CC BY
6
УДК 614.72:665.44]-074«742»
Н. Я■ Янышева, И. С. Киреева, М. Кертес
К ВОПРОСУ О ЗАКОНОМЕРНОСТЯХ ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ КРУПНЫХ ГОРОДОВ
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева; Государственный институт гигиены, ВНР, Будапешт
Вариабельность загрязнений атмосферного воздуха во времени зависит от многих факторов и в первую очередь от количества и режима выбросов вредных веществ различными источниками; метеорологических ситуаций, влияющих на характер их рассеивания, превращения, обезвреживания и удаления из воздушной среды, а также продолжительности отбора проб и времени осреднения концентраций [1, 2, 5, 8]. Несмотря на значительное внимание исследователей разных стран к изучению содержания бенз(а)пире-на (БП) в атмосферном воздухе населенных мест, указанные аспекты проблемы для этого канцерогена изучены крайне недостаточнс. Между тем знание закономерностей временного распределения БП в атмосферном воздухе приобретает в настоящее время особое значение. Это связано с отсутствием единых методических приемов исследования БП в атмосферном возду-пе, особенно в части продолжительности отбора проб, применяемых разными учреждениями и службами, а следовательно, и временной неадекватностью получаемых результатов. Отсюда следует возможность завышения или занижения оценки показателей канцерогена при отличии их временной размерности от действующей в настоящее время его среднесуточной ПДК в атмосферном воздухе.
В условиях все более расширяющегося изучения БП, уровень которого по наблюдениям службы контроля загрязнения атмосферы Госкомитета СССР становится лимитирующим показателем загрязнения воздушной среды многих промышленных городов, совершенствование методов его исследования и оценки на основе последних научных разработок должно стать важной частью проблемы охраны окружающей среды от загрязнения химическими канцерогенами.
Цель настоящей работы — на основании материалов Киевского НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева Минздрава УССР и Государственного института гигиены ВНР
проанализировать ряд аспектов временного распределения концентраций БП в атмосферном воздухе.
Изучение динамики концентраций БП з атмосферном воздухе проводили в пределах суточного (по 1- и 3-часовым интервалам) и годового (по суточным интервалам) циклов. Исследования вели в двух крупных городах с преимущественно транспортным типом загрязнения атмосферы (город А — УССР, город В — ВНР), крупном промышленном городе — центре черной металлургии (город Б — УССР) и двух малых городах ВНР (город Г с профилизацией по алюминиевому производству, город Д непромышленный).
Для проведения исследований выбирали зоны в жилых районах городов, отражающие характерное для данного города (района) состояние загрязнения атмосферы. В соответствии с Методическими рекомендациями [4] пункты наблюдения размещались на открытых, хорошо аэрируемых площадках с непылящим покрытием, удаленных от зданий на расстояние не менее высоты этих зданий и от деревьев — не менее двух их высот. Стационарные пункты круглогодичного наблюдения располагались на расстоянии не менее 100 м от крупных автомагистралей и не менее 1000 м от крупных промышленных предприятий.
При почасовом исследовании концентраций БП в жилом районе города В [3] было установлено относительно равномерное загрязнение воздуха в течение суточного цикла (рис. 1). Аналогичная ситуация была выявлена в городе А в пункте, расположенном внутри жилого района и удаленном более чем на 100 м от городских автомагистралей. Максимальная концентрация канцерогена в серии трехчасовых проб, последовательно отобранных в течение ряда суток, превышала минимальную в 1,8 раза, а среднесуточную лишь в 1,3 раза.
I ' I_I_I-1-1-I—
з-гг. ¡7-15 ¡£-ю ю-21 гт о-з 3-е е-з
Рис. 2. Динамика концентраций БП в атмосферном воздухе по 3-часовым интервалам суток в различные сезоны года (город А).
1 — зима; 2 — осень; 3 — лето; 4 — весна; 5 — 4 сезона.
Рис. 4. Динамика среднемесячных концентраций БП в атмосферном воздухе в течение годового цикла в городах УССР.
/ — город Б (пункт 1 в зоне влияния комплекса предприятий черной металлургии); 2 — город А (пункт 2 в жилом районе центра города. 1979 г.); 3 — город А (там же. 1978 г.); 4 — город А (пункт 1 в жилом районе вблизи крупнейших городских автомагистралей); 5 — город Б (пункт 2 вне зоны влияния комплекс;: предприятий черной металлургии).
Рис. 1. Динамика концентраций БП в атмосферном воздухе по часовым интервалам суток (город В). По оси абсцисс (здесь и на рис. 2) — время суток (в ч); по оси ордннат (здесь и на рис. 2—7) — концентрация БП (в нг/ма).
В другом пункте города А, расположенном вблизи крупных транспортных магистралей, отмечена значительная вариабельность концентраций БП в течение суток. Наибольший разрыв между минимальными и максимальными концентрациями канцерогена в отдельные временные (3-часовые) интервалы суток был 5-кратным зимой, 2,6-кратным летом и 3-кратным по средним показателям за 4 сезона.
Динамика показателей канцерогена по 3-часовым интервалам суток в различные сезоны года показана на рис. 2. Можно выделить 3 характерных максимума показателей БП: в интервале 15—18 ч (наиболее выражен в летнее время), 9—12 и 21—24 ч (наиболее выражен в осенне-зимний сезон). Минимальные показатели канцерогена в течение суток стабильно регистрировались в ночное время (в интервале 0—6 ч).
Выявленный характер распределения концентраций БП в течение суток обусловлен, по-видимому, взаимным влиянием двух процессов — суточной динамики транспортного потока, а следовательно, и количества выбросов канцерогена и изменяющихся в течение суток метеоусловий. В частности, максимумы концентраций БП, наблюдаемые в 9—12 и 15—18 ч, могут быть связаны в основном с утренним и дневным пиками движения автотранспорта, а вечерний максимум в 21—24 ч — главным образом с ухудшением условий турбулентного обмена и рассеивания примесей, накопившихся в дневной период. Этому
в 7 6
Рис. 3. Динамика среднемесячных концентраций БП в атмосферном воздухе в течение годового цикла в городах ВНР.
По оси абсцисс (здесь и на рис. 4. 5)—месяцы года. 1 — город Г; 2 — город Д.
способствуют снижение скорости ветра, повышение влажности и снижение температуры воздуха.
Анализ материалов круглосуточных наблюдений, проведенных в 4 стационарных пунктах городов А и Б, свидетельствует о том, что диапазон колебаний суточных концентраций БП в течение годового цикла весьма значителен. По отдельным пунктам наблюдения разрыв между максимальными и минимальными концентрациями канцерогена, регистрируемыми в течение года, был 100—1000-кратным.
Динамика изменения среднемесячных концентраций БП по городам А, Б, В, Г и Д показана на рис. 3 и 4. Как видно, кривые среднемесячных показателей имеют ряд характерных осо-
5 4 в 2 ; о
13 12
Ш ШЖ ХЛШ1ЛЖ1Г7 и
■30 -25 -20 -15 Ю У5
Рис. 5. Динамика среднемесячных показателей БП и основных метеофакторов в атмосферном воздухе в течение годового цикла (город Б. пункт 1). / — концентрация БП в воздухе (в нг/м3); 2 — температура воздуха (в °С): 3 — относительная влажность воздуха (в %); 4 — скорость ветра (в м/с): 5 — число дней с твердыми осадками: 6' — число дней с жидкими осадками: 7 — барометрическое давление (в гПа). По осям ординат справа: а — Р (в гПа): б — 1 (в °С); и —влажность (в %); ¿ — скорость ветра (в м/с); д — число дней с осадками.
ЖШШИХЛМ! Е И 17
бенностей. Минимальные уровни канцерогена обнаружены в летние месяцы, максимальные в осенне-зимние (для городов А и Б) ив зимне-весенние (для городов Г и Д). При этом, как можно видеть на рис. 3, в промышленном городе Г наблюдаются 2 выраженных максимума — в декабре — январе и апреле — мае, а в непромышленном городе Д — в декабре и марте, причем абсолютные величины этих пиков значительно ниже, чем в городе Г. Это может свидетельствовать о немалом вкладе в их формирование в городе Г выбросов алюминиевого завода. На рис. 4 видны 2 значительных максимума концентраций БП в атмосфере—в октябре и декабре— январе (или январе — феврале) для города А и 3 максимума — в октябре, январе — феврале и апреле для промышленного района города В.
Несомненно, что основой формирования «бенз (а)пиренового» фона воздушного бассейна современных городов являются многочисленные транспортные, отопительно-энергетические и промышленные источники его выбросов, имеющие сложный, динамичный, часто разнонаправленный и трудноучитываемый характер. Поэтому представлялось возможным проанализировать значимость только метеофакторов в годовом распределении концентраций БП. Пример годового хода кривых основных метеофакторов и БП для города А показан на рис. 5. Как видно, повышение концентраций канцерогена в атмосферном воздухе связано со снижением температуры воздуха и скорости ветра, уменьшением количества осадков и особенно числа дней с жидкими осадками. Вычисленные значения парных коэффициентов корреляции подтверждают существование обратной связи высокой силы между среднемесячными показателями БП и интенсивностью солнечной радиации (г = 0,52— 0,80), обратной связи средней силы между по-
казателями канцерогена и температурой воздуха (г = 0,35—0,77), количеством выпадающих осадков и числом дней с жидкими осадками (/- = 0,30—0,54).
Таким образом, наблюдаемые максимумы содержания БП в атмосферном воздухе в холодный период года могут быть обусловлены значительным ухудшением условий рассеивания загрязнений и ослаблением действия факторов, приводящих к удалению канцерогена из атмосферы (вымывание осадками) и его деградации (солнечная радиация). Значение этих процессов для снижения концентраций БП в атмосферном воздухе доказано рядом экспериментальных и натурных исследований [6, 8, 9].
Материалы проведенных исследований были использованы для анализа зависимости между ц уровнем концентраций БП в атмосферном воздухе и временем их осреднения (в пределах суток— по данным 3-часовых проб, в пределах года— по данным 1-суточных проб) — рис. 6 и 7.
Как видно из представленных графиков, максимальные значения концентраций БП закономерно снижаются по мере увеличения времени их осреднения. Выявленная зависимость хорошо описывается формулой И. Ьагвеп [7]:
Стах^ = О
где Сшах/, и Стах^ соответственно фактическая и расчетная максимальные концентрации БП в атмосферном воздухе; £ — соотношение временных интервалов для расчетной и фактической концентраций; Ь — показатель степени, определяющий наклон линии и характеризующий вариабельность концентраций канцерогена.
В результате проведенных расчетов установ- 4 лено, что максимальные показатели БП для временных интервалов, осредненных в течение суток, имеют следующие количественные соотношения: С1 ч : Со ч : Сз ч • Сб ч: С12 ч: С24 ч=4,3 : 3,1 :
Рис. 6. Зависимость концентраций БП в атмосферном воздухе от времени их осреднения в пределах суток (город А).
По оси абсцисс — время (в ч).
9 :2,6: 1,9: 1,4: 1. Для фактических концентраций, начиная с 3-часовых, эти соотношения следующие: Сзч : С6ч: С12 ч: С24 ч = 2,6 : 1,8 : 1,3 : 1, т. е. практически совпадают с таковыми для расчетных показателей.
Отсюда следует, что объективное сопоставление концентраций БП в атмосферном воздухе возможно лишь при условии адекватной временной размерности их показателей. Это определяет необходимость регламентирования продолжительности отбора проб атмосферного воздуха при исследовании состояния загрязнения его БП. Учитывая временную размерность действующей в СССР и некоторых других странах — членах СЭВ среднесуточной ПДК БП в атмосферном воздухе, наиболее обоснованным следует считать определение суточных концентраций канце-рогена, что позволяет дать адекватную гигие-
Рис. 7. Зависимость концентраций БП в атмосферном воздухе от времени их осреднения в пределах года. По оси абсцисс — вреыя (в сут). / — город Б (пункт I); 2 —город А (пункт 1); 3 — город А (пункт 2. 1979 г.); 4 — город А (там же, 1978 г.); 5 — город Б (пункт 2).
ническую оценку состояния загрязнения воздушного бассейна по существующему нормативу.
Расчеты максимальных показателей БП для различных временных интервалов годового цикла в соответствии с приведенной математической моделью (1) показали, что их количественные соотношения оказываются идентичными фактическим и близкими для различных стационарных пунктов наблюдения: С1 сут : С] „ес: С, ГОд = = 8:2,5:1 (город А, пункт 1), 6 : 2 : 1 (городА, пункт 2), 5 : 2 : 1 (город Б, пункт 3), 6 : 2 : 1 (город Б, пункт 4).
Следовательно, согласно результатам проведенных разработок, максимальные суточные концентрации БП в атмосферном воздухе превышают годовые в 5—8 раз, а максимальные месячные выше годовых в 2—2,5 раза. Эти соотношения необходимо учитывать при анализе результатов длительных наблюдений за состоянием загрязнения воздушного бассейна БП, осуществляемых в рамках системы государственного мониторинга. Выявленные соотношения могут быть также использованы для обоснования среднегодового норматива БП в атмосферном воздухе населенных мест. Актуальность установления такого норматива определяется, с одной стороны, необходимостью нормирования показателя длительного периода осреднения в связи с высоким кумулятивным эффектом БП, с другой— накоплением материалов длительных систематических наблюдений канцерогена в атмосферном воздухе населенных мест, требующих адекватной гигиенической оценки.
Рассмотренные закономерности временного распределения концентраций БП в воздушной среде городов использованы для разработки методических приемов определения БП и других канцерогенных углеводородов и их гигиенической оценки, что нашло отражение в изданных минздравами УССР (1983 г.) и СССР (1987 г.) Методических рекомендациях (указаниях) по организации контроля за содержанием канцерогенных полициклических ароматических углеводородов в атмосферном воздухе населенных мест [4].
Литература
1. Берлянд М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. — Л., 1975.
2. Буштуева К. А. // Руководство по гигиене атмосферного воздуха/Под ред. К. А. Буштуевой. — М.. 1976. — С. 43—65.
3. Кертес М. Канцерогенные полициклические ароматические углеводороды в загрязнениях атмосферного воздуха в Венгрии: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — М., 1977.
4. Методические рекомендации по организации контроля за содержанием канцерогенных полициклических ароматических углеводородов в атмосферном воздухе населенных мест. — Киев, 1983.
5. Пинигин М. А., Попов В. А. // Гигиена атмосферного воздуха, воды и почвы / Под ред. Г. И. Сидоренко, М. Н. Карачунской. — М„ 1973.— С. 35—46.
6. Шилина А. И. // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы / Под ред. М. Е. Берлянда.—М., 1981.— Т. 2, —С. 163—169.
7. Larsen R. J. A mathematical Model for relating air quality Measurements to air quality Standards. — North Carolina (USA), 1971.
8. Particulate polycyclic organic matter: Biologic effects of atmospheric Pollutants: Committee an Biologic effects of atmospheric pollutants. — Washington, 1972.
9. Peters J.. Seifert B.// Atmos. Environm. — 1980. — Vol. 14, N 1, —P. 117—119.
Поступила 05.01.88
УДК 614.79+614.71]:632.951]-07
Е. И. Гончару к, А. В. Чалый, И. Н Филатова
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТОКСИЧНОГО ТУМАНА НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОЛЯХ
Киевский медицинский институт им. А. А. Богомольца
В работе [1] был предложен и проверен в экспериментальных условиях новый механизм возникновения токсичного тумана в результате адсорбции испаряющихся с поверхности почвы молекул пестицида на сферических каплях водного аэрозоля. Авторы изучили также некоторые условия образования повышенной концентрации пестицидов в приземном слое атмосферного воздуха на сельскохозяйственных полях [2]. При этом было указано на необходимость установления такого интервала значений метеорологических факторов и физических параметров аэрозоля, при реализации которых создаются наиболее благоприятные условия для образования токсичных туманов на сельскохозяйственных полях, обработанных пестицидами.
Целью настоящей работы явилось научное обоснование метеорологически опасной зоны термодинамических параметров окружающей среды в указанных условиях.
Для определения этой зоны следует в первую очередь установить связь между суммарной поверхностью (Б) образующихся жидких капель и массой водяного пара (Дт), переходящего в жидкую фазу, а также концентрацией (К) капель (или их дисперсностью).
Очевидно, что количество водяного пара Дт, которое конденсируется в капли в единице объема приземного слоя воздуха, полностью опре-
Завксимость массы конденсирующегося водяного пара от температур почвы и воздуха
Содержание подяного пара, г/м*
Темперэ- разность температур почвы и приземного слоя
воздуха, °С
1 2 3 « ь
5 0,43 0,85 1,23 1,60 1,95
10 0,58 1,13 1,62 2,14 2,61
15 0,76 1,48 2,17 2,82 3,43
20 1.00 1,93 2,82 3,67 4,48
25 1,26 2,47 3,63 4,72 5,75
деляется температурой ¿1 подстилающей поверхности (почвы), локальной температурой воздуха (2 на заданной высоте от поверхности и относительной влажностью <р водяного пара. По известной [3] температурной зависимости массы насыщенного водяного пара т(1) в 1 м3 воздуха можно легко рассчитать массу водяного пара (Дт), переходящего в жидкую фазу, при понижении температуры на величину Д/, равную разности I) — /2- В таблице приведены некоторые результаты такого расчета для случая, когда ф равно 100 %. Так, из таблицы следует, что при tь ¿2 и ф, равных соответственно 20°С, 15°С и 100%, в 1 м3 воздуха конденсируется 4,48 г водяного пара (Д/ = 5°С).
Для получения формулы суммарной (посадочной) поверхности 5 образующихся капель, согласно общеизвестным положениям, по соответствующим формулам находим параметры:
а) полный объем V, занимаемый жидкими каплями, при образовании жидкой фазы общей массы Дт и плотности р в 1 м3 воздуха:
К = Дт/р; (I)
б) объем х)\, приходящийся на одну каплю, в предположении монодисперсности капель:
»! = Дт/р/У, (2)
где N — число капель в 1 м3 воздуха (концентрация капель) в приземном слое;
в) радиус г сферической капли объема
Л=(3У1/4П)ГА; (3)
г) поверхность «I одной сферической капли:
= 4 яг«; (4)
д) суммарную поверхность всех сферических капель в 1 м3 воздуха:
5=.91Л/. (5)
На основании формул (1—5) получаем окончательное выражение для суммарной (посадочной) поверхности 5 сферических жидких капель в 1 м3 приземного слоя воздуха:
5 = 4,836р_г/,Д/п''Л^'- (6)
