Гигиеническая оценка содержания твердых частиц РМ10 и РМ2.5 в атмосферном воздухе и риска для здоровья жителей в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий

В Республике Беларусь гигиенические нормативы содержания в атмосферном воздухе мелкодисперсных твердых частиц установлены с 2004 г. Предельно допустимые концентрации трех периодов осреднения (максимальная разовая, среднесуточная, среднегодовая) предусмотрены в отношении: твердых частиц, фракции до 10 мкм (PM 10 ) – 150 мкг/м³, 50 мкг/м³, 40 мкг/м³, твердых частиц, фракции до 2,5 мкм (PM 2.5 ) –

65 мкг/м3, 25 мкг/м3, 15 мкг/м3, а также в отношении твердых частиц, не дифференцированных по составу пыль/аэрозоль (TSP) – 300 мкг/м3, 150 мкг/м3, 100 мкг/м1.

В Республике Беларусь твердые частицы являются одними из самых распространенных загрязняющих атмосферный воздух компонентов, оказывающих негативное влияние на состояние здоровья человека. Вклад твердых час-

тиц в уровень многокомпонентного загрязнения атмосферного воздуха составляет от 7 до 25 %. Пыли входят в пятерку загрязняющих веществ, которые формируют 70 % технологических выбросов [1].

Сумма твердых частиц (TSP) является широко распространенным контролируемым и информативным показателем загрязненности воздуха. Система мониторинга атмосферного воздуха на территории Республики Беларусь предусматривает организацию наблюдений за содержанием суммы твердых частиц на 67 стационарных постах наблюдений Национальной системы мониторинга окружающей среды. Лабораторный контроль суммарного содержания твердых частиц осуществляется весовым методом, без учета их компонентного и дисперсного состава.

Мониторинг содержания в атмосферном воздухе PM 10 обеспечивает автоматизированная сеть мониторинга, включающая 19 станций автоматического контроля. Выполнение измерений PM 10 проводится круглосуточно в непрерывном режиме. Содержание в атмосферном воздухе PM 2.5 контролируется только на двух станциях автоматического контроля – в г. Минске и Жлобине [2, 3].

Еще одним источником информации о содержании твердых частиц в атмосферном воздухе являются результаты аналитического лабораторного контроля, осуществляемого производственными лабораториями предприятий и территориальных органов государственного санитарного надзора на границах санитарнозащитных зон предприятий и на территориях жилой застройки, расположенных в зонах влияния промышленных выбросов. Однако в действующей на территории Республики Беларусь системе мониторинга уровней загрязнения атмосферного воздуха не предусмотрен производственный контроль технологических выбросов мелкодисперсных твердых частиц. Как результат: на сегодняшний день недостаточно данных о дисперсности твердых частиц и характере их распространения в атмосфере. В существующей практике установления размеров санитарно-защитных зон не предусмотрен учет дисперсного состава твердых частиц. Не проводится учет выбросов различных фракций твердых частиц в атмосфере на стадии проектирования, что значительно снижает точность определения зон влияния производственных источников на прилегающие территории. Вместе с тем многочисленными исследованиями доказано негативное влияние именно мелкодисперсных пылей на здоровье человека (на кардиоваскулярную систему [4], органы дыхания [5–7]), включая смертность по причине болезней органов дыхания и систем кровообращения [8, 9].

Проведен анализ результатов исследований фоновых концентраций РМ₁₀ и суммы твердых частиц в атмосферном воздухе 450 территориально-промышленных комплексов Республики Беларусь (за период с 2012 по 2016 г.). Установлено, что вклад твердых частиц в суммарный показатель загрязнения атмосферы, а также в формирование индекса опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания, обусловленный фоновым загрязнением атмосферного воздуха комплексом загрязняющих веществ, составляет более 30 %. На долю РМ 10 в составе смеси твердых частиц приходится 55,00 ± 0,02 % (95%-ный ДИ 51,20–58,80 %). Данные хорошо корреспондируются с результатами других исследований, в том числе зарубежных, в которых показано, что доля мелкодисперсных частиц в воздухе составляет от 30 до 60 % от общей массы пылей (total suspended particles) [10–14].

В Республике Беларусь наиболее высокие значения фоновых концентраций отмечаются в Могилевской, Минской и Гомельской областях. В разрезе отдельных территориально-промышленных комплексов наибольшие значения фоновых концентраций РМ 10 и суммы твердых частиц установлены в районах размещения крупных предприятий по производству строительных материалов. На данных территориях вклад фоновых концентраций твердых частиц в суммарный показатель загрязнения атмосферного воздуха составляет 62,58 %. Индекс опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания достигает 2,23. Вклад твердых частиц в формирование индекса опасности – 47,48 % [2].

Мелкодисперсные пыли содержатся в выбросах многих производств: черной и цветной металлургии, машиностроения, электротехники, строительства [15–19].

На промышленных предприятиях по производству строительных материалов существует большое количество технологических процессов, влекущих за собой образование твердых частиц. Результаты исследований мелкодисперсных твердых частиц на территории жилой застройки, проведенных в 2014 г.

в трех контрастных функциональных зонах: а) зона воздействия выбросов автотранспорта; б) зона воздействия выбросов стационарных источников промышленных предприятий; в) «условно чистая» селитебная зона, – подтвердили гипотезу о том, что выбросы предприятий по производству строительных материалов являются значимым фактором формирования экспозиции населения мелкодисперсными твердыми частицами [3].

С образованием полидисперсных твердых выбросов связаны процессы дробления, помола, смешения, хранения и транспортировки сухих измельченных металлов, порошков с малой степенью дисперсности. Выбросы промышленных предприятий содержат в себе твердые частицы размером от 0,5 до 200 микрон. Однако наибольший интерес представляют частицы с аэродинамическим размером менее 10 микрон, так как они практически не улавливаются наиболее распространенными в промышленности пылеочистными установками, в отличие от более крупных частиц, улавливаемых в количестве до 90–95 % [16, 20].

Цель работы – исследование фракционного состава и концентраций не дифференцированной по составу пыли: TSP, РМ 2.5 и РМ 10 в атмосферном воздухе на территории жилой застройки, расположенной в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий, c последующей оценкой риска для здоровья населения, проживающего на этих территориях.

Материалы и методы. Выбор исследуемой территории основан на результатах пространственного анализа территории, взаимного расположения источников выбросов твердых частиц и селитебных территорий, а также на результатах предварительных расчетов рассеивания и переноса загрязнений.

Для изучения выбрана территория жилой застройки, расположенная в зоне максимального влияния выбросов стационарных источников крупных промышленных объектов по производству строительных материалов. Контрольные точки для отбора проб воздуха и инструментальных измерений твердых частиц устанавливали в зонах наибольших расчетных концентраций, создаваемых технологическими источниками выбросов. Всего было выбрано 6 точек в зоне жилой застройки на расстояниях 500–800 метров от источников. Исследования проводили с марта по июнь в рабочие дни при стандартном режиме работы предприятия по производству строительных материалов. Точки были расположены на площадках с непылящим покрытием, вне аэродинамической тени зданий и зеленых насаждений.

Измерения концентраций TSP, РМ_2.5 и РМ₁₀ в режиме реального времени (с ежеминутной детекцией) были выполнены методом ближнего рассеивания инфракрасного излучения прибором SKC EPAM-5000. Диапазон размеров регистрируемых частиц 0,1–100 мкм. Диапазон измерения массовой концентрации частиц аэрозоля 0,01–200 мг/м³. Всего было выполнено 144 измерения разовых (20-минутных) концентраций TSP, РМ 2.5 и РМ 10 .

Оценка результатов исследований атмосферного воздуха проведена в соответствии с величинами максимальных разовых предельно допустимых концентраций содержания TSP, РМ 10 и РМ 2.5 (300; 150 и 65 мкг/м³ соответственно) в атмосферном воздухе [8]. Гигиеническая оценка степени опасности загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными твердыми частицами проводилась по величине комплексного показателя «Р» и индекса качества атмосферного воздуха на основании верхних 95%-ных доверительных границ средних величин разовых концентраций твердых частиц, полученных при проведении исследований. Индекс качества атмосферного воздуха рассчитывался для каждой фракции и суммы твердых частиц отдельно, и наименьшее полученное значение принималось за значение индекса качества атмосферного воздуха, характеризующее комплексное загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами на исследуемой территории [9].

При оценке риска содержания в атмосферном воздухе мелкодисперсных твердых частиц для здоровья населения проводились расчеты значений риска немедленного (рефлекторного) действия и коэффициентов (индексов) опасности здоровью при кратковременном воздействии TSP, РМ 10 и РМ 2.5 , с учетом критических органов (систем) [10]. Обработка данных проведена с помощью статистического пакета Microsoft Office Excel 2010, Statistica 10 (серийный номер 1234567890).

Результаты и их обсуждение. Анализ результатов исследований загрязнения атмосферного воздуха показал, что на территории жилой застройки в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий значения разовых концентраций как мелкодисперсных твердых частиц фракций РМ10 и РМ2.5, так и смеси TSP превышают установленные нормативы содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в 2,0, 2,7 и 1,7 раза. Фактические значения разовых концентраций твердых частиц в атмосферном воздухе представлены в табл. 1.

Сопоставительный анализ содержания в атмосферном воздухе суммы TSP и мелкодисперсных твердых частиц фракций РМ 10 и РМ 2.5 позволил установить, что в зоне воздействия выбросов стационарных источников промышленных предприятий соотношение РМ 10 : РМ 2.5 : TSP соответствует 0,58:0,34:1,0. На долю твердых частиц фракции РМ 10 в составе смеси TSP приходится от 56,41 до 60,04 %, на долю твердых частиц фракции РМ 2.5 – от 21,61 до 46,13 %. В среднем вклад РМ 10 в формирование концентрации TSP составляет 58,34 ± 0,05 % (95%-ный ДИ 58,24–58,44 %), вклад РМ 2.5 – 34,38 ± 0,18 % (95%-ный ДИ 34,02–34,73 %) (табл. 2).

В зоне влияния промышленных выбросов концентрации РМ 10 и TSP превышали фоновый уровень содержания твердых частиц в атмосферном воздухе в среднем в 4,08, и 4,56 раза соответственно (фоновый уровень РМ 10 – 73,00 мкг/м³, TSP – 112,00 мкг/м³, для РМ 2.5 фоновый уровень не установлен [2]), что свидетельствует о локальном характере «повышенных» уровней загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами.

Значение показателя загрязнения атмосферного воздуха «Р» твердыми частицами фракций РМ 10 и РМ 2.5 составляет 3,35 ± 0,05 (95%-ный ДИ 3,26–3,45) и соответствует «умеренной» степени загрязнения атмосферы. Индекс качества атмосферного воздуха, обусловленный содержанием в атмосферном воздухе твердых частиц, равен 137,33 ± 6,96 (95%-ный ДИ 122,49–152,17). «Умеренная» степень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется напряжением адаптации организма человека к воздействию загрязняющих веществ, высоким уровнем риска здоровью и превышением фонового уровня заболеваемости. Полученные значения индекса качества атмосферного воздуха на исследуемой территории свидетельствуют о возможном превышении фонового уровня заболеваемости в общей популяции экспонируемого населения.

Риск развития неблагоприятных симптомов со стороны органов дыхания в первую очередь обусловливает «сверхнормативное содержание» (превышающее предельно допустимую

Таблица 1

Уровень загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами на территории жилой застройки в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий

Загрязняющее вещество	Номер контрольной точки	Фактическое значение разовой концентрации, мкг/м3, М ± m	Минимум– максимум, мкг/м3
PM 10	1	298,30 ± 0,97	287,00–316,00
	2	299,00 ± 0,88	286,00–308,00
	3	299,35 ± 0,53	291,00–313,00
	4	297,22 ± 0,89	272,00–309,00
	5	298,59 ± 0,89	272,00–309,00
	6	294,46 ± 0,45	274,00–310,00
	В целом по территории	297,94 ± 1,40	272,00–316,00
РМ 2.5	1	167,65 ± 1,72	136,00–213,00
	2	183,63 ± 0,35	113,00–250,00
	3	172,82 ± 0,81	150,00–232,00
	4	170,11 ± 2,70	135,00–206,00
	5	187,25 ± 1,23	174,00–206,00
	6	185,46 ± 0,51	175,00–206,00
	В целом по территории	175,56 ± 3,43	113,00–250,00
TSP	1	515,86 ± 0,81	505,00–536,00
	2	520,25 ± 0,46	507,00–542,00
	3	511,51 ± 1,17	497,00–538,00
	4	502,79 ± 1,66	467,00–525,00
	5	508,70 ± 1,42	467,00–535,00
	6	502,17 ± 0,72	463,00–523,00
	В целом по территории	510,38 ± 2,48	467,00–542,00

Таблица 2

Фракционный состав твердых частиц в атмосферном воздухе на территории жилой застройки, расположенной в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий

Контрольная точка Массовая доля твердых частиц, %, М ± m РМ10 РМ2.5 № 1 57,82 ± 0,13 32,49 ± 0,31 № 2 57,47 ± 0,12 35,27 ± 0,49 № 3 58,53 ± 0,07 33,81 ± 0,44 № 4 59,12 ± 0,08 33,82 ± 0,51 № 5 58,70 ± 0,01 35,89 ± 0,94 № 6 58,61 ± 0,01 36,07 ± 0,06 концентрацию) в атмосферном воздухе РМ2.5 и РМ10. При этом значения коэффициента опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания и потенциального риска немедленного (рефлекторного) действия РМ2.5 достоверно выше аналогичных показателей риска здоровью, обусловленного воздействием РМ10 (t = 13,54 и t = 12,66 при р < 0,05).

Так, величина потенциального риска здоровью населения, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха РМ 10 , составляет 0,108 ± 0,001 (95%-ный ДИ 0,105–0,111) и характеризуется удовлетворительным уровнем, коэффициент опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания – средний (1,99 ± 0,01, 95%-ный ДИ 1,97–2,01). При данном уровне риска здоровью, как правило, отмечается тенденция к росту фонового уровня заболеваемости, возможны частые случаи жалоб населения на различные дискомфортные состояния, связанные с воздействием оцениваемого фактора².

Величина потенциального риска здоровью населения от воздействия РМ 2.5 характеризуется неудовлетворительным уровнем (0,230 ± 0,010, 95%-ный ДИ 0,209–0,250), коэффициенты опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания и сердечно-сосудистой системы соответствуют среднему уровню (2,70 ± 0,05, 95%-ный ДИ 2,59–2,81). Неудовлетворительный уровень риска характеризуется систематическими жалобами населения на различные дискомфортные состояния, связанные с воздействием оцениваемого фактора и тенденцией к росту общей заболеваемости [8].

Значения индекса опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания и потенциального риска немедленного (рефлекторного) действия TSP с учетом дисперсности твердых частиц (4,81 ± 0,05, 95%-ный ДИ 4,71–4,91 и 0,338 ± 0,010, 95%-ный ДИ 0,316–0,359) превышают аналогичные показатели без учета дисперсности (1,70 ± 0,01, 95%-ный ДИ 1,68–1,72 и 0,068 ± 0,001, 95%-ный ДИ 0,066–0,071) в 2,8 и 5,0 раза соответственно (t = 6,39 и 2,62 при р < 0,05). Качественная оценка значений риска, полученных при учете дисперсности твердых частиц, входящих в состав TSP, позволяет охарактеризовать риск здоровью населения от воздействия TSP как неудовлетворительный. Вклад РМ2.5 в формирование индекса опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания, обусловленный воздействием суммы TSP, составляет 56,07 ± 0,57 % (95%-ный ДИ 54,86–57,29 %), вклад РМ10 – 41,34 ± 0,34 % (95%-ный ДИ 40,61–42,06 %).

Данные представляют исключительное значение для формирования корректных программ мониторинга качества атмосферного воздуха, ориентированных, прежде всего, на контроль факторов наибольшего риска для здоровья населения [21].

Выводы. Таким образом, на территории жилой застройки, расположенной в зоне влияния выбросов стационарных источников промышленных предприятий, максимальные разовые концентрации РМ₁₀, РМ_2.5 и TSP превышают гигиенический норматив в 2,0, 2,7 и 1,7 раза соответственно. Загрязнение атмосферного воздуха мелкодисперсными твердыми частицами характеризуется как умеренное.

Максимальные разовые концентрации РМ 10 и TSP превышают фоновый уровень содержания твердых частиц в атмосферном воздухе в среднем в 4,08 и 4,56 раза соответственно, что подтверждает локальный характер загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами, а именно повышенное загрязнение атмосферного воздуха в пределах зоны влияния стационарных источников промышленных предприятий.

Доля твердых частиц фракции РМ 2.5 в составе TSP составляет 34,38 %, доля твердых частиц фракции РМ 10 – от 58,34 %. Значения потенциального риска здоровью населения и индекса опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания с учетом дисперсности твердых частиц, входящих в состав TSP, превышают аналогичные показатели, определенные без учета дисперсности твердых частиц в 2,5 и 5,0 раза соответственно.

Потенциальный риск здоровью населения характеризуется удовлетворительным уровнем при воздействии РМ10 и неудовлетворительным – при воздействии РМ2.5. Значения коэф- фициента опасности развития неблагоприятных эффектов со стороны органов дыхания и риска немедленного (рефлекторного) действия РМ2.5 достоверно выше аналогичных показателей риска, обусловленного воздействием РМ10.

Таким образом, полученные данные подтверждают актуальность определения дисперсного состава твердых частиц как для оценки качества атмосферного воздуха территорий жилой застройки, так и для оценки влияния мелкодисперсных твердых частиц на здоровье населения. Учет дисперсности состава твердых частиц позволяет выявить реальные уровни риска здоровью населения, формировать адекватные программы контроля загрязнения, обосновать планировочные решения по оптимальному размещению жилой застройки и принимать иные решения по управлению рисками здоровью жителей.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.