CC BY
752
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
УДК 528.7:574
ВЛИЯНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ПЫЛИ НА БИОСФЕРУ
И ЧЕЛОВЕКА
С.З. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков, П.В. Чеботарев
Показана актуальность защиты биосферы от наиболее распространенного загрязнителя - мелкодисперсной пыли природного и антропогенного происхождения. Рассмотрены вопросы об источниках образования мелкодисперсной пыли, её дисперсности, состава и концентрации, наиболее опасной для биосферы и человека. Рассмотрены общие предложения по разработке политики нормирования выбросов мелкодисперсной пыли в атмосферу. Предложены рекомендации по внедрению сепарации пыли из газовых потоков в центробежно-инерционных аппаратах нового поколения.
Ключевые слова: мелкодисперсная пыль, биосфера, защита окружающей среды, здоровье человека, пылеуловители, сепарация пыли.
Одной из наиболее важных экологических проблем в настоящее время является запыленность городской и жилой зоны. Основными источниками поступления взвешенных частиц в атмосферный воздух крупных городов являются: выбросы автотранспорта, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, производство строительных материалов, станции перегрузки мусора, дробильно-сортировочные комплексы по переработке полезных ископаемых и отходов, работы по сносу зданий, землеройные работы, незадернованные участки земель, разрыхленные и удобренные почвы и т. п.
На сегодняшний день на промышленных предприятиях существует огромное количество технологических процессов, влекущих за собой образование пыли. Ежегодно в атмосфере оказывается миллионы тонн взвешенных частиц пыли. Загрязнение воздушной среды не только ухудшает экологическую обстановку, но и оказывает отрицательное влияние на состояние атмосферы и почв, ухудшает качество сельскохозяйственной продукции, приводит к преждевременному износу зданий, сооружений и оборудования, основных фондов промышленности и объектов жилищно-коммунального хозяйства.
Несмотря на то, что в результате деятельности Европейской экономической комиссии организации объединённых наций (ЕЭК ООН) качество атмосферного воздуха в Европе за последние 15 - 20 лет значительно улучшилось, имеются убедительные доказательства того, что нынешние уровни загрязнения воздуха по-прежнему представляют значительную угрозу для окружающей среды и здоровью человека [1]. В первую очередь, в документах ЕЭК определены конкретные обязательства стран по уменьшению выбросов основных веществ, загрязняющих атмосферный воздух, и
_Экология_
показатели, которые должны быть достигнуты странами-членами ЕЭК ООН к 2020 г. и в последующие годы. В них впервые содержатся обязательства уменьшить выбросы взвешенных частиц, особенно от мелкодисперсной пыли (МП).
В данном обзоре речь пойдет именно о мелкодисперсной пыли (размером частиц менее 10 мкм): что она из себя представляет, из чего состоит, её источники и примерные концентрации в воздухе различных стран. Особое внимание уделено воздействию мелкодисперсной пыли на биосферу и здоровье человека, поскольку в последнее время увеличилось число научных исследований, посвященных данной тематике и результаты этих работ показывают и доказывают губительное влияние мелкодисперсной пыли, содержащейся в атмосферном воздухе, на всё живое на планете.
Антропогенные газовые выбросы содержат в себе в основном твердые частицы размерами от 0,5 до 200 мкм. Наибольший интерес для нас представляют собой частицы менее 10 мкм, так как они практически не улавливаются наиболее распространенными в промышленности пылеочи-стными установками - циклонами, в отличии от более крупных частиц, улавливаемых до 90...95 %. Принято считать, что именно эти мелкодисперсные частицы негативно влияют на здоровье человека при их вдыхании с воздухом.
От степени дисперсности пыли, поступающей в воздушный бассейн от источников, зависит её воздействие на здоровье человека. Также при оценке качества атмосферного воздуха нужно учитывать физико-химические и морфологические свойства пыли. Необходимо отметить токсичность взвешенных веществ, зависящую от их способности к адсорбированию прочих примесей. Таким образом, изучение дисперсного состава пыли необходимо при оценке вредного воздействия на здоровье человека, подборе пылеулавливающего оборудования и проведении мониторинга окружающей среды. Дисперсным составом пыли называется характеристика состава дисперсной фазы, определяемая по размерам или скоростям оседания частиц. Она показывает, какую долю по массе, объему, поверхности или числу составляют частицы в любом диапазоне их размеров или скоростей оседания. Дисперсный состав может быть выражен в виде таблицы, кривой или фоМПулы распределения частиц пыли. Степень дисперсности представляет собой качественный показатель, характеризующий такие показателикак удельная поверхность, средний диаметр частиц, медианный диаметр и другие величины.В зависимости от размера мелкие частицы можно условно разделить на МП10 (менее 10 мкм) и МП25 (менее 2,5 мкм). Мельчайшая частица (наночастица) используется для частиц с аэродинамическим диаметром менее 0,1 мкм [2].
В литературе, посвященной практике пылеулавливания и газоочистки, встречается и другое распределение пыли по дисперсности:
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
- пыль размером более 100 мкм - грубая пыль;
- пыль размером более 10 мкм - средняя пыль;
- пыль размером менее 10 мкм - тонкая пыль.
В горном деле [3] аэрозоли, образующиеся при технологических процессах, полидисперсные и их разделяют на три группы:
1) ультратонкая пыль, размер частиц менее 1 мкм (броуновское движение для этих частиц преобладает над гравитационным осаждением);
2) пыль средней дисперсности, размер частиц от 0,1 до 10 мкм (частицы оседают в неподвижном воздухе с постоянной скоростью, зависящей от их размера и плотности согласно закону Стокса);
3) грубодисперсные частицы размером более 10 мкм (гравитационное осаждение таких частиц преобладает над броуновским, частицы оседают в неподвижном воздухе с возрастающей скоростью).
Кроме физических и химических свойств, дисперсный состав определяет характер и условия распространения пыли в воздушной среде. Крупнодисперсная пыль оседает на небольших расстояниях от источников загрязнения, мелкодисперсная может переноситься потоками воздуха на значительные расстояния, распространяясь далеко от источников выброса, и оседает значительно медленнее, а особо мелкодисперсная практически вовсе не осаждается. Таким образом, рассеивание пылевых частиц в воздухе в значительной мере определяется дисперсным составом пыли. Важнейший вопрос пылеулавливания - выбор пылеулавливающего оборудования - решается исходя из дисперсного состава пыли.
Таким образом, необходимо отметить, что размер частиц является одной из основных характеристик, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Крупная пыль легче оседает из газового потока и может улавливаться в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газов.
Мелкодисперсная пыль. Пыль по своим физико-химическим свойствам относится к аэрозолям, т. е. является дисперсной системой, в которой дисперсная среда - воздух, а дисперсная фаза - твердые пылевые частицы. Аэрозоли могут возникать при механическом измельчении вещества - аэрозоли дезинтеграции и при термических и химических процессах - аэрозоли конденсации.
Взвешенные частицы (МП) представляют собой широко распространённый загрязнитель атмосферного воздуха, включающий смесь твердых и жидких частиц, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии. К показателям, которые обычно используются для характеристики МП и имеют значение для здоровья, относятся массовая концентрация частиц диаметром менее 10 мкм (МП10) и частиц диаметром менее 2,5 мкм (МП25). В МП25, которые часто называют мелкодисперсными взвешенны-
42
Экология
ми частицами, также входят ультрамелкодисперсные частицы диаметром менее 0,1 мкм. На большинстве территории Европы МП25 составляют 50 - 70 % МП10.
Установлено [1], что МП - это смесь, физические и химические характеристики которой меняются в зависимости от местонахождения. К наиболее распространенным химическим компонентам МП относятся сульфаты, нитраты, аммиак, другие неорганические ионы, такие как ионы натрия, калия, кальция, магния, и хлорид-ионы, органический и элементарный углерод, минералы земной коры, связанная частицами вода, металлы (в том числе ванадий, кадмий, медь, никель и цинк) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В составе МП также встречаются биологические компоненты, такие как аллергены и микроорганизмы.
Например, в Европе была проведена научно-исследовательская работа по изучению и сопоставлению физико-химических характеристик МП25 и МП10 в различных точках отбора, в сельских, пригородных и городских районах, где сравнивались выбросы твердых частиц МП10,при этом экспериментально доказано, что в сельской местности в составе выбросов содержится значительно большее количество сульфатов и нитратов, чем в городской и пригородной местности. При этом при переходе из сельской местности в пригородную местность, в исследуемых районах наблюдается увеличение общего объема углерода в составе твердых частиц МП10 [4].
Источники мелкодисперсной пыли. Предполагается, что основными факторами, определяющими степень отрицательного воздействия аэрозольных частиц на организм человека, являются их размеры и химический состав. Аэрозоли, образовавшиеся в результате процессов горения, в основном содержат частицы с размерами до 70 мкм, механических процессов - до 50 мкм, термических и химических процессов -до 3 мкм.
Частицы могут либо непосредственно выбрасываться в атмосферный воздух (первичные МП), либо образовываться в атмосфере. К основным антропогенным источникам поступления первичных МП в атмосферный воздух относят предприятия машиностроения, черной и цветной металлургии, производство строительных материалов (производство цемента, керамики и кирпича, взрывные работы, механическое измельчение твердых материалов, а также транспортировка сыпучих материалов), другие виды промышленной деятельности (добыча полезных ископаемых, плавильное производство). К ним относятся также двигатели внутреннего сгорания (например, в исследовательской работе [5] в качестве объекта исследования использовались твердые взвешенные частицы, образовавшиеся в ходе работы дизельных двигателей), сжигание твердых видов топлива, дробильно-сортировочные комплексы по
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
переработке строительных отходов, незадернованные участки почв, открытые места хранения строительных и сыпучих материалов и др.
Например, в горнорудной промышленности значительное количество пыли возникает во время бурения и при взрывных работах, в угольной — при работе комбайнов и породопогрузочных машин, при сортировке угля и т. д. На обогатительных фабриках пыль поступает в воздух при дроблении и размоле породы. Вся промышленность строительных материалов связана с процессами дробления, помола, смешения и транспортировки пылевидного сырья и продукта (цемент, кирпич, шамот, динас и др.).В машиностроительной промышленности процессы пылеобразования имеют место в литейных цехах при приготовлении формовочной земли, при выбивке, обдирке, обдувке форм и очистке литья, а также в механических дохах — главным образом при шлифовке и полировке изделий. Многие процессы в металлургии, электросварочные работы, плазменная и электроискровая обработка металла сопровождаются выделением в воздух пыли и паров, конденсирующихся в аэрозоли. При неполном сгорании топлива в воздух рабочих мест наряду с продуктами возгонки и смолистыми веществами могут поступать копоть и сажа, также представляющие собой аэрозоли в виде дыма и пыли. В химической промышленности многие процессы также связаны с пылеобразованием. В сельском хозяйстве промышленная пыль образуется при рыхлении и удобрении почвы, использовании порошкообразных пестицидов, очистки зерна и семян, хлопка, льна и др.
Различные источники антропогенного загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсной пылью рассмотрены в работе [6]. К естественным источникам взвешенных частиц относятся почва, океаны, вулканы, пустыни. Авторы работы [7] предполагают, что двумя основными источниками выбросов твердых частиц МП2,5 являются обработка почвы и ветровая эрозия; про морские источники твердых частиц указывают авторы работы [8].
Примерные концентрации и другие количественные характеристики взвешенных частиц в атмосфере различных стран. Данные по времени воздействия населения, выраженной в значениях среднегодовой концентрации МП10, отнесенные к численности населения 403 городов в 34 государствах-членах Европейского региона Всемирной организации здравоохранения, измеренных в 2010 году, представлены на рис. 1.
Из рис. 1 видно, что лишь в 9 из 34 государств-членов, уровни концентрации МП10 были ниже годового уровня в 20 мкг/м , рекомендованного ВОЗ в «Рекомендациях» по качеству атмосферного воздуха. Несмотря на это, по сравнению с предыдущими годами в связи с медленным снижением средних уровней МП10 наблюдается улучшение качества атмосферного воздуха в большинстве стран за последнее десятилетие.
44
_Экология_
Что касается России, то только в 2010 г. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 19.04.2010 № 26 введено в действие «Дополнение № 8» к ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест», согласно которого определены ПДК взвешенных частиц МП10
3 3
(0,3 мг/м ) и МП25 (0,16 мг/м ). С вводом в действие указанного «Дополнения № 8» определена необходимость обеспечить качество атмосферного воздуха населенных мест по таким показателям, как взвешенные частицы МП10 и МП2,5, которые подлежат государственному учету и ноМПирова-нию после разработки соответствующих методик определения и гигиенических (экологических) ноМПативов качества атмосферного воздуха.Что подтвердило важность и очевидную необходимость проведения работ по изучению концентрации и дисперсного состава пыли, находящейся в атмосферном воздухе [9, 10] и давно ведущихся в развитых странах.
и №
Рис. 1. Среднегодовое время воздействия МП10, отнесенной к численности населения, в городах государств-членов Европейского
региона (ВОЗ, 2010 г.)
Например, в работе [11] измеренные концентрации МП10 в воздухе не превышали 50 мкг/м (Великобритания, 2000 год). В большинстве проведенных исследовательских работах наблюдаются взаимосвязи массовых концентраций МП25 к МП10. Так, например, в работе [4] данное соотношение колеблется в пределах от 0,5 до 0,9 в различных сельских и городских районах Европы; в исследовании [8] среднее соотношение концентраций
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
МП2,5 к МП10 составил 0,32±0,04 (Нигерия). В научном исследовании [12] делается вывод о том, что на концентрацию МП10 значительно влияют сезонные факторы (погодные условия) (Финляндия).
Предполагается [13], что наибольшую опасность для человека представляют частицы пыли размером до 5 мкм. Они легко проникают в легкие и там оседают, вызывая разрастание соединительной ткани, которая не способна передавать кислород из вдыхаемого воздуха гемоглобину крови и выделять углекислый газ. Развивающиеся при этом профессиональные заболевания называют пневмокониозами. Форма пневмокониозов зависит от вида вдыхаемой пыли: силикоз - при вдыхании кварцсодержащей пыли, силикоз - силикатной пыли, антракоз - угольной пыли и др.
Но эта информация отрывочная (достаточно единична) и её недостаточно. Поэтому для более полного понимания о пространственных и временных вариациях взвешенных частиц необходимо проводить еще большее количество научно-исследовательских работ.
Влияние мелкодисперсной пыли на здоровье человека. Как было показано, загрязнение воздушной среды мелкодисперсной пылью наносит огромный материальный ущерб экономике, обусловленный ускоренным разрушением двигателей воздушной и наземной техники, строительных материалов, металлов, резины, тканей, бумаги, красок и т. п., а также значительный вред биосфере, в частности здоровью человека.
Взвешенные частицы МП представляет собой широко распространенный загрязнитель атмосферного воздуха, присутствующий в местах проживания людей.
По данным Всемирной организации здравоохранений (ВОЗ), это влияние обусловлено как кратковременной (в течение часов или дней), так и долговременной (в течение месяцев или лет) экспозицией и включает: респираторную и сердечнососудистую заболеваемость, например, обострение астмы и респираторных симптомов и рост числа случаев смерти госпитализации; смертность от сердечнососудистых и респираторных заболеваний и от рака легкого.
Имеются достаточные доказательства [1, 4, 13] влияния кратковременной экспозиции МП10 на дыхательную систему, однако с точки зрения смертности (и особенно смертности в случае долговременной экспозиции) более значимым фактором риска, чем грубая фракция МП10 (частицы с диаметром в пределах 2,5-10 мкм), являются МП25. По имеющимся оценкам, при увеличении концентрации МП10 на 10 мкг/м суточная смертность от всех причин возрастает на 0,2-0,6%. В условиях хронической экспозиции МП25 каждое повышение концентрации МП2 5 на 10 мкг/м сопряжено с ростом долговременного риска кардиопульмональной смертности на 646
_Экология_
13 %. Особенно уязвимыми являются чувствительные группы людей, страдающих заболеваниями легких или сердца, а также люди пожилого возраста и дети.
Исходя из этого, в последнее время по всему миру проводится всё больше эпидемиологических исследований по оценке воздействия мелкодисперсной пыли (МП25 и МП10), витающей в воздухе городов и сельской местности, на здоровье человека и биосферы и какая из них наиболее вредна. Некоторые из этих работ приведены в данном обзоре.
В работах [14 - 18] авторы сжато обобщают широкий спектр исследований о влиянии взвешенных твердых частиц в воздухе на различные системы организма человека.
Также были описаны механизмы действия МП25 и ультрадисперсных частиц на организм человека в работе [19]. Результаты исследования в лаборатории показали, что твердые частицы индуцируют повреждения клеток ДНК, что приводит к легочным и сердечнососудистым заболеванием и раку.
Обобщение результатов исследований, посвященных физико-химическим характеристикам твердых частиц, образующихся в результате дорожного движения транспорта, по отношению к их токсикологической деятельности проводилось в работе [20]. Результаты исследования показывают, что фракция твердых частиц МП10 является весьма токсичной.
Авторами научных работ [21 - 22] показано влияние тяжелых металлов, содержащихся в запыленном воздухе, образующегося в ходе переработки электронных отходов элементов телевизоров на заводах Китая и влияющих на здоровье окружающего населения. В ходе исследования [21] подтверждено негативное влияние свинца и меди, находящихся в промышленных выбросах и представляющих собой серьезный риск для здоровья работников и городских жителей, особенно для детей. В ходе исследования авторами работы [22] был сделан вывод о том, что тяжелые металлы в загрязненном воздухе могут вызвать риск развития рака.
Авторы исследования [23] пытались проанализировать воздействие загрязненного различными антропогенными источниками мелкодисперсной пылью МП25 воздуха на здоровье населения Финляндии. Результатом данного исследования стало неопределенность пропорциональности риска здоровья граждан вследствие изменения соотношения выбросов и токсичности загрязнителя воздуха.
Мелкодисперсная пыль и респираторные заболевания. Известно, что вдыхание человеком с воздухом мелкодисперсной пыли может привести к различным респираторным заболеваниям. Например, результатом научного исследования [24] было доказано, что загрязнение воздуха взвешенными частицами МП10 от движения автотранспорта вызвало увеличение на 6 % общей смертности различных групп населения Австрии,
47
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
Швейцарии и Франции или дополнительно около 40 000 смертей в год, а также более 25 000 случаев хронического бронхита у взрослых, дополнительно 290 000 случаев бронхита у детей и пол миллиона приступов астмы.
Авторы работы [25] предполагают, что в исследованиях по хронической болезни легких, астме и респираторных госпитализациях, РМ10 имеет более сильный краткосрочный эффект, чем МП2,5, так как МП10 быстрее приводит к неблагоприятным реакциям в легких, приводящих к госпитализации. В работе [26] было исследовано влияние МП25 и МП10 на функции легких у 285 детей с бронхиальной астмой. Результаты исследования подтвердили уязвимость и подверженность риску здоровья от мелкодисперсной пыли у данной группы населения.
Аналогичные результаты были получены в работе [27], в которой исследовались и подтвердились неблагоприятные последствия загрязнения воздуха мелкими частицами МП25 и МП10 на дыхательные функции наиболее уязвимой группы населения - пожилых людях.
Авторами исследования [28] доказано, что снижение концентрации МП10 в воздухе в течение 11-летнего периода оказывает положительное влияние на симптомы респираторных заболеваний среди взрослых Швейцарии.
В исследовании [29] изучалась связь между средней долгосрочной концентрацией МП2,5 в атмосферном воздухе и смертностью от рака легких среди 188 699 ни разу не куривших в течение всей жизни участников. Результаты 26-летнего исследования показывают, что каждое увеличение концентрации МП25 на 10 мкг/м было связано с увеличением смертности от рака легких на 15 - 27 %.
Также была проведена работа, где авторы [30] обобщили исследования по взаимосвязи долгосрочной экспозицией загрязненного воздуха (в том числе взвешенными частицами) и доброкачественными респираторными заболеваниями на основе данных 16 когорт исследованных в Европе. В ходе исследования авторы не обнаружили доказательства связи между загрязнением воздуха и доброкачественными респираторными заболеваниями.
Исходя из вышеперечисленных исследований, можно сделать убедительный вывод о негативном воздействии мелкодисперсной пыли на респираторную систему человека.
Мелкодисперсная пыль и сердечно-сосудистая система человека. Считается, что мелкодисперсная пыль, находящаяся в воздухе, влияет также и на сердечно-сосудистую систему человека. Данной тематике посвящено множество научных работ и ниже указаны некоторые из них.
_Экология_
Результаты исследования [5] дают правдоподобные объяснения для установления связи между загрязнением воздуха и сердечнососудистыми заболеваниями, используя экспериментальную модель животного. Исследования проводились на хомяках, вдыхающих в течение одного часа частицы МП25 дизельных выхлопов. В образцах крови, взятых после 30 и 60 минут от начала эксперимента, обнаружили агрегацию тромбоцитов, сохранявшуюся вплоть до суток после завершения опыта.
В научной работе [31 ] убедительно доказано, что мелкодисперсные частицы воздуха являются фактором риска для причинно-специфической смертности от сердечно-сосудистых заболеваний с помощью механизмов, которые вызывают легочное и системное воспаление, ускоряют атеросклероз и изменяют сердечные вегетативные функции.
В работе [32] исследуются когерентные связи между ежедневными изменениями концентраций МП2,5 в воздухе и смертности от сердечнососудистых заболеваний, ранних физиологических реакций у здоровых лиц, госпитализации и обострениями болезней у больных с сердечнососудистыми заболеваниями, в частности ишемической болезни сердца и аритмии. В ходе исследования было установлено, что присутствие в воздухе МП2,5 связано с повышенным риском смертности от ишемической болезни сердца и аритмии.
Воздействие загрязненного воздуха, а именно выбросов от сжигания (твердых частиц, мутагенных и канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, нитро-ПАУ и др.) на сердечно-легочные, сердечнососудистые заболевания и репродуктивные функции человека подробно рассмотрено в исследовании [33]. Доказано, что ряд мутагенных и канцерогенных химических веществ, образующихся при этом, являются существенными источниками воздействия на здоровье человека, которые могут привести к репродуктивным и сердечно-сосудистым нарушениям.
В работах [34, 35] обобщены представления о механизмах, лежащих в основе влияния мелкодисперсной пыли, витающей в воздухе, на сердечнососудистые заболевания у человека.
Авторы работы [36] указывают на то, как вдыхаемые ультратонкие частицы могут транспортироваться в сосудистую систему и непосредственно в сердце, вызывая при этом сердечную аритмию и снижение сократительной способности сердечной мышцы и коронарного кровотока.
В исследовательской работе [37] делаются важные выводы, например о том, что краткосрочное воздействие МП2,5 в течение нескольких часов до нескольких недель могут вызвать сердечно-сосудистые заболевания, связанные как со смертностью, так и с не фатальными заболеваниями; кроме того, долгосрочное воздействие (например, несколько лет) МП25 значительно повышает риск развития сердечно-сосудистой смертности, чем краткосрочное воздействие и сокращает продолжительность жизни
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
более подверженных сильному воздействию слоев населения от нескольких месяцев до нескольких лет; снижение уровней МП25 пропорционально снижают сердечнососудистую смертность.
Авторы работы [38] исследуют соотношение размеров вдыхаемых частиц и их влияния на здоровье человека. В качестве исследуемых фракций были взяты взвешенные частицы диаметров менее 100 нм, менее 2,5 мкм (МП25) и менее 10 мкм (МП10). В ходе исследования были проанализированы 5326 обращений в экстренную службу (скорую помощь), которые имеют отношение к сердечнососудистым заболеваниям в период с февраля 2002 по январь 2003 года в городе Лейпциг (Германия). Авторами исследования был сделан вывод: чем меньше размер вдыхаемых взвешенных частиц воздуха, тем их большее влияние на сердечнососудистые заболевания (особенно при гипертонии).
Исследование связи между долгосрочным воздействием МП2,5 и сердечнососудистой смертностью у взрослой группы населения Канады также привело к выводу о негативном влиянии долгосрочного воздействия МП2,5 на общую смертность, в том числе на смертность от ишемической болезни сердца [39].
Таким образом, исходя из лишь некоторой части исследований, посвященных воздействию взвешенных частиц в воздухе на сердечнососудистую заболеваемость человека, можно убедительно констатировать опасность для риска здоровья людей при любой экспозиции при вдыхании мелкодисперсной пыли из воздуха для всей биосферы.
Мелкодисперсная пыль и смертность населения. На данный момент опубликовано много научных работ, посвященных исследованию связи мелкодисперсной пыли в воздухе и смертности населения.
С использованием регрессии Пуассона проводился расчет относительного риска смертности проведенный учеными Гарварда для шести городов в период с 1974 по 1991 года от воздействия МП25 в воздухе с концентрацией в среднем 18 мкг/м МП25 [40] для каждого города. Данные авторов были основаны на 1430 смертей, имевших место в период исследования и полученные с учетом суточных и индивидуальных особенностей среды и пациентов, и их зависимости от факторов риска, таких как курение, образование, индекс массы тела и воздействие пыли. Зависящие от времени показатели МП25 были созданы в 13 календарных периодах (<1979, 1979, 1980, ..., 1989, 1990 >) , чтобы исследовать, были ли недавние или хронические воздействия более важными предикторами смертности. Отмечено, что ослабленный риск смертности, который наблюдался с зависящим от времени совместным влиянием конкретных городов с различием в показателях смертности и снижению уровня загрязнения воздуха, которые произошли в течение периода наблюдения.
50
_Экология_
В работе [41] исследовалась взаимосвязь загрязненного выхлопными газами (черный дым и СО2) воздуха и смертности случайных 5000 человек в возрасте 55 - 69 лет в период с 1986 по 1994 годы в Нидерландах. Авторы исследования сделали вывод, что загрязнение воздуха выхлопными газами сокращает продолжительность жизни. Относительный риск смертности от выхлопных газов для всех исследованных случаев смерти составил 489 человек, которые умерли во время периода наблюдения. Кар-диопульмональная смертность была связана с проживанием вблизи главной дороги, то есть доказано, что длительное воздействие загрязненного воздуха, связанного с дорожным движением, сокращает продолжительность жизни.
Авторы работы [42] сделали предположение о том, что в Лондоне из-за содержащихся в воздухе МП10 происходит 973 случаев смерти и 1515 случаев госпитализации ежегодно.
В работе [43] авторы исследовали влияние более низких концентраций МП2,5 в воздухе на смертность населения, чем в предыдущих работах. В ходе исследования был сделан вывод о том, что взвешенные частицы МП2,5 в воздухе связаны с общей, сердечнососудистой смертностью и смертностью от рака легких. Авторами также сделан важный вывод, что любое снижение концентрации МП2,5 связано со снижением риска смертности граждан.
Влияние МП25 и МП10 на дневную смертность населения в Шанхае (Китай) было изучено в работе [44]. Авторы утверждают, что до них в Китае никто не проводил эпидемиологические исследования по данной тематике. Результатом исследования стало доказательство негативного воздействия МП25 и МП10 на здоровье людей.
Был оценен относительный риск смертности, связанный с долгосрочным воздействием МП2,5 по регионам и возрастным группам США на период 2000-2005 года [45]. В ходе исследования был сделан вывод о том, что в восточном и центральном регионах США увеличение концентрации МП25 в воздухе на 10 мкг/м связано с 6,8 % и 13,2 %-ным увеличением случаев смерти соответственно. Что касается западного региона, а также возрастной группы старше 85 лет, то никакой взаимосвязи авторами обнаружено не было.
Также проводилось исследование влияния взвешенных частиц диаметром меньше 2,5 мкм (МП2,5), находящихся в воздухе, на здоровье пожилых людей (старше 75 лет) в Мадриде (Испания) [46]. Результатом исследования стало доказательство того, что данное влияние является значительным и составляет 5,41 % смертей от всех причин, 8,12 % смертей, связанных с кровеносной системой и 10,9 % смертей, связанных с респираторными заболеваниями.
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
Авторы научной работы [47], используя ежедневное измерение загрязнения воздуха МП10 и смертность в Афинах, Греция (в период 20012006 годов), исследовали воздействие твердых частиц МП10 на общую и специфическую смертность переносимой и непереносимой ветром пустыни пыли в течение суток и для всех возрастов. Увеличение концентрации МП10 на каждые 10 мкг/м было связано с 0,71 % увеличение всех случаев смерти. Анализы исследования показывают, что частицы, не связанные с движением ветра, имеют более токсичное влияние на здоровье человека, чем те частицы, которые прилетели из дальних районов.
В работе [48] исследовалась связь между длительным воздействием ряда загрязняющих веществ в воздухе (в том числе МП25 и МП10) и причин смертности населения Англии. В ходе исследования сделан вывод о доказанной связи увеличения смертности населения от всех причин от загрязнения воздуха мелкодисперсной пылью. Это подтверждается данными, полученными раннее для юго-запада Франции [49], в котором показано исследование взаимосвязи загрязнения воздуха твердыми частицами и смертности населения. Результаты исследования говорят о значительной положительной связи между загрязнением воздуха и всех неслучайных и специфических смертей в двух возрастных группах - людей всех возрастов и старше 65 лет. Интересно отметить, что большее влияние загрязнение воздуха оказывает на пожилых людей, особенно в случае респираторных смертей.
Согласно данным ВОЗ, в 2010 г. на долю загрязнения атмосферного воздуха, выраженного в зафиксированной годовой концентрации МП2,5, пришлось 3,1 млн случаев смерти (13-е место среди причин смертности во всем мире).
Таким образом, негативное воздействие МП25 и МП10 на здоровье человека доказано многими исследованиями. Результаты токсикологических исследований показывают, что взвешенные частицы в воздухе индуцируют несколько типов неблагоприятных клеточных изменений, например, цитотоксичность, мутагенность, повреждения клеток ДНК и стимуляцию воспалительных цитокинов.
Мелкодисперсные пылевые выбросы, весьма токсичные сами по себе, под действием солнечных лучей и при участии озона могут образовывать в атмосфере новые, еще более токсичные соединения [50]. При этом атмосферная турбулентность и ветер не всегда успевают удалять из воздушного бассейна предприятий растущие в связи с интенсификацией производства пылевые выбросы. Таким образом, взвешенные частицы пыли могут находиться в атмосферном воздухе в течение многих дней и недель и, соответственно, подвергаться трансграничному переносу по воздуху на большие расстояния.
_Экология_
Как видно из представленного материала, влияние мелкодисперсной пыли на здоровье населения и общее состояние биосферы экспериментально зафиксировано практически на всех континентах планеты. Причем необходимо иметь в виду, что мелкодисперсная пыль образуется не только от работающей промышленности, пыльных бурь, извергающихся вулканов, растворимых солей содержащихся в испаряющихся каплях после штормов морях и океанах и переносимые на многие сотни и тысячи километров, но и от таких, казалось бы, безобидных вещей, как ремонт в промышленных и жилых помещениях [51], истирания половых синтетических покрытий, непрофессионально сделанных естественных и механических аэрологических систем вентиляции [52 - 55] и других источников образования мелкодисперсной пыли в местах скопления, работы и проживания людей.
Представленные данные показывают, что воздействие взвешенных в воздухе частиц вызывают значительное увеличение заболеваемости и смертности людей при этом фактических данных, свидетельствующих о наличии безопасного уровня экспозиции или порогового уровня, ниже которого не наступают никакие последствия для здоровья, нет. То есть необходимы дальнейшие постоянные исследования для выяснения влияния дисперсного и химического состава пыли на здоровье биосферы и населения и уменьшения негативного воздействия.
Таким образом, поскольку негативное воздействие загрязнения воздуха мелкодисперсной пылью на здоровье человека велико даже при относительно малых концентрациях, для сведения рисков для здоровья к нулю необходимо создать эффективно действующую систему обеспечения качества воздуха, целью которой будет достижение уровней, рекомендуемых РКВ (Рекомендации по качеству атмосферного воздуха) ВОЗ.
Меры, позволяющие снизить воздействие загрязнения воздуха на здоровье населения, должны включать:
- нормативно-законодательное регулирование (более жесткие нормативы качества воздуха, предельно допустимые выбросы из различных источников),
- структурные изменения (например, снижение потребления энергии, особенно энергии, вырабатываемой путем сжигания топлива, изменение способов передвижения, планирование землепользования),
- изменения в поведении на индивидуальном уровне, которые выражаются, например, в использовании экологически чистых способов передвижения или бытовых источников энергии.
В работах [8, 56 - 58] даны общие предложения и рекомендации для разработки политики по установлению норм выбросов взвешенных частиц в воздухе для стран мира, включающие следующие мероприятия.
53
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
1. Улучшить мониторинг МП10 и/или МП2,5 для того, чтобы оценить экспозицию населения и помочь местным органам власти разработать и принять планы по улучшению качества воздуха.
2. Уменьшить загрязнение воздуха мелкодисперсными взвешенными пылевыми частицами с помощью имеющихся технологий, а также разработки и внедрения высокоэффективного пылеочистного оборудования нового поколения.
Список литературы
1. Воздействие взвешенных частиц на здоровье // Всемирная организация здравоохранения. 2013. [Электронный ресурс] URL:
http://www.euro.who.int /_data/assets/ pdf_file/0007/189052/Health-effects-of-
particulate-matter-final-Rus.pdf (дата обращения: 28.03.2016).
2.Gaffney P. A Comprehensive Research Plan for Developing PM2,5 Emission Inventories. [Электронный ресурс] URL: http://www.epa.gov/ttnchiel/conference/ei10/pm/ gaffney.pdf.
3. Природопользование / Э.М. Соколов, Е.И. Захаров, А.В. Волков, И.В. Панферова, Н.Н. Чаплыгин: учеб. пособие для вузов. М.; Тула: ИПП «Гриф и Ко», 2002. С. 522 .
4. A European aerosol phenomenology - 3: Physical and chemical characteristics of particulate matter from 60 rural, urban, and kerbside sites across Europe / J.-P. Putaud [et al.] // Atmospheric Environment. 2010. Vol. 44, № 10. P. 1308-1320.
5. Possible mechanisms of the cardiovascular effects of inhaled particles: systemic translocation and prothrombotic effects / Abderrahim Nem-mar, Marc F. Hoylaerts, Peter H.M. Hoet, Benoit Nemery // Toxicology Letters. 2004. Vol. 149. № 1 - 3. P. 243 - 253.
6. Анализ источников загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсной пылью / А. Б. Стреляева, Н. С. Барикаева, Е. А. Калюжина, Д. А. Николенко // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер. Политематическая. 2014. Вып. 3(34). С. 11.
7. PM2.5 and PM10 emissions from agricultural soils by wind erosion / Hongli Li, John Tatarko, Matthew Kucharski, Zhi Dong // Aeolian Research 2015. Vol. 19, Part B. P. 171 - 182.
8. Spatial and temporal variations of the particulate size distribution and chemical composition over Ibadan, Nigeria / Grace O. Akinlade , Hezekiah B. Olaniyi, Felix S. Olise // Environmental Monitoring and Assessment. 2015. Vol. 187. 544.
9. Стреляева А. Б., Маринин Н. А., Азаров А. В. О значимости дисперсного состава пыли в технологических процессах // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер. Политематическая. 2013. Вып. 3(28). URL: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/StrelyaevaMarininAzarov2013_3(28).pdf
54
_Экология_
10. Экологические последствия закрытия угольных шахт Кузбасса по газодинамическому фактору и опасности эндогенных пожаров на отвалах / Н. М. Качурин, С. А. Воробьев, Я. В. Чистяков, Л. А. Рыбак // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. № 4. С. 54 - 58.
11. Studies of the coarse particle (2.5-10) component in UK urban atmospheres / Roy M. Harrison [et al.] // Atmospheric Environment. 2001. Vol. 35, № 21. P. 3667 - 3679.
12. Concentrations and Estimated Soot Content of PM1, PM2.5, and PM10 in a Subarctic Urban Atmosphere / Marko J. Vallius, JuhaniRuuskanen, AaduMirme, JuhaPekkanen // Environmental science & Technology. 2000. Vol. 34, № 10. P. 1919-1925.
13. Влияние пыли на здоровье человека. URL: http://biofile.ru/bio/22291.html (дата обращения: 12.07.2016).
14.Clearing the Air: A Review of the Effects of Particulate Matter Air Pollution on Human Health / Jonathan O. Anderson, Josef G. Thundiyil, Andrew Stolbach // Journal of Medical Toxicology. 2012. Vol. 8. № 2. Р. 166-175.
15.A review on the human health impact of airborne particulate matter / Ki-Hyun Kim, EhsanulKabir, ShaminKabir // Environment International. 2015. № 74. Р. 136-143.
16. Adverse health effects of outdoor air pollutants / Luke Curtis [et al.] // Environment International. 2006. Vol. 32. № 6. P. 815 - 830.
17. A review on the human health impact of airborne particulate matter / Ki-Hyun Kim, EhsanulKabir, ShaminKabir// Environment International. 2015. Vol. 74. P. 136 - 143.
18. The pharmacology of particulate matter air pollution-induced cardiovascular dysfunction / Ni Bai [et al.] // Pharmacology & Therapeutics. 2007. Vol. 113, № 1. P. 16 - 29.
19. Oxidative stress-induced DNA damage by particulate air pollution / LotteRisom, Peter Moller, Steffen Loft // Mutation Research. 2005. Vol. 592, № 1-2. P. 119 - 137.
20. Toxicological assessment of ambient and traffic-related particulate matter: A review of recent studies / Theo M.C.M. de Kok, Hermen A.L. Driece, Janneke G.F. Hogervorst, Jacob J. Briede // Mutation Research. 2006. Vol. 613, № 2-3. P. 103 - 122.
21. Heavy Metals Concentrations of Surface Dust from e-Waste Recycling and Its Human Health Implications in Southeast China / Anna O. W. Leung, Nurdan S. Duzgoren-Aydin, K. C. Cheung, Ming H. Wong // Environmental science& Technology. 2008. Vol. 42, № 7. P. 2674 - 2680.
22. PM10 and PM2.5 and Health Risk Assessment for Heavy Metals in aTypical Factory for Cathode Ray Tube Television Recycling / Wenxiong Fang, Yichen Yang, ZhenmingXu // Environmental science & Technology. 2013. Vol. 47, № 21. P. 12469-12476.
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
23. Uncertainty in health risks due to anthropogenic primary fine particulate matter from different source types in Finland / M. Tainio [et al.] // Atmospheric Environment. 2010. Vol. 44, № 17. P.2125 - 2132.
24. Public-health impact of outdoor and traffic-related air pollution: aEuropean assessment / N.Kunzli [et al.] // The Lancet. 2000. Vol. 356, № 9232. P. 795 - 801.
25. Epidemiological evidence of effects of coarse airborne particles on health / B. Brunekreef, B. Forsberg // European Respiratory Journal. 2005. Vol. 26, № 2. P. 309 - 318.
26. Fine particles and meteorological conditions are associated with lung function in children with asthma living near two power plants / R. Peled [et al.] // Public Health. 2005. Vol. 119, № 5. P. 418 - 425.
27. The adverse effects of fine particle air pollution on respiratory function in the elderly / Jong-Tae Lee, Ji-Young Son, Yong-Sung Cho // Science of the Total Environment. 2007. Vol. 385, № 1-3. P. 28 - 36.
28. Improvements in PM10 Exposure and Reduced Rates of Respiratory Symptoms in a Cohort of Swiss Adults (SAPALDIA) / Christian Schindler [et al.] // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2009. Vol. 179, № 7. P. 579 - 587.
29. Long-term Ambient Fine Particulate Matter Air Pollution and Lung Cancer in a Large Cohort of Never-Smokers / Michelle C. Turner [et al.] // American journal of respiratory and critical care medicine. 2011. Vol. 184, № 12. P. 1374 - 1381.
30. Air Pollution and Nonmalignant Respiratory Mortality in 16 Cohorts within the ESCAPE Project / Konstantina Dimakopoulou [et al.] // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2014. Vol. 189, № 6. P. 684 - 696.
31. Cardiovascular Mortality and Long-Term Exposure to Particulate Air Pollution - Epidemiological Evidence of General Pathophysiological Pathways of Disease / C. Arden Pope III [et al.] // Circulation. 2004. Vol. 109. P. 71 - 77.
32. Particulate matter and heart disease: Evidence from epidemiologi-cal studies / Annette Peters // Toxicology and Applied Pharmacology. 2005. Vol. 207, № 2. P. 477 - 482.
33. Air pollution combustion emissions: Characterization of causative agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and cardiovascular effects / Joellen Lewtas // Mutation Research. 2007. Vol. 636, № 1-3. P. 95 - 133.
34. The pharmacology of particulate matter air pollution-induced cardiovascular dysfunction / Ni Bai, MajidKhazaei, Stephan F. van Eeden, Ismail Laher // Pharmacology & Therapeutics. 2007. Vol. 113, № 1. P. 16 - 29.
56
Экология
35. Effects of particulate matter (PM10, PM2.5 and PM1) on the cardiovascular system / Giuliano Polichetti [et al.] // Toxicology. 2009. Vol. 261, № 1-2. P. 1 - 8.
36. Air Pollution and Cardiovascular Injury: Epidemiology, Toxicology, and Mechanisms / Boris Z. Simkhovich, Michael T. Kleinman, Robert A. Kloner // Journal of the American College of Cardiology. 2008. Vol. 52, № 9. - P. 719 - 726.
37.Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease: An Update to the Scientific Statement From the American Heart Association / Robert D. Brook [et al.] // Circulation. 2010. Vol. 121. P. 2331 - 2378.
38. The effect of particle size on cardiovascular disorders — The smaller the worse / Ulrich Franck [et al.] // Science of the Total Environment. 2011. Vol. 409, № 20. P. 4217 - 4221.
39. Risk of Nonaccidental and Cardiovascular Mortality in Relation to Long-term Exposure to Low Concentrations of Fine Particulate Matter: A Canadian National-Level Cohort Study / Dan L. Crouse [et al.] // Environmental Health Perspectives. 2012. Vol. 20, № 5. P. 708 - 714.
40. Fine Particulate Air Pollution and All-Cause Mortality within the Harvard Six-Cities Study: Variations in Risk by Period of Exposure / Paul J. Villeneuve [et al.] // Annals of Epidemiology. 2002. Vol. 12, № 8. P. 568 - 576.
41. Association between mortality and indicators of traffic-related air pollution in the Netherlands: a cohort study / Gerard Hoek [et al.] // The Lancet. 2002. Vol. 360, № 9341. P. 1203 - 1209.
42. Characteristics and health implications of fine and coarse particu-lates at roadside, urban background and rural sites in UK / A. Namdeo, M.C. Bell // Environment International - 2005. Vol. 31, № 4. P. 565 - 573.
43. Reduction in Fine Particulate Air Pollution and Mortality Extended Follow-up of the Harvard Six Cities Study / Francine Laden, Joel Schwartz, Frank E. Speizer, Douglas W. Dockery // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine - 2006. Vol. 173, № 6. P. 667 - 672.
44. Differentiating the effects of fine and coarse particles on daily mortality in Shanghai, China / HaidongKan, Stephanie J. London, Guohai Chen et al. // Environment International - 2007. Vol. 33, № 3. P. 376 - 384.
45. Mortality in the Medicare Population and Chronic Exposure to Fine Particulate Air Pollution in Urban Centers (2000-2005) / Scott L. Zeger, Fran-cesca Dominici, Aidan McDermott, Jonathan M. Samet // Environmental Health Perspectives - 2008. Vol. 116, № 12. P. 1614 - 1619.
46. Short-term impact of particulate matter (PM2.5) on daily mortality among the over - 75 age group in Madrid (Spain) / E. Jiménez, C. Linares, L.F. Rodríguez et al. // Science of the Total Environment - 2009. Vol. 407, № 21. P.5486 - 5492.
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
47. Does the presence of desert dust modify the effect of PM10 on mortality in Athens, Greece? / Evangelia Samoli [et al.] // Science of the total environment 2011.Vol. 409, № 11. Р. 2049 - 2054.
48. Mortality Associations with Long-Term Exposure to Outdoor Air Pollution in a National English Cohort / Lain M. Carey [et al.] // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine - 2013. Vol. 187, № 11. P. 1226 - 1233.
49. Difference in the relation between daily mortality and air pollution among elderly and all-ages populations in southwestern France / Laurent Filleul, Alain Le Tertre, Isabelle Baldi, Jean-François Tessier // Environmental Research. 2004. Vol. 94, № 3. P. 249 - 253.
50. Махнин А. А., Фролова Е.А. Техника защиты окружающей среды: учебное пособие Ч. 2: Техника защиты атмосферы. Ярославль : Ярославский гос. техн. ун-т, 2014. 215 с.
51.Harmful effects of airborne dust diffused from ceramic tiles during home decoration / Zhaolin Lu, Yaqun He, Bing Yu, Xiaojuan Hu // Powder Technology. 2014. Vol. 267. P. 86 - 94.
52.Elevated personal exposure to particulate matter from human activi-tiesin a residence / Andrea R. Ferro, Royal J. Kopperud, Lynn M. Hildemann // Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology. 2004. Vol. 14. P. 34 - 40.
53. Resuspension of Particulate Matter from Carpet Due to Human Activity / Jacky A. Rosati, Jonathan Thornburg, Charles Rodes // Aerosol Science and Technology 2008. Vol. 42, № 6. P. 472 - 482.
54.Resuspension of Dust Particles in a Chamber and Associated Environmental Factors / Jing Qian, Andrea R. Ferro // Aerosol Science and Technology 2008. Vol. 42, № 7. P. 566 - 578.
55. An evaluation of the impact of flooring types on exposures to fine and coarse particles within the residential micro-environment using CONTAM / Lisa Bramwell [et al.] // Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology. 2015. Vol. 26. P. 1 - 9.
56. Setting ambient air quality standards for particulate matter / Roger O. McClellan // Toxicology. 2002. Vol. 181-182. P. 329 - 347.
57. PM10 and PM2,5: an international perspective / Lesley L. Sloss, Irene M. Smith // Fuel Processing Technology. 2000. Vol. 65 - 66. P. 127 - 141.
58. Чистяков Я. В., Муратова К. М., Володин Н. И. Основы сепарации мелкодисперсной пыли в центробежно-инерционном пылеуловителе // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. № 8. С. 20 - 27.
Калаева Сахиба Зияддин кзы, канд. техн. наук, доц., kalaevaszamail.ru, Россия, Ярославль, Ярославский государственный технический университет,
_Экология_
Чистяков Ярослав Владимирович, канд. техн. наук, ст. преподаватель, [email protected], Россия, Ярославль, Московский государственный университет путей сообщения, Ярославский филиал,
Муратова Ксения Михайловна, асп., [email protected], Россия, Ярославль, Ярославский государственный технический университет,
Чеботарев Павел Владимирович, канд. техн. наук, ассист., ecology@tsu. tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCING FINE-DISPERSED DUST UPON BIOSPHERE AND HUMAN S.Z. Kalaeva, K.M. Muratova, Y.V. Chistiykov, P.V. Chebotarev
Topicality of biosphere protection from most widespread pollutant - fine-dispersed dust of nature and anthropogenic origin was submitted. Problems of generating fine-dispersed dust sources, its dispersion, composition and most danger concentration for human were considered. General proposals by creating policy of standardizing fine-dispersed dust emission into atmosphere were considered too. Recommendations by using dust separation from gas flows in centrifugal- inertial devices of new technical level were proposed.
Key words: fine-dispersed dust, biosphere, environmental protection, human health, dust extractor, dust separation.
Kalaeva Sahiba Ziyddin-kzi, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Yaroslavl, Yaroslavl State Technical Universitety,
Chistyakov Yaroslav Vladimirovich., candidate of science, Senior Lecturer, yar00000@yandex. ru, Russia, Yaroslavl, Moscow State University of Railway Engineering (Yaroslavl Branch),
Muratova Kseniya Mihailovna, postgraduate, yar00000@ yandex. ru, Russia, Yaroslavl, Yaroslavl State Technical University,
Chebotarev Pavel Vladimirovich, candidate of technical sciences, assistent., ecology@tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Vozdejstvie vzveshennyh chastic na zdorov'e // Vsemirnaja organizacija zdra-
voohranenija, 2013. URL: http://www.euro.who.int /_data/assets/ pdf_file/0007/189052/
Health-effects-of-particulate-matter-final-Rus.pdf (data obrashhenija: 28.03.2016).
2.Gaffney P. A Comprehensive Research Plan for Developing PM2,5 Emission Inventories. URL:http://www.epa.gov/ttnchiel/conference/ei10/pm/ gaffney.pdf
3. Prirodopol'zovanie / Je.M. Sokolov, E.I. Zaharov, A.V. Vol-kov, I.V. Panferova, N.N. Chaplygin: uchebnoe posobie dlja vuzov. M.. Tula: IPP «Grif i Ko»,2002, S. 522 .
4.A European aerosol phenomenology - 3: Physical and chemical characteristics of particulate matter from 60 rural, urban, and kerbside sites across Europe / J.-P. Putaud, R. Van Dingenen, A. Alastuey et al. // At-mospheric Environment. 2010. Vol. 44, № 10. P. 1308-1320.
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
5. Possible mechanisms of the cardiovascular effects of inhaled par-ticles: systemic translocation and prothrombotic effects / Abder-rahimNemmar, Marc F. Hoylaerts, Peter H.M. Hoet, Benoit Nemery // Tox-icology Letters. 2004. Vol. 149, № 1-3. P. 243-253.
6.Analiz istochnikov zagrjaznenija atmosfernogo vozduha melko-dispersnoj pyl'ju / A. B. Streljaeva, N. S. Barikaeva, E. A. Kaljuzhina, D. A. Nikolenko // Internet-vestnik VolgGASU. Ser. Politematicheskaja. 2014. Vyp. 3(34). S. 11.
7. PM2.5 and PM10 emissions from agricultural soils by wind ero-sion / Hongli Li, John Tatarko, Matthew Kucharski, Zhi Dong // Aeolian Re-search - 2015. Vol. 19, Part B. P. 171 - 182.
8. Spatial and temporal variations of the particulate size distribution and chemical composition over Ibadan, Nigeria / Grace O. Akinlade , Heze-kiah B. Olaniyi, Felix S. Olise et al. // Environmental Monitoring and As-sessment - 2015. Vol. 187. 544.
9. Streljaeva A. B., Marinin N. A., Azarov A. V. O znachimosti dispersnogo sostava pyli v tehnologicheskih processah // Internet-vestnik VolgGASU. Ser. Politematicheskaja. 2013. Vyp. 3(28). URL: http: //vestnik.vgasu.ru /attachments/ StrelyaevaMarininAza-rov2013_3 (28).pdf
10. Jekologicheskie posledstvija zakrytija ugol'nyh shaht Kuzbas-sa po gazodinami-cheskomu faktoru i opasnosti jendogennyh pozharov na otvalah / N. M. Kachurin, S. A. Vo-rob'ev, Ja. V. Chistjakov, L. A. Rybak // Jekologija i promyshlennost' Rossii. T. 19. № 4. S. 54-58, 2015.
11. Studies of the coarse particle (2.5-10) component in UK urban atmospheres / Roy M. Harrison, Jianxin Yin, David Mark et al. // Atmos-pheric Environment. 2001. Vol. 35, № 21. P. 3667-3679.
12. Concentrations and Estimated Soot Content of PM1, PM2.5, and PM10 in a Subarctic Urban Atmosphere / Marko J. Vallius, JuhaniRuus-kanen, AaduMirme, JuhaPek-kanen // Environmental science & Technology. 2000. Vol. 34, № 10. P. 1919-1925.
13. Vlijanie pyli na zdorov'e cheloveka. URL: http://biofile.ru/bio/22291.html (data obrashhenija: 12.07.2016).
14.Clearing the Air: A Review of the Effects of Particulate Matter Air Pollution on Human Health / Jonathan O. Anderson, Josef G. Thundiyil, Andrew Stolbach // Journal of Medical Toxicology. 2012. Vol. 8. № 2. R. 166-175.
15. A review on the human health impact of airborne particulate mat-ter / Ki-Hyun Kim, EhsanulKabir, ShaminKabir // Environment Internation-al. 2015. № 74. R. 136-143.
16. Adverse health effects of outdoor air pollutants / Luke Curtis, William Rea, Patricia Smith-Willis et al. // Environment International. 2006. Vol. 32. № 6. P. 815 - 830.
17. A review on the human health impact of airborne particulate matter / Ki-Hyun Kim, EhsanulKabir, ShaminKabir// Environment Interna-tional. 2015. Vol. 74. P. 136-143.
18. The pharmacology of particulate matter air pollution-induced cardiovascular dysfunction / Ni Bai, MajidKhazaei, Stephan F. van Eeden et al. // Pharmacology & Therapeutics. 2007. Vol. 113, № 1. P. 16-29.
19. Oxidative stress-induced DNA damage by particulate air pollu-tion / LotteRi-som, Peter M0ller, Steffen Loft // Mutation Research. 2005. Vol. 592, № 1-2. P. 119-137.
20. Toxicological assessment of ambient and traffic-related particu-late matter: A review of recent studies / Theo M.C.M. de Kok, Hermen A.L. Driece, Janneke G.F. Hogervorst, Jacob J. Briede // Mutation Research. 2006. Vol. 613, № 2-3. P. 103-122.
21. Heavy Metals Concentrations of Surface Dust from e-Waste Re-cycling and Its Human Health Implications in Southeast China / Anna O. W. Leung, Nurdan S. Duzgoren-Aydin, K. C. Cheung, Ming H. Wong // En-vironmental science& Technology. 2008. Vol. 42, № 7. P. 2674-2680.
Экология
22. PM10 and PM2.5 and Health Risk Assessment for Heavy Metals in aTypical Factory for Cathode Ray Tube Television Recycling / Wenxiong Fang, Yichen Yang, ZhenmingXu // Environmental science & Technology. 2013. Vol. 47, № 21. P. 1246912476.
23. Uncertainty in health risks due to anthropogenic primary fine particulate matter from different source types in Finland / M. Tainio, J.T. Tuomisto, J. Pekkanen et al. // Atmospheric Environment. 2010. Vol. 44, № 17. P. 2125-2132.
24. Public-health impact of outdoor and traffic-related air pollution: aEuropean assessment / N.Kunzli, R. Kaiser, S. Medina et al. // The Lancet - 2000. Vol. 356, № 9232. P. 795-801.
25. Epidemiological evidence of effects of coarse airborne particles on health / B. Brunekreef, B. Forsberg // European Respiratory Journal. 2005. Vol. 26, № 2. P. 309-318.
26. Fine particles and meteorological conditions are associated with lung function in children with asthma living near two power plants / R. Peled, M. Friger, A. Bolotin et al.// Public Health. 2005. Vol. 119, № 5. P. 418-425.
27. The adverse effects of fine particle air pollution on respiratory function in the elderly / Jong-Tae Lee, Ji-Young Son, Yong-Sung Cho // Science of the Total Environment. 2007. Vol. 385, № 1-3. P. 28-36.
28. Improvements in PM10 Exposure and Reduced Rates of Res-piratory Symptoms in a Cohort of Swiss Adults (SAPALDIA) / Christian Schindler, Dirk Keidel, Margaret W. Gerbase et al. // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2009. Vol. 179, № 7. P. 579-587.
29.Long-term Ambient Fine Particulate Matter Air Pollution and Lung Cancer in a Large Cohort of Never-Smokers / Michelle C. Turner, Daniel Krewski et al.// American journal of respiratory and critical care medicine. 2011. Vol. 184, № 12. P. 1374-1381.
30. Air Pollution and Nonmalignant Respiratory Mortality in 16 Cohorts within the ESCAPE Project / KonstantinaDimakopoulou, Evan-geliaSamoli, Rob Beelen et al. // American Journal of Respiratory and Crit-ical Care Medicine. 2014. Vol. 189, № 6. P. 684-696.
31. Cardiovascular Mortality and Long-Term Exposure to Particu-late Air Pollution - Epidemiological Evidence of General Pathophysiologi-cal Pathways of Disease / C. Arden Pope III, Richard T. Burnett, George D. Thurston et al. // Circulation. 2004. Vol. 109. P. 7177.
32. Particulate matter and heart disease: Evidence from epidemio-logical studies / Annette Peters // Toxicology and Applied Pharmacology. 2005. Vol. 207, № 2. P. 477 - 482.
33. Air pollution combustion emissions: Characterization of causa-tive agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and car-diovascular effects / JoellenLewtas // Mutation Research. 2007. Vol. 636, № 1-3. P. 95-133.
34. The pharmacology of particulate matter air pollution-induced cardiovascular dysfunction / Ni Bai, MajidKhazaei, Stephan F. van Eeden, Ismail Laher // Pharmacology & Therapeutics. 2007. Vol. 113, № 1. P. 16 - 29.
35. Effects of particulate matter (PM10, PM2.5 and PM1) on the cardiovascular system / GiulianoPolichetti, StefaniaCocco, Alessandra Spi-nali et al. // Toxicology. 2009. Vol. 261, № 1-2. P. 1-8.
36. Air Pollution and Cardiovascular Injury: Epidemiology, Toxi-cology, and Mechanisms / Boris Z. Simkhovich, Michael T. Kleinman, Robert A. Kloner // Journal of the American College of Cardiology. 2008. Vol. 52, № 9.- P. 719-726.
37.Particulate Matter Air Pollution and Cardiovascular Disease: An Update to the Scientific Statement From the American Heart Association / Robert D. Brook, Sanjay Raja-gopalan, C. Arden Pope III et al. // Circula-tion. 2010. Vol. 121. P. 2331-2378.
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3_
38. The effect of particle size on cardiovascular disorders — The smaller the worse / Ulrich Franck, SiadOdeh, Alfred Wiedensohler et al. // Science of the Total Environment. 2011. Vol. 409, № 20. P. 4217-4221.
39. Risk of Nonaccidental and Cardiovascular Mortality in Relation to Long-term Exposure to Low Concentrations of Fine Particulate Matter: A Canadian National-Level Cohort Study / Dan L. Crouse, Paul A. Peters, Aaron van Donkelaar et al. // Environmental Health Perspectives. 2012. Vol. 20, № 5. P. 708-714.
40. Fine Particulate Air Pollution and All-Cause Mortality within the Harvard Six-Cities Study: Variations in Risk by Period of Exposure / Paul J. Villeneuve, Mark S. Goldberg, Daniel Krewski et al. // Annals of Epidemiology. 2002. Vol. 12, № 8. P. 568-576.
41. Association between mortality and indicators of traffic-related air pollution in the Netherlands: a cohort study / Gerard Hoek, Bert Brune-kreef, Sandra Goldbohm et al. // The Lancet - 2002. Vol. 360, № 9341. P. 1203-1209.
42. Characteristics and health implications of fine and coarse par-ticulates at roadside, urban background and rural sites in UK / A. Namdeo, M.C. Bell // Environment International - 2005. Vol. 31, № 4. P. 565-573.
43. Reduction in Fine Particulate Air Pollution and Mortality Ex-tended Follow-up of the Harvard Six Cities Study / Francine Laden, Joel Schwartz, Frank E. Speizer, Douglas W. Dockery // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine - 2006. Vol. 173, № 6. P. 667-672.
44. Differentiating the effects of fine and coarse particles on daily mortality in Shanghai, China / HaidongKan, Stephanie J. London, Guohai Chen et al. // Environment International - 2007. Vol. 33, № 3. P. 376 - 384.
45. Mortality in the Medicare Population and Chronic Exposure to Fine Particulate Air Pollution in Urban Centers (2000-2005) / Scott L. Ze-ger, Francesca Dominici, Aidan McDermott, Jonathan M. Samet // Envi-ronmental Health Perspectives - 2008. Vol. 116, № 12. P. 1614-1619.
46. Short-term impact of particulate matter (PM2.5) on daily mor-tality among the over - 75 age group in Madrid (Spain) / E. Jiménez, C. Li-nares, L.F. Rodríguez et al. // Science of the Total Environment - 2009. Vol. 407, № 21. P. 5486-5492.
47. Does the presence of desert dust modify the effect of PM10 on mortality in Athens, Greece? / EvangeliaSamoli, EvgeniaKougea, Pavlos-Kassomenos et al. // Science of the total environment - 2011.Vol. 409, № 11. R. 2049-2054.
48. Mortality Associations with Long-Term Exposure to Outdoor Air Pollution in a National English Cohort / Lain M. Carey, Richard W. Atkinson, Andrew J. Kent et al. // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine - 2013. Vol. 187, № 11. P. 1226-1233.
49. Difference in the relation between daily mortality and air pollu-tion
among elderly and all-ages populations in southwestern France / Laurent Filleul, Alain Le Tertre, Isabelle Baldi, Jean-François Tessier // Environ-mental Research - 2004. Vol. 94, № 3. P. 249-253.
50.Mahnin A. A. Tehnika zashhity okruzhajushhej sredy: uchebnoe posobie Ch. 2: Tehnika zashhity atmosfery / A. A. Mahnin, E. A. Frolo-va // Jaroslavl' : Jaroslavskij gos. tehnicheskij un-t. 2014. 215 s.
51 .Harmful effects of airborne dust diffused from ceramic tiles dur-ing
home decoration/ Zhaolin Lu, Yaqun He, Bing Yu, Xiaojuan Hu // Powder Technology - 2014. Vol. 267. P. 86-94.
_Экология_
52.Elevated personal exposure to particulate matter from human ac-tivitiesin a residence / Andrea R. Ferro, Royal J. Kopperud, Lynn M. Hil-demann // Journal of Exposure Analysis and Environmental Epidemiology - 2004. Vol. 14. P. 34-40.
53.Resuspension of Particulate Matter from Carpet Due to Human Activity / Jacky A. Rosati, Jonathan Thornburg, Charles Rodes // Aerosol Science and Technology - 2008. Vol. 42, № 6. P. 472-482.
54.Resuspension of Dust Particles in a Chamber and Associated En-vironmental Factors / Jing Qian, Andrea R. Ferro // Aerosol Science and Technology - 2008. Vol. 42, № 7. P. 566-578.
55. An evaluation of the impact of flooring types on exposures to fi-ne and coarse particles within the residential micro-environment using CONTAM / Lisa Bramwell, Jing Qian, Cynthia Howard-Reed et al. // Jour-nal of Exposure Science and Environmental Epidemiology - 2015. Vol. 26. P. 1-9.
56. Setting ambient air quality standards for particulate matter / Roger O. McClellan // Toxicology - 2002. Vol. 181-182. P. 329-347.
57. PM10 and PM2,5: an international perspective / Lesley L. Sloss, Irene M. Smith // Fuel Processing Technology - 2000. Vol. 65-66. P. 127-141.
58. Chistjakov Ja. V., Muratova K. M., Volodin N. I. Osnovy sepa-racii melkodis-persnoj pyli v centrobezhno-inercionnom pyleulovi-tele. Jekologija i promyshlennost' Rossii. 2016. T. 20. № 8. S. 20-27.
УДК 556:504
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРИРОДООХРАНИТЕЛЬНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ УГЛЯ
Н.М. Качурин, Г.В. Стась, С.З. Калаева, Т.В. Корчагина
На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований влияния подземных горных работ в различных угольных бассейнах России на окружающую среду обоснованы оценки эффективности защиты окружающей среды. Разработаны теоретические положения эффективных технологических параметров мониторинга уровней техногенного воздействия на атмосферу территорий угледобывающих регионов и природоохранительных мероприятий, обеспечивающих повышение экологической безопасности подземной добычи угля.
Ключевые слова: горные работы, подземная добыча угля, защита окружающей среды, атмосфера, диффузия газовых примесей, экологический риск, природоохранительные мероприятия.
Анализ экологических последствий угледобычи показывает, что воздействие человека на природную среду в процессе хозяйственной деятельности приобретает глобальный характер. По масштабам извлекаемых и перемещаемых пород, преобразования рельефа, воздействия на перерас-
63
