CC BY
87Экологическое строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 502.12
В.Н. АЗАРОВ, д-р техн. наук, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет; И.В. ТЕРТИШНИКОВ, исполнительный директор Волгоградского филиала Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН; Н.А. МАРИНИН, инженер ([email protected]), Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
Нормирование РМ10 и РМ2 5 как социальные стандарты качества жизни в районах расположения предприятий стройиндустрии
Важной проблемой современной экологии является загрязнение воздуха для большинства городов. Исследования показывают, что наибольшую опасность для организма человека представляют частицы размером до 10 мкм (РМ10) и до 2,5 мкм (РМ25). Для удобства определения концентрации РМ10 и РМ25 использовался метод микроскопического анализа характеристик дисперсного состава пыли и его сравнение с другими методиками. Приведены результаты исследований зависимости значений РМ10 на источнике выбросов и в санитарно-защитной зоне.
Ключевые слова: источники загрязнения, атмосферный воздух, пылевая частица, санитарно-защитная зона, РМ10, РМ2 5.
Качество жизни человека напрямую зависит от качества окружающей среды для населения, проживающего в районах расположения предприятий стройиндустрии, и от качества производственной среды для работающих на предприятии [1]. При осуществлении многих технологических процессов, в частности, при дроблении, истирании, транспортировке порошкообразного сырья и продуктов и т. д., в рабочие зоны предприятий выделяется большое количество мелкодисперсной пыли.
В настоящее время с медицинской точки зрения достаточно изучен патогенез воздействия пылевых частиц на организм работающего, причем их размер является очень важным фактором. Вследствие этого особо важное значение приобретают вопросы, связанные с исследованием дисперсного состава пыли и фракционной концентрации пыли в воздухе рабочих и жилых зон.
В мировой практике с учетом рекомендаций Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в ряде стран, в том числе и в России, осуществлен переход на нормирование содержания в воздушной среде частиц пыли с размерами не более 2,5 мкм или 10 мкм. Главным эффектом воздействия от вдыхания частиц РМ10 и РМ25 на организм человека является проникновение в верхние дыхательные пути и легкие, что вызывает повреждение легочной ткани, респираторные заболевания. Следует отметить, что результаты ряда исследовательских проектов свидетельствуют о целесообразности нормирования мелких частиц (РМ10 и РМ25) вследствие их
различного действия на организм человека и длительности нахождения во взвешенном состоянии в воздухе.
Впервые в Европе нормативные концентрации для РМ10, основанные на рекомендациях Всемирной организации здравоохранения, были установлены в Директиве Европейской комиссии 1999/30/ЕС в 1999 г. С 1 января 2005 г. предельные среднегодовые концентрации РМ10 не должны превышать 40 мкг/м3, а 24-часовые концентрации РМ10 не должны превышать 50 мкг/м3 более 35 дней в календарном году. Основным отличием подходов Российской Федерации было отсутствие в перечне контролируемых загрязнителей взвешенных веществ, классифицируемых по размерам (РМ10 - частицы размером менее 10 мкм; РМ25 - частицы размером менее 2,5 мкм). Однако в настоящее время (см. таблицу) в России введены в действие гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2604-10 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», которые с 21 июня 2010 г. устанавливают предельно допустимую концентрацию (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в мг/м3 для взвешенных веществ частиц размером менее 10 мкм (РМ10) и для частиц размером менее 2,5 мкм (РМ25).
Так, сравнение воздействия на организм человека грубой фракции РМ10 и РМ25 показало, что почти во всех случаях возникновения острых и хронических заболеваний возрастание доли мелких частиц размером менее 2,5 мкм оказывало более существенное влияние на уровень смерт-
Наименование вещества Номер CAS Формула Величина ПДК (мг/м3) Класс опасности
максимальная разовая среднесуточная
Взвешенные частицы РМ10 - - 0,3 0,06* / 0,04 мг/м3** -
Взвешенные частицы РМ25 - - 0,16 0,035* / 0,025 мг/м3** -
* 99 процентиль (по ГН 2.1.6.1338-03). ** По ГН 2.1.6.2604-10.
Научно-технический и производственный журнал
Экологическое строительство
1 2 10 20 130
d4, мкм
Интегральные функции распределения массы частиц по диаметрам: 1—7—результаты отобранных проб в воздушной среде жилой территории возле ГРЭС
ности, чем возрастание доли частиц размером 10 мкм или частиц различной фракции. В целом исследования поддерживают гипотезу о том, что мелкая фракция частиц более важна для оценки токсичности, чем крупная фракция. Однако крупные фракции могут играть существенную роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний.
Новые научные разработки показывают, что мелкодисперсные взвешенные частицы РМ2,5 могут оказывать еще более серьезные неблагоприятные эффекты на здоровье посредством попадания в легкие и достигая альвеол, что может привести к сердечно-сосудистым и респираторным заболеваниям. Современные научные исследования подтверждают связь между уровнем загрязнения воздуха мелкодисперсными частицами и многочисленными проблемами здоровья, включая астму, бронхит, острые хронические заболевания дыхательных путей, одышку, болезненное дыхание и преждевременные смертные случаи.
Система контроля и оценки дисперсного состава и концентрации частиц именно малых размеров в воздухе рабочих и санитарно-защитных зон в настоящее время отсутствует, что не позволяет объективно оценить степень воздействия пыли на качество производственной и окружающей сред. Это - пример одной из самых актуальных проблем охраны труда и экологической безопасности, где необходимо знание дисперсного состава пыли в воздушной среде предприятий и прилегающих жилых зон.
Для решения поставленных задач нами предложена методика микроскопического анализа дисперсного состава с применением ПК [2]. Методика микроскопического дисперсного анализа с применением ПК предназначена для измерений величины пылевидных частиц путем разностороннего фотографирования через микрофотоприставку образцов, увеличенных под микроскопом в 200-2000 раз, и дальнейшего расчета дисперсионного состава пыли, выделяющейся в атмосферный воздух и воздух рабочей зоны от технологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Количество необходимых фотографий зависит от полидисперсности пыли. Снятие изображения с фотоаппарата и последующая обработка производится с помощью лю-
бого графического пакета, например Adobe PhotoShop, для сохранения изображения; в формате Windows Bitmap (.bmp) в черно-белом режиме (1 bit/pixel). Дальнейший расчет дисперсного состава пыли, поступающей как в воздух рабочей зоны, так и в инженерно-экологические системы, включает в себя наряду с определением содержания частиц определенной фракции пыли в ее генеральной совокупности рассмотрение дисперсного состава именно мелких фракций пыли и определение содержания определенных фракций пыли в совокупности именно мелких частиц исследуемой пыли. В зависимости от целей проведения анализа дисперсного состава пыли подбирается граничный диаметр, или диаметр «рассечения», частиц пыли для разделения их генеральной совокупности на мелкие и крупные фракции пыли. С помощью компьютерной программы «Spotexplorer», позволяющей производить цифровую обработку черно-белых изображений в формате Windows Bitmap (*.bmp), по объему пылевидной частицы рассчитывается ее эквивалентный диаметр и определяется количество частиц различного размера. По окончании сканирования фотографии определяется дисперсный состав генеральной совокупности пыли.
В качестве примера проведения работ по исследованию концентраций РМ10 и РМ2,5, а также по выявлению вредных примесей в виде аэрозолей (пыли) был проведен производственный экологический контроль источников пыления в производственной зоне ГРЭС и в жилой зоне. Для определения влияния выбросов в атмосферу на элементный состав пылевого загрязнения были отобраны пробы на источнике пыления (золоотвал) и в жилой зоне, находящейся в окружении ГРЭС. По полученным данным были построены интегральные кривые распределения массы частиц пыли по диаметрам (рисунок).
Было произведено сравнение данных с результатами, полученными по двум другим методикам с использованием анализаторов MASTERSIZER и SALD-2101 Laser Diffraction Particle Size Analyzer (SHIMADZU). Принцип действия анализаторов основан на регистрации оптического излучения, рассеянного частицами, находящимися в измерительной кювете анализатора. Измерение проводится в кварцевой кювете, куда помещается растворитель (дистиллированная вода) и определенное количество анализируемой суспензии. Результаты измерения обрабатываются в программном пакете на ПК и выдаются в виде дифференциального и интегрального распределения частиц по размерам.
Сравнение результатов полученных по трем методикам, показало, что расхождение средних значений для интегральных функций распределения массы частиц по диаметрам не превышало 15%, а для доли частиц РМ10 -10%. Так, значения максимально разовой концентрации РМ10 по измерениям методом оптической микроскопии, анализаторами MASTERSIZER и SHIMADZU, соответствовали 0,44; 0,41; 0,4 мг/м3, а для доли РМ2,5 - 0,26; 0,24; 0,25 мг/м3.
Одной из задач являлось экспериментальное исследование зависимости между долями мелких фракций (РМ10 и РМ2,5) на источнике выбросов и границе санитарно-защитной зоны для ряда предприятий стройиндустрии. Авторами проводились исследования, в ходе которых установлено, что процессы производства строительных материалов не являются стационарными вследствие неоднородности свойств материалов, сбоев в работе машин и механизмов, и др. технологических особенностей. Поэтому запыленность выбрасываемого в атмосферу воздуха колебалась в неко-
3'2012
21
Экологическое строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
тором диапазоне [3]. Для получения достоверных данных в ходе мониторинговых исследований в течение 170 дней ежедневно производилось по нескольку серий замеров в воздушных потоках систем аспирации, пневмотранспорта, в воздухе рабочих зон, находящихся на территории предприятия, и на границах санитарно-защитной зоны. Обследования проводились на 17 предприятиях строительной индустрии Волгоградской области. Одновременно производился отбор проб для дисперсного анализа состава пыле-воздушной смеси. Для контроля полученных данных параллельно проводились замеры приборами фирмы MINI Wall, MASTERSIZER, SHIMADZU, позволяющими определить содержание взвешенных частиц размером менее 10 мкм.
Измерения запыленности проходили практически одновременно во всех замерных сечениях и точках, чем обеспечивалась идентичность отбора проб в каждом из сечений режиму работы системы и поступления пыли.
Замеры на границе санитарно-защитной зоны производились на расстоянии 100 м от источников выбросов по направлению преобладающего ветра, значение РМ10 колебалось в довольно узком диапазоне. На источниках выбросов она составляла 4,7-5,8% от общей концентрации, после циклонов - 5-8,6%; после пылеуловителей на встречных закрученных потоках - 7,1-8,8% и 10,1-12,6% после тканевых фильтров. Расчетное значение РМ10 определяется на основании измерений и последующей аппроксимации по изложенной выше методике. На границе санитарно-защитной зоны увеличение доли РМ10 в концентрации твердых частиц составляет от 35 до 54%, при этом стохастическая связь определяется выражением:
К-
РМ
10(с.з.з.)
РМ
10(ист)
Ос.3.3. С ИСТ
где Сс.з.з. - концентрация твердых частиц в воздухе сани-тарно-защитной зоны, мг/м3; Сист - концентрация пыли в выбросе источника, мг/м3. Коэффициент корреляции для каждого из основных видов производств достаточно высок и изменяется в пределах от 0,59 до 0,92.
Безусловно, исследование влияния общей концентрации пыли на содержание мелких фракций в выбросах предприятий стройиндустрии требует продолжения. Однако уже сейчас надо сказать, что для таких производств, как завод железобетонных изделий, кирпичное производство, введение нового норматива не окажет существенного влияния.
Список литературы
1. Ильичев В.А. Техносферная безопасность. М.: Либрком, 2011. 240 с.
2. Азаров В.Н., Юркъян В.Ю., Сергина Н.М., Ковалева А.В. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК) // Законодательная и прикладная метрология. 2004. № 1. С. 46-48.
3. Азаров В.Н., Тертишников И.В., Каможина Е.А., Мари-нин Н.А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10 и РМ25) в воздушной среде // Вестник
ВолгГАСУ. Сер. Строительство С. 402-407.
и архитектура. 2011.
