CC BY
22
УДК 614.71; 551.588
УЧЕТ РЯДА КЛИМАТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЙ ПРИ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПРОГНОЗИРОВАНИИ РИСКА ЗДОРОВЬЮ М.А. Креймер, В.В. Турбинский
ФБУН «Новосибирский научно-исследовательский институт гигиены» Роспотребнадзора, Россия, 630108, г. Новосибирск, ул. Пархоменко, д. 7
Изучены закономерности влияния климата на изменение концентраций в приземном слое атмосферного воздуха. Показано, что для оценки результатов социально-гигиенического мониторинга важно учитывать факторы, влияющие на санитарные показатели качества воздуха и «поведение» ингредиентов в нем: растворимость, изменение физико-химических свойств, химические реакции, поглощение биосферой. Для моделирования риска здоровью необходимо знать постоянную циркулирующую часть, метеорологические и орографические условия нарушения баланса между поступлением и удалением (стоком) ингредиентов из атмосферы. Риск возникает при комбинации метеопараметров, приводящих к превышению критических пороговых уровней опасности ингредиента. В расчетах норм предельно допустимых выбросов необходимо учитывать коэффициенты циркуляции для каждого ингредиента в отдельности, выбрасываемого в атмосферу.
Ключевые слова: вредные вещества в атмосферном воздухе, гигиеническая оценка, климатические показатели, социально-гигиенический мониторинг.
Для регулирования качества атмосферного воздуха посредством инженерных, градостроительных и экономических решений применяются гигиенические нормативы -максимально разовые и среднесуточные предельно допустимые концентрации вредных веществ (СанПиН 2.1.6.1032-01, п. 2.1). Для предотвращения влияния на здоровье при кратковременном подъеме и длительном поступлении в организм человека (СанПиН 2.1.6.1032-01, п. 2.3), а также для возмещения ущерба, причиненного здоровью (СанПиН 2.1.6.1032-01, п. 4.2.8), необходим мониторинг атмосферных процессов рассеивания, накопления критических доз и оценки возникновения обстоятельств риска [1, 2].
Для совершенствования санитарногигиенических заключений по результатам мониторинга, оценки риска здоровью в таблице приведены расчеты по типичным ингредиентам: взвешенные вещества (пыль), диоксид серы (БОг), оксид углерода (СО), диоксид азота (N02), оксид азота (N0), фе-
нол (С6Н5ОН), сажа, фтористый водород (НБ), аммиак (N№5), формальдегид (СН20), контролируемым в атмосферном воздухе города Новосибирска на 11 метеорологических постах в 2008 г.
Наличие уровней примесей ниже порога определения («нулевых значений) делает необъективной среднее арифметическое значение всей выборки. Показатели качества атмосферного воздуха населенных мест для пыли, С6Н50Н, сажи, БО2, НБ и N№5 могут рассматриваться как асимметричное распределение, то есть до 40 % проб занижают значение действующей величины. Только для СО, N02, N0 и СН20 статистическая оценка распределения характеризует гигиенические эффекты.
Средняя арифметическая, установленная в санитарно-гигиенических целях, может быть типичной только для однородной выборки. В гигиене атмосферного воздуха представительная средняя может быть установлена только для значений, не превы-
© Креймер М.А., Турбинский В.В., 2013
Креймер Михаил Абрамович - кандидат экономических наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: [email protected], тел.: 8 (383) 343-34-01).
Турбинский Виктор Владиславович - кандидат медицинских наук, директор (e-mail: [email protected], тел.: 8 (383) 343-34-01).
Характеристика метеорологических показателей и гигиенических закономерностей в оценке загрязнения атмосферного воздуха
города и прогнозировании риска
Параметр Пыль ЯОг СО Ш2 N0 Фенол Сажа НБ Ш3 сн2о
Доля определений на уровне концентраций ниже порога определения («нулевые значения»), % 81 44 9 3 4 55 64 59 39 6
Доля определений концентраций на уровне 1 ПДКСС и ниже, % 85 98 95 10 35 65 96 79 76 6
Доля определений концентраций выше 1 ПДКСС но ниже 10 ПДКСС. % 15 2 5 90 65 34 4 21 24 70
Доля определений концентраций на уровне 10 и более ПДКСС. % 0 0 0 ОД 0,02 1,3 0,04 0,3 0,4 24
Максимально установленное значение концентрации в ПДКСС 4 3 3 19 13 26 11 13 17 27
Частота встречаемости в течение 2008 г. максимальных значений 10 и более ПДКСС в расчете на 1000 или 10000 измерений не регистрируется 1:10000 2:10000 4:10000 1:10000 1:1000 4:10000 2:10000
Вклад в течение года температуры воздуха (°С) в изменение концентрации ингредиента в атмосферном воздухе. Коэффициент детерминации, % 2,0 прямая 3,7 обратная 0,6 прямая 0,5 прямая ОД обратная 0,5 прямая 5,7 обратная Нет 0,5 прямая 1,9 прямая
Вклад изменения скорости ветра (м/с) в течение года в изменение концентрации ингредиента в атмосферном воздухе. Коэффициент детерминации, % Нет Нет 1,8 обратная 0,2 обратная 0,3 обратная 1,2 обратная 0,5 обратная Нет 0,4 прямая ОД обратная
Уравнение множественной регрессии по данным наблюдения за 2008 г. С (мг/м3) = К+АЧТ (°С) + В Уд (м/с) (при (1=1. 13 и 19 часов) ^7 = 0,207 А7 = 0,001 В1 = -0,003 ^7 = 0,002 А7 = -0,00006 В1 = 0,00003 К7= 1,895 В7 = -0,069 ^7 = 0,124 А7 = 0,0002 В7 = -0,002 К7 — 0,086 В7 = -0,001 К7 = 0,004 К7 = 0,02 А7 — —0,0007 В7 = — 0,001 К7 — 0,003 ^7=0,03 ^7 = 0,02 Л7 = 0,0001
Кп = 0,189 Аи = 0,002 Ви = 0,003 К з = 0,002 Аи = -0,00006 К1Э = 1,747 Ап = 0,01 В13 = -0,027 ^3 = 0,116 А13 = 0,0004 К13 = 0,082 К13 = 1,452 Ап = 0,02 ¿>із = -0,1 Кп = 0,02 ^із = -0,0004 Кп = 0,003 Кп = 0,03 Ліз = 0,0003 ¿>1з = 0,001 ^із = 0,02 Ліз = 0,0001
К1д = 0,205 А\9 = 0,001 К19 = 0,002 А19 = -0,00005 К19= 1,911 В:9 = -0,047 К19 = 0,122 А1д = 0,0003 ¿>19 = -0,001 К\д = 0,087 В\д — —0,001 К\д = 0,003 К\д = 0,02 ^4і9 — —0,0006 В\д — —0,001 К\д = 0,003 К1д = 0,03 А1д = 0,0003 В\9 — 0,002 К1д = 0,02 Лі9 = 0,0001
Температура кипения и плавления, °С -10 и-75 -191,5 -205,02 + 21,3 и-11,1 —152 и-163,6 +182 и+43 +19,9 и-87,2 -33,3 и-77,75 -19 и-92
Учет ряда климатических показатей при гигиенической оценке атмосферного воздуха...
шающих норматив ПДКсс. В данном диапазоне определений находятся значения пыли, сажи, Б02, СО, ИБ и КН3.
Второй однородной выборкой являются измерения, свидетельствующие о превышении ПДКсс, но не выходящие за токсикологический параметр 10 ПДКсс. В данном диапазоне определений находятся значения N02, N0 и СИ2О.
Третья выборка, основанная на принципах пороговости и на измерениях, превышающих 10 ПДКсс, может свидетельствовать о клинических эффектах неспецифического характера. К данному уровню прогнозирования негативного действия на здоровье человека можно отнести СИ2О (24 % проб более 10 ПДКСС), СбИз0И (1,3), NHз (0,4), ИБ (0,3), N02 (0,1), сажу (0,04) и N0 (0,02).
Максимальные концентрации ингредиентов свидетельствуют о невычисляемой комбинации метеопараметров, в результате которой в городе возникают условия выраженного и существенного риска здоровью человека. Установлено, что наибольшую опасность формируют: СИ20 с максимальными концентрациями около 27 ПДКсс и частотой встречаемости в течение года в 2 случаях на 10 тыс. измерений; СбИ50И с максимальными концентрациями около 2б ПДКсс и частотой встречаемости в течение года 4 значения на 10 тыс. измерений. N02 - около 19 ПДКсс, 1 значение на 10 тыс. измерений; МИ3 - около 17 ПДКсс, 4 значения на 10 тыс. измерений; ИБ - около 13 ПДКсс,
1 значение на 1 тыс.; N0 - около 13 ПДКсс,
2 значения на 10 тыс. измерений; сажа -около 11 ПДКсс, 1 значение на 10 тыс. измерений. Для пыли, Б02 и С0 максимально установленная величина в течение 2008 г. не превышала 5 ПДКсс.
По данным измерения ингредиентов в течение 2008 г. вклад температуры атмосферного воздуха и скорости воздушных масс является незначительным и разнонаправленным. Коэффициент детерминации температуры отражает влияние на концентрацию и составляет: для сажи - 5,7 %; для Б02 - 3,7 %, для пыли - 2,0 % и для СИ20 -
1,9 %. Коэффициент детерминации скорости ветра в воздухе отражает влияние на концентрацию СО - 1,8 % и на С6Н50Н - 1,2 %.
Метеорологические процессы характеризуются следующей протяженностью: в течение суток - при смене дня и ночи; в виде четырех сезонов года - с выраженными температурными перепадами, видами осадков, направлением ветра и образованием инверсий. В совокупности эти закономерности имеют годовую цикличность с экологической вариабельностью и многолетними солнечно-земными связями. Для оценки суточных колебаний концентраций ингредиентов рассчитывалось уравнение множественной регрессии
С (мг/м3) = К + Ад Т (оС) + В Гд (м/с) (при ц = 7, 13 и 19 часов).
Значение К (постоянный член уравнения) при температуре и скорости равной нулю свидетельствует о нахождении в атмосферном воздухе «постоянной» концентрации, поддерживаемой за счет природных и техногенных процессов поступления и метеорологических процессов выведения. К, как показатель среднего уровня загрязнения, не зависит от времени отбора проб в течение суток для пыли, БО2, N0, сажи, НБ, МН3 и СН20. Значения коэффициентов при параметрах температуры и ветра в множественном уравнении регрессии отражают процессы поступления и выноса ингредиентов из атмосферы.
Независимый коэффициент уравнения (К) в утреннее и вечернее время составил 0,2 и равнялся медиане, моде и среднеарифметическому значению статистического распределения содержания пыли в атмосферном воздухе г. Новосибирска в 2008 г. В полдень К снижался за счет влияния температуры (Т) и ветра (V) вследствие увеличения солнечной активности. В утренние часы действие ветра на значения концентрации пыли в приземном слое носили обратный характер, а в вечернее время - разнонаправленный. Взвешенные вещества в зимний сезон года находятся на уровне 0,1 мг/м3 (мода), а в остальные сезоны - 0,2.
Поступление и вынос пыли из атмосферы не нарушает установленный баланс загрязнения по К. Осень является сезоном риска здоровью за счет резкого повышения концентраций пыли до 4 ПДКсс.
Расчетное время жизни в атмосфере БО2 [3, 4] составляет 4-5 суток и, по нашим данным, составляет концентрацию 0,002 мг/м3 в атмосфере г. Новосибирска. Окисление до сульфатов озоном или после абсорбции твердыми или жидкими аэрозолями приводит к снижению концентрации, а преимущественно за счет сжигания угля и нефтепродуктов - к ее восстановлению. Помимо экологических процессов при прогнозировании риска необходимо учитывать изменение агрегатного состояния БО2, которое происходит при температуре воздуха -10 °С. Так БО2 в газообразном виде образует уровни загрязнения в диапазоне значений от 0,0 до 0,03 мг/м3 и средней арифметической 0,0012. При температуре атмосферного воздуха ниже кипения БО2 уровни загрязнения повышаются и находятся в пределах от 0,0 до 0,172 мг/м3 и средней арифметической 0,0036.
Расчетное время жизни в атмосфере N0, как и КО2 [3, 4], составляет 5 суток. Окисление до нитратов после поглощения твердыми и жидкими аэрозолями, фотохимическая реакция с углеводородами способствуют выведению ингредиента из атмосферы. Изменение агрегатного состояния проходит при температуре ниже максимально установленной в 2008 г. (-31 °С).
ИБ меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре + 19,9 °С и с жидкого на твердое при -87,2 °С. Содержание ИБ в газообразном состоянии не описывается множественным уравнением регрессии, а в атмосферном воздухе ИБ в жидком состоянии при температуре менее +19 оС описывается множественным уравнением регрессии, в котором только К является значимой величиной, равной 0,0032.
Расчетное время жизни в атмосфере N№5 [3, 4] составляет 7 суток. Удаление N№5 происходит в результате реакции с БО2 с образованием (NH4)2S04, окисление до
нитратов. Растворимость КНз в атмосферной влаге самая высокая среди рассматриваемых ингредиентов (62,9 г на 100 г воды). МН3 меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре - 33,3 °С и с жидкого на твердое при -77,2 °С, что ниже максимально установленной в 2008 г. (-31 °С).
СН20 меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре -19,9 °С и с жидкого на твердое при -92 °С. Содержание СН20 в газообразном состоянии описывается следующим множественным уравнением регрессии
Ссн2о = 0,0218 + 0,00009 Т.
Содержание СН20 в жидком агрегатном состоянии описывается следующим множественным уравнением регрессии
Ссн2о = 0,0224 - 0,0012 V.
Колебание К в течение суток для СО, К02 и С6Н50Н отражает следующие экологические закономерности.
Расчетное время жизни в атмосфере СО [3, 4] составляет 0,3-3 года и обусловлено помимо атмосферных циркуляций почвенными процессами и поглощением растительностью. Осенью больше всего встречается нулевых проб (около половины) при определении концентраций С0. Средние арифметические значения концентрации, медиана и мода не превышают 1,2 мг/м3, а максимально обнаруженные составляют не более 5 мг/м3. Зимой доля нулевых проб снижается до 36,7 %, весной -до 13,2 %, а летом - до 4,5 %. Соответственно растут средние арифметические показатели загрязнения, но максимальные концентрации определялись только в зимний период. Такие закономерности отражают биосферные процессы поглощения окислов углерода при К от 1,7 до 1,9. Среди всех контролируемых ингредиентов С0 характеризуется самой низкой растворимостью в воде - 0,00284 г на 100 г воды.
Расчетное время жизни в атмосфере N02, как и N0 [3, 4], составляет 5 суток. Окисление до нитратов после поглощения
твердыми и жидкими аэрозолями, фотохимическая реакция с углеводородами способствует выведению ингредиента из атмосферы. N02 до -11,1 °С находится в твердом состоянии. Концентрация в таком агрегатном состоянии описывается множественным уравнением регрессии
СNo2 = 0,194 + 0,0033 Т - 0,0044 V.
В диапазоне температур от -11,1 °С до +20,7 °С N02 находится в жидком состоянии, концентрация которого описывается:
СNo2 = 0,115 + 0,0008 Т.
В диапазоне температур выше +20,7 °С находится в газообразном состоянии, концентрация описывается:
СNo2 = 0,114 + 0,0018 V.
Среди всех контролируемых ингредиентов N02 характеризуется низкой растворимостью в воде - 0,00618 г на 100 г воды.
С6Н50Н меняет агрегатное состояние с газообразного на жидкое при температуре +188,7 °С и с жидкого на твердое при +40,9 °С. Изменение агрегатного состояния проходит при температуре выше максимально установленной в 2008 г. (+36 °С). Колебание концентраций в течение суток может быть обусловлено техногенными факторами.
Солнечная активность изменяет агрегатное состояние ингредиентов и способствует физико-химическим реакциям в атмо-
сфере. Поступление ингредиентов в атмосферу и удаление (сток) приводят к тому, что некоторое время ингредиенты циркулируют в атмосферном воздухе и создают длительное (хроническое) действие на организм человека. Метеорологические измерения не всегда отражают санитарные условия проживания человека. Высокие концентрации ингредиентов в атмосферном воздухе не определяются простыми и доступными метеорологическими параметрами (температура воздуха, скорость ветра).
Для оценки результатов социально-гигиенического мониторинга важно учитывать факторы, влияющие на санитарные показатели качества воздуха и «поведение» ингредиентов в атмосфере: растворимость, изменение физико-химических свойств, химические реакции, поглощение биосферой.
Для моделирования риска здоровью необходимо знать постоянную циркулирующую часть, метеорологические и орографические условия нарушения баланса между поступлением и удалением (стоком) ингредиентов из атмосферы. Риск возникает при комбинации метеопараметров, приводящих к превышению критических пороговых уровней опасности ингредиента.
В расчетах норм предельно допустимых выбросов по методике ОНД-86 необходимо иметь коэффициенты циркуляции для каждого ингредиента, выбрасываемого в атмосферу, в отдельности.
Список литературы
1. МР 2.1.10.0057-12. Оценка риска и ущерба от климатических изменений, влияющих на повышение уровня заболеваемости и смертности в группах населения повышенного риска / Роспотребнадзор. - М., 2012. - 48 с.
2. МУ 2.1.6.792-99. Выбор базовых показателей для социально-гигиенического мониторинга (атмосферный воздух населенных мест): методические указания / утверждены главным государственным санитарным врачом РФ 19 ноября 1999 г. - URL: http: //www.eko-partner.ru/actual_legislation/35/ (дата обращения: 20.02.2013).
3. Химия нижней атмосферы. - М.: Мир, 1976 - С. 156-157.
4. Юнге Х. Химический состав и радиоактивность атмосферы. - М.: Мир, 1965. - С. 15.
References
1. Ocenka riska i ushherba ot klimaticheskih izmenenij, vlijajushhih na povyshenie urovnja zabolevaemosti i smertnosti v gruppah naselenija povyshennogo riska. Rospotrebnadzor MR 2.1.10.0057-12 [An assessment of risk
and damage from climatic changes influencing an increase in disease incidence and death in high-risk population groups.Methodical guidelines of the Federal Service on Customers' Rights Protection and Human Well-Being Surveillance 2.1.10.0057-12]. Moscow, 2012.48 p.
2. Vybor bazovyh pokazatelej dlja social'no-gigienicheskogo monitoringa (atmosfernyj vozduh naselennyh mest). Metodicheskie ukazanija MU 2.1.6.792-99 [The choice of basic indicators for social and hygiene monitoring (ambient air in populated areas).Methodical guidelines MU 2.1.6.792-99]. Utverzhdeny Glavnym gosudarstvennym sanitarnym vrachom RF 19 nojabrja 1999 g. Available at: http://www.eko-partner.ru/actual_legislation/35.
3. Himija nizhnej atmosfery [Chemistry of the lower atmosphere]. Moscow: Mir, 1976, pp. 156-157.
4. Junge H. Himicheskij sostav i radioaktivnost' atmosfery [The chemical content and radioactivity of the atmosphere]. Moscow: Mir, 1965, p. 15.
TAKING INTO ACCOUNT A NUMBER OF CLIMATIC INDICATORS IN ENVIRONMENTAL HEALTH ASSESSMENT OF AMBIENT AIR AND IN HEALTH RISK FORECASTING M.A. Kreymer, V.V. Turbinskiy
FBSI «Novosibirsk Research Institute of Hygiene» of the Federal Service on Customers' Rights Protection and Human Well-Being Surveillance, Russian Federation, Novosibirsk, 7 Parkhomenko St., 630108
The study investigated the mechanisms of climate's influence on changes in concentrations in ground-level ambient air.It was shown that to evaluate the results of social and environmental health monitoring, it is important to take into consideration factors, which influence health indicators of air quality and the behavior of ambient air constituents, i.e. solubility, changes in their physicochemical properties, chemical reactions and absorption by the biosphere.To model a health risk, one needs to know the constantly circulating air masses, meteorological and orographic conditions of balance disturbance between the constituents'entrance to and leave from the atmosphere. A risk emerges at the combination of meteo parameters leading to an exceedence of critical hazard threshold levels ofa constituent. To calculate the standards for maximum permissible emissions, it is necessary to take into account circulation indices separately for each constituentemitted into the atmosphere.
Key words: hazardous substances in ambient air, environmental health assessment, climatic indicators, social and environmental health monitoring.
© Kreymer M.A., Turbinskiy V.V., 2013
Kreymer Mikhail Abramovich - PhD in Economics, Leading Researcher (e-mail: [email protected], tel.: 8 (383) 343-34-01). Turbinskiy Viktor Vladislavovich - PhD in Medicine, Director (e-mail: [email protected], tel.: 8 (383) 343-34-01).
