• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Воздействие токсичных выбросов на человека и окружающую среду

Теплотехника. Под ред. Луканина В.Н.

Для оценки воздействия выбросов принято сравнивать их фактические концентрации с предельно допустимыми (максимально разовыми, среднесуточными и среднегодовыми). Современные представления о допустимых уровнях загрязнения атмосферного воздуха, воды или ландшафта основаны на сведениях о негативном воздействии вредных веществ на здоровье людей и животных, на растительность и материальные ценности.

Токсичные компоненты вредных выбросов автотранспорта и инфраструктуры непосредственно воздействуют на население, животных, растительность, которые находятся в непосредственной близости от проезжей части автомобильных дорог и в фоновой зоне. На основании многочисленных эпидемиологических и токсикологических исследований установлено, что воздействие каждого из вредных компонентов ведет к определенным негативным последствиям.

По характеру действия загрязняющих веществ на окружающую среду можно выделить хроническое неспецифическое (провоцирующее) влияние загрязнения, а также специфическое действие, когда загрязнитель играет роль этиологического фактора. Это влияние определяется следующими симптомами и признаками:

Оксид углерода СО (время жизни в атмосфере 2…42 мес.) воздействует на нервную систему, вызывает обмороки, так как вступает в реакцию с гемоглобином крови, замещая кислород. В зависимости от концентрации СО в воздухе и времени воздействия степень поражения организма может существенно различаться.

Связанный гемоглобином СО постепенно выделяется в кровь, которая у здорового человека очищается от СО на 50% каждые 3…4 ч.

Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой чувствительности глаз – возрастает вероятность аварий. Максимально-разовая ПДК этого вещества в населенных пунктах составляет 3мг/м³, в США – 10мг/м³ за 8 ч воздействия.

В атмосфере над автомагистралями и прилегающих территориях из оксидов азота встречаются, в основном, NO и NO₂.

NO является неустойчивым компонентом, который в течение от 0,5…3 до 100 ч (зависит от концентрации в воздухе) окисляется до NO₂. Токсичность NO₂ в семь раз выше токсичности NO.

На организм человека NO₂ действует как острый раздражитель при концентрации 15 мг/м³ и может вызвать отек легких при концентрации 200…300 мг/м³ Реагируя с атмосферной влагой, оксиды азота образуют азотную кислоту, вызывающую коррозию металлов, уничтожение растительности и т.д.

Наибольшую опасность оксиды азота представляют как активный компонент при образовании фотохимического смога. Максимально-разовая концентрация оксидов азота в атмосфере населенных пунктов – 0,085мг/м³.

Газообразные низкомолекулярные углеводороды оказывают наркотическое действие на организм человека, вызывая состояние эйфории, что увеличивает вероятность ДТП. Токсичность их возрастает при наличии в воздухе других загрязнений, которые в совокупности под действием солнечной радиации образуют фотохимические оксиданты смога. Максимально-разовая ПДК составляет 5 мг/м³.

Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являются канцерогенными, из которых наибольшей активностью обладает бенз-а-пирен (С₂₀Н₁₂), содержащийся в отработавших газах дизелей. ПДК составляет 0,1 мкг/100м³ воздуха.

Сажа, содержащаяся в отработавших газах, обладает большей токсичностью, чем обычная пыль. На поверхности частиц сажи адсорбируются канцерогенные вещества. Видимым автомобильный выхлоп становится при концентрации сажи 130мг/м³. Размеры частиц составляют 0,19…0,54 мкм в диаметре и могут достигать альвеол легких или откладываться в носовых пазухах, трахеях или бронхах.

Оксиды серы при малых концентрациях (0,001%) вызывают раздражение дыхательных путей, при концентрации 0,01% происходит отравление людей за несколько минут. Наличие в атмосфере сернистых газов препятствует фотосинтезу растений, неблагоприятно воздействует на дыхательные пути человека. При концентрации SO₂ в воздухе более 0,9 мг/м³ происходит изменение процессов фотосинтеза растений; через 5…10 дней хвоя сосны, ели начинает рыжеть и преждевременно опадает. Установлено, что смесь SO₂ и СО при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма. ПДК в рабочей зоне составляет 10 мг/м³.

Соединения свинца приводят к возникновению головной боли, утомлению, нарушению сна, ферментативной активности белков живых организмов. ПДК среднесуточная составляет 0,0003мг/м³. Свинец накапливается в организме и может вызвать тяжелые расстройства нервной и кровеносной системы.

Отмеченные вредные компоненты по степени токсичности различны и характеризуются соотношениями:

CO/CH/H2S/NOx/C/RCHO/Pb/C20H12=1/1.26(3.16)/16.5/41.1/41.1/41.5/22400/1260000

Действие некоторых токсичных веществ отработавших газов на человека приведено в табл. 1.

Таблица 1. Содержание примесей в воздухе, мг/м3, и эффекты воздействия на человека

Эффект воздействия	CO	SO2	NOx
Несколько часов без заметного воздействия	115	6	15
Признаки легкого отравления или раздражение слизистых оболочек через 2…3 часа	115…575	130	20
Отравление через 30 мин	2300…3500	210…400	100
Опасно для жизни при кратковременном воздействии	5700	1600	150

Если городские жители в течение длительного времени находятся вблизи источников выброса вредных веществ и подвергаются их воздействию, это может вызвать отмеченные выше негативные последствия. Негативное воздействие автомобильных выбросов на человека проявляется и через питьевую воду, и продукты питания. Приводят к ухудшению здоровья транспортный шум и электромагнитные излучения.

Обобщая приведенные материалы можно качественно установить вредное влияние автомобильных выбросов при загрязнении атмосферы на состояние здоровья населения (табл. 2). Начиная с 2…4 ПДК в состоянии здоровья людей наблюдаются сдвиги, регистрируемые функциональными методами исследований, но рост заболеваемости населения, как правило, не наблюдается. При более 5 ПДК рост заболеваемости населения уже отражается в данных официальной статистики.

Таблица 2. Состояние здоровья населения в зависимости от загрязнения атмосферного воздуха

Ожидаемое состояние здоровья	Кратность превышения ПДК
Нет отрицательных изменений	1
Изменения по некоторым функциональным показателям	2…3
Выраженные функциональные сдвиги	4…7
Рост специфической и неспецифической заболеваемости	8…10
Острые отравления	100
Смертельные отравления	500

Аналогичные шкалы установлены для оценки заболеваемости от уровня загрязнения водоемов (табл. 3) почв (табл. 4), а также уровня шума (табл. 5).

Таблица 3. Оценочная шкала возможного влияния загрязнения водных объектов на здоровье населения

Степень загрязнения	Степень превышения ПДК	Индекс загрязнения
Допустимая	1	0
Умеренная	2-3	1
Высокая	4-10	2
Чрезвычайно высокая	100	3

При высокой степени загрязнения (индекс 2 табл. 3) заметно ухудшается здоровье населения, что предполагает запрет использования водоема для всех видов водопотребления. Методы очистки сточных вод: механические, физико-химические, биологические.

Таблица 4. Оценочная шкала влияния содержания химических веществ в почве на здоровье населения

Ожидаемое состояние здоровья	Превышение ПДК
Минимальные физиологические сдвиги	До 4
Выраженные физиологические сдвиги	4…10
Повышение частоты заболеваний по отдельным формам и группам	20…120
Хронические отравления	120…200
Острые отравления, смерть	200…1000

Процент теоретического снижения уровня здоровья населения, обусловленный вредным воздействием АТК, может быть определен по формуле:

R»P/P₀

где R – снижение значений показателей здоровья в долях от уровня порогового загрязнения; P₀, P – соответственно теоретический и фактический (прогнозный) уровень загрязнения.

Таблица 5. Показатель заболеваемости населения, % в зависимости от уровня транспортного шума

Заболевания	Среднее значение	В пределах ПДУ	Выше ПДУ
Система кровообращения	16,4	63,5	88,3
Нервная система	59,9	49,8	70,7
Органы кровообращения	89,8	85,4	93,2

Наиболее информативными показателями здоровья населения в отношении влияния факторов окружающей среды являются: заболеваемость, физическое развитие (детей и подростков), функциональное состояние организма, которое характеризуется состоянием сердечно-сосудистой системы, зрительно-опорной реакции, функции внешнего дыхания. На физическое развитие детей (рост, масса, окружность грудной клетки) не влияют атмосферные загрязнения. Аналогичные результаты дали исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы (частота пульса, величина артериального давления). С ростом уровня загрязнения наблюдается некоторое увеличение зрительно-моторной реакции (отражает усиление тормозных процессов в коре больших полушарий), а также изменение функции внешнего дыхания (повышение частоты дыхания, изменение длительного и минутного объема в связи с наличием химических раздражителей во вдыхаемом воздухе).

Наибольшее влияние загрязнение оказывает на частоту обращения населения за медицинской помощью (табл. 6). Контингенты населения, здоровье которых изучалось, подбиралось с примерно одинаковыми биологическими и социальными признаками.

Таблица 6 Динамика заболеваемости населения (ед./1000 жителей) и концентрации в воздухе автомобильных выбросов по г. С.-Петербургу, мг/м³

Год	Пыль	СО	NO2	NO	Заболеваемость
1981	0,2/2,4	7,68/24,0	0,035/0,43	Нет данных	183,7
1982	0,2/3,0	1,34/8,64	0,046/0,55	Нет данных	216,1
1983	0,22/10,6	1,09/28,8	0,036/1,0	Нет данных	221,5
1984	0,19/12,0	0,69/72,0	0,021/1,19	Нет данных	218,8
1985	0,16/6,0	0,69/38,4	Нет данных	0,03/0,24	224,3
1986	0,13/7,0	0,60/29,8	0,038/0,75	Нет данных	207,0
1987	0,1/6,7	0,58/15,4	0,03/0,56	0,023/0,39	205,8

Примечание: Числитель/знаменатель = среднесуточные/максимально-разовые концентрации

Обработка данных, приведенных в табл. 6, позволила установить зависимости уровня заболеваемости населения от концентраций вредных выбросов в атмосферном воздухе.

Для пыли:

З=216,367-0,843×Х_ср;                       З=227,833×Х_м/(Х_м+0,424)

Для СО:

З=8854/(Х_ср+40,317);                       З=Х_м/(0,0072+0,0045×Х_м)

Для NOx:

З=198,355+0,402/Х_ср;                       З=243,023-21,727/Х_м

здесь З – уровень заболеваемости, ед./1000 жителей; Х_м, Х_ср – соответственно максимально разовые и среднесуточные концентрации, мг/м³.

Воздействие компонентов отработавших газов на растительность дано в табл.7.

Таблица 7. Характер воздействия компонентов отработанных газов на растительность

Вредное вещество	Характер поражения
Сернистый газ	Лист бурый с желтыми или белыми (некротическими) пятнами
Соединения фтора	Некроз хвои и листьев, распространяющийся от их концов к основания. Окраска пятен – от белой и бледно-желтой до буровато-коричневой
Хлористый водород	Лист оливковый (слабая концентрация токсиканта) или темно-коричневый (сильная концентрация), побуревший с краев
Озон	Торможение роста, уменьшение размеров, массы, на листьях белые пятна
Оксиды азота	Кончики хвои красновато-бурые, на листьях – темно-бурые и черные пятна
Медь, цинк, кобальт	Растения карликовые, побеги и листья мелкие. Кончики листьев желтеют, деформируются, отмирают. У лиственниц несколько раз за сезон появляются шишки: белые, потом розовые, далее желтые, наконец, зеленые (нормально – один раз зеленые)