CC BY
9
навливают органы и учреждения СЭС Министерства здравоохранения СССР. Далее в п. 4.2 и 3 подробно изложены материалы и сведения, на основании которых дается заключение о пригодности источников водоснабжения, прогнозе их санитарного состояния и мероприятиях по намечаемой обработке воды.
В заключение следует подчеркнуть, что разработка и утверждение нового ГОСТ 2761-77 «Правила выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» являются существенным этапом на пути обновления и научного обоснования советского водно-санитарного законодательства.
Поступила 19/1V 1977 г.
УДК 614.72:546.17-31
Доктор хим. наук М. Т. Дмитриев, канд. мед. наук Ю. Д. Губернский,
В. А. Клебанова
О ТРАНСФОРМАЦИИ ОКИСЛОВ АЗОТА В ВОЗДУХЕ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Токсическое действие образовавшейся смеси веществ в воздухе может быть значительно усилено или, наоборот, резко ослаблено. Если при расчете рассеяния загрязнителя в окружающей среде исходить лишь из неизменной ПДК для исходного вещества, то в случае его трансформации такой расчет должен привести к существенным ошибкам, например в определении оптимальной высоты трубы при выбросе вещества в атмосферный воздух, кратности воздухообмена в жилых, административных или производственных помещениях, степени разбавления сточных вод и т. д. Отсюда очевидна актуальность разработки общей методики расчета ПДК на основе ее величины для чистого вещества и с учетом последующей трансформации. Дальнейшее применение расчетных ПДК, естественно, позволит избежать упомянутых ошибок.
Суммарное химическое уравнение трансформации может быть записано в следующем общем, результирующем виде:
А + П + и+ . • • +и-+81В1 + егвг+ . . . +8пВп, (1)
где А — исходное вещество, Вх, ..., Вп — новые вещества, образовавшиеся в результате трансформации исходного; /х, /т — действующие факторы окружающей среды; g1, ..., — коэффициенты уравнения.
Общее уравнение трансформации (1) показывает, что в любой последующий момент времени £>0 вместо одного вещества 'А будет иметь место комбинация веществ А, Ви В2, ..., Вп. При этом расчетная ПДК для А, зависящая от длительности его пребывания в окружающей среде, может быть определена из следующего соотношения:
с. М(0] [¿МО] [Дп(01 т
Сл (0 С0 +г*~сГ+ • • • <2>
где С0 — табличная величина ПДК для чистого вещества А; СА (/) — расчетная величина ПДК, являющаяся функцией промежутка времени [А (ОЬ [В!(/)]. •••. 1Я„(0] — изменяющиеся во времени концентрации веществ А, Ви ..., Вп\ Сх, ..., С„ — табличные величины ПДК для чистых веществ Ви ..., Вп; гх, ..., гп—показатели комбинированного действия веществ Вх ... Вп в смеси с исходным веществом А (при суммации действия Г|=1, при его потенцировании гр> 1, при антагонизме /у<1, при независимом действии г(= 0).
Система химических уравнений трансформации (1) позволяет составить соответствующую систему дифференциальных уравнений для скорости реакций образования веществ Ви ..., Вп:
,/т) [А (01
О)
а = «пРп (/1...../т) [ М01 <»,
где /Сь /С„ — константы скорости реакций трансформации, величины которых характеризуют их эффективность; ..., функции, учитывающие влияние действующих факторов ..., /т на скорость реакций трансформации; ..., 1п — порядок реакций.
Система дифференциальных уравнений описывает изменение во времени концентраций веществ, образующихся в результате процесса трансформации исходного загрязнителя. Ее решение (интегрирование уравнений) возможно методами вычислительной математики, в частности численного анализа. При различных видах трансформации все уравнения системы обычно разрешаются по отношению к производным, а это позволяет рекомендовать для решения методы Эйлера, Рунге — Кутта и др. Результатом решения системы дифференциальных уравнений при определенных значениях действующих факторов являются функции одного переменного В^/), ..., £„(0> в сумме характеризующие также функцию А (/). Их подстановка в соотношение (2) позволяет получить искомую величину Сл (/) — зависимость ПДК вещества от времени его пребывания в окружающей среде с учетом трансформации:
Из соотношения (4) видно, что при ¿=0 ]= [Вг]=*... = [£„]=0; \А ]=С0 и также Сл (()=С0. Во всех других случаях при наличии трансформации, естественно, СА Ц)фС0. Для расчетов по уравнениям (1—4) весьма эффективны ЭВМ, особенно третьего поколения. Последующее использование расчетной ПДК позволяет рассчитать необходимые степени рассеяния загрязнителя, обеспечивающие соблюдение гигиенических нормативов. Существует множество примеров влияния трансформации веществ на их расчетные ПДК, поэтому для иллюстрации разработанной методики расчета считаем более целесообразным вместо простого перечисления многих примеров детально рассмотреть один из них.
Так, важное гигиеническое значение имеет загрязнение воздуха окисью азота — в производстве связанного азота, азотной кислоты, при сжигании различных видов топлив. В значительных количествах окись азота выделяется и при сжигании газа на теплоэлектростанциях или в быту (Г. И. Сидоренко и соавт.). В одном из последних гигиенических руководств для производственных помещений в качестве утвержденных рекомендуются ПДК N0, равная 30 мг/м3, и ПДК Ж)2, равная 5 мг/м3 (Г. П. Беспамятное и соавт.). Окись азота N0 в воздухе трансформируется в N0-2. Если же процесс трансформации вообще не учитывать, то, исходя из интенсивности поступления КО в воздушную среду помещения, невозможно рассчитать ни оптимальной кратности воздухообмена, ни соответствующей мощности вентиляции. Пример трансформации N0 в 1Ю2 был взят в качестве модели, позволяющей выработать методические подходы прогнозирования токсического эффекта при взаимодействии химических веществ (В. 3. Аксель-Рубинштейн и Л. А. Тиунов).
Уравнение трансформации (1) для окиси азота в воздухе имеет вид тримолекулярной реакции. В соотношение (2) для определения расчетной ПДК Сло (0 необходимо подставить С„=30 мг/м3. Система (3) для данного случая в соответствии с тримолекулярным механизмом реакции сводится к одному уравнению. При постоянной температуре помещения для этого случая ,р= [02 ]. Используя для подсчета константы интегрирования начальное условие /=0, [Ы010=С0=30 мг/м3, [Ы02]0=0 и, интегрируя
1
Са(0= [А (<)]
полученное соотношение как дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными, получим зависимость [Ы02 (/) ] от времени и константы скорости реакции.
Для условий помещений вместо параметра времени / более наглядно использовать обратную величину — кратность воздухообмена. Тогда при величине константы скорости реакции в воздушной среде при 20°С К= 1,26*1010 смв/моль2-с (М. Т. Дмитриев и В. А. Попов) и [021=297 г/м3 получим зависимость М)2 от кратности воздухообмена (см. рисунок). Несмотря на поступление N0 в помещение в количестве, соответствующем ПДК, в диапазоне реальных значений воздухообмена 1—5 в 1 ч, мы имеем значительные концентрации Ы02, существенно превышающие ПДК, что указывает на важное значение трансформации ГЮ->-М02. На рисунке видно, что расчетная ПДК N0 существенно зависит от кратности воздухообмена. Это же означает и ее существенную зависимость от длительности наличия N0 в воздушной среде помещения (см. таблицу). Так, при длительности пребывания всего 4 мин расчетная ПДК ниже табличной на 25% (что уже имеет значение при изучении резорбтивного действия и тем более в острых опытах, где концентрации N0 значительно выше), а при 8—12 мин она меньше ее в 1,6—1,9 раза.
При небольших кратностях воздухообмена расчетная ПДК уменьшается в 6—7 раз. Учет трансформации первичного загрязнителя для расчетной ПДК значительно упрощает и реализацию гигиенических рекомендаций. В первую очередь становится вполне возможным расчет необходимой кратности воздухообмена в помещениях, несмотря на трансформацию веществ.
Имеются также указания, что для атмосферного воздуха ПДК N0 и Ы02 существенно различаются (Отйп]е\у и соавт.). Применение разработанной методики расчета с учетом трансформации дает и для этого случая зависимость ПДК N0 от длительности ее нахождения в атмосферном воздухе (см. также рисунок), а ее применение — более точный расчет высоты трубы, требуемой для рассеяния вещества до уровня ПДК (по этому расчету труба должна быть на 15—25% выше в зависимости от специфики производства).
Рассмотренный пример трансформации показателен с гигиенической точки зрения в том отношении, что из менее токсичного вещества (N0) образуется более токсичное (ЫОг), что характерно и для большинства реакций фотохимического смога (М. Т. Дмитриев и Н. А. Китросский, Т. В. Соловьева). В то же время имеется большое количество примеров другого типа, когда из более токсичного вещества образуется менее токсичное. Так, учет распада озона по схеме 03->02 позволяет снизить требуемую высоту трубы на 30—40% в зависимости от типа производства (органиче-
Расчетная ПДК для окиси азота в зависимости от длительности ее пребывания в воздушной
среде помещения
1, мин 0 4 4,8 6 8 12 60 120 300
Г, 1/ч — 15 12,5 10 7,5 5 1 0,5 0,2
Сио (0 30* 22,7 21,7 20,4 18,5 15,9 7,30 5,63 4,18
Примечание. Звездочка — табличная величина ПДК условно при 1=0.
Пример зависимости расчетной ПДК для помещения от кратности воздухообмена.
По оси абсцисс—кратность воздухообмена а I ч; по оси ординат—концентрация (в ыг/ы').
ского синтеза, полупроводников, при очистке сточных вод, обеззараживании воды и др.). Этот вид трансформации (фактически деградации) происходит также при поступлении ряда токсических веществ в водоемы за счет реакций гидролиза. Реализация гигиенических рекомендаций в этом случае может дать экономический эффект за счет соответствующего сокращения производственных затрат.
Таким образом, учет трансформации токсических веществ в окружающей среде под действием физических, химических или биологических факторов значительно повышает обоснованность гигиенических рекомендаций. Этот учет целесообразно Еести на основе табличных ПДК, относящихся к веществам в чистом виде. Расчетные ПДК с учетом их трансформации представляют собой математические формулы, в которые наряду с табличной ПДК входят длительность пребывания веществ в среде, показатели комбинированного действия образующихся веществ в смеси с исходными, константы скорости и порядки химических реакций, а также функции, учитывающие влияние на эти реакции действующих факторов окружающей среды. Методика расчета включает интегрирование системы дифференциальных уравнений, основанных на закономерностях механизма и кинетики реакций трансфэрмации.
ЛИТЕРАТУРА. Аксель-Рубинштейн В. 3., Тиунов Л. А. — «Гиг. и сан., 1974, № 9, с. 85. — Беспамятное Г. П. и др. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Л., 1975. — Дмитриев М. Т., Китросский Н. А. — «Вести. АМН СССР», 1970, №12, с. 39. — Д м и т р и-ев М. Т., Попов В. А. — «Ж. физ. химии», 1973, № 8, с. 1994. — Сидоренко Г. И. и др. — «Гиг. и сан.», 1972, № 7, с. 24. — С м и р н о в а Р. Д., К р а со в -с к и й Г. Н. — «В кн.: Гигиенические аспекты охраны окружающей среды. Вып. 3. М., 1976, с. 74. — Фельдман Ю. Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха. М., 1975. — D m i t г i j e w M. T. et а. (Д м и т -p и e в M. Т. и др.) — <Z. ges. Hyg.», 1972, Bd 18, S. 894. - Draitrijew M. Т. et a. (Д м и т p и e в M. Т. и др.) — «Z. Humboldt-Univ. zu Berlin», 1970, Bd 19, S. 529.
Поступила 12/1 1977 г.
TRANSFORMATION OF NITROGEN OXIDES IN THE AIR M. T. Dmitriev, Yu. D. Gubernsky, V.A. Klebanova
A record of the transformation of toxic substances in the environment increases considerably the substantiation of hygenic recommendations. This record should be carried out by means of the calculated maximal permissible concentrations, that include, besides the standard maximal permissible concentrations of the substance in pure form, the time of its presence in the air, the constant of the chemical reaction rate and the parameteres of the factors in action. The calculation method is based on the integration of the system of differential equations, representing the kinetic and the mechanism of the transformation reactions.
УДК 611.777:628.11-037
Доктора мед. наук Л. С. Гурвич и Ю. В. Новиков, канд. мед. наук С. И. Плитман, канд. биол. наук К. О. Ласточкина, кандидаты мед. наук М. С. Айзен и Т. Н. Ершова, Р. С. Ехина, В. А. Мирекин
ОСОБЕННОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ САНИТАРНЫХ УСЛОВИЙ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ В НОВЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ (НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО УЧАСТКА БАМа)
Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
В решениях XXV съезда КПСС «Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» большое внимание обращено на разработку комплексных программ по важным техническим, экономическим и социальным проблемам. В разделе VI данного документа записано: «Разработать и осуществить мероприятия по охране окружающей сре-
