CC BY
220
УДК 551.510.412
О ДЕЙСТВУЮЩИХ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОРМАТИВАХ ПО СОДЕРЖАНИЮ ОЗОНА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ*
© 2009 г. В. И. Демин, *А. М. Звягинцев, **И. Н. Кузнецова
Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН, г. Апатиты
*Центральная аэрологическая обсерватория, г. Долгопрудный **Гидрометеорологический научно-исследовательский центр РФ, г. Москва
В соответствии с принятыми в России гигиеническими нормативами «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» нормируются две характеристики приземного озона: максимальная разовая и среднесуточная концентрации. Превышения предельно допустимых максимальных разовых концентраций озона по данным станций мониторинга в России наблюдаются в летнее время в крупных городах; продолжительность таких эпизодов, как правило, несколько дней. В то же время превышения предельно допустимых среднесуточных концентраций в фоновых районах отмечаются в 80-90 % случаев, что указывает на недостаточную обоснованность данного норматива, требует его отмены или, по крайней мере, пересмотра его численного значения с учетом современных исследований влияния озона на здоровье населения и международного опыта.
Ключевые слова: озон, приземный озон, контроль загрязнения атмосферы, гигиенические нормативы, предельно допустимые концентрации.
Согласно российским гигиеническим нормативам, установленным Росстандартом и Минздравом Российской Федерации [11], озон относится к группе веществ наивысшей категории опасности, требующих автоматического контроля над их содержанием в воздухе. Документом, определяющим предельно допустимые концентрации (ПДК) озона для населенных мест, в настоящее время являются «Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», утвержденные Главным государственным санитарным врачом РФ и введенные в действие с 25 июня 2003 года. В данном документе нормируются две характеристики приземного озона: максимальная разовая (ПДК^) и среднесуточная (ПДКсс) концентрации озона в воздухе населенных пунктов. Для ПДК,р установлено значение 160 мкг/м3 и для ПДК^, — 30 мкг/м3. Оба значения ПДК полностью равноправны, вследствие чего атмосферный воздух следует считать опасным для здоровья, если превышен хотя бы один показатель.
В настоящее время в России длительные и регулярные измерения приземной концентрации озона (ПКО) проводятся сетевыми подразделениями Росгидромета в 7 федеральных центрах и рядом институтов РАН (например, в городах Москва, Томск, Кисловодск, в Мурманской обл. и др.). Ежеквартальные обзоры содержания озона в приземном слое по ряду регионов РФ (в первую очередь Центральному федеральному округу) представляются в журнале «Метеорология и гидрология». Графики хода концентрации озона за последний месяц наблюдений на станции Института оптики атмосферы Сибирского отделения РАН в Томске представляются на сайте в Интернете (http://www.iao.ru/ru/measure/). Другие регулярные общедоступные сведения по концентрациям озона в России не приводятся. Для сравнения: в отчете «Air pollution by ozone in Europe summer 2007» EEA/ETC-ACC (the European Environment Agency’s European Topic Centre on Air and Climate Change) представлены данные с более чем 2 000 станций Евросоюза [16]. Например, в Нидерландах имеются 40 станций мониторинга приземного озона, в Германии — 286, во Франции — 439, в Великобритании — 99, в Чехии — 71, в Австрии — 122. Данные on-line по озону на значительном числе станций имеются в Интернете (например, только на территории Лондона доступны данные наблюдений около 15 станций). Это, безусловно, указывает на необходимость совершенствования системы мониторинга озона в России.
Результаты наблюдений приземного озона показывают, что в России случаи превышения ПДК^ происходят нечасто [8]. Они нигде не
*Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных
исследований (грант № 08-05-00266).
регестрировались более 10 раз в году, и наблюдаются они не каждый год. В ряде регионов (например, Северо-Западном федеральном округе) их не было зарегистрировано вовсе. В Москве и Центральном федеральном округе неоднократно регистрировались случаи превышения ПДКмр вследствие активной фотохимической генерации озона при метеорологических условиях, неблагоприятных для рассеивания загрязнений воздуха (обычно при температурах воздуха выше 28°С и скоростях ветра менее 3 м/с). Продолжительность таких эпизодов — несколько дней. Например, за апрель — август 2007 года в Москве наблюдались несколько периодов, когда разовые концентрации были близки к ПДКмр или даже превышали их на отдельных (от одной до трех) станциях (29 марта — 3 апреля, 15— 24 апреля, 21—31 мая, 11 — 13 и 21—23 августа) [9]. Как правило, случаи превышения ПДКмр характерны для центральных районов столицы (в пределах Садового кольца) и за пределами города в том же году не регистрировались.
Максимальные измеренные концентрации озона в 2007 году в Москве составили 214, в 2006-м — 193, в 2005-м — 135 мкг/м3. Для сравнения: летом 2007 года в странах Западной Европы максимальные среднечасовые концентрации достигали 240 мкг/м3 в Чехии, 257 мкг/м3 в Австрии, 308 мкг/м3 во Франции, 282 мкг/ м3 в Германии, 479 мкг/м3 в Италии [16]. Наибольшая разовая концентрация озона из зарегистрированных в Москве — 276 мкг/м3 была отмечена 30 июля 2002 года [7], а по территории России — 460 мкг/м3 (Биробиджан, 2 июля 1999 года [5]).
Наблюдения в фоновых регионах, а также серия экспериментов «Тройка» (измерения вдоль железнодорожных магистралей из вагона-лаборатории), дополнившие измерения озона на стационарных станциях, показали, что летом климатические условия и химический состав основных загрязняющих компонентов (N0, N02, СО, метан и др.) не способствуют (за редким исключением) активной генерации озона в приземном воздухе на территории России [4]. Дневные ПКО находятся на уровне 80—100 мкг/м3, что не вызывает опасений. Такие концентрации можно считать близкими к фоновым концентрациям тропосферного озона [4].
Таким образом, если оценивать опасность озона по количеству превышений ПДКмр или по его характерным концентрациям в дневные часы, то ситуация с ним не столь актуальна, как, например, в странах Западной Европы.
Однако оценка становится совершенно иной, если руководствоваться данными среднесуточных концентраций озона. В фоновых районах Мурманской области (Ловозеро) среднесуточные ПКО превышают ПДКсс 95 % дней в году, в то время как максимальные разовые ПКО к ПДКмр даже не приближаются (рисунок): в 99,3 % времени они составляют менее 100 мкг/м3 [3]. Причем, заметим, что в данном случае речь идет об арктическом регионе, где имеются только природные источники озона и признаки фотохимической генерации явно не проявляются.
30 25 20 15 10 5 0
5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125
Повторяемость среднесуточных концентраций приземного озона в Ловозеро (Мурманская обл.) и в Данках (Московская обл.)
Аналогичная ситуация и в средних широтах. Например, в Данках — станции фонового мониторинга, расположенной на территории Окско-Террасного биосферного заповедника и работающей по Европейской программе мониторинга и оценки переноса загрязняющих веществ в атмосфере (ЕМЕР), — среднесуточные ПКО превышают 30 мкг/м3 (ПДКсс) в 94 % случаев, в то время как среднечасовые максимальные концентрации озона за май — август (наиболее высокие концентрации озона в умеренных широтах) в 82 % случаев находятся в диапазоне от 50 до 100 мкг/м3 и в 97 % — не превышают 120 мкг/м3 (данные ЕМЕР). Измерения, выполненные в фоновом районе Пензенской области в весенне-летние периоды 2004 и 2005 годов показывают, что и здесь среднесуточные концентрации озона значительно выше установленной ПДКсс (в 90 % случаев) при том, что послеполуденные значения озона, как правило, также не превышают 80—100 мкг/м3 [6].
В городских условиях, где имеет место дополнительный сток озона вследствие реакций с загрязняющими веществами (главным образом с окислами азота и углеводородами), накапливающимися в приземном слое в периоды ослабленного турбулентного обмена, среднесуточные концентрации озона ниже, чем в фоновых условиях. По этой причине, например, в Москве среднесуточные ПКО ежегодно выше ПДУсс только около половины дней в году. По данным Сибирского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института [8], аналогичный показатель имеет место и в Новосибирске. В окрестностях Томска ПДКсс превышается почти 40 % времени [1]. Однако в небольшом (население около 75 тыс. человек) г. Апатиты (Мурманская обл.), где уровень антропогенного загрязнения меньше, ПДКсс оказываются превышенными уже в 83 % дней [3].
Многолетний мониторинг приземного озона наглядно свидетельствует о недостаточной физической обоснованности российского норматива по среднесуточной концентрации приземного озона, так как он оказывается ниже естественного природного фона (часто в 2—3 раза) в течение большей части года, в том числе в регионах, наименее подверженных антропогенному воздействию.
В сложившейся ситуации, очевидно, может оказаться полезным опыт других стран.
На основе многочисленных статистических исследований связи ряда заболеваний и смертности с озоном в странах Европы и Северной Америки [17, 19—21] в 2005 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендовала в качестве норматива его среднюю за 8 часов концентрацию — 100 мкг/м3 [22]. По существу, речь идет об ужесточении критерия, так как рекомендованным в 2000 году значением было 120 мкг/м3. Несмотря на то, что явных свидетельств о наличии порогового значения не обнаружено и возможны значительные индивидуальные вариации в реагировании на озон, устанавливаемый ВОЗ предел в 100 мкг/м3 соответствует общему увеличению числа смертных случаев на 1—2 % по сравнению с днями, когда максимальная из средних 8-часовых концентраций озона за сутки равна 70 мкг/м3 (принято ВОЗ в качестве фонового уровня) [22].
По данным ВОЗ, средние за 8 часов концентрации, превышающие 160 мкг/м3, способны вызвать изменения в органах дыхания и вызвать ожог легких даже среди здоровых и молодых людей, а увеличение числа смертных случаев оценивается в 3—5 %.
При средних за 8 часов концентрациях, превышающих 240 мкг/м3, возможны уже серьезные повреждения здоровья, а возрастание числа дополнительных смертных случаев может достигать 5—9 %.
Нормативы безопасных концентраций приземного озона, которые установлены в ряде стран, приведены в таблице.
Основной параметр, по которому проводится оценка загрязнения воздуха озоном за рубежом, — скользящая средняя за 8 часов концентрация (рассчитываемая по среднечасовым значениям). Выбор 8-часового интервала обусловлен средним временем, проводимым на открытом воздухе детьми, пожилыми и людьми, трудовая деятельность которых осуществляется вне помещений. Кроме того, существуют пороги информирования населения и тревоги, объявляемые через средства массовой информации по достижении среднечасовой концентрации значений 180 и 240 мкг/м3 соответственно [18].
Среднесуточные приземные концентрации озона за рубежом не привлекаются для оценки качества состояния воздушной среды, что может быть вызвано и недостаточной информативностью данного параметра. Действительно, фотохимическое производство озона в дневные часы, в том числе до опасных значений, в городских условиях сопровождается его дополнительным разрушением ночью за счет стока в газовых реакциях с теми же окислами азота и углеводородами [12], вследствие чего среднесуточные ПКО не только не отразят факта высоких дневных приземных концентраций, но даже могут оказаться близкими к фоновым значениям. Нет также и рекомендаций ВОЗ о необходимости учета среднесуточных ПКО.
Трудно представить себе и биофизическую роль нормировки по среднесуточному значению концентрации озона в атмосферном воздухе, так как она, очевидно, должна
отражать дозу озона, поглощенного человеком за сутки, в то время как среднее время пребывания его на открытом воздухе ограничивается часами, а концентрация озона внутри закрытых помещений близка к нулю.
Критерии безопасного содержания озона в атмосферном воздухе
Страна Документ, год принятия Критерий и значение
Всемирная организация здравоохранения Рекомендации ВОЗ по качеству воздуха, касающиеся твердых частиц, озона, двуокиси азота и двуокиси серы, 2005 Средняя концентрация за 8 часов 100 мкг/м3
Порог для информирования населения: средняя за час 180 мкг/м3
Страны Евросоюза European Council Directive 92/72/EEC, 2002 Порог для предупреждения населения: средняя за час 240 мкг/м3 Порог для защиты здоровья: средняя за 8 часов 110 мкг/м3
Канада Canada-Wide Standards for particulate matter (PM) and ozone, 2000 Средняя за 8 часов 65 ppb - 130 мкг/м3
США National Ambient Air Quality Standards for Ground-level Ozone, 2008 Средняя за 8 часов 75 ppb - 150 мкг/м3 Средняя за час 120 ppb -240 мкг/м3 (только на ограниченных территориях)
Россия Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. ГН 2.1.6.133803,2003 Максимальная разовая 160 мкг/м3 Среднесуточная 30 мкг/м3
Установление пороговых значений за рубежом происходит в соответствии с появлением новых токсикологических и эпидемиологических данных. По мере накопления данных меняются и безопасные уровни содержания озона в приземном слое атмосферы. Например, основанием для новых рекомендаций ВОЗ послужил целый ряд исследований о связи озона со смертностью в странах Западной Европы и Северной Америки [17, 19, 20]. В 2008 году ужесточены требования по содержанию озона в приземном слое в США — в соответствие с новыми требованиями средняя за 8 часов концентрация не должна превышать 75 млрд-1 « 150 мкг/м3 (ранее — 80 млрд-1).
Численные значения ПДК по содержанию озона в атмосферном воздухе в РФ сохраняются неизменными на протяжении более 30 лет [ 14], то есть еще со времен СССР, и фактически были получены по материалам первых измерений приземного озона в условиях отсутствия соответствующей измерительной сети. Таким образом, существует необходимость их корректировки с учетом последних исследований о влиянии озона на здоровье человека.
Кроме того, существующие в РФ ПДК по концентрации озона в атмосферном воздухе населенных мест ни по времени осреднения, ни по величине не согласуются с рекомендациями ВОЗ.
Так, введение разовой концентрации в отечественных нормативах было обусловлено необходимостью 20—30-минутного интервала (в зависимости от методики и вида вещества) для разового отбора пробы воздуха для последующего анализа (например, ранее содержание озона определяли химическим методом после пропускания его через поглощающий раствор [2, 10, 15]. Современные хемилюминисцентные и ультрафиолетовые озонометры, которыми оснащаются станции мониторинга в России, позволяют определять концентрацию в автоматическом режиме с высоким временным разрешением (менее 1 мин), что соответствует методикам, принятым в мире [13].
Нормирование концентрации озона по его среднесуточному значению принято только в РФ (со времен СССР) и отсутствует в стандартах других стран. При этом установленное ПДК^ оказывается превышенным в течение большей части года даже в фоновых районах (часто в 2—3 раза), несмотря на то, что максимальные разовые концентрации озона, как правило, значительно ниже соответствующих ПДКмр. Этот факт указывает на недостаточную физическую обоснованность данного норматива, требует отмены или, по крайней мере, пересмотра его численного значения с учетом современных исследований о влиянии озона на здоровье населения и международного опыта.
Список литературы
1. Белан Б. Д. Результаты 10-летнего мониторинга приземной концентрации озона в районе Томска / Б. Д. Белан, Т. К. Складнева, Г Н. Толмачев // Оптика атмосферы и океана. — 2000. — Т. 13, № 9. — С. 826—832.
2. Беспамятнов Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г П. Беспамятнов, Ю. А. Кротов. — Л. : Химия, 1985. — 528 с.
3. Демин В. И. О содержании озона в приземном слое в Мурманской области / В. И. Демин // Экологическая химия.
- 2006 - Т. 15, вып. 3. - С. 141-146.
4. ЕланскийН. Ф. Примеси в атмосфере континентальной России / Н. Ф. Еланский // Природа. - 2002. - № 2. -С. 32-43.
5. Еланский Н. Ф. Фотохимическая генерация озона в антропогенных пятнах над Хабаровским краем / Н. Ф. Еланский, К. Б. Моисеенко, Н. В. Панкратова // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2005. - Т. 41, № 4. - С. 461-468.
6. Звягинцев А. М. О временном ходе приземного озона в центральном регионе России в весенне-летний период 2004 г. / А. М. Звягинцев, В. В. Рудаков, И. Н. Кузнецова, В. И. Демин // Метеорология и гидрология. — 2006. — № 4. — C. 41—478.
7. Звягинцев А. М. Положительные аномалии приземного озона в июле — августе 2002 г. в Москве и ее окрестностях / А. М. Звягинцев, И. Б. Беликов, В. И. Егоров и др. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2004. — Т. 40, № 1. - С. 75-86.
8. Звягинцев А. М. Содержание озона над территорией Российской Федерации в 2005 г. / А. М. Звягинцев, Н. С. Иванова, Г. М. Крученицкий и др. // Метеорология и гидрология. — 2006. — № 2. — С. 119-125.
9. Звягинцев А. М. Содержание озона над территорией Российской Федерации в 2007 г. / А. М. Звягинцев, Н. С. Иванова, Г. М. Крученицкий и др. // Метеорология и гидрология. — 2008. — № 2. — C. 120—125.
10. Перегуд Е. А. Химический анализ воздуха (новые и усовершенствованные методы) / Е. А. Перегуд. — Л. : Химия, 1976. — 327 с.
11. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенический норматив ГН 2.1.6.1338-03 (вместо ГН 2.1.6.1033-01). — Введен в действие с 25 июня 2003 года.
— М. : СТК «Аякс», 2003. — 84 с.
12. Ровинский Ф. Я. Озон, окислы азота и серы в нижней атмосфере / Ф. Я. Ровинский, В. И. Егоров. — Л. : Гидро-метеоиздат, 1996. — 184 с.
13. Руководство ЕМЕР по отбору проб и химическому анализу / EMEP / CCC-Report 1/95. — 1996. — 294 с.
14. Руководство по контролю загрязнения атмосферы / под ред. М. Е. Берлянда, Г И. Сидоренко ; Госкомгидромет, Минздрав СССР — Л. : Гидрометеоиздат, 1979. — 448 с.
15. Тищенко Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе : справочное издание / Н. Ф. Тищенко. — М. : Химия, 1991.
— 368 с.
16. Air pollution by ozone in Europe summer 2007. Preliminary results, period April — September 2007 (last update 6.12.2007, based on data received before 4.12.2007) EeA/ETC-ACC (the European Environment Agency’s European Topic Centre on Air and Climate Change) (http://air-climate.eionet.europa.eu).
17. Bell M. L. Ozone and Short-term Mortality in 95 US Urban Communities, 1987-2000 / M. L. Bell, A. McDermott,
S. L. Zeger et al. // JAMA. — 2004. — Vol. 292, N 19. — P 2372—2378.
18. Directive 2002/3/EC of the European Parliament and of the Council of 12 February 2002 relating to ozone in ambient air // Official J. Eur. Union, 2004. — L67/14, 09.03.2002. — Р. 14—30.
19. FilleulL. The Relation Between Temperature, Ozone, and Mortality in Nine French Cities During the Heat Wave of 2003 / L. Filleul, S. Cassadou, S. Médina et al. // Environ. Health Prospect. — 2006. — Vol. 114. — P 1344—1347.
20. Gryparis A. Acute effects of ozone on mortality from the “air pollution and health: a European approach” project / A. Gryparis, B. Forsberg, K. Katsouyanni et al. // Am. J. Respir. Crit. Care. Med. — 2004. — Vol. 170(10). — P 1080—1087.
21. Health Aspects of Air Pollution — answers to follow-up questions from CAFЕ // Report on a WHO working group meeting Bonn, Germany. — 2004. — EUR/04/5046026. — Р. 78.
22. WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Global update 2005. Summary of risk assessment // Report on a Working Group — WHO/ SDE/PHE/OEH/06.02. — Bonn, Germany, 2005. — P. 22.
ON RUSSIAN STANDARDS FOR GROUND-LEVEL OZONE CONTENT IN THE ATMOSPHERE AIR
V. I. Demin, *A. M. Zvyagintsev, **I. N. Kuznetsova
Polar Geophysical Institute, Apatity *Central Aerological Observatory, Dolgoprudny **Hydrometeorological Researh Centre of Russia Federation, Moscow
According to the hygienic specifications adopted in Russia «Maximum permissible concentration (maximum concentration limit) of polluting substances in atmospheric air of the populated places» two characteristics of near ground ozone are normalized: maximum single and daily average concentration. Cases of excess of maximum permissible maximal single concentration of ozone according to stations of monitoring in Russia are observed in summertime in large cities; duration of such episodes, as a rule, few days. At the same time frequency of cases of excess of maximum permissible daily average concentration of ozone in
background areas reaches 80—90 % that specifies insufficient validity of the given specification, demands cancelling it or, at least, revision of its numerical value in view of modern researches about influence of ozone on health of the population and the international experience.
Key words: ozone, ground-level ozone, air pollution monitoring, air quality standard, maximum concentration pollutants limits.
Контактная информация:
Демин Валерий Иванович — научный сотрудник лаборатории «Атмосфера Арктики» Полярного геофизического института Кольского научного центра РАН
Адрес: 184209, Мурманская область, г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. 14, ПГИ КНЦ РАН
E-mail: demin@pgia.ru
Статья поступила 07.04.2008 г.
