CC BY
20
рассмотрению вопросов предупредительной медицины. Видимо, наступило время для всестороннего расширения масштабов содружественной деятельности гигиенистов и эпидемиологов.
Советские гигиенисты и санитарные врачи, активные участники самой передовой в мире системы народного здравоохранения, представители профилактического направления в советской медицине, пришли на свой XVI съезд с хорошими итогами. Мы немало сделали для охраны здоровья народа, но еще больше нам предстоит сделать.
Решения XXIV съезда КПСС ставят перед гигиенической наукой и санитарной практикой множество конкретных задач первостепенного государственного значения. Делом чести советских гигиенистов и санитарных врачей всей многотысячной армии работников санитарной службы является выполнение исторических решений партии и правительства. Гигиеническая общественность страны может и должна показать свою политическую зрелость, доказать свою способность эффективно участвовать в решении коренных проблем народного здравоохранения.
Поступила 10/Х 1972 г.
УДК 614.715(-21)-»37
Канд. хим. наук М. Т. Дмитриев Л. Ю. Иванова, Чон Ен Де
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА В ГОРОДАХ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва и Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
В настоящее время исследованы основные метеорологические и физико-химические закономерности механизма образования фотохимического смога в загрязненном воздухе (Haagen-Smit; Б1ерНепсе; М. Т. Дмитриев и соавт., 1970). В частности, доказана решающая роль в интенсивности фотохимических реакций таких исходных загрязнений, как окислы азота и углеводороды (особенно непредельные), а также таких природных факторов, как естественная УФ-радиация. Установлены и основные токсические компоненты, образующиеся при фотохимическом смоге, — так называемые фотооксиданты. Их общее количество может определяться по суммарному показателю, например в пересчете на озон. Исследовано, кроме того, влияние на концентрацию фотооксидантов основных метеорологических факторов.
Вместе с тем гигиенические и географические аспекты проблемы фотохимического смога, позволяющие прогнозировать его образование, изучены недостаточно. Очевидно, фотохимические реакции в загрязненном воздухе невозможны без воздействия солнечного, в основном УФ-излучения. При лабораторных исследованиях выяснено также, что по мере увеличения длины волны действующей радиации интенсивность образования фотоок-сидантов резко уменьшается (М. Т. Дмитриев и соавт., 1971). При увеличении длины волны с 280 до 290 нм энергетический выход снижается на 13%, до 300 нм — на 22%, до 310 нм — на 33% и до 320 нм — на 45% и т. д.
В природных условиях естественная УФ-радиация, достигающая поверхности земли, наблюдается примерно с 290 нм, но в наиболее коротковолновой области ее интенсивность незначительна. Поэтому, несмотря на относительную фотохимическую активность наиболее коротковолновой радиации, основное практическое значение может быть более интенсивная длинноволновая радиация, а не один лишь ее коротковолновый участок. Таким образом, возникает задача установления диапазона длин волн естественной УФ-радиации, имеющий наибольшее практическое значение в образовании фотохимического смога. Отсюда следует, что основой метода гигиенического прогнозирования фотохимического смога для различных
времен года, суток и разных городов СССР, расположенных в отличающихся между собой географических зонах СССР, вне всякого сомнения, является учет как естественных природных факторов, приводящих к возникновению фотохимических процессов (спектральный участок УФ-солнечной радиации в зависимости от географического местоположения и др.). так и степени загрязнения атмосферного воздуха в данном районе.
Интенсивность и спектральное распределение естественной УФ-радиа-ции определяются в первую очередь такими природными факторами, как широта и долгота местности, высота солнца, мутность атмосферы, общее содержание озона. Эти факторы в свою очередь имеют суточный и годовой, а также широтный и меридианальный ход, что в конечном итоге также скажется и на интенсивности образования фотохимического смога. Влияние этих факторов может быть учтено лишь при одновременных расчетах спектрального распределения естественного УФ-излучения и его фотохимической активности в зависимости от длины волны УФ-радиации.
Как ранее было установлено на основании проведенных специальных физико-химических исследований (М. Т. Дмитриев и соавт., 1971), скорость образования фотооксидантов в загрязненном воздухе под действием солнечного излучения может быть описана выражением:
/п 400
[ЛЮ] + £ aiCl Г G (X) / (X) d (X), (1)
/-1 290
где V — скорость образования фотооксидантов в пересчете на озон (в мг/м3-час); [W01 — концентрация окислов азота в пересчете на N0 (в мг/м3)\ C¡ — концентрация имеющихся в воздухе углеводородов (в мг/м3); а, — озонобразующаяся эффективность каждого из углеводородов по отношению к окиси азота; п — общее количество углеводородов; G (X) — энергетический выход фотооксидантов в пересчете на озон в зависимости от длины волны X (в м)\ I (X) — интенсивность солнечного излучения при данной длине волны (в вт/мг).
Для возникновения достаточно интенсивного фотохимического смога необходима относительно высокая концентрация исходных загрязнителей. Поскольку сейчас основными загрязнителями воздуха центра городов являются выхлопные газы автотранспорта, целесообразно произвести расчет интенсивности образования фотооксидантов в первую очередь для этого случая. Выхлопные газы транспорта служат основным источником загрязнения воздуха в карьерах, поэтому полученные данные могут быть использованы и для прогнозирования фотохимического смога при открытом способе добычи угля и минерального сырья.
В качестве степени исходного загрязнения выхлопными газами рекомендуется взять концентрацию окиси углерода в воздухе, равную 100 мг/м3. При этом в соответствии с проведенными ранее натурными исследованиями на магистралях крупных городов концентрация окислов азота в пересчете на окись может быть принята равной 9,5 мг/м3, углеводородов — 16,7 мг/м3 (М. Т. Дмитриев и соавт., 1971). Было установлено также, что при общем содержании около 200 различных веществ в выхлопном газе на долю предельных углеводородов приходится 47,3% (а = 0,1), непредельных — 40,1 % (а = 0,9), ароматических — 6,8% (а = 0,3), альдегидов и кетонов — 4% (а = 0,8), фенолов — 1,1 % (а=0,4) и спиртов — 0,7% (а = 0,6). При этом озонобразующая эффективность для выхлопных газов автомобилей составляет в среднем 0,47. Подставляв эти величины в выражение (1), получим
400
V = 4,0- Ю-4 [ G (X) / (X) dX. (2)
290
На долю УФ-радиации приходится лишь 5% общего потока солнечной радиации. По сравнению с радиацией в видимой и инфракрасной областях коротковолновая радиация обладает рядом особенностей. Прежде всего в суммарной УФ-радиации в основном представлено рассеянное излучение (80—90%). Этим обстоятельством можно объяснить нередкие наблюдения достаточно интенсивных фотохимических реакций в дни с переменной облачностью или при частично пасмурной погоде. Далее на величину интенсивности УФ-радиации большое влияние оказывает ее поглощение стратосферным озоном. Рассеянная УФ-радиация определялась по выражению (В. А. Белинский и соавт.):
1р(Х) = ВЦ0(Х)е-**т-1п)втГ1, (3)
где В — индикатриса рассеяния; /„ (К) — интенсивность радиации данной длины волны на верхней границе атмосферы; а — коэффициент поглощения озоном; X — общее содержание озона; т — оптическая масса атмосферы; К — высота Солнца; /„ — интенсивность прямой радиации. Прямая УФ-радиация Солнца определялась по выражению:
/„ (А) = /0 (А.) е-№Э+в)т1 (4)
где р — коэффициент молекулярного рассеяния для данной длины волны; б — коэффициент аэрозольного рассеяния.
Представляя выражение (4) в выражение (3), а также суммируя рассеянную и прямую УФ-радиацию по выражениям (3,4) и "подставляя полученные величины в выражение (2), можно получить зависимость скорости образования фотооксидантов для различных интенсивностей и распределений УФ-радиации и географических условий. Все расчеты осуществлены при помощи электронновычислительных машин.
Ранее было установлено, что фотохимические реакции в присутствии двуокиси азота возможны при действии УФ-радиации с длиной волны не более 395 нм, хотя для более коротких длин волн скорость реакции значительно выше, чем для верхнего диапазона УФ-радиации. Таким образом, возникает вопрос, какой именно диапазон спектра наиболее эффективен для фотохимических реакций в натурных условиях
Зависимости скорости образования фотооксидантов в расчете на 1 нм в зависимости от длины волны для городов различных географических
Время су тон (часы)
Рис. 2. Зависимости скорости образования фотооксидантов от местного времени суток в расчете на 22 июня.
/6
Длина волны (6 нм)
Рис. 1. Зависимости скорости образования фотооксидантов на единицу длины волны для условий различных городов СССР в расчете на 22 июня от
длины волны УФ-радиации. Здесь и на других рисунках географические условия городов: 1 — Баку; 2 — Одесса; 3 — Москва; 4 — Мурманск.
зон приведены на рис. 1. Расчет сделан для условий максимальной солнечной активности. Как видно из рис. 1, максимальная скорость фотохимических реакций наблюдается при длинах волн 320— 330 нм. Для наиболее коротковолнового участка при длинах волн 295—300 нм скорость реакции в 50—100 раз ниже, чем при 325 нм. При длинах волн более 370 нм скорость фотохимических реакций практически незначительна. Таким образом, при оценке возможности образования фотохимического смога в загрязненном воздухе достаточно наблюдения над УФ-реакцией при длине волны 325 нм.
Зависимости скорости фотохимических „ „ „ ,
г ^ Рис. 3. Зависимости скорости об-
реакции от времени суток для различных раз0ва„ия фотооксидаитов от вре-
географических зон в день с максималь- мени года в расчете на 22 число
ной солнечной активностью приведены каждого месяца.
на рис. 2. Все кривые имеют максимумы в
полуденные часы. Эти зависимости соответствуют экспериментально наблюдавшемуся суточному ходу концентрации фотооксидаитов при отсутствии температурных инверсий, т. е. при наличии постоянного воздухообмена в атмосфере. По сравнению с расчетными экспериментальные зависимости обычно сдвинуты по времени на 1—2 часа, что обусловлено накоплением концентраций оксидантов в загрязненном воздухе. При этом озон и фотооксиданты определяли кулонометрическим, хемилюминесцент-ным, роданоферратным и другими методами. Для более северных географических зон кривые нарастания скорости фотохимических реакций становятся более пологими, при этом максимальное значение скорости существенно снижается. Значение годового хода скорости фотохимических реакций для различных географических зон приведены на рис. 3. Кривые имеют максимум, приходящийся в основном на июнь. Для городов более южных географических районов максимум скорости фотохимических реакций несколько сдвигается на июль и начало августа.
Максимальные скорости фотохимических реакций, а также возможные числа смоговых дней в зависимости от географического расположения, общего содержания стратосферного озона и мутности атмосферы, характерных для различных городов СССР, представлены в таблице. При этом использовано ранее установленное условие, в соответствии с которым для образования фотохимического смога, то есть визуально наблюдаемой дымки, обусловленной фотохимическими реакциями, необходимо, чтобы скорость фотохимических реакций превышала 0,35 мк/м3-час. Лишь для тех случаев, когда скорость фотохимических реакций превышает эту величину при безоблачном небе, в суточном ходе интенсивности УФ-радиации и соответственно скорости фотохимических реакций (см. рис. 2) наступал резкий излом, указывающий на возникновение фотохимического смога.
Как видно из таблицы, с повышением широты местности максимальные скорости образования смога и возможное число смоговых дней постепенно снижаются для условий СССР соответственно в 1,8 и 2,8 раза. Тем не менее в летнее время скорость фотохимических реакций и в северных районах также может быть достаточно интенсивной, что обусловлено высокими значениями мощности УФ-радиации. Например, в июне максимальная скорость фотохимической реакции для Мурманска лишь в 1,5, раза ниже, чем для Баку. Разработанная методика и полученные данные могут быть использованы для прогнозирования фотохимического смога в городах различных географических зон, в разные времена года и суток, при различных уровнях загрязнения атмосферного воздуха.
Время года (месяцы)
Характеристика образования фотохимического смога для различных городов СССР
if * 4 о. а к з <я =í 3 ex Я н X X О х л о а « 2 IÍ4 = я к -с о ч ¡¿а о х ь
Город в в ■ S Е S Ig "о О С5 eä II «а с; л г; О я i 2 5 ч * £ ? в ш С__ s X Я се» ¡ues* £ а> 4 5 о X 2 = 5 a ¥ 5 X * в >.
о « && На <u о Я л» Si Is 5¿ о о. « а u lia а 5 9-е s s;»a О х х eí^r SSfS* sUäs. 5 О О £ * 35 л о а « О ь. < О 2 < a и с
Мурманск .... 69,1 3,2 0,072 44,5 40,2 0,494 112
Архангельск 65,0 3,0 0,057 44,8 45,8 0,565 123
Ленинград . . . 60,0 3,4 0,080 53,5 47,0 0,584 142
Рига...... 57,0 3,2 0,079 56,5 50,0 0,640 156
Свердловск . . . 56,8 3,1 0,080 56,7 50,2 0,642 157
Москва .... 56,0 3,1 0,082 57,5 50,6 0,652 163
Новосибирск . . 54,9 2,9 0,100 58,6 50,2 0,644 169
Минск . . 53,9 3,2 0,100 59,6 50.9 0,660 175
Киев...... 50,4 3,0 0,073 63,5 54,9 0,712 196
Волгоград . . . 48,8 2,9 0,095 64,7 53,4 0,708 210
Одесса 46,4 2,9 0,100 67,5 55,6 0,728 232
Алма-Ата .... 43,2 3,0 0,091 70,3 57,1 0,824 255
Владивосток . . 43,1 3,1 0,086 70,5 58,5 0,762 257
Ташкент .... 41,3 2,6 0,128 72,2 57,0 0,808 270
Баку...... 40,5 3,0 0,106 73,0 58,4 0,764 284
Ереван 40,2 3,0 0,084 73,3 60,2 0,848 285
Ашхабад 38,0 2,1 0,130 75,5 59,2 0,768 313
Аналогичные расчеты интенсивности УФ-радиации и скорости образования фотохимического смога были выполнены и для района Лос-Анджелеса. При сопоставлении с экспериментальными измерениями (данные Air Quality of Los Angeles County Air Pollution Control District) установлено хорошее соответствие расчетных и измеренных величин. Кроме того, показано, что образование фотохимического смога возможно при относительно низкой мощности УФ-радиации. Так, достаточно интенсивный фотохимический смог в Лос-Анджелесе 6/Х 1957 г. возник уже в 9 часов 15 мин. утра при интенсивности фотохимических реакций, рассчитанной нашим методом, равной всего лишь 0,43 мг/м3-час. Такая же интенсивность может наблюдаться и для многих городов СССР в течение достаточно продолжительного времени.
В заключение еще раз следует подчеркнуть, что само по себе возникновение фотохимического смога возможно лишь при достаточно интенсивном загрязнении атмосферного воздуха. При соблюдении рекомендованных гигиенических нормативов вредных веществ в атмосферном воздухе образование фотохимического смога практически исключено. Так, при концентрациях тех же ингредиентов (компонентов выхлопных газов автомобилей) на уровне ПДК ([СО] = 1 мг/м3, [N02J = 0,085 мг/м3, углеводородов на уровне 3 мг/м3) максимальная интенсивность реакций даже для наиболее южных городов СССР в полдень не превышает 0,018 мг/м3-час, т. е. в 20 раз меньше величины, при которой образование фотохимического смога еще могло бы быть. Таким образом, соблюдение установленных санитарно-гигиенических нормативов полностью исключает возможность образования фотохимического смога в условиях городов. Многолетние натурные исследования над концентрациями фотооксидантов в атмосферном воздухе, сопоставление натурных и расчетных данных по этим концентрациям и параллельное исследование метеорологических условий подтвердили достаточную надежность предложенного метода расчета гигиенического прогнозирования фотохимического смога в городах.
Выводы
1. Наибольшее значение в образовании фотохимического смога имеет УФ-радиация в диапазоне длин волн 320—330 нм.
2. Максимальная скорость фотохимических реакций приходится на полуденные часы в июне для северных городов и в июле — августе для южных городов.
3. Разработана методика прогнозирования фотохимического смога для различного времени года и суток, разных географических зон и уровней загрязнения воздуха. Показано, что соблюдение принятых санитарно-гигиенических норм для атмосферного воздуха полностью исключает возможность образования фотохимического смога.
ЛИТЕРАТУРА. Белинский В. А. и др. Ультрафиолетовая радиация •Солнца и неба. М., 1968. —Дмитриев М. Т. и др. Вести. АМН СССР, 1970, № 12, с. 39. —Они же. Гиг. и сан., 1971, № 10, с. 6. —Они же. В кн.: Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. М., 1971, с. 295. — Н a a ge n-Sm i t A. J., Trans, 1955, v. 63, p. 575. - Stephence E. R., J. Ain Pollut. Control. Ass., 1956, v. 5, p. 219.
Поступила 30/V 1972 г
HYGIENIC PROGNOSIS OF THE PHOTOCHEMICAL SMOG FORMATION IN TOWNS M. T. Dmitriev, L. Yu. Ivanovo, Chon En De
The finding is that the ultraviolet radiation with a wave length of 320 to 330 ran is most responsible for the formation of the photochemical smog. The photochemical reaction took place at the maximum rate during the noon hours of the day in June in the northern towns and in July and August in the southern ones. The authors have elaborated a method of prognosis of the photochemical smog formation at different time of the year and day, in various geographical zones and in case of different air pollution levels. It is shown that the fulfilment of the existing sanitary-hygienic standard requirements for the atmosphere may exclude •completely the possibility of the photochemical smog formation.
УДК 614.72:547.264
Канд. мед. наук Б. К■ Байков, проф. М. И. Гусев, доктор мед. наук Ю. В. Новиков, канд. биол. наук Т. В. Юдина
НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ПО ИЗУЧЕНИЮ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ БУТИЛОВОГО СПИРТА КАК АТМОСФЕРНОГО ЗАГРЯЗНИТЕЛЯ
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Бутиловый спирт широко применяется в химической промышленности. В связи с этим ряд химических предприятий может выбрасывать его в атмосферный воздух.
С целью изучения резорбтивного действия бутилового спирта на живой организм нами была проведена хроническая круглосуточная затравка 60 <5елых крыс-самок в течение 92 суток. Животных 1-й группы подвергали воздействию бутилового спирта в концентрации 20 мг/м3, 2-й группы — в концентрации 1 мг/м3, 3-й группы — в концентрации 0,1 мг/м3, 4-я группа служила контролем. Скорость подачи как чистого воздуха (в контрольную камеру), так и газовой смеси (в камеры 1—3-й группы крыс) равнялась 30 л/мин. Колебание концентраций в течение всего эксперимента было невелико.
До затравки у крыс определяли исходное функциональное состояние тех органов и систем, которые были объектами исследования. Во время хронического опыта вели наблюдение за общим состоянием и весом животных, измеряли скрытое время рефлекторной реакции, определяли суммарное количество нуклеиновых кислот в крови и люминесцентное свечение лейкоцитов, изучали порфириновый обмен, исследовали активность окси-дазы, каталазы и диастазы крови, ставили коагуляционную пробу Вельт-мана, бромсульфалеиновую пробу и пробу на С-реактивный белок, а также устанавливали потребление кислорода.
