озону, монооксиду углерода, диоксидам азота и серы.
2,5
По данным РТЕАМ
1
и результатам физического моделирования
10
очевидно, что в домах, где курильщики не проживают, внутри помещения и снаружи соотношение концентрации по ВЧ
и ВЧ10 состав-
2,5
ляет примерно 60…70 % и около 50 % соответственно. Состав твердых частиц внутри помещения обычно отличается от состава частиц
–––––––––
1
Özkaynak H, et al. The Particle TEAM (PTEAM) study: analysis of the data. Vol. 3.
Research Triangle Park, NC, US Environmental. Protection Agency. 1995.
Özkaynak H, et al. Personal exposure to airborne particles and metals: results from the
Particle TEAM study in Riverside, California. Journal of exposure analysis and environmental epidemiology, 6:57–78 (1996).
207
на открытом воздухе вследствие приготовления пищи внутри помещения, курения, работы пылесоса и других видов деятельности человека, связанных с образованием аэрозолей с различными физикохимическими свойствами. Поэтому при моделировании концентраций РM
и PM
10
внутри помещения следует проводить оценку коэф-
2,5
фициентов выбросов взвешенных частиц от каждого типа источника
в отдельности. Информация о кратности воздухообмена также необходима для прогнозирования концентраций загрязнителей внутри
помещения на основании использования модели физического баланса масс. Интенсивность воздухообмена может меняться в зависимости от времени года и типа конструкции здания.
И все же основными загрязнителями помещений являются радон,
формальдегид, асбест, табачный дым. Отметим, что радон (радиоактивный газ, являющийся продуктом распада радия-226) – опасный
для человека газ, он попадает в жилые и офисные помещения из
грунта, просачиваясь через щели фундамента, хотя возможно его поступление из некоторых строительных материалов. Концентрация
радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже,
чем на первых этажах. Основными мерами, предупреждающими
проникновение и накопление радона, являются герметизация пола и
стен подвальных и полуподвальных помещений с постоянным проветриванием. В России установлены уровни концентрации радона в
жилищах в пределах 100...200 Бк/м
3
.
В рекомендациях Всемирной организации здравоохранения по качеству атмосферного воздуха, выработанных в самое последнее время [14], приводятся значения нормативных (безопасных) уровней в
атмосферном воздухе, 35 опасных и потенциально опасных веществ,
а также оценки риска их присутствия для здоровья людей. В этом
документе уделено внимание и наиболее распространенным загрязнителям воздушной среды внутри помещений – табачному дыму,
искусственным стекловолокнам и радону. Для оценки воздействия
веществ табачного дыма (смеси многочисленных взвешенных частиц
и парообразных веществ) используют никотин и вдыхаемые взвешенные частицы. Уровни никотина в помещениях варьируются
в пределах 1…10 мкг/м
нескольких до более 500 мкг/м
превышать 1 мг/м
поступающих в воздушную среду при монтаже теплоизоляции, то их
концентрация находится в пределах 10
3
, а концентрация взвешенных частиц – от
3
3
. Что же касается искусственных стекловолокон,
, а в ресторанах их содержание может
5
…2·106 волокон/м3, причем в
208
наружном воздухе сельской местности и вблизи городов она составляет примерно 2 и 1,7·10
В рекомендациях ВОЗ указывается, что средние концентрации радона
в европейских странах находятся в пределах 20...100 Бк/м
3
волокон/м3 соответственно.
3
. Кроме того,
радон в соответствии с классификацией МАИР (Международное агентство по изучения рака) отнесен к первой группе опасности канцерогенных
для человека веществ, как обладающего генотоксическим действием.
Далее приведены канцерогенные вещества по классификации МАИР.
Первая
группа: асбест; бензол; винилхлорид; кадмий и его соеди-
нения; радон, сажа.
Вторая группа: бензапирен, ацитатальдегид; N-нитрозодиметиламин; полихлорированные бифенилы (ПХБ); формальдегид, хлороформ, полициклические ароматические углеводороды.
Разнообразны и источники загрязнений, расположенные как вне,
так и особенно внутри помещений. Из числа последних отметим в
первую очередь различные строительные и отделочные материалы,
покрытия, краски и т.п. Кроме того, вредные вещества выделяются
мебелью, устаревшим бытовым оборудованием и принадлежностями. Внутри жилых помещений загрязнения выделяются при приготовлении пищи, проведении ремонтных работ и др. В помещениях
важную роль играет регулярный контроль уровня и интенсивности
воздействия различных физических факторов: шума, вибрации, электромагнитных полей. Отметим также, что в соответствии с санитарно-гигиеническими нормативами температура жилых помещений
должна быть не ниже 18°С, а относительная влажность воздуха не
должна превышать 30...60 % (оптимальная величина – 45 %).
Для контроля экологических параметров помещений в основном используется переносная аппаратура: дозиметры, малогабаритные приборы-анализаторы, хроматографы. Однако для более тщательного исследования наряду с этими приборами осуществляется отбор проб с помощью специального оборудования (аспираторы, фильтры, поглотители и
др.). Отобранные пробы затем исследуются в лабораторных условиях,
как правило, в два этапа. На первом – проводится общий обзорный анализ с целью выявления основных (наиболее опасных) загрязняющих
веществ, а на втором – проводится количественных анализ с использованием аттестованных методик измерений. В этих случаях чаще всего
применяются классические методы гравиметрии, спектрофотомерия,
хроматографии, атомно-абсорбционная спектрометрия.
209
Библиографический список
1. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем / Под ред.
Р. Шуберта. М.: Изд-во Мысль, 1988.
Соколов В.Е., Шаланки Я., Криволуцкий Д.А. Международная
2.
программа по биоиндикации антропогенного загрязнения природной
среды // Экология. 1990. № 2. С. 3–34.
Груздев В.С. Биоиндикация состояния окружающей среды. М.:
3.
Изд-во ГУЗ, 2008.
Груздева Л.П., Груздев В.С., Суслов С.В. Применение биоинди-
4.
кации для оценки состояния окружающей среды в зоне влияния металлургических предприятий // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». 2004. № 1–2. С. 195–198.
Груздев В.С. Мониторинг состояния ландшафтов в зоне влияния
5.
металлургического комбината «Северсталь» // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. № 11. 2006. С. 79–83.
Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений. СПб.: Изд-во Санкт-
6.
Петербургского ун-та, 2004.
Киреев Н.А. и др. // Теоретическая и прикладная экология. 2007.
7.
№ 1.
Куклев Ю.И. Физическая экология. М.: Высш. шк., 2003.
8.
Измеров Н.Ф., Суворов г.А. Физические факторы производст-
9.
венной и природной среды. Гигиеническая оценка и контроль. М.:
Медицина, 2003.
Усманов С.М. Радиация: Справ. матер. М.: Изд-во Владос, 2001.
10.
Колышкин А.Е., Рыбальский Н.Г. Радиационная безопасность.
11.
М.: Экологический вестник России, 1995.
12.
Пат. № 47519 / Лукашевич О.В., Разяпов А.З. и др.; опубл.
25.01.2005.
Фомин Г.С., Фомина О.Н. Воздух. Контроль загрязнений по
13.
международным стандартам. М.: Изд-во «Протектор», 1994.
Рекомендации по качеству воздуха в Европе: Пер. с англ. / Под
14.
ред. С.Л. Авалиани, В.М. Захарова и др. Второе издание. М.: Весь
мир, 2004. С. 37.
Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воз-
15.
действия на здоровье человека / Региональные публикации ВОЗ. Европейская серия. № 85: Пер. с англ. СПб., 2007.
Енгелфрид Ю., Малхолл Д., Плетнева Т.В. Как защитить себя
16.
от опасных веществ в быту. М.: Изд-во МГУ, 1994.
210
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]