CC BY
8
чения (методом деления отрезка на две половины). Точки с координатами Ли, Х2 для одинаковых значений У соединяли плавными изолиниями. Полученная номограмма внешне напоминает топографическую карту местности и дает наглядное и точное представление о сложной поверхности «отклика». В частности, предметом нашего ( интереса являются минимально действующие концентрации, вызывающие достоверные различия с контролем в конце хронического эксперимента. Это точки: А — на пересечении Х2= + 1 с изолинией У = 7,605 (критическое значение Т2 при />=0,05, берется из таблицы значений критерия Фишера) и В— с изолинией У— 12,94 (р=0,01). Числовые значения в точках А и В соответственно равны 0,334 и 0,699. Вычислив антилогарифм этих величин (перед кодированием численные значения концентраций логарифмировались), получим пороговые концентрации для разных уровней доверительной вероятности: соответственно 2,1 мг/м3 (Р=0,05) и 5,0 мг/м3 (Я = 0,01).
Описанный алгоритм в известной мере универсален и может быть использован с небольшими модификациями для других случаев исследования зависимости доза — время — эффект: определение пороговых доз в остром и подостром эксперименте, расчет среднеэффек-> тивного времени гибели при определении ОЬ50 в качестве «отклика» — пробиты), при оценке комбинированного действия двух веществ и Х2 в этом случае — уровни доз, а У — регистрируемый эффект), при оптимизации дозы и кратности введения лекарственных средств в фармакологии и экспериментальной терапии и др. Специальным вопросом является выбор уровнен доз (концентраций) в хроническом эксперименте. По нашему мнению, целесообразно рекомендовать в качестве максимального уровня (код + 1) пороговую дозу (концентрацию), определенную по вышеизложенному алгоритму и по
идентичным показателям в подостром эксперименте в течение 1 мес, в качестве среднего уровня (код 0)—расчетный ОБУВ и минимальный уровень (код —1) можно определить как:
'6*4,11,= 'бХоБУВ — ('8Хшах" 'й*ОБУв). (5)
Особым вопросом, требующим специального рассмотрения, является выбор показателей состояния здоровья, так как их число лимитировано численностью групп животных (см. выше) и, например, при «=10 может быть не более 9. Возможен, однако, расчет нескольких моделей: для интегральных показателей и специфических тестов и даже для отдельных из них (в качестве «отклика» в этом случае используется критерий / Стьюдента).
Л нтсратура
1. Адлер Ю. П.. Маркова Е. В.. Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. — М„ 1976.
2. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ: Пер. с англ. — М., 1982.
3. Болч В., Хуань К. Дж. Многомерные статистические методы для экономики: Пер. с англ. — М., 1979.
4. Вознесенский В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. — М., 1981.
5. Горбачев Е. М., Копанев В. А., Семенова В. Н. // Прин-ципы и методы установления ПДК вредных веществ. — М„ 1983. —С. 75—79.
6. Ковязин В. Г. // Гиг. труда. — 1971, —№ 2.—С. 54— 56.
7. Ковязин В. Г. //Гиг. и сан. — 1978. —№ 12. —С. 78— 80.
8. Люблина Е. И.. Минкина Н. А.. Рылова М. Л. Адаптация к промышленным ядам как фаза интоксикации.— Л., 1971.
9. Минченко В. А. // Гиг. и сан, — 1984 —№ 8.— С. 52—
55.
10. Фролова А. Д.. Лисман М. Б.. Дворкин Э. А.. Бгрли-нер Е. Г. II Там же. — № 10.— С. 56—58.
11. Штабский Б. 11, Каган Ю. С., Кацнельсон Б. .4. // Там же, — 1983. — № 11,—С. 74—76.
Поступили 03.06.86
УДК 614.71/.73:661-07:311.218
М. Н. Колодко. И. И. Даценко
МЕТОДИКА РАСЧЕТА И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ЗОН ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫБРОСОВ КРУПНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Институт прикладных проблем механики и математики
медицинский институт
АН УССР, Львов; Львовский
Картографирование как оперативное и экономичное средство исследования обладает большой информативностью и наиболее удобно для отображения пространственного развития природных процессов, включая и загрязнение атмосферы. Указанные свойства карт дают возможность сделать их ядром комплексного реше-
ния реально существующих проблем в области охраны окружающей среды, т. е. сближения различных научных подходов для решения природоохранных проблем посредством методов картографии [2]. Например, результаты картографирования распространения вредных выбросов в атмосферу и степени их воздействия на при-
родную среду могут быть использованы при оценке степени проявления действия загрязняющих веществ во всей природно-социальной сфере исследуемой территории, в частности при определении направления работ, связанных с охраной здоровья населения и его заболеваемостью, вызванной загрязнением атмосферного воздуха. Однако практическим разработкам по картографированию загрязнения природной среды, базирующимся на фактических материалах санэпидстанций и характеризующим территории с различным уровнем загрязнения, в настоящее время уделяется еще недостаточное внимание. Именно такого рода информация, в первую очередь информация о степени воздействия вредных выбросов и превышении их ПДК в различных точках изучаемой территории, наиболее необходима для создания системы мониторинга состояния природной среды на локальном уровне, т. е. в масштабе административной области [6].
С учетом изложенного нами была разработана серия карт загрязнения окружающей среды Львовской области [4, 7]. Среди них карта зон прогнозируемого воздействия вредных выбросов, на которой представлены территории, подверженные существенному влиянию выбросов крупных промышленных предприятий, а также дана относительная оценка степени их воздействия па отдельные участки данных территорий. Эта карта уже использовалась для социоэкологиче-скнх исследований Львовской области.
Известно, что подавляющее большинство вред-пых ингредиентов обладает суммирующим эффектом [12], который в результате взаимодействия может усиливаться [11]. Основой оценки суммарного загрязнения атмосферного воздуха, как и его загрязнения отдельными веществами, являются гигиенические регламенты — ПДК1. Следовательно, суммарная ПДК не должна превышать единицы [8] и будет равна:
. Сл
пж,+ пдк; + - • • + пдк;<|' о
где Сь Сг, ..., Сп — концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе; ПДКь ПДК2 ..., ПДКп — ПДК этих веществ; п — количество вредных веществ. Обладая разной степенью токсичности, ингредиенты имеют разные абсолютные значения ПДК. Поэтому при расчете суммарного загрязнения, содержание каждого вещества следует представлять в виде нормированных концентраций К{, т. е. отношения фактической концентрации вещества С к его ПДК [9]:
Учитывая сказанное, суммарную нормирован-
1 Здесь и далее имеются в виду максимальные разовые
ПДК.
ную концентрацию смеси К можно представить как:
К = 2 <3>
■ — 1
Для упрощения практических расчетов мы не учитывали характер комбинированного действия одновременно присутствующих в воздухе веществ. За эффект суммарного действия смеси принималась ее суммарная нормированная концентрация, рассчитанная по формуле (3). Такое допущение вполне приемлемо и правомочно [8, 11, 12], если учесть отсутствие экспериментально установленных коэффициентов комбинированного действия для сложных смесей и невозможность их получения в ближайшем будущем [9]. По результатам анализов атмосферного воздуха в подфакелыюй зоне на основании формулы (3) рассчитывается суммарная нормированная концентрация на разном удалении от источника выбросов. С учетом повторяемости направлений ветра определяются территории, в разной степени подверженные воздействию вредных выбросов. Причем процесс такого воздействия для данной территории из года в год будет практически неизмененным, так как климатические особенности и режим работы промышленных предприятий являются весьма устойчивыми характеристиками, что и опреде- , ляет незначительные колебания во времени концентраций ингредиентов вокруг источника выбросов [1, 5]. Следовательно, можно говорить о стабильности картины, отражающей воздействие выбросов на изучаемую территорию, что весьма существенно при картографировании процессов загрязнения природной среды.
Известно, что при прочих постоянных условиях (параметры источника выбросов, шероховатость подстилающей поверхности) влияние вредных выбросов на отдельные участки территории будет зависеть от повторяемости направлений ветра (остальными метеофакторами можно пренебречь, так как их роль в распростране-нии примесей намного меньше). Таким образом учитывается фактор времени — длительность воздействия выбросов за период, в течение которого они могут влиять на данную точку территории. Следовательно, максимальным воздействие вредных выбросов будет на том участке территории, где наблюдается наибольшая суммарная нормированная концентрация выбросов и наибольшая повторяемость факела. Высокая достоверность результатов расчета воздействия вредных выбросов на исследуемую территорию достигается благодаря проведению анализов атмосферного воздуха в подфакельных зонах. При расчетах концентраций ингредиентов по формулам имеют место значительные и непостоянные расхождения с фактическими данными (в реальных условиях) [3].
Степень воздействия вредных выбросов олре-
Таблица I
Суммарные нормированные концентрации (К) выЗросов цементного комбината для различных значений показателя 5
С св в юв ю ЮЗ 3 сз
S Ю юз 3 сз с св в Ю11
0,06 0.07 0,09 0.17 о.п 0,13 0.22 0. 15
0,05 0,83 0,70 0,55 0,33 0,45 0,39 0,22 0,33
0,20 3.2 2,8 2,2 1,2 1,8 1,5 0,9 1,3
0,50 8,3 7,0 5,5 3,0 4,5 3,9 2,3 3,3
1,00 — — 5,9 9,1 7,7 4,6 6,7
2,50
Примечание. В заголовках граф 1-я строка — направление ветра; 2-я — направления факела выброса; 3-я — повторяемость ветра; прочерк — К>Кмака.
деляется величиной показателя вероятного воздействия вредных выбросов S на окружающую среду. Физическая суть показателя S — это воздействие данной концентрации вещества или суммы веществ на изучаемый участок территории в течение определенного времени. Показатель S может отождествляться со степенью риска и рассчитывается по формуле:
п
S(x) = ra.К(Х) = Г0 2 Kt(x), (4),
i = I
где S(x)—показатель вероятного воздействия } вредных выбросов в исследуемой точке х; п — число ингредиентов в выбросах; га — средняя многолетняя повторяемость нахождения факела над точкой х по направлению а (в долях единицы). Повторяемость направления факела определяется значением повторяемости направления ветра диаметрально противоположного румба (табл. 1); Ki(x)—средняя нормированная концентрация i'-го ингредиента в точке х. Значения /С, для точек, расположенных в одном
KitK
11 -
_I_I_I_I_« ■ т ■ ■ « ■ f
О 1 2 3 < 5 6 7 в 9 Ю 11 12
Рис. 1. Распределение нормированных концентраций вредных выбросов цементного комбината. / — цементная пыль. 2 — сернистый ангидрид. 3 — окислы азота. 4 — суммарная нормированная концентрация. По оси абсцисс — расстояние (в км).
направлении от источника выброса, будут зависеть лишь от их расстояния до места выброса (рис. 1). Следовательно, показатель 5 в данном направлении будет определяться значениями нормированных концентраций ингредиентов, т. е. величиной К. По максимальной средней величине К на исследуемой территории и наибольшей повторяемости ветра находят максимально возможное значение 5. Для территории Львовской области 5макс== 6,2. В действительности максимальные значения 5 будут несколько ниже, так как совпадение наибольшей повторяемости ветра и максимальной величины К на конкретном участке территории практически маловероятно. Для исследуемой территории реальные максимальные значения показателя 5 находились в пределах 4,2—4,6. В других областях значения 5 могут быть иными.
Для относительной оценки воздействия вредных выбросов на изучаемую территорию производилась разбивка значений 5 по градациям с учетом максимальных и анализа его величин по всей области. Была принята условная шкала, каждая ступень которой характеризовалась соответствующей степенью воздействия вредных выбросов: очень слабое, слабое, умеренное, сильное, очень сильное (табл. 2). В какой-то мере показатель 5 несет элемент субъективности. Ведь одному и тому же значению 5 может соответствовать кратковременное воздействие больших концентраций вредных веществ или длительное воздействие малых концентраций, установить определенно степень которого в таких случаях весьма сложно [9, 10].
По повторяемости ветра и распределению К на разном удалении от источника выбросов для каждого конкретного источника (по 8 румбам) определяются границы принятых значений градаций. 5. Рассчитанные таким образом зоны различного воздействия вредных выбросов ограничиваются линиями, пространство между которыми имеет определенный количественный показатель, что находит отражение в легенде карты. В нашем случае использован цвет — от ярко-красного (максимальное воздействие выбросов) до бледно-желтого (минимальное воздействие выбросов), в черно-белом варианте — соответственно максимальная и минимальная густота штриховки. Территории, находящиеся практиче-
Таблица 2
Степень вероятного воздействия вредных выбросов
Градация показателя S Воздействие
До 0.05 Практически отсутствует
От 0.06 до 0,20 Очень слабое
От 0.2 до 0,50 Слабое
От 0.5 до 1.00 Умеренное
От 1,0 до 2,50 Сильное
Более 2,50 Очень сильное
/О гШ зШ ^ И в% 7 +
Рис. 2. Зоны вероятности воздействия вредных выбросов цементного (А), химического (Б) комбинатов, тепловой электростанции (В).
1—5 — воздействие вредных выбросов (/—очень слабое. 1 — слабое. 3— умеренное. 4 — сильное, 5 — очень сильное), 6 —населенные пункты, 7 — месторождение источника вредных выбросов.
ски вне зон воздействия выбросов, остаются незакрашенными или незаштрихованными.
Исследование загрязнения атмосферы указанным методом дает относительную оценку вероятного воздействия выбросов на отдельные участки территории, основанную на фактических анализах атмосферного воздуха. В дальнейшем, когда будут экспериментально установлены коэффициенты комбинированного воздействия сложных смесей как для одинаковых, так и для различных отрезков времени, подобную оценку территорий можно будет проводить в абсолютных единицах.
Для иллюстраций сказанного приведем порядок расчета зон вероятного воздействия вредных выбросов цементного комбината. Необходимые для этого показатели определяются в такой последовательности: 1) на основании анализов атмосферного воздуха строятся графики распределения /С,-, а затем с учетом формулы (3) — график распределения К (см. рис. 1); 2) исходя из формулы (4), для указанного значения градации по повторяемости ветра по всем направлениям определяются соответствующие величины К (см. табл. 2). Если рассчитанное значение К больше /(макс, то, очевидно, степень воздействия выбросов, соответствующая указанной градации, при данной повторяемости ветра не наблюдается; 3) по значениям К (см. табл. 2) и кривой 4 (см. рис. 1) по всем направлениям определяются границы соответствующих значений градаций 5 (табл. 3); 4) данные табл. 3 используются для построения зон вероятного воздействия вредных выбросов цементного комбината (см. рис. 2, а). На рис. 2, б и 2, в показаны также зоны вероятного воздействия вредных выбросов тепловой электростанции и химического комбината.
Различия в конфигурации зон зависят главным образом от распределения К. Максимальное воздействие выбросов наблюдается на некото-
ром удалении от источника, а в непосредственной близости от него образуется так называемая «теневая зона», где воздействие выбросов меньше. Это характерно для очень высоких источников выброса, особенно с газообразными компонентами (см. рис. 2, в).
Так как Львовской области присущи ветры северо-западных и западных румбов, то наибольшее влияние выбросов наблюдается к юго-восто- * ку и востоку от источников. Значит, только от повторяемости направлений ветра зависит, в каком направлении от источника следует ожидать максимальное воздействие вредных выбросов.
Таким образом, предложенный методический подход определения зон с различной степенью воздействия вредных выбросов, основанный па результатах анализов атмосферного воздуха в подфакельных зонах, позволяет выявить территории, подвергающиеся существенному влиянию источников загрязнения атмосферы и дать относительную оценку степени воздействия вредных выбросов на них. Приведенная методика может быть использована в работе органов са- < нитарного надзора для улучшения системы обработки и обобщения данных и загрязнении атмосферы.
Таблица 3
Расстояния (в км) до границ различных градаций показателя 5 по направлению 8 румбов в зоне воздействия выбросов цементного комбината
Направление факела
5
Ю юз 3 сз С св в юв
0,05 8,5 9,0 9.4 11,0 10,0 10,5 12.0 11,0
1.20 5,1 5,5 6,1 7,6 6,6 7,2 8,3 7,4
0,50 1,4 1.8 2.5 5,4 3,6 4,4 6,1 4,9
1,00 _ _ — 2 1,2 1,5 3,4 1.8
2,50
Литература
1. Безуглая Э. Ю. //Труды Глав, геофиз. обсерватории.— 1971, — Вып. 254, —С. 133—139.
2. Берлянт А. М- // Картография. — М., 1983. — Вып. 2. — С. 3-18.
3. Буштуева К■ А. // Руководство по гигиене атмосферного воздуха.— М.. 1976.— С. 43—65.
4. Даценко И. И.. Колодко М. И., Бакинский Г. О. // Гиг. и сан. — 1985. — № 4.— С. 55—57.
5. Жаворонков Ю. М. // Там же. — 1980. — № 2. — С. 77—80.
6. Израэль Ю. А.. Филиппова Л. М.. Инсаров Б. Э. и др. // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. — Л., 1981. — С. 6—19.
7. Колодко М. Я. // Географическое о-во Украинской ССР. Съезд, 5-й: Тезисы докладов. — Киев, 1985. — С. 140.
8. Минх А. А. Справочник по санитарно-гигиеническим исследованиям.—М., 1973.
9. Пинигин М. А.// Гиг. и сан. — 1985. — № 1, — С. 66— 69.
10. Сидоренко Г. И., Пинигин М. А. //Там же. — С. 57— 62.
11. Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде: Пер. с англ. — М., 1982.
12. Шариков Л. П. Охрана окружающей среды: Справочник,—Л., 1978.
Поступила 30.12.86
УДК 614.777:[628.162.53:678.745.842]-074
И. В. Серякова, В. Ф. Земцева
СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИДА В ВОДЕ
НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды АКХ им. К. Д. Памфилова, Москва
В практике водоснабжения широкое применение находят флоккулянты, в частности полиакри-ламид (ПАА)—синтетический органический полимер, добавляемый при подготовке воды для усиления эффекта осветления.
В литературе описано несколько методов, при-I годных для определения ПАА на уровне ПДК [2, 5, 7]. Чувствительность этих методов составляет 0,5 мг/л. Между тем в практике подготовки питьевой воды часто используются дозы ПАА, не превышающие 1—2 мг активного вещества на 1 л воды. При этом, если учесть, что в процессе коагуляции принимает участие около 90% введенной дозы флоккулянта [3], остаточные концентрации ПАА в воде составляют не более 0,1—0,2 мг/л, т. е. величину, выходящую за пределы диапазона концентраций, определяемых упомянутыми методами.
Для определения малых остаточных количеств ПАА, которые реально присутствуют в питьевой воде, перспективным является метод, основанный на использовании флоккулирующих свойств полимера, выражающихся в ускорении седиментации каолина [4, 6] или мела [1], суспензии которых вводятся в испытуемые пробы. Предел обнаружения ПАА седиментацион-ным методом составляет 0,003 мг/л [4]. Недостатком данного метода и всех его модификаций [8, 9] является то, что он построен на визуальном наблюдении за границей расслоения жидкости на мутную и осветленную фазы (измеряется высота столба осветленной части), а это обусловливает невысокую точность метода. Другим его недостатком является громоздкость устройства, используемого для перемешивания суспензии каолина, а также необходимость работы с большим объемом воды (пробирки вместимостью 500 мл), что обусловливает большой расход реагента.
В связи с этим мы провели исследование, направленное на разработку простого седимента-ционного метода, позволяющего надежно контролировать остаточное содержание ПАА в питьевой воде. Использовали обычные, выпускаемые промышленностью пробирки небольшого объема, перемешивание суспензии производили вручную, простым встряхиванием. Скорость оседания суспензии (скорость осветления жидкости) определяли по оптической плотности осветленного слоя, измеренной на фотоколориметре.
Для выявления оптимальных условий проведения анализа исследовали влияние следующих факторов: концентрации каолина и диапазона концентраций ПАА, при которых проявляется его флоккулирующее действие; интенсивности перемешивания суспензии и продолжительности седиментации; марки каолина (степень измельчения); величины рН проб воды; присутствия электролитов (солевой фон воды).
Проведенные эксперименты показали, что градуировочный график имеет линейный характер в диапазоне концентраций ПАА от 0 до 0,1 мг/л, чем больше его концентрация, тем меньше значение оптической плотности осветленного слоя жидкости. Значения оптической плотности обычно изменяются соответственно от 0,95 до 0,55. При концентрации ПАА выше 0,1 мг/л график отклоняется от прямой: наклон его становится меньше. Оптимальная концентрация каолина в анализируемой пробе составляет 0,7—1 мг/мл. При уменьшении этой концентрации до 0,4 мг/мл зависимость оптической плотности от концентрации ПАА становится слабо выраженной или практически отсутствует.
Величина рН от 4,0 до 8,0 не оказывает заметного влияния на положение градуировочного графика. Не влияет на эту зависимость и хранение разбавленного раствора ПАА (2 мг/л),
