Учет ряда климатических показателей при гигиенической оценке атмосферного воздуха и прогнозировании риска здоровью

Для регулирования качества атмосферного воздуха посредством инженерных, градостроительных и экономических решений применяются гигиенические нормативы – максимально разовые и среднесуточные предельно допустимые концентрации вредных веществ (СанПиН 2.1.6.1032-01, п. 2.1). Для предотвращения влияния на здоровье при кратковременном подъеме и длительном поступлении в организм человека (СанПиН 2.1.6.1032-01, п. 2.3), а также для возмещения ущерба, причиненного здоровью (Сан-ПиН 2.1.6.1032-01, п. 4.2.8), необходим мониторинг атмосферных процессов рассеивания, накопления критических доз и оценки возникновения обстоятельств риска [1, 2].

Для совершенствования санитарногигиенических заключений по результатам мониторинга, оценки риска здоровью в таблице приведены расчеты по типичным ингредиентам: взвешенные вещества (пыль), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), диоксид азота (NO2), оксид азота (NO), фе- нол (C6H5OH), сажа, фтористый водород (HF), аммиак (NH3), формальдегид (CH2O), контролируемым в атмосферном воздухе города Новосибирска на 11 метеорологических постах в 2008 г.

Наличие уровней примесей ниже порога определения («нулевых значений) делает необъективной среднее арифметическое значение всей выборки. Показатели качества атмосферного воздуха населенных мест для пыли, C 6 H 5 OH, сажи, SO 2 , HF и NH 3 могут рассматриваться как асимметричное распределение, то есть до 40 % проб занижают значение действующей величины. Только для CO, NO 2 , NO и CH 2 O статистическая оценка распределения характеризует гигиенические эффекты.

Средняя арифметическая, установленная в санитарно-гигиенических целях, может быть типичной только для однородной выборки. В гигиене атмосферного воздуха представительная средняя может быть установлена только для значений, не превы-

Характеристика метеорологических показателей и гигиенических закономерностей в оценке загрязнения атмосферного воздуха города и прогнозировании риска

о и и

40

40

о

у

7

о

&

СЧ о о о о °, II ° Л и

ся о о о o' °.

ся о о о o' °. ^

о 9 ^ к

и Z

04

40

у

o'

Г-

о

S

S

о o' ^

О о К о о g о о §

КОЙ о о g о® § 'L и и д ^

1Г) S

д

04

04

7

о

СП

о

S

о

о

о

о ^ 04 оо + к

kJ к и

40 04

У

о o'

о

О

СЧ g S 0^0 ^ 11

сч g °-S ° Q II Л 2 Л

40 , | ся g о °, о ® ° о? 2 II II

о и о е

40

У

СП

40

о

S

о

U- o' ^ 4 к ^

О о

оо У" + к

о Z

у

03

40

о o'

СП

о

S

S m g ° S.

§О о g aq

ОО о

|о o~g ^ч aq

40 7 7 S

о Z

СП

О

О 04

о

04

о

S

S

^ О О 23 о о ®§Й к «г

5 О о§ ^ й

23 о о 23 о о о§3 ^ ^ CQ

+ 7

о и

04

04

U3

о

СП

Я я

ч s

S оо £

ОО V? aq

^ о о и О' о 4^

Й о 77 ^ч aq

“4 ®, Й 3 3 з

о СО

у

ОО 04

СЯ

о

СП

S к

ся g о о g о §§S

40 §1 ° о II 1 2 Л

§1 ° о II 1 2 II ^ 2 Л

S О 7

ад К

ОО

ОО

U3

о

У

к

Д

о о g Cl О —. o' О g ^ К а^

С4 ся еп ОО о О —О О o' o' o' II II II ^ й f^

О О ся о o' o' ^ ^

^ § э к

S 5 * ЕСТ У О "3 И &° со К ^s § й и )S м kJ S   И И у м 2 S о ад S д о щ g & у | о Й М 8 ВД I--£ У к

kJ И >S э ^ = й « к к И о Эк &-о й 8 S Й Й

S Эй в s § 1 ад щ s о э§ &5 о § 3

kJ И ад э W § ^ 'к u И У У ° В у к &2 о й 8 S Й Й

6 Я й Я со S & в В 9 2 и

5 § у у В и н Е й я со я 22 я « Г Я Я q О Н й у 3 о 22 S И го ^ и*§ о S о ” S й s у S н о о s н оо - о о s о о о о у п ^ ^

е д- § а « •» а 57 о У и к 2 н g i s g й в » и « к g й S § Й | к 8 К-& И m g •& SU К,2 га й „ i^i^-b со kJ со д ffl СО К CQ У

6 2 о S Ь к й 8 м 22 м s и Я у К О Oil § ” Э 8 5 Р и и к к Щ и н ^ м' В у о у S у 5 ” S 8 “ | з ” В § ^

в   3? В «  и § eg     g Sy  + s S £  ^ Й S S L Л^ В О oo^ " >O О co U ^

§ § kJ э § о § kJ Г о § н=и

шающих норматив ПДК сс . В данном диапазоне определений находятся значения пыли, сажи, SO 2 , CO, HF и NH 3 .

Второй однородной выборкой являются измерения, свидетельствующие о превышении ПДК сс , но не выходящие за токсикологический параметр 10 ПДК сс . В данном диапазоне определений находятся значения NO 2 , NO и CH 2 O.

Третья выборка, основанная на принципах пороговости и на измерениях, превышающих 10 ПДК сс , может свидетельствовать о клинических эффектах неспецифического характера. К данному уровню прогнозирования негативного действия на здоровье человека можно отнести CH 2 O (24 % проб более 10 ПДК сс ), C 6 H 5 OH (1,3), NH 3 (0,4), HF (0,3), NO 2 (0,1), сажу (0,04) и NO (0,02).

Максимальные концентрации ингредиентов свидетельствуют о невычисляемой комбинации метеопараметров, в результате которой в городе возникают условия выраженного и существенного риска здоровью человека. Установлено, что наибольшую опасность формируют: CH 2 O с максимальными концентрациями около 27 ПДК сс и частотой встречаемости в течение года в 2 случаях на 10 тыс. измерений; C 6 H 5 OH с максимальными концентрациями около 26 ПДК сс и частотой встречаемости в течение года 4 значения на 10 тыс. измерений. NO 2 – около 19 ПДК сс , 1 значение на 10 тыс. измерений; NH 3 – около 17 ПДК сс , 4 значения на 10 тыс. измерений; HF – около 13 ПДК сс , 1 значение на 1 тыс.; NO – около 13 ПДК сс , 2 значения на 10 тыс. измерений; сажа – около 11 ПДК сс , 1 значение на 10 тыс. измерений. Для пыли, SO 2 и CO максимально установленная величина в течение 2008 г. не превышала 5 ПДК сс .

По данным измерения ингредиентов в течение 2008 г. вклад температуры атмосферного воздуха и скорости воздушных масс является незначительным и разнонаправленным. Коэффициент детерминации температуры отражает влияние на концентрацию и составляет: для сажи – 5,7 %; для SO 2 – 3,7 %, для пыли – 2,0 % и для CH 2 O –

• 1,9 %. Коэффициент детерминации скорости ветра в воздухе отражает влияние на концентрацию CO – 1,8 % и на C 6 H 5 OH – 1,2 %.

Метеорологические процессы характеризуются следующей протяженностью: в течение суток – при смене дня и ночи; в виде четырех сезонов года – с выраженными температурными перепадами, видами осадков, направлением ветра и образованием инверсий. В совокупности эти закономерности имеют годовую цикличность с экологической вариабельностью и многолетними солнечно-земными связями. Для оценки суточных колебаний концентраций ингредиентов рассчитывалось уравнение множественной регрессии

С (мг/м³) = K + А q Т (^оС) + B V q (м/с) (при q = 7, 13 и 19 часов).

Значение K (постоянный член уравнения) при температуре и скорости равной нулю свидетельствует о нахождении в атмосферном воздухе «постоянной» концентрации, поддерживаемой за счет природных и техногенных процессов поступления и метеорологических процессов выведения. K , как показатель среднего уровня загрязнения, не зависит от времени отбора проб в течение суток для пыли, SO 2 , NO, сажи, HF, NH 3 и CH 2 O. Значения коэффициентов при параметрах температуры и ветра в множественном уравнении регрессии отражают процессы поступления и выноса ингредиентов из атмосферы.

Независимый коэффициент уравнения ( K ) в утреннее и вечернее время составил 0,2 и равнялся медиане, моде и среднеарифметическому значению статистического распределения содержания пыли в атмосферном воздухе г. Новосибирска в 2008 г. В полдень K снижался за счет влияния температуры ( Т ) и ветра ( V ) вследствие увеличения солнечной активности. В утренние часы действие ветра на значения концентрации пыли в приземном слое носили обратный характер, а в вечернее время – разнонаправленный. Взвешенные вещества в зимний сезон года находятся на уровне 0,1 мг/м³ (мода), а в остальные сезоны – 0,2.

Поступление и вынос пыли из атмосферы не нарушает установленный баланс загрязнения по K . Осень является сезоном риска здоровью за счет резкого повышения концентраций пыли до 4 ПДК сс .

Расчетное время жизни в атмосфере SO 2 [3, 4] cоставляет 4–5 суток и, по нашим данным, составляет концентрацию 0,002 мг/м³ в атмосфере г. Новосибирска. Окисление до сульфатов озоном или после абсорбции твердыми или жидкими аэрозолями приводит к снижению концентрации, а преимущественно за счет сжигания угля и нефтепродуктов – к ее восстановлению. Помимо экологических процессов при прогнозировании риска необходимо учитывать изменение агрегатного состояния SO 2 , которое происходит при температуре воздуха –10°С. Так SO 2 в газообразном виде образует уровни загрязнения в диапазоне значений от 0,0 до 0,03 мг/м³ и средней арифметической 0,0012. При температуре атмосферного воздуха ниже кипения SO 2 уровни загрязнения повышаются и находятся в пределах от 0,0 до 0,172 мг/м³ и средней арифметической 0,0036.

Расчетное время жизни в атмосфере NO, как и NO 2 [3, 4], cоставляет 5 суток. Окисление до нитратов после поглощения твердыми и жидкими аэрозолями, фотохимическая реакция с углеводородами способствуют выведению ингредиента из атмосферы. Изменение агрегатного состояния проходит при температуре ниже максимально установленной в 2008 г. (–31 °С).

HF меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре +19,9 °С и с жидкого на твердое при –87,2 °С. Содержание HF в газообразном состоянии не описывается множественным уравнением регрессии, а в атмосферном воздухе HF в жидком состоянии при температуре менее +19 ^оС описывается множественным уравнением регрессии, в котором только K является значимой величиной, равной 0,0032.

Расчетное время жизни в атмосфере NH3 [3, 4] составляет 7 суток. Удаление NH3 происходит в результате реакции с SO2 с образованием (NH4)2SO4, окисление до нитратов. Растворимость NH3 в атмосферной влаге самая высокая среди рассматриваемых ингредиентов (62,9 г на 100 г воды). NH3 меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре – 33,3 °С и с жидкого на твердое при –77,2 °С, что ниже максимально установленной в 2008 г. (–31 °С).

CH 2 O меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре –19,9 °С и с жидкого на твердое при –92 °С. Содержание CH 2 O в газообразном состоянии описывается следующим множественным уравнением регрессии

С CH ₂ O = 0,0218 + 0,00009 Т .

Содержание CH 2 O в жидком агрегатном состоянии описывается следующим множественным уравнением регрессии

С CH ₂ O = 0,0224 – 0,0012 V .

Колебание K в течение суток для CO, NO 2 и C 6 H 5 OH отражает следующие экологические закономерности.

Расчетное время жизни в атмосфере CO [3, 4] cоставляет 0,3–3 года и обусловлено помимо атмосферных циркуляций почвенными процессами и поглощением растительностью. Осенью больше всего встречается нулевых проб (около половины) при определении концентраций CO. Средние арифметические значения концентрации, медиана и мода не превышают 1,2 мг/м³, а максимально обнаруженные составляют не более 5 мг/м³. Зимой доля нулевых проб снижается до 36,7 %, весной – до 13,2 %, а летом – до 4,5 %. Соответственно растут средние арифметические показатели загрязнения, но максимальные концентрации определялись только в зимний период. Такие закономерности отражают биосферные процессы поглощения окислов углерода при K от 1,7 до 1,9. Среди всех контролируемых ингредиентов CO характеризуется самой низкой растворимостью в воде – 0,00284 г на 100 г воды.

Расчетное время жизни в атмосфере NО2, как и NO [3, 4], cоставляет 5 суток. Окисление до нитратов после поглощения твердыми и жидкими аэрозолями, фотохимическая реакция с углеводородами способствует выведению ингредиента из атмосферы. NO2 до –11,1 °С находится в твердом состоянии. Концентрация в таком агрегатном состоянии описывается множественным уравнением регрессии

С NO ₂ = 0,194 + 0,0033 Т – 0,0044 V .

В диапазоне температур от –11,1 °С до +20,7 °С NO 2 находится в жидком состоянии, концентрация которого описывается:

С NO ₂ = 0,115 + 0,0008 Т .

В диапазоне температур выше +20,7 °С находится в газообразном состоянии, концентрация описывается:

С NO ₂ = 0,114 + 0,0018 V .

Среди всех контролируемых ингредиентов NO 2 характеризуется низкой растворимостью в воде – 0,00618 г на 100 г воды.

C 6 H 5 OH меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре +188,7 °С и с жидкого на твердое при +40,9 °С. Изменение агрегатного состояния проходит при температуре выше максимально установленной в 2008 г. (+36 °С). Колебание концентраций в течение суток может быть обусловлено техногенными факторами.

Солнечная активность изменяет агрегатное состояние ингредиентов и способствует физико-химическим реакциям в атмо- сфере. Поступление ингредиентов в атмосферу и удаление (сток) приводят к тому, что некоторое время ингредиенты циркулируют в атмосферном воздухе и создают длительное (хроническое) действие на организм человека. Метеорологические измерения не всегда отражают санитарные условия проживания человека. Высокие концентрации ингредиентов в атмосферном воздухе не определяются простыми и доступными метеорологическими параметрами (температура воздуха, скорость ветра).

Для оценки результатов социально-гигиенического мониторинга важно учитывать факторы, влияющие на санитарные показатели качества воздуха и «поведение» ингредиентов в атмосфере: растворимость, изменение физико-химических свойств, химические реакции, поглощение биосферой.

Для моделирования риска здоровью необходимо знать постоянную циркулирующую часть, метеорологические и орографические условия нарушения баланса между поступлением и удалением (стоком) ингредиентов из атмосферы. Риск возникает при комбинации метеопараметров, приводящих к превышению критических пороговых уровней опасности ингредиента.

В расчетах норм предельно допустимых выбросов по методике ОНД-86 необходимо иметь коэффициенты циркуляции для каждого ингредиента, выбрасываемого в атмосферу, в отдельности.