Нормирование загрязнения атмосферного воздуха

В качестве основных критериев опасности загрязнения воздуха и для целей нормирования загрязнения обычно используют предельно допустимые концентрации (ПДК) или соответствующие им стандарты качества воздуха, являющиеся санитарными нормами.

Концентрация предельно допустимая (ПДК) – норматив – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии за определённый промежуток времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у eгo потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и др.) (Руководство…, 2004).

В нормативных документах России используют три вида ПДК: среднесуточную, максимальную разовую и среднегодовую. Определение величины ПДК основано на токсикологических характеристиках химических веществ и понятиях токсичности.

Среднесуточная предельно допустимая концентрация ПДК_сс – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не оказывает влияния на здоровье человека и его потомство при неограниченно длительном воздействии.

Степень загрязнения воздуха веществами разных классов опасности определяется «приведением» их концентраций, нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3-го класса опасности согласно формулы (3.7) (Критерии …, 1992):

К_3кл = К_jⁿ , (3.7)

где n – коэффициент изоэффективности, j – класс опасности (n=2.3 для j=1; n=1.3 для j=2; n=0.87 для j=4).

При величинах, нормированных по ПДК, концентраций выше 2,5 для 1-го класса, выше 5 для 2-го класса, выше 8 для 3-го класса и выше 11 для 4-го класса «приведение» к 3-му классу осуществляется путём умножения значений, нормированных по ПДК концентраций, соответственно на 3,2; 1,6; 1 и 0,7.

Если атмосферный воздух загрязнён веществами, относящимися к разным классам опасности, производится расчёт комплексного показателя Р.

Расчёт комплексного показателя Р проводится по формуле (3.8):

(3.8)

где корень квадратный из суммы квадратов, нормированных по ПДК концентраций, приведённых к таковым концентрациям веществ 3-го класса, i – номер вещества.

Максимальная разовая ПДК_мр – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не вызывает заметного раздражения при воздействии на человека в течение 20 – 30 мин.

Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитывают согласно ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых мест» или используют данные «Ежегодников о состоянии загрязнения воздуха городов и промышленных центров» за несколько лет, но не менее двух.

Степень загрязнения воздуха рассчитывается с учётом кратности превышения среднегодового ПДК веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициента их комбинированного действия.

Среднегодовые значенияПДК_сг выражаются через значения среднесуточного ПДК_СС путём умножения среднесуточной на некоторый коэффициент «а» (ф.3.9):

ПДК_сг = а∙ ПДК_СС. (3.9)

Значение коэффициента a для различных веществ приведены в табл. 3.12.

Таблица 3.12

Значение коэффициентов а для различных веществ

Вещества	Коэффициент “а”
Аммиак, азота оксид, азота диоксид, бензол, бенз/а/пирен, марганца диоксид, озон, серы диоксид, сероуглерод, синтетические жирные кислоты, фенол, формальдегид, хлоропрен
Трихлорэтилен	0,4
Амины, анилин, взвешенные вещества (пыль), углерода оксид, хлор	0,34
Сажа, серная кислота, фосфорный ангидрид, фториды (твердые)	0,3
Ацетальдегид, ацетон, диэтиламин, толуол, фтористый водород, хлористый водород, этилбензол	0,2
Акролеин	0,1

Помимо этого для санитарной оценки воздушной среды может использоваться показатель ВДК_рз – временно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны (временный отраслевой норматив, действующий 2-3 года).

При наличии n загрязняющих веществ соответственно с концентрациями Q и предельно допустимыми концентрациями ПДК_i (i = 1, 2, …, n) требуется, чтобы выполнялось соотношение (ф. 3.10)

П_о = . (3.10)

Это соотношение является показателем опасности химического загрязнения. Считается, что при П_о=1 опасности для здоровья не существует и чем эта величина меньше единицы, тем меньше опасность.

При наличии нескольких измерений по какому-либо загрязнителю за определённый период времени (например, за 20 мин или за сутки) для этого загрязнителя рассчитывают стандартный индекс или стандартный приведённый индекс – СП (ф. 3.11):

, (3.11)

где C_imax – максимальная из измеренных за 20 мин (сутки) значений концентрации. мг/м³; C_ПДКi – среднесуточное значение ПДК в атмосферном воздухе для данного i–того соединения.

Для комплексной оценки уровня химического загрязнения атмосферы используют комплексный индекс среднегодового загрязнения атмосферы (КИЗА), который позволяет учитывать вклад в загрязнение нескольких веществ и представить загрязнение одним числом (Муравьев А.Г., 2000). При этом учитывается класс опасности вещества, при чём его фактическая среднегодовая концентрация приводится к степени загрязнения воздуха диоксидом серы, исчисляясь в долях ПДК диоксида серы.

Приведение загрязнения воздуха токсикантами к концентрациям диоксида серы обусловлено несколькими причинами. Во-первых, диоксид серы является одним из наиболее распространённых повсеместно химических загрязнителей, приводящих к существенному увеличению заболеваемости людей, в частности заболеваний верхних дыхательных путей. Во-вторых, диоксид серы обладает выраженной токсичностью по отношению к растительности. Он наносит значительный ущерб растительным объектам и подрывает ресурс биосферы. В-третьих, он обладает сильной коррозионной способностью, разрушает металлы, памятники культуры из мрамора.

В России КИЗА используют для обобщения данных мониторинга.

КИЗА вычисляют по формуле(3.12):

, (3.12)

где q_i – средняя концентрация i–го химического поллютанта; ПДК_cci среднесуточная предельно допустимая концентрация; n – число вредных веществ, учитываемых при вычислении КИЗА; ci – безразмерная константа приведения степени вредности вещества к степени вредности диоксида серы. В зависимости от степени опасности (1, 2, 3, 4) значения ci принимаются соответственно равными 1.7; 1,3; 1,0; 0,9.

Для обеспечения возможности сопоставления данных о загрязнении атмосферы в различных городах КИЗА рассчитывают для одних и тех же веществ. Обычно выбирают 4-5 веществ, которые вносят основной вклад в загрязнение атмосферы. В России принято определять КИЗА для 5-ти веществ. К числу наиболее распространённых загрязнителей для большинства городов и регионов России, а также других стран мира относят: диоксид серы, взвешенные вещества, оксиды азота, бенз(а)пирен, озон, формальдегид, фенол, свинец и др.

В табл. 3.13 приведены максимальные разовые и среднесуточные ПДК для ряда веществ.

Таблица 3.13

Значения среднесуточных и максимальных разовых ПДК_мр (мг/м³)

Вещество	Класс вредности	Максимальная разовая ПДКмр (мг/м3)	Среднесуточная ПДКСС (мг/м3)
Азота диоксид		0,85	0,04
Азота оксид		0,085	0,004
Азотная кислота		0,4	0,4
Аммиак		0,2	0,2
Ацетон	–	0,35	0,35
Бензин	–		1,5
Бенз(а)пирен		–	0,000001
Карбофос		0,015	–
Марганца оксид		0,01	0,001
Медь		–	0,002
Метилмеркаптан		9∙10-6	–
Мышьяк		0.003	0,003
Никель		–	0,001
Пыль нетоксичная		0,5	0,15
Ртуть металлическая		–	0,0003
Сажа (копоть)		0,15	0,05
Свинец и его соединения		–	0,0003
Серная кислота		0,3	0,1
Серы диоксид		0,5	0,05
Сероводород		0,08	0,008
Сероуглерод		0,03	0,005
Соляная кислота		0,2	0,2
Углерода оксид
Уксусная кислота	–	0,2	0,06
Фенол		0,01	0,003
Формальдегид		0,02	0,003
Фтористый водород		0,02	0,005
Фосфора оксид	–	0,15	0,005
Хлор	–	0,1	0,1
Хлорофос	–	0,04	0,02
Хрома оксид		0,0015	0,0015
Цинк		–	0,05

Следует заметить, что пыль разных производств имеет различные ПДК, см. табл. 3.14 (Орлов А.С., 2002).

Таблица 3.14

Значения среднесуточных и максимальных разовых ПДК_мр (мг/м³)

Техническая пыль	ПДКрз (мг/м3)	Техническая пыль	ПДКрз (мг/м3)
Лубяная		Растительного и животного происхождения (хлопчатобумажная, мучная, зерновая, древесная, шерстяная и др. содержащая до 10% SiO2
Льняная		То же с содержанием SiO2 более 10%
Люминала и кофеина		Хлопкоочистительных заводов, содержащая до 10% свободного SiO2
Нефтяного и пекового кокса		То же с содержанием SiO2 более 10%
Полипропилена		–	–
Фторопласта		–	–
Полиформальдегида		–	–
Полиэтилена		–	–
Очистки зерна		–	–

Сравнивая приведённые в табл. 3.13 данные, можно заметить, что максимальные разовые ПДК_мр, как правило, больше, чем ПДК длительного воздействия, однако для ряда веществ они совпадают.

Наряду с ПДК важной характеристикой загрязнения в отношении загрязняющих веществ является её ассимиляционная ёмкость.

Ассимиляционная ёмкость объекта окружающей среды – это максимальное количество загрязняющего вещества, которое может бать за единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано и выведено за пределы экосистемы в результате процессов самоочищения без нарушения её нормального функционирования.

Для повышения надёжности оценки результатов измерений и исключения случайных величин, используется статистическая обработка материала, позволяющая с учётом вариаций концентраций получить то её значение, которое в 95% случаев будет на уровне или ниже расчетной концентрации (С₉₅). Кратность превышения (К) рассчитывается путём деления С₉₅ на максимальную разовую ПДК (PDK) (ф. 3.13):

(3.13)

В случае присутствия в атмосферном воздухе веществ, обладающих эффектом суммирования биологического действия, рассчитывается приведённая к одному из суммирующихся веществ концентрация (С_95пр.) по формуле (3.14):

= (3.14)

Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха для комбинации суммирующих веществ ведется по приведённой концентрации. Рекомендуется приводить сумму таких веществ к веществу, обладающему менее благоприятным классом опасности.