CC BY
21ЭКОЛОГИЯ
Павленко В.И., д-р техн. наук, профессор, Шаптала В.Г., д-р техн. наук, профессор, Шульженко В.Н., канд. техн. наук, профессор, Радоуцкий В.Ю., канд. техн. наук, доцент, Шаптала В.В., канд. техн. наук, ст. преподаватель, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Барашкова О.С., инженер ЗАО УК«Губкинагрохолдинг»
ОЦЕНКА ФАКТОРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ДЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ
Рассмотрены методы численного анализа факторов экологического риска для образовательных учреждений.
Неблагоприятные экологические ситуации для образовательных учреждений могут возникать не только в результате кратковременного воздействия сильнодействующих факторов, но и в следствие длительного воздействия сравнительно малоинтенсивных факторов. Кратковременное резкое повышение концентрации вредных веществ в воздухе и сопредельных средах может возникнуть в результате изменения режима работы предприятий, из-за неблагоприятных метеорологических условий или же в результате аварийных выбросов вредных и опасных производств. Риск возникновения чрезвычайных экологических ситуаций хар актеризуется данными, приведенными в табл. 1.
Постоянно действующими малоинтенсивными факторами, негативно влияющими на здоровье учащихся и студентов, является химическое загрязнение окружающей среды (воздуха, пищевых продуктов, почвы, питьевой воды, воды водных объектов), а также радиационный фон помещений.
Вредные химические соединения, загрязняющие внешнюю среду в результате выбросов автомобильного транспорта и промышленности, создают значительную
химическую нагрузку на организм человека и существенно повышают риск его заболеваний. Анализ данных об уровнях химического загрязнения среды обитания показывает, что приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха являются диоксид азота, оксид углерода, взвешенные вещества (пыль), формальдегид, аммиак, фенол, сероводород и т.д. Основными загрязнителями питьевой воды являются свинец, ДДТ, хлороформ, мышьяк, кадмий, хром, бор и другие.
Основную часть времени студенты, преподаватели и сотрудники ВУЗов проводят в помещениях, в которых они получают от 80 до 90% общей химической нагрузки. В связи с этим величина индивидуального канцерогенного риска достигает уровня 10-3-5 • 10-3. В табл. 2 приведены данные, характеризующие опасность факторов внешней среды [1].
Основным источником загрязнения воздушного бассейна городов, а, следовательно, и воздушной среды помещений учебных заведений, является автомобильный транспорт, вклад которого в общее загрязнение воздуха превышает 70%.
Выбросы автотранспорта содержат более 20 вред-
Таблица 1
Характеристика потенциальной экологической опасности по федеральным округам РФ
Федеральный округ Численность населения, тыс. чел. Колич. радиационно-опасных объектов Колич. химически-опасных объектов Возможные потери населения при возникновении ЧС, тыс. чел.
Центральный 36241 18 371 700
Северо-Западный 14147 5 143 350
Приволжский 31440 10 174 400
Южный 21401 4 230 230
Уральский 12469 6 192 350
Сибирский 20411 3 128 200
Дальневосточный 6988 5 95 200
Таблица 2
Оценка риска влияния опасных факторов среды обитания
Смертность
Ранг опасности Фактор Причина смерти или заболевания Число случаев в год по РФ
1 ДТП несчастные случаи 30000
2 загрязнение воздуха болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые заболевания 22000
3 Радон рак легких 4000
Заболеваемость
1 ДТП травмы 250000
2 загрязнение воздуха болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые заболевания 370000
6 Радон рак легких 9000
ных компонентов, среди которых акролеин, формальдегид, оксиды углерода, азота и серы, сажа, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов (бен-зопирен и бензоантроцен). Автомобильное загрязнение воздушной среды имеет ряд отличительных особенностей. Во-первых, число автомобилей быстро увеличивается, что ведет к непрерывному росту валового выброса вредных веществ. Во-вторых, в отличие от промышленных источников загрязнения автомобиль является движущимся источником вредных выбросов, широко распространенным в жилых кварталах. В-третьих, сложная аэродинамическая обстановка в районах городской застройки и случайный характер потоков автотранспорта затрудняют расчет необходимого для прогнозирования риска заболеваний учащихся и студентов пространственного и временного распределения концентрации вредных веществ вблизи учебных заведений.
Среди опасных факторов среды обитания особое место занимает загрязнение воздуха взвешенными частицами, которое имеет место в районах расположения предприятий стройиндустрии, химической, металлургической и горнодобывающей промышленности.
Выявлен значительный рост смертности от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний в ближайшие 1-2 дня после пиковых подъемов концентрации пыли в атмосферном воздухе.
При этом количеств о дополнительных смертей в сотни раз больше, чем от воздействия всех вместе взятых канцерогенных веществ, выбрасываемых в воздух. Установлено , что при средне годовой концентрации пыли на территории РФ, равной 244 мкг/м3, подъем запыленности воздуха на каждые 10 мкг/м3 вызывает средний прирост смертности на 0,7 % от болезней органов дыхания и
на 0,2 % от сердечно-сосудистых заболеваний в течение 1-2 дней после аварийного выброса пыли [2].
Для моделирования и расчета полей концентрации пыли в местах расположения учебных заведений применялась система уравнений аэродинамики теплопе-реноса и конвективной диффузии аэрозолей [3].
Для вычисления риска заболеваний Яз из-за хронической интоксикации учащихся и студентов, вызв анной химическим загрязнение среды обитания, используется соотношение [4]:
Яз = 1 - ехр
-0.174
С
СГДК К
где С-концентрация вредного вещества, действующего в течение времени V, СВДК - предельно-допустимая среднесуточная концентрация этого вещества; К, в - эмпирические параметры, значения которых приведены в табл. 3.
При выполнении условия С < СПДК в = 1 независимо от класса опасности вещества.
Решение задачи снижения риска опасного влияния факторов среды обитания невозможно без улучшения качества внутренней среды образовательных учреждений и, в том числе, обеспечения ее радиационной безопасности. Объемная активность радона в недостаточно проветриваемых помещениях подвалов, цокольных и нижних этажей учебных заведений не редко превышает предельно допустимую (200 Бк/м3 для существующих помещений и 100 Бк/м3 для проектируемых), что представляет реальную угрозу здоровью находящихся там детей [5, 6]. Негативные последствия радонового облучения для детей и подростков более выражены, поэтому необходима разработка уточненных методов расчета мощности дозы внутреннего облучения радоном и свя-
Таблица 3
Параметры для расчета риска хронической интоксикации
Класс опасности Характеристика в К
1-й класс Чрезвычайно опасные вещества 2,4 7,5
2-й класс Высокоопасные вещества 1,31 6,0
3-й класс Умеренно опасные вещества 1,00 4,5
4-й класс Малоопасные вещества 0,86 3,0
занного с ним риска появления вредных эффектов с учетом особенностей зданий учебных заведений и специфики их функционирования.
Индивидуальный радиационный риск согласно нормам радиационной безопасности определяется по формуле:
Я = р(Е)• гЕ • Е,
где Е - годовая эффективная доза облучения, гЕ = 7,3 • 10-2 1/чел • Зв - коэффициент риска для населения, Р (Е) - вероятность событий, создающих дозу Е.
Предельное значение индивидуального риска для населения устанавливается на уровне 5 10-5 за год. Мощность дозы облучения от радона зависит от многих факторов, основным из которых является объемная активность радона в воздухе помещения. Согласно последним данным мощность дозы, получаемой органами дыхания, равна примерно 10 нЗв/ч на 1 Бк/м3 объемной активности радона [7]. Умножив эту величину на средние значения объемной активности радона и продолжительности пребывания учащихся в образовательных учреждениях (1800-2000 ч), получим приближенное значение индивидуальной дозы, получаемой детьми в учебных заведениях за год.
По результатам обследования образовательных учреждений различных уровней могут быть построены эмпирические распределения годовой эффективной дозы. Статистическая обработка имеющихся данных показывает, что эти распределения достаточно точно соответствуют нормальному закону. В этом случае вероятность накопления годовой эффективной дозы Е может быть найдено с помощью соотношений
Р (Е ) = Ф ((Е + ДЕ)/Е)-Ф ((Е -ДЕ )/Е),
где Ф - функция Лапласа, Е - среднее выборочное значение годовой индивидуальной дозы облучения, ДЕ -погрешность ее определения (~20%). Для определения полного радиационного риска, которому подвергаются учащиеся, необходимо учитывать также радоновое облучение, получаемое ими в домашних условиях, а также составляющие дозы, получаемые от техногенных и внешних естественных источников (космические лучи и гамма- фон помещений).
Для более точного определения дозовых нагрузок и разработки системы управления радиационным риском в образовательных учреждениях создана математическая модель формирования радоновой обстановки подобная применявшейся ранее модели для исследования распределения пыле- и газовыделений в производственных помещениях [3]. Принципиальным отличием модели распределения радона является учет его радиоактивного распада с образованием высокодисперсных радиоактивных аэрозолей, содержащих изотопы тяжелых металлов. Модель включает в себя математическое описание всех источников поступления радона в помещения:
почвы, находящейся под зданием, многослойных строительных конструкций, атмосферного воздуха, поступающего в помещение; систему уравнений Навье-Сток-са, теплопереноса и конвективной диффузии и распада радона.
Численная реализация модели позволяет исследовать закономерности распределения концентрации радона как по высоте здания (по этажам), так и в его плане, проанализировать влияние всех основных факторов, в том числе метеорологических и микроклиматических на формирование радоновой обстановки, а также разработать оптимальный план мероприятий противорадо-новой защиты.
Применение приведенных выше количественных методов анализа позволяет более обоснованно планировать работу по снижению риска отрицательного воздействия факторов окружающей среды.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Беляев Е. Н., Чебураев В. И., Фокин М. В. Оценка рисков влияния факторов среды обитания, как составная часть деятельности госсанэпидслужбы // Гигиена и санитария. -2002. - № 6. -С. 7-11.
2. Величковский Б. Т. Патогенетическое значение подъемов среднесуточных концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе населенных мест // Гигиена и санитария. - 2002. - № 6. - С. 14-16.
3. Шаптала В. Г. Численное моделирование воздухообмена цехов с пыле- и тепло-газовыделениями/ Изв. вузов. Строительство. - 2000. - №10. - С. 102-106.
4. Киселев Е. Е., Фридман К. Б. Оценка риска здоровью: Методическое пособие. - СПб.: Международный институт оценки риска здоровью, 1997. - 120 с.
5. Риск заболевания раком легких в связи с облучением дочерними продуктами радона внутри помещения. Публи-каця 50 МКРЗ // Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 50с.
6. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещения // -М.: Энер-гоатомиздат, 1989. - 120с.
7. Ильин Л.А., Кириллов В.Ф., Коренков И.П. Радиационная безопасность и защита // -М.: Медицина, 1996. - 336с.
