МУК 4.1.1273-03

4.1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Измерение массовой концентрации бенз(а)пирена
в атмосферном воздухе и в воздухе рабочей зоны
методом высокоэффективной жидкостной хроматографии
с флуориметрическим детектированием

Дата введения 2003-09-01

УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г.Г.Онищенко 1 апреля 2003 г.

1. Введение

1. Введение

1.1. Назначение и область применения

Настоящие методические указания устанавливают методику количественного химического анализа воздушных сред (воздуха рабочей зоны и атмосферного воздуха населенных мест) для определения в них бенз(а)пирена методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (далее - ВЭЖХ) с флуориметрическим детектированием.

Диапазон измеряемых концентраций:

- в атмосферном воздухе населенных мест составляет 0,0005-10 мкг/м при отборе 5 м пробы;

- в воздухе рабочей зоны составляет 0,02-5000 мкг/м при отборе пробы объемом 150-300 дм.

1.2. Физико-химические и токсикологические свойства
бенз(а)пирена

Бенз(а)пирен (3,4-бензпирен) относится к классу полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ), молярная масса 252,32 г/моль. Структурная формула молекулы представлена ниже.

Структурная формула молекулы

Вещество является продуктом неполного сгорания (пиролиза) органических соединений, присутствует в продуктах переработки угля, нефти (тяжелые фракции), а также образуется в больших количествах при производстве алюминия. Бенз(а)пирен обладает канцерогенной активностью. В атмосфере преимущественно адсорбирован на взвешенных частицах.

Бенз(а)пирен относится к веществам 1 класса опасности. Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в воздухе населенных мест составляет 0,001 мкг/м (Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. ГН 2.1.6.695-98), максимальная разовая ПДК не установлена. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны установлена на уровне 0,15 мкг/м (Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. ГН 2.2.5.686-98).

2. Характеристика погрешности измерений

Границы относительной погрешности (для доверительной вероятности =0,95) составляют 25% во всем диапазоне измерений.

3. Метод измерений

Метод измерения основан на улавливании бенз(а)пирена на аэрозольный фильтр, извлечении его гексаном, концентрировании экстракта, хроматографическом его разделении, регистрации сигнала с использованием флуоресцентного детектора, идентификации пика бенз(а)пирена на хроматограмме по времени удерживания и расчете массовой концентрации бенз(а)пирена.

4. Средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы и материалы

4.1. Средства измерений

Анализатор жидкости "Флюорат-02" или иной флуориметрический детектор, обеспечивающий интервал длин волн возбуждения 270-360 нм и регистрации 390-450 нм	ТУ 4321-001-20506233-94
Жидкостный хроматограф или хроматографическая приставка.
Хроматографическая колонка должна быть заполнена обращенно-фазным сорбентом и в условиях выполнения анализа должна иметь эффективность не менее 5000 теореических тарелок по пику бенз(а)-пирена. Минимально определяемая концентрация бенз(а)пирена в растворе (при соотношении сигнал/шум, равном трем), должна быть не более 0,002 мкг/см. Колонку снабжают предколонкой, заполненной аналогичным обращенно-фазным сорбентом.
Весы лабораторные общего назначения с наибольшим пределом взвешивания 200 г и ценой деления 1,0 мг, любого типа		ГОСТ 24104
Электроаспиратор с устройством измерения расхода, обеспечивающий расход воздуха не менее 100 дм/мин, например АВА-3 (АВА-1)		ТУ 9443-026-31988614-99
Электроаспиратор с устройством измерения расхода, обеспечивающий расход воздуха 5-20 дм/мин, например АПВ-4		ТУ 9443-026-31988614-99
Колбы мерные 2-го класса точности, вместимостью 25, 50, 100 см		ГОСТ 1770
Пипетки градуированные 2-го класса точности, вместимостью 1, 2, 5 и 10 см		ГОСТ 29227
Цилиндры мерные, вместимостью 50, 100 и 200 см		ГОСТ 1770
Линейка металлическая с ценой деления 1 мм или интегратор,		ГОСТ 427
или система сбора и обработки данных		Госреестр СИ РФ
"Мультихром" на основе персонального компьютера или другие аппаратно-программные средства, внесенные в Госреестр СИ
Государственный стандартный образец состава раствора бенз(а)пирена в ацетонитриле массовой концентрации 100 мкг/см и погрешностью аттестованного значения не более ±2%
Барометр-анероид М-67		ТУ 2504-1797-75
Термометр лабораторный шкальный; цена деления 1 °С, пределы измерения 0-100 °С		ГОСТ 28498

Средства измерений должны быть поверены в установленные сроки. Допускается использование других средств измерений и стандартных образцов, имеющих аналогичные или лучшие характеристики.

4.2. Вспомогательные устройства

Установка ультразвуковая, например, УЗВ или "Серьга-002"
Холодильник бытовой любого типа
Баня водяная
Часы песочные или таймер
Насос водоструйный	ГОСТ 25336
Испаритель роторный пленочный любого типа или иное устройство для удаления растворителя (например, набор для удаления растворителя НПФ "Люмэкс")
Колбы круглодонные или грушевидные для перегонки, вместимостью 50, 100 см НШ 29	ГОСТ 25336
Колбы плоскодонные, вместимостью 100 и 250 см с пришлифованной пробкой (П-1-100(250)-29/32)	ГОСТ 25336
Стаканы химические, вместимостью 100 см	ГОСТ 25336
Пробирки стеклянные с притертыми пробками, вместимостью 10 и 15 см П4-5(10)-14/23 ХС	ГОСТ 25336
Колонка хроматографическая стеклянная диаметром с пришлифованной пробкой (внутренний диаметр не менее 14 мм, длина 20 см)

4.3. Реактивы и материалы

Ацетон, ч.	ГОСТ 2603
Ацетонитрил для жидкостной хроматографии, ос.ч., например производства предприятия "Криохром", сорт 1-3
Вода дистиллированная	ГОСТ 6709
Кислота серная, ч.
Гексан, х.ч.	ТУ 6-09-3375-78
Натрий сернокислый безводный, х.ч.	ГОСТ 4166
Хлористый метилен марки ч.д.а., свежеперегнанный	ГОСТ 9968
Фильтры АФА-ВП (ХП)-20
Фильтродержатель ИРА-20	ТУ 95.72.05-77
Фильтры бумажные "красная лента"	ТУ 6-09-1678-86

Допускается использование реактивов аналогичной или более высокой квалификации, изготовленных по другой нормативно-технической документации, в т.ч. импортных.

4.4. Приготовление растворов

4.4.1. Растворы бенз(а)пирена заданной концентрации

Растворы бенз(а)пирена должны храниться в темноте при температуре не выше 6 °С, в герметичной посуде, исключающей возможность испарения растворителя и контакт раствора с материалами иными, чем стекло и фторопласт. Растворы каждой концентрации готовят по потребности.

4.4.1.1. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 1 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 50 см помещают 0,5 см ГСО состава раствора бенз(а)пирена в ацетонитриле номинальной концентрацией 100 мкг/см (или другой, указанной в паспорте), разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 1 год.

4.4.1.2. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 0,1 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 25 см помещают 2,5 см раствора бенз(а)пирена массовой концентрации 1 мкг/см по п.4.4.1.1, разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 6 месяцев.

4.4.1.3. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 0,05 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 50 см помещают 2,5 см раствора бенз(а)пирена с концентрацией 1 мкг/см по п.4.4.1.1, разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 6 месяцев.

4.4.1.4. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 0,01 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 25 см помещают 5 см раствора бенз(а)пирена с концентрацией 0,05 мкг/см по п.4.4.1.3, разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 3 месяца.

4.4.1.5. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 0,005 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 25 см помещают 2,5 см раствора бенз(а)пирена с концентрацией 0,05 мкг/см по п.4.4.1.3, разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 2 недели.

4.4.1.6. Раствор бенз(а)пирена массовой концентрации 0,002 мкг/см

В мерную колбу вместимостью 25 см помещают 1 см раствора бенз(а)пирена с концентрацией 0,05 мкг/см по п.4.4.1.3, разбавляют до метки ацетонитрилом и перемешивают. Срок хранения в указанных условиях - 1 неделя.

4.4.2. Раствор бенз(а)пирена в гексане для пробного элюирования

Отбирают 1 см раствора бенз(а)пирена в ацетонитриле массовой концентрации 0,05 мкг/см по п.4.4.1.3, удаляют растворитель упариванием при температуре 40-45 °С в вакууме водоструйного насоса, растворяют сухой остаток в 1 см гексана. Концентрация бенз(а)пирена в полученном растворе составляет 0,05 мкг/см. Используют свежеприготовленный раствор.

4.4.3. Подвижная фаза (элюент): смесь ацетонитрил - вода

Бенз(а)пирен в воздухе, которым мы дышим

14.11.2006 15:00

Многолетние наблюдения Приморского УГМС за качеством атмосферного воздуха в городах Приморского края показывают, что из года в год содержание в воздухе бенз(а)пирена превышает допустимую санитарную норму , что говорит о крайне неблагополучном экологическом состоянии воздушного бассейна Приморья.

В 2005 году среднегодовые концентрации бенз(а)пирена превышали предельно допустимую концентрацию (ПДК) в Партизанске - в 5.1 раза, Уссурийске - в 4.4 раза, во Владивостоке - в 3.2 раза, в Находке - в 2.6 раза. (Рис. 1 ) Средняя по городам России концентрация бенз(а)пирена превышала допустимую норму в 3 раза.

Наибольшие среднемесячные концентрации бенз(а)пирена в 2005 году превышали допустимую санитарную норму в Партизанске в 9 раз, Уссурийске - в 7, Владивостоке - в 5 раз, в Находке - в 4.5 раза. (Рис. 2 ) Наибольшие среднемесячные концентрации бенз(а)пирена, как правило, наблюдаются в зимнее время, наименьшие - в летнее, что обусловлено увеличением числа источников бенз(а)пирена зимой (мелкие котельные, печные трубы частного сектора), а также увеличением повторяемости приземных инверсий до 52% (Владивосток) и повторяемости слабых скоростей ветра до 47% (Уссурийск).

Высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха бенз(а)пиреном в городах обусловлен выбросами автотранспорта, предприятий теплоэнергетики, многочисленных мелких котельных, а также открытыми пожогами. Вклад автотранспорта в выбросы углеводородов в атмосферу, в том числе и бенз(а)пирена, составляет более 90% от суммарных выбросов всех углеводородов. Дороги в городах Приморья заполонены автотранспортом, проезжая часть и без того узких улиц, значительно уменьшается за счет парковки автомобилей с обеих сторон, что затрудняет движение, создает «пробки» и способствует увеличению загазованности воздуха. Для улучшения качества атмосферного воздуха в городах Приморья необходимо строительство объездных магистралей, транспортных развязок, воздушных переходов, стоянок для частного транспорта.

Справка для любознательных:

Бенз(а)пирен является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендовала среднегодовое значение (1x10 -6 мг/м 3) как величину, выше которой могут наблюдаться неблагоприятные последствия для здоровья человека.

Канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в числе которых и бенз(а)пирен, широко распространены во всех сферах окружающей среды. Бензапирен и другие ПАУ присутствуют в атмосферном воздухе населённых мест, в воздухе производственных помещений, в воде открытых водоёмов, в растениях, в почве. Бенз(а)пирен содержится в некоторых каменных и бурых углях, в нефти и т.п.

Антропогенные источники бенз(а)пирена могут быть стационарными (промышленные предприятия, ТЭЦ, крупные и мелкие отопительные системы), загрязняющими атмосферу в относительно ограниченных районах, и передвижными (транспорт), выбросы которых распространяются на значительно большие пространства. Одним из широко распространённых источников бенз(а)пирена является процесс горения практически всех видов горючих материалов. Бенз(а)пирен присутствует в дымовых газах, копоти и саже, оседающих в дымоходах и на поверхностях, имевших контакт с дымом, точнее в смолистых веществах, содержащихся в продуктах сгорания. Бенз(а)пирен находят и в местах стихийно возникающих лесных пожаров, он появляется в атмосфере также в результате извержения вулканов. Однако, следует уяснить, что собственно процесс горения (т.е. окисление углерода) не обязателен для возникновения бенз(а)пирена. Он образуется в результате протекания процессов полимеризации относительно простых по структуре осколков молекул (в основном свободно радикального характера), которые образуются из исходного топлива вследствие действия высоких температур, при неблагоприятных условиях горения. Одним из наиболее распространённых источников образования бенз(а)пирена является также пиролиз. Пиролиз используется исключительно для получения продукции для народного хозяйства, которая зачастую становится вторичным источником поступления ПАУ в окружающую среду.

В молекулярно-дисперсном состоянии бенз(а)пирен может находиться лишь в ничтожно малых количествах. В воздухе он преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы. Это обуславливает довольно большую изменчивость концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, которая зависит не только от интенсивности выброса его из источника загрязнения, но и от метеорологических условий. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами, не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками.

Многочисленность и рассеянность источников бенз(а)пирена, а также способность к дальнейшему распространению выбросов создают предпосылки к повсеместному загрязнению атмосферы. Тем не менее наблюдаемые концентрации бенз(а)пирена в атмосфере очень различны - от практически нулевых уровней в некоторых местностях до многократного превышения ПДК на отдельных участках. По приближенным оценкам, количество бенз(а)пирена, выбрасываемое ежегодно в окружающую среду различными антропогенными источниками, составляет во всём мире 5000 тонн .

Международная группа экспертов отнесла бенз(а)пирен к числу агентов, для которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенного действия на людей и достоверные доказательства их канцерогенного действия на животных. В экспериментальных исследованиях бенз(а)пирен был испытан на девяти видах животных, включая обезьян. В организм бенз(а)пирен может поступать через кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт и трансплацентарным путём. При всех этих способах воздействия удавалось вызвать злокачественные опухоли у животных. Имеются прямые или косвенные данные о реальности поступления бенз(а)пирена всеми этими путями в организм людей.

Присутствие бенз(а)пирена в пищевых продуктах наиболее вероятно в тех, которые в процессе приготовления контактируют с продуктами сгорания топлива: это - копчёные колбасные изделия, рыба, консервы из копчёной рыбы. Бенз(а)пирен может содержаться в любой пище, приготовленной при контакте с горячими продуктами сгорания топлива (например шашлык, поджаренный кофе, сушеные сухари и т. п.). Были сделаны попытки количественно оценить поступление бенз(а)пирена в организм людей из разных видов пищевых продуктов, исходя из характера питания населения. Оказалось, что больше всего бенз(а)пирен в организм человека поступает из овощей вследствие большого удельного веса их в рационе. Основное количество бенз(а)пирена, содержащегося в пищевом растительном сырье, сосредотачивается главным образом в поверхностном слое. Так, с отрубями отходит до 60% содержащегося в зерне канцерогена, значительное количество его отходит с очистками картофеля, с шелухой семян подсолнечника и других масличных культур и т. п. Тоже происходит с мясными и рыбными копчеными продуктами. Оболочки копчёных колбасных изделий не препятствуют проникновению канцерогена, но задерживают на себе значительное его количество. Однако в продуктах длительного хранения (твёрдокопчёные колбасы) со временем концентрация выравнивается вследствие диффузионных процессов.

К счастью для людей, в окружающей среде в целом и в отдельных её объектах действуют механизмы, ведущие к потере канцерогенных свойств бенз(а)пирена, в частности химическое и фотохимическое окисление.

Основное количество бенз(а)пирена, поступившего в организм людей и животных, подвергается процессам метаболизма и выводится в виде конъюгатов с глюкуроновой кислотой. Процесс метаболической детоксикации бенз(а)пирена практически осуществляется всеми живыми организмами, вплоть до некоторых видов почвенной и водной микрофлоры. Этот процесс имеет очень важное значение. Например, животным и птицам скармливали корма, содержащие большие количества бенз(а)пирена, но в мясе, молоке и яйцах этот канцероген практически отсутствовал. Таким образом, животный организм является своеобразным барьером на пути бенз(а)пирена из окружающей среды в организм человека.

Сложнее дело обстоит с рыбой. Бенз(а)пирен, поступающий в организм рыбы с кормом, подвергается метаболическим превращениям и в больших количествах не накапливается, но если рыба выловлена из водоёма, загрязнённого промышленными отходами, то она содержит очень высокие концентрации бенз(а)пирена. Активно накапливают бенз(а)пирен и другие гидробионты, например, мидии.

Среди проблем окружающей природной среды проблема атмосферного воздуха занимает особое место. Это обуславливается несколькими причинами. Во-первых, исключительной важностью атмосферного воздуха для всего живого на Земле. Во-вторых, высокой чувствительностью атмосферы к антропогенным воздействиям и огромной подвижностью воздушных масс, с которыми могут перемещаться вредные примеси. Что представляет собой атмосфера? Это воздушная среда вокруг Земли, состоящая из смеси газов: азота – 78,1%, кислорода – 21%, инертных газов – 0,9%, углекислого газа – 0,03%. Наличие атмосферы определяет общий тепловой режим нашей планеты, предохраняет от вредного воздействия коротковолнового излучения живые организмы. А циркуляция воздуха влияет на погоду и климат.

Из всех предприятий России, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу и водоемы-33%, дают предприятия металлургии, 29% энергетические объекты 7% химические, 8% угольной промышленности. Более половины выбросов приходится на транспорт. Особенно тяжелая обстановка складывается в городах, где велика концентрация населения. В России определены 55 городов, где уровень загрязнения очень велик. Ежегодно в нашей стране улавливается и обезвреживается лишь около 76% общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный газ и другие). Количество загрязнения определяется составом, объемом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Доля загрязнения атмосферы от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительна, поскольку их применение в городах и промышленных центрах ограничено. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения, поступающие в атмосферу от этих источников сопоставимы с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в двигателях всех видов, - нетоксичные диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе бенз(а)пирен (БП) С20Н12 , несгоревшие частицы топлива и т. п.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - многоядерные ароматические соединения относятся к орто-пери-конденсированным системам, включающим кольца, имеющие два и только два атома общих с двумя и большим числом колец: при n общих атомов меньше, чем 2n. Из них наиболее распространенными являются антрацен, фенантрен, пирен, хризен, 1,2-бенз(а)пирен, 3,4-бенз(а)пирен, 1,12-бензперилен, флуоренн.

Бенз(а)пирен – наиболее известное вещество из группы ПАУ; достаточно широко распространённый канцероген. Присутствует в промышленных отработанных газах, в выхлопах автомобилей (особенно с дизельными двигателями), также обнаруживается в отработанном моторном масле, в сигаретном дыму.

Известно, что к наиболее вредным воздействиям курения относится образование полициклических ароматических соединений (например, бенз(а)пирена), которые действуют как канцерогены, провоцируя рак.

В 1775 г. В Англии была выявлена связь возникновения злокачественных опухолей у трубочистов с их профессиональной деятельностью (постоянный контакт с сажей).

В начале 20-х годов английские исследователи Дж. Кук, Дж. Хаггер, Е. Кеннэуэй и их коллеги впервые выделили из каменноугольной смолы новое соединение 3,4 – бенз(а)пирен.

Смазывание бенз(а)пиреном кожи вызывает плоскоклеточный рак, подкожное введение – саркому, внутривенное – лейкоз, а введение с пищей – рак молочных желез и пищеварительного тракта.

1. Анализ литературных источников и обработка собранного материала

Бенз(а)пирен – светло-желтые кристаллы, плохо растворим в воде. Состоит из 12 атомов углерода и 22 атомов водорода. Супертоксикант, обладает канцерогенными свойствами и относится к полициклическим ароматическим соединениям (некоторые из них приведены ниже). Состоит из пяти сконденсированных бензольных колец. В основе соединения лежит пирен (VI).

1. 1. Физико-химические свойства бенз(а)пирена

Кристаллическое соединение плохо растворим в воде, но растворимость улучшается при переходе на органические растворители. Имеет высокую температуру плавления. Легко поглощает УФ - излучение (300 – 420 нм) и быстро фотоокисляется в атмосфере с образованием хинонов и карбонильных соединений. Так, в результате 20 – минутного УФ - облучения происходит разложение 84,5% антрацена; 70,7 % тетрафена; 52,0 % 3,4-бенз(а)пирена;

51,5 % хризена; 33,6 % пирена, в городском воздухе.

В присутствии оксидов азота ПАУ образуют нитропроизводные, многие из которых являются прямыми канцерогенами. Исследования показали, что образование нитросоединений зависит от концентрации оксидов азота в атмосфере, и температуры. Легко реагирует бенз(а)пирен и с сильными окислителями. Таким образом, присутствие некоторых мутагенов в окружающей среде может быть связано с взаимодействием полиароматических углеводородов с озоном, оксидом азота и другими оксидантами.

Микроорганизмы также способны окислять бенз(а)пирен в почве. Наиболее эффективное разложение наблюдается в кислых пористых почвах. Так, в почве с ph 4,5 в первые десять суток разрушается от 95% до 99% внесенного бенз(а)пирена, тогда как в почве с ph 7,2 – только от 18 % до 80 %.

1. 2. Канцерогенность бенз(а)пирена как показатель его токсичности.

Канцерогены [лат. сancer рак + гр. genesis происхождение] – химические вещества или факторы среды, вызывающие раковые заболевания, или способствующие их возникновению и развитию. Многие из Канцерогенов являются веществами антропогенного происхождения. Установлено, что канцерогенная активность высших полициклических углеводородов связана с определенным числом бензольных колец в системе, ниже и выше которого канцерогенная активность резко падает или совсем исчезает. Канцерогенную наибольшую активность имеют бенз(а)пирен.

Биологическая активность бенз(а)пирена зависит как от индивидуальных особенностей организма, концентрации и продолжительности воздействия, так и от экологической обстановки в целом. Она определяется также физико-географическими, климатическими и погодными условиями.

В таблице 3 приведены фоновые концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе крупных регионов мира за последнее десятилетие. На фоне других загрязняющих веществ в воздухе городов ПАУ присутствуют в достаточно малых концентрациях. Тем не менее, они вносят существенный вклад в общее загрязнение атмосферы. Как правило, уровни содержания бенз(а)пирена в воздухе в крупных промышленных центрах находятся в интервале от 0,1 до100 нг/м3. В частности, средний уровень бенз(а)пирена в воздухе городов США составляет 6 нг/м3 и определяется плотностью размещения промышленных предприятий. Житель больших городов вынужден вдыхать до 200 мг бенз(а)пирена в год, ежегодная дополнительная доза курильщика, выкуривающего до 40 сигарет в день, составляет около 150мг. Для горожан-курильщиков опасность состоит в том, что удвоенное поступление канцерогенов может привести к возникновению рака легких. Это подтверждается многочисленными медицинскими обследованиями курящих и некурящих людей в городах и сельской местности.

Аналогично донным отложениям, почва является местом накопления ПАУ в результате глобального переноса и поступления из антропогенных источников.

Фоновые концентрации ПАУ в почвах сильно зависят от их типа и характера использования.

5-8 нг/г сухой массы. Предложена следующая оценка степени загрязнения почв бенз(а)пиреном: умеренная - до 20-30 нг/г, значительная - 31-100 нг/г, высокая - свыше 100 нг/г.

Заметим, что максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается преимущественно в поверхностных слоях почв и связано с тем, что гумусовые горизонты, содержащие наибольшее количество органических веществ, обладают более высокой адсорбционной способностью по отношению к бенз(а)пирену, благодаря и происходит его накопление в почвах.

ПАУ могут переходить из почвы в растения, корма для животных и затем в пищу человекаФоновые концентрации бенз(а)пирена в растениях зависят от их способности накапливать ПАУ. Повышенным содержанием бенз(а)пирена отличаются мхи и лишайники (до 50 нг/г и более). В траве концентрации бенз(а)пирена довольно низкие (менее 1 нг/г), хотя в отдельных видах растений они могут достигать 20-30 нг/г. При этом растения усваивают бенз(а)пирен как через корневые системы, так и непосредственно из воздуха – загрязнение листьев и плодов. Так, в капусте содержание бенз(а)пирена заметно выше, чем в помидорах – соответственно 15,6 и 0,22 мкг/кг. В зернах пшеницы бенз(а)пирен обнаружен в количествах от 0,68 до 1,44 мкг/кг. В сушеных фруктах его содержание достигает 23,9 мкг/кг, а в черносливе – 16 мкг/кг.

О предельных концентрациях, оказывающих на человека канцерогенное действие, нет точных данных, так как локальное воздействие этих веществ, проявляется только при непосредственном контакте. Опыты с животными показали, что при нанесении вещества кисточкой на отдельные участки тела активность проявляют уже количества порядка 10-100.

При попадании в организм полициклические углеводороды под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующее с гуанином, что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушения или приводит к возникновению мутаций, несомненно, способствующих развитию раковых заболеваний.

1. 3. Мониторинг бенз(а)пирена.

Мониторинг химических канцерогенов в окружающей человека среде является закономерным шагом вперед, подготовленным тщательным многолетним трудом онкологов-экспериментаторов, гигиенистов, физиков и химиков. Он явится одним из путей определения еще неизвестных закономерностей развития рака человека и приведет к предупреждению некоторых локализаций злокачественных опухолей.

По данным ВОЗ среднегодовое значение количества бенз(а)пирена, равное 0,001 мкг/м3 выше которого могут наблюдаться неблагоприятные последствия для здоровья человека, в том числе злокачественные опухоли.

На карте концентрации БП показаны в мкг/м3 х 10-3. Из карты видно, что в Европейской части России редко наблюдаются высокие концентрации БП. Наибольшие средние концентрации отмечаются в основном в городах Восточной Сибири, где превышают рекомендованное ВОЗ значение в 7–14 раз. Восточная Сибирь характеризуется неблагоприятными условиями для рассеивания выбросов вредных веществ, особенно поступающих от низких источников.

Индекс загрязнения атмосферного воздуха г. Курган снижается, но все еще остается очень высоким - 11 при норме 5. Веществом, определяющим высокий индекс загрязнения атмосферы, является бенз(а)пирен, среднегодовые концентрации которого за все годы наблюдений не фиксировались ниже 4,4 ПДК и только в 2002 г. впервые составили 3,7 ПДК. Концентрация формальдегида превысила ПДК в 1,3 раза, по остальным контролируемым веществам превышения ПДК не фиксировались

Диаграмма 1-Выбросы загрязняющих атмосферу веществ от стационарных источников (тыс. т)

Очевидно, что загрязнение окружающей среды суперэкотоксикантами из-за миграции загрязняющих веществ между природными средами носит комплексный характер. Опыт экологических исследований, как в России, так и за рубежом показал, что антропогенному воздействию независимо от источников подвергаются все элементы биосферы. Это поверхностные и подземные воды, атмосфера, почвенные экосистемы, растения и др. При этом загрязнение атмосферы - самый мощный, постоянно действующий и всепроникающий фактор, оказывающий негативное воздействие не только на человека, биоценозы, трофические цепи, но и на важнейшие природные среды. Принимая во внимание тот факт, что в подавляющем большинстве случаев степень кумуляции суперэкотоксикантов в биоте характеризует протяженность и направленность трофических цепей, можно констатировать, что техногенное поступление этих веществ в организм человека в первую очередь связано с атмосферными загрязнениями агроландшафтов. В большинстве случаев атмосферное загрязнение кормовых трав и пищевых растений суперэкотоксикантами более опасно, чем их поглощение из воды и почвы.

Главными источниками загрязнения атмосферы суперэкотоксикантами, как уже отмечалось выше, являются промышленные и транспортные выбросы. Их поступление в атмосферу происходит также при неправильной эксплуатации печей для сжигания бытовых и химических отходов, открытом сжигании мусора на свалках. Очевидно, что осуществление эколого-аналитического мониторинга суперэкотоксикантов в атмосфере позволяет, исходя из фактического материала, а не путем искусственного моделирования, зачастую далеко от реальной ситуации, выяснить степень их эмиссии в окружающую среду.

В отличие от газообразных веществ основная часть ПАУ в нижних слоях атмосферы находится в воздухе одновременно в парогазовой фазе и в виде аэрозольных ассоциатов субмиконного размера. Соотношение между ними зависит от физико-химических свойств индивидуальных соединений, их концентрации, температуры, давления и влажности среды.

Основная доля (более 50%) тяжелых ПАУ (БП, коронен и др.) обнаруживается во фракциях диаметром 0,075-0,12 мкм. С учетом неизбежных потерь более мелких фракций ПАУ при отборе проб можно предполагать, что официальные данные, характеризующие концентрацию бенз(а)пирена, не полностью отражают реальный уровень загрязнения атмосферы полиароматическими углеводородами. Заметим, что бенз(а)пирен составляет лишь небольшую часть ПАУ, которые поступают в атмосферу. Опасность мелкодисперсности бенз(а)пирена заключается в его всепроникающей способности в клеточные структуры.

Что касается ПАУ, то их растворимость в воде невелика. Однако в присутствии бензола, нефти, нефтепродуктов, детергентов и других органических веществ она резко возрастает. Источниками ПАУ могут служить и природные процессы. В частности, наиболее высокие концентрации этих веществ в донных отложениях Мирового Океана (более 100мкг/кг) обнаружены в тектонических зонах, подверженных вулканической деятельности. ПАУ синтезируют некоторые морские растения и животные. Так, в водорослях вблизи побережья Центральной Америки содержание бенз(а)пирена достигает 0,44 мкг/г, а в ракообразных в Арктике-0,23 мкг/г.

1. 3. 1. Обнаружение бенз(а)пирена и других ПАУ в различных средах.

Эмиссия бенз(а)пирена с территории СССР в 1970 годы составляла

985 тонн в год, тогда как для США эта величина равна 1280 тонн в год. В последнее время наблюдается некоторое уменьшение поступления ПАУ в окружающую среду. В основном оно происходит за счет уменьшения сжигания угля и принятия мер, ограничивающих токсичность промышленных и транспортных выбросах.

Таблица - Фоновые концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе различных регионов мира.

Диапазон конценрации, нг/м3Средняя концентрация, нг/м3

Северная Америка 0,01 - 2,2 0,3

Западная Европа 0,01 - 5,0 0,5

Европейская территория СНГ 0,2 - 1 0,4

Азиатская территория СНГ 0,1 - 0,4 0,2

Арктика 10-4 - 10-3 0,002

Антарктида 10-4 - 10-3 0, 001

На фоне других загрязняющих веществ в воздухе городов ПАУ присутствуют в достаточно малых концентрациях. Тем не менее, они вносят существенный вклад в общее загрязнение атмосферы, Как правило, уровни содержания бенз(а)пирена в воздухе в крупных промышленных центрах находятся в интервале от 0,1 – 100 нг/м3.

В поверхностных водах концентрация ПАУ часто достигает больших значений. Так, в ряде водоемов США в 1970 – е годы содержание бенз(а)пирена доходила до 80 нг/л, а в озерах Германии - до 25 нг/л. Если концентрация шести приобретенных ПАУ не выше 40 нг/л, то для данного водоема можно говорить о малой степени загрязнения.

Что касается поверхностных вод фоновых районов России, то концентрация бенз(а)пирена в них не превышает 10 – 11 нг/л. Самые низкие значения характерны для внутренних водоемов азиатской части территории России и горных районов. В частности, в поверхностных водах Камчатки и Курильских островов содержание бенз(а)пирена не превышает 0,1 – 1 нг/л. Расчеты показывают, что на 1 м2 земной поверхности в фоновых районах европейской части России в течение года осаждается 110 – 170 мкг бенз(а)пирена. В донных отложениях фоновых районов России средние концентрации бенз(а)пирена находятся на уровне 1 – 5 нг/л. Содержание ПАУ в верхних слоях пресноводных отложений сильно зависит от близости исследуемых водоемов к индустриальным центрам. Так, в донном иле великих озер США концентрация незамещенных ПАУ изменяется до 10 – 1000 нг/г. В озерных отложениях стран Европы содержание бенз(а)пирена составляет 100 – 700 нг/г (Швейцария) и 200 – 300 нг/г (Германия) , причем 2/3 его находится в адсорбированном состоянии на взвешанных частицах, которые играют основную роль в процессах переноса бенз(а)пирена в водных системах.

1. 2. 3. 4. Содержание бенз(а)пирена в почве.

Аналогично донным отложениям, почва является местом накопления ПАУ в результате глобального переноса и поступления из антропогенных источников. Фоновые концентрации ПАУ в почвах сильно зависят от их типа и характера использования. Обычно содержание бенз(а)пирена в поверхностном слое почв сельских районов, находящихся вдали от индустриальных центров не превышает 5 – 8 нг/г сухой массы. Предложена следующая оценка степени загрязнения почв бенз(а)пиреном:

Умеренная - до 20 – 30 нг/г;

Значительная -31 – 100 нг/г;

Высокая - свыше 100 нг/г.

Заметим, что максимальное содержание бенз(а)пирена наблюдается преимущественно в поверхностных слоях почв и связано с тем, что гумусовые горизонты, содержащие наибольшее количество органических веществ, обладают более высокой адсорбционной способностью по отношению к бенз(а)пирену, благодаря чему и происходит его накопление в почвах. Что особенно важно для Курганской области.

В многочисленных работах приведены данные о том, что ПАУ могут переходить из почвы в растения, корма для животных и затем в пищу человека

Фоновые концентрации бенз(а)пирена в растениях зависят от их способности накапливать ПАУ. Повышенным содержанием бенз(а)пирена отличаются мхи и лишайники (до 50 нг/г и более). В траве концентрации бенз(а)пирена довольно низкие (менее 1 нг/г) , хотя в отдельных видах растений они могут достигать 20 – 30 нг/г. При этом растения усваивают бенз(а)пирен как через корневые системы, так и непосредственно из воздуха - загрязнение листьев и плодов. Так, в капусте содержание бенз(а)пирена заметно выше, чем в помидорах соответственно 15,6 и 0,22 мкг/кг. В зернах пшеницы бенз(а)пирен обнаружен в количествах от 0,68 до 1,44 мкг /кг. В сушеных фруктах его содержание достигает 23,9 мкг/кг.

Кроме пищевых продуктов растительного происхождения, ПАУ могут накапливаться в мясных и молочных продуктах. Исследования показали, что в колбасе твердого копчения содержание бенз(а)пирена составляет 0,2 – 3,7 мкг/кг; в вареной колбасе – 0,4 – 0,6 мкг /кг; в окороке и корейке – 16,5 – 29,5 мкг/кг; в сельди холодного копчения – 6,8 – 11,2 мкг/кг; в молоке – 0,13 мкг/кг. Установлено, что в среднем за год в организм жителя России с продуктами питания поступает 1 - 2 мг бенз(а)пирена. По другим сведениям, доза поступления бенз(а)пирена в организм человека за 70 лет только с продуктами растительного происхождения с учетом их кулинарной обработки составляет 3,4 мг. Среднее содержание бенз(а)пирена в морской рыбе находится в диапазоне 0,1 – 0,2 мкг/кг. Исключение составляют угорь (1,1мкг/кг), и лосось (5,96 мкг/кг). В речной рыбе содержание ПАУ зависит от степени загрязнения водоема. Так, при концентрации бенз(а)пирена в донном иле 2,1 – 4,3 мкг/кг, в плотве было найдено 0,03 – 3,04 мкг/кг, а в окуне – 0,02 – 1,9 мкг/кг. В моллюсках Unio pictomm содержание бенз(а)пирена составило 0,03 – 1,13 мкг/кг при его концентрации в воде 0,3 нг/л. Заметим, что фактор биоконцетрирования ПАУ в рыбе меньше, чем в водных растениях и донных отложениях.

1. 4. Выявление источников ПАУ.

Суперэкотоксиканты составляют лишь небольшую часть загрязнителей биосферы, но во многом определяют состояние среды обитания. Поэтому выявление источников их эмиссии, особенно в местах массового проживания людей, представляет одну из основных задач эколого-аналитического мониторинга, решение которой начинается с предварительного анализа имеющейся информации. Прежде всего, анализируются данные о территориальном размещении производств, связанных с выпуском хлорорганической продукции и пиролитическим образованием ПАУ в процессах термической деструкции топлив. Установлено, что ПАУ образуются в основном при температурах 650-9000С и недостатке кислорода.

При осуществлении эколого-аналитического мониторинга особое внимание следует обращать на технологические процессы - поставщик суперэкотоксикантов, а также системы очистки отходящих газов и сточных вод, переработки и обезвреживания отходов. Это связано с тем, что в зависимости от применяемых технологий преобладающими могут оказаться те или иные источники.

Ключевым вопросом мониторинга источников суперэкотоксикантов является организация системы наблюдения за ними, прогнозирования воздействия на окружающую среду и человека. Эколого-аналитический мониторинг должен включать в себя как наблюдение непосредственно за источниками, так и за местами хранения (захоронения) отходов. Это осуществляется, например, путем регулярного контроля за примесями суперэкотоксикантов в источниках и отходах производства, их выбросами в природную среду. С учетом особой опасности источников суперэкотоксикантов для каждого из них должны устанавливаться индивидуальные нормативы ПДВ и ПДС в зависимости от расположения по отношению к жилым районам, наличия выбросов других загрязняющих веществ, влияния условий рассеивания, рельефа местности, погоды и пр. наибольшее загрязнение при этом наблюдается в жилых районах вблизи предприятий, где поступление пыли достигает 900г/км2 в сутки, а коэффициент аномальности бенз(а)пирена составляет 20.

Наконец, необходим постоянный контроль за содержанием суперэкотоксикантов в автомобильных выбросах. В России эта проблема стоит чрезвычайно остро.

1. 4. 1. Наземный транспорт.

Автотранспорт является источником загрязнения атмосферы, количество автомашин непрерывно растет особенно в крупных городах; а вместе с этим растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Токсическими выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсических примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает ~45% СnHn от их общего выброса.

Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько десятков компонентов, основные из которых приведены в табл.

Компоненты Примечание

Карбюраторные ДВС Дизельные

O2 0,3 – 8 2-18 Нетоксичен

H2O (пары) 3,0 – 5,5 0,5-4,0

CO2 5,0 - 12,0 1,0-10,0

CO 0,5 - 12,0 0,01-0,50

NOx До 0,8 0,0002-0,5

CnHm 0,2 - 3,0 0,009-0,5 Токсичен

Альдегиды До 0,2 мг/л 0,001-0,09 мг/л

Сажа 0-0,04 г/м3 0,01-1,1 г/м3

Бенз(а)пирен 10-20 мкг/м3 до 10 мкг/м3

Покрышки, оказывается, довольно опасная часть автомобиля. Пыль, возникающая вследствие износа резины, может вызывать серьёзные заболевания. Только в одной Швеции в атмосферу ежегодно выбрасывается около 10 000 тонн резиновой пыли. В Лос-Анджелесе ежедневно (!) выбрасывается около 5 тонн (и это притом, что Лос-Анджелес считается экологически чистым городом). А всего же во всём мире количество этих выбросов составляет более 1 млн. тонн.

Каждый день обычный гражданин России вдыхает до 20 граммов. Резина является адсорбентом для бенз(а)пирена. А частички резиновой пыли переносят на себе кристаллы БП. По оценкам исследователей, в резиновой пыли содержится больше канцерогенных веществ, чем в выхлопных газах двигателей, которые до этого считались традиционными источниками загрязнения окружающей среды.

1. 4. 2. Авиация.

Исследования состава продуктов сгорания двигателей, установленных на самолетах «Боинг-747», показали, что содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя

высокие концентрации СО и CnHm характерны для ГТДУ на пониженных режимах (холостой ход, руление, приближение к аэропорту, заход на посадку),

Суммарный выброс токсичных веществ самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20 – 30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов.

1. 4. 3. Комитет природных ресурсов по Краснодарскому краю обнародовал факты нарушения права на экологическую безопасность.

«Сжигание, - растительных остатков и листьев, - говорится в заявлении комитета, - наносит огромный вред окружающей природной среде и здоровью людей. В результате сжигания листьев, в атмосферный воздух выделяются вредные вещества: сернистый ангидрид, окислы азота, окись углерода, углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и другие вещества».

Осенью, в период массового сжигания растительных остатков и опавших листьев, данное явление для многих жителей Кубани оборачивается настоящей трагедией. (Краснодарский правозащитный центр).

2. Результаты исследований и их обсуждение.

В настоящее время существует несколько методов аналитического контроля бенз(а)пирена эти методы дорогостоящи и трудоемки. Поэтому не в каждом областном центре имеются соответствующее оборудование и квалифицированные кадры.

Лабораторный контроль, за выбросами бенз(а)пирена от различного технологического оборудования начали проводить с 1998 года, после приобретения прибора. В Курганском филиале ФГУ «СИАК по Ур» определение бенз(а)пирена проводится методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуориметрическим детектированием. Метод основан на улавливании бенз(а)пирена на фильтр АФАС-ПАУ, извлечением его гексаном, отделением фракции полиароматических углеводородов при помощи твердофазной экстракции. Методика предназначена для измерения массовой концентрации бенз(а)пирена на предприятиях области и в комплексе на базе Флюората – 02 с ВЭЖХ. Комплекс разработал и изготовил по техническому заданию Курганского комитета по охране природы в 1998 году НИИ охраны атмосферного воздуха г. Санкт-Петербург. КФ ФГУ «СИАК по Ур» аккредитован на определение бенз(а)пирена в атмосфере, промышленных выбросах и воде.

Так как проблема загрязнения атмосферного воздуха города Кургана стояла очень серьезно, а выбросы бенз(а)пирена от источников не нормировались, то отбор проб проводился бессистемно и эпизодически, отсутствовала программа изучения выбросов бенз(а)пирена на различных источниках и в зависимости от различных факторов. При этом за пять лет наблюдений был накоплен определенный объем наработок. Сегодня, проводя анализ имеющегося материала, можно сделать определенные выводы, некоторые из них требуют более детального изучения, некоторые подтверждения. Но в целом, важно то, что эта работа начата и, самое главное, довести начатое дело до конца, т. е. необходимо дать ответ: « Какие нужно принять меры для эффективного снижения выбросов бенз(а)пирена от технологического оборудования».

Проведено обследование котельных, асфальтобетонных заводов, хлебопекарных печей, печи обжига керамзита, ТЭЦ, автотранспорта и воздуха на перекрестках. Выполнен анализ возможных соотношений содержания бензпирена и других загрязняющих веществ в выбросах.

Наиболее технологичны котлы большой мощности. Выброс бенз(а)пиерна от котлов Курганской ТЭЦ, работающих на природном газе в 3,8 раза меньше, чем от котлов Курганских городских тепловых сетей (КТС). Предполагаемая причина – более высокие температуры сжигания топлива. О зависимости содержания бенз(а)пирена от температуры в топке свидетельствуют и то, что в выбросах хлебопекарных печей, работающих в нормальном режиме, зафиксированы самые высокие концентрации бенз(а)пирена. Таким образом, при проведении дальнейших исследований необходимо по возможности фиксировать температуру в топке.

На Курганской ТЭЦ, на котлах 12, 13 очистка выбросов не предусмотрена, на этих котлах применяется только газообразное топливо. В настоящее время на котле 13 ведется монтаж пылеулавливающего агрегата мокрого типа (2002 год).

На Курганской ТЭЦ для очистки дымовых газов от золы применятся золоулавливающие установки «Скруббера-трубы Вентури», с эффективностью очистки 94,95%.

Одним из наиболее заметных достижений является установка на котле № 13 современной системы улавливания золы - кольцевых эмульгаторов. Степень очистки более 99%.

На котле № 12 запланирована установка другой современной системы золоулавливания МВ-ИРО с интенсивным водяным орошением.

Значительное влияние на количество выбросов в атмосферу оказывает режим работы котельного оборудования. Качественная настройка режимов горения позволяет уменьшить количество вредных выбросов и существенно повысить экономичность работы оборудования.

Снижение выбросов золы при использовании эмульгаторов составляет 1,6 тыс. тонн в год(2005год).

Выбросы от печей частного сектора оказывают очень существенное значение по некоторым постам (например по посту № 3), но в целом это влияние не значительное, т. к. по данным органов статистики количество квартир в частном секторе составляет не более 4 %. Но проведенные замеры дают удивительные результаты: концентрация бенз(а)пирена от печи, в которой сжигаются дрова составила 48093,0 нг\м3, а использующей в качестве топлива уголь – 98545,нг\м3.

2. 2. Распределение концентраций БП в атмосферном воздухе.

Важным элементом характеристики атмосферных загрязнителей, в особенности обладающих кумулятивным эффектом, является статистическое распределение их концентраций в течение длительного времени.

В работах отечественных и. зарубежных исследователей показано, что для большинства атмосферных загрязнителей характерно распределение концентраций со сдвигом максимума частот в сторону низких концентраций, что может быть описано законом логарифмически нормального распределения.

Распределение суточных концентраций канцерогена в атмосферном воздухе удовлетворительно аппроксимируется прямой линией, что свидетельствует о возможности описания его логарифмически нормальным законом.

Выражение результатов годичных наблюдений позволяет получить такую важную характеристику загрязнения воздушного бассейна БП, как процент годового времени, в течение которого наблюдается тот или иной уровень концентраций БП в атмосферном воздухе. Например, концентрация БП на уровне 1 нг/м3 и выше наблюдается в течение 78 % годового времени, 5 нг/м3 и выше - 22 % годового времени и 10 нг/м3 и выше - только в 7 % годового времени.

Таким образом, до 70 % обнаруженных концентраций канцерогена оказываются ниже его среднегодового значения, а часть (до 30 %) - выше. Следовательно, в гигиеническом отношении важно ограничить верхний уровень фактических концентраций БП с помощью суточной ПДК таким образом, чтобы при наблюдаемой в натурных условиях частоте ее появления была обеспечена среднегодовая ПДК в атмосферном воздухе на уровне 1 нг/м3.

На основании расчетов кумулятивной частоты появления концентраций БП на уровне предлагаемых среднесуточной и среднемесячной ПДК установлено, что уровень среднегодовой ПДК канцерогена может быть обеспечен при частоте появления концентрации на уровне среднесуточной ПДК (5 нг/м3) в 1 % и среднемесячной ПДК (2 нг/м3) - 9 %. Эти величины рекомендуются в качестве дифференцированных регламентов БП для оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха при длительных наблюдениях.

Гигиенические основы изучения влияния ПАУ на заболеваемость населения раком легкого. До настоящего времени в литературе нет единого мнения о канцерогенной опасности ПАУ для человека. По оценкам МАИР, прямые эпидемиологические доказательства канцерогенного влияния ПАУ на человека отсутствуют. В связи с этим полициклические ароматические углеводороды, в том числе БП, отнесены к категории потенциально опасных для человека веществ, канцерогенная активность которых доказана лишь в экспериментах на животных.

В то же время в литературе достаточно широко высказывается мнение о реальной бластомогенной опасности этих соединений для человека, основанное на многочисленных наблюдениях за канцерогенным действием на людей каменноугольных смол и пека, действующим началом которых являются ПАУ, а также других доказательств канцерогенного действия БП для человека.

Повсеместная распространенность БП в атмосферном воздухе и то, что он является до сих пор единственным из атмосферных канцерогенов, для которого установлены гигиенические регламенты, определяют особый интерес к оценке его значимости в заболеваемости населения раком легкого и поиску количественной зависимости «доза - эффект». Несмотря на многочисленные исследования в этой области установление таких связей не выходит в основном за пределы феноменологического уровня. Это обусловлено, с одной стороны, чрезвычайной сложностью причинно-следственных взаимоотношений всего многообразия канцерогенных факторов и агентов, способных модифицировать их действие, которые участвуют в формировании онкологической заболеваемости населения, и, с другой - отсутствием адекватной количественной характеристики этих факторов для изучаемых контингентов населения. В связи с этим вопрос определения реальных аэрогенных нагрузок канцерогенов на население представляет большую актуальность, а организуемый в стране мониторинг БП в атмосферном воздухе позволяет накапливать необходимую для этого информацию.

Определение аэрогенных нагрузок канцерогенов на население. Этой проблеме уделяется большое внимание. Однако как не решенный в методическом отношении для общетоксических веществ этот вопрос еще более сложен для канцерогенных веществ. Во-первых, ввиду особенности биологического действия этих агентов, эффект которых значительно отодвинут во времени от экспозиции вызвавших его факторов, и, следовательно, необходимости учета их на протяжении длительного периода времени, совместимого с продолжительностью жизни человека. Во-вторых, в связи с относительно малой информацией о состоянии загрязнения атмосферного воздуха химическими канцерогенами, накопленной общегосударственной службой контроля загрязнения атмосферы и отдельными исследователями. И, наконец, в-третьих, в связи с отсутствием достаточных экспериментальных данных для определения изоэффективных доз различных канцерогенов, что является необходимым для определения их суммарной канцерогенной нагрузки.

Вопрос осложняется и тем, что большинство химических канцерогенов, в том числе ПАУ и БП, являются проканцерогенами, которые подвергаются активации в процессе метаболической биотрансформации в организме. При этом доза конечного канцерогенного метаболита, определяющая бластомогенный эффект, может не соответствовать дозе канцерогена, поступающей в организм. В связи с этим высказывается идея оценки канцерогенной нагрузки на людей, создаваемой окружающей средой, по количественному определению канцерогенов непосредственно в организме человека. Однако недостаточные знания характера метаболизма атмосферных канцерогенов в организме человека и особенно кинетики этого процесса, относительно короткая продолжительность жизни канцерогенных метаболитов накладывают весьма серьезные ограничения на возможность практического использования такого пути идентификации канцерогенной нагрузки факторов окружающей среды на значительные контингенты населения. При современном уровне знаний об атмосферных канцерогенах, их распространении и механизмах действия наиболее реалистичным представляется подход, предусматривающий определение канцерогенной нагрузки по дозе этих соединений, поступающей в организм человека. На примере одного из наиболее убиквитарных атмосферных канцерогенов БП были разработаны методические подходы к определению аэрогенной нагрузки канцерогена на население. Исходными для определения реальной аэрогенной нагрузки БП явились следующие положения: аэрогенная доза канцерогена должна отражать суммарный уровень воздействия его на население на протяжении естественной продолжительности жизни и основываться на расчетах реальной годовой нагрузки и динамики изменения ее во времени; реальная аэрогенная нагрузка канцерогена должна учитывать возможность поступления его в организм человека из различных источников, которыми для БП, в частности, являются загрязнения атмосферного воздуха, воздушной среды производственных и жилых помещений, а также продукты курения; определение реальной аэрогенной нагрузки канцерогена на население должно базироваться на закономерностях пространственно-временного распределения концентраций загрязнителя в воздушной среде населенных мест.

При этом принципиально важным является дифференцированное определение составляющих компонентов суммарной аэрогенной нагрузки БП, которыми могут быть дозы канцерогена, получаемые на производстве, в условиях жилища и городской среды, а также с продуктами курения. На основе предложенной методики были рассчитаны аэрогенные дозы БП, получаемые различными контингентами городского и сельского населения.

Оказалось, что при отсутствии «специфических» профессиональных воздействий от 40 до 60 % общей годовой дозы канцерогена население может получать в условиях жилища, 16-23 % -в производственных условиях,

9-33 % - на автомагистралях, 5-7 % - на внутриквартальных территориях и 1-9 % - в зонах рекреации. При этом важно подчеркнуть, что достаточно значительная доля аэрогенной дозы канцерогена (около 60-80 %), которую население может получать из воздушной среды жилых и общественных помещений, обусловливается в первую очередь уровнем загрязнения атмосферного воздуха населенного пункта.

Для контингентов населения с повышенным уровнем воздействия БП в производственных условиях (рабочие коксохимического и нефтеперерабатывающего заводов) доза канцерогена, получаемая из воздушной среды рабочей зоны, может возрастать до 85-99 % общей годовой его дозы.

В условиях крупных городов и промышленных центров суммарная аэрогенная нагрузка БП для мужского населения определяется на 27-49 % за счет воздушных загрязнений и на 51-73 % за счет курения. В малых городах и сельской местности мужчины ингалируют с продуктами курения до 86-92 % общей дозы БП. Для женщин воздушный компонент общей аэрогенной нагрузки более значителен и составляет 80-98 % в городах и достигает 100 % в сельской местности. Характерно также, что доза БП, ингалируемая женским населением крупных городов и промышленных центров, в 4-11 раз выше, чем в сельской местности, тогда как для мужчин соответствующее превышение оказывается не более чем в 1,1-1,8 раза.

Таким образом, разработанные нами методические подходы к определению реальной аэрогенной дозы БП позволяют не только определить суммарную дозу его для различных контингентов населения, но и проанализировать ее структуру и значение составляющих компонентов.

Изучение влияния атмосферных канцерогенов класса ПАУ на заболеваемость населения раком легкого. Обратимся еще раз к насущной проблеме. Известно, что вероятность повышения заболеваемости раком легкого населения крупных городов и промышленных центров может быть связана как с воздействием атмосферных загрязнений, производственных факторов, распространением курения, так и с изменением демографических показателей (например, возрастного состава населения), совершенствованием диагностики и системы учета онкобольных и др. В связи с этим для выявления и оценки роли канцерогенных ПАУ, в том числе БП, в увеличении заболеваемости населения раком легкого необходимо подобрать сравниваемые контингенты населения таким образом, чтобы при различной выраженности загрязнения атмосферного воздуха этими соединениями в местах их проживания они были максимально уравнены по другим биологическим, демографическим, социально-экономическим признакам и уровню воздействия факторов окружающей среды. Поскольку при изучении заболеваемости раком легкого используются достаточно большие выборки (сотни тысяч и миллионы человек), подобрать контингенты населения, соответствующие этим требованиям, представляется чрезвычайно сложной задачей. Вместе с тем для решения этого вопроса может быть применен ряд методических приемов, используемых в онкоэпидемиологии и гигиене, которые позволяют исключить, минимизировать или учесть при анализе влияние названных выше факторов. К ним относятся:

Исследование загрязненности БП и другими канцерогенны ми ПАУ воздушного бассейна городов и тенденций этого загрязнения в течение длительного периода времени.

Сравнительный анализ ретроспективных данных по состоянию загрязнения воздушного бассейна городов другими химическими (хром, никель, мышьяк, асбест) и физическими (а-радионуклиды) канцерогенами, пылью и токсическими веществами.

Изучение распространенности и интенсивности курения среди больных раком легкого и населения с целью учета этого фактора при определении суммарной аэрогенной нагрузки БП на разные контингенты населения.

Изучение профессиональной структуры больных раком легкого и населения обследуемых городов и в случае существенных различий элиминирование контингентов лиц, работавших в производствах повышенного риска в отношении рака легкого (например, шахтеров железорудных шахт, рабочих коксохимических, металлургических, нефтеперерабатывающих, алюминиевых, электродных предприятий).

5. Изучение показателей, характеризующих длительность и места проживания больных раком легкого до установления диагноза, распространенность и интенсивность вредных бытовых привычек, распространенность предшествующих раку легочных заболеваний.

6. Подбор контингентов населения с равной обеспеченностью онкологической помощью.

7. Стандартизация показателей заболеваемости раком легкого для нивелирования различий возрастно-полового состава населения.

С использованием этих приемов была изучена зависимость между уровнями аэрогенного воздействия БП и частотой рака легкого («концентрация - эффект», «доза - эффект») на двух уровнях: на первом - для населения ряда городов и сельской местности и на втором - для населения отдельных административных районов крупных городов. Корреляционная связь высокой силы между этими показателями установлена для населения пяти городов и сельской местности (r=0,85/0,99).

3. Меры предупреждения образования, и ликвидации бенз(а)пирена.

Проанализировав источники загрязнения ПАУ атмосферного воздуха, гидросферы, поверхностных слоев литосферы, и их влияние на здоровье населения, мы пришли к выводу о необходимости подбора и систематизации информации о современных эффективных методах очистки от ПАУ, и в первую очередь от бенз(а)пирена.

В настоящее время достаточная полная литературная подборка по данному вопросу вообще отсутствует.

Для этого нами были использованы источники научной, технической, потентной литературы, периодические публикации в газетах, журналах, и электронные страницы.

3. 1. Технология на основе "мокрого" коронного разряда.

Свечение коронного разряда в реакционной камере пилотной установки.

Технология на основе "мокрого" коронного разряда обеспечивает эффективную очистку и дезодорирование отходящих газов и вентиляционных выбросов от летучих органических соединений, таких как, органические сульфиды, меркаптаны, амины, непредельные и ароматические углеводороды, терпены, эфиры, альдегиды, кетоны, фураны, диоксины, полиароматические углеводороды с минимальными затратами энергии.

Источники ПАУ: нефтеперерабатывающие заводы, алюминиевые заводы (производство угольных анодов, литье и пр.), шахтные печи, кислородные конверторы, электродуговые печи, городские мусоросжигательные установки, тепловые электростанции, установки по производству цемента и пр.

Так, основными токсичными компонентами вентиляционных газов алюминиевых заводов являются полиароматические углеводороды, в частности, бенз(a)пирен. Результаты, демонстрирующие эффективность технологии очистки (на примере двустадийной системы: первая стадия - электростатический фильтр, вторая стадия - импульсный коронный разряд) для вентиляционных газов этого завода

Эта технология также испытывалась для очистки отходящих газов от диоксинов (полихлордибензо-пара-диоксины и полихлордибензофураны) на городском мусоросжигательном заводе. Средняя степень очистки газового потока от различных диоксинов и фуранов превысила 90 %.

3. 2. Установка очистки отходящих газов от полициклических ароматических углеводородов, включая бенз(а)пирен.

Для обеспечения профессиональной и экологической безопасности в отрасли, ВНИИГАЗ предлагает эффективную технологию снижения концентрации канцерогенного бенз(а)пирена (БП) и других полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в отходящих газах топливоиспользующего оборудования и в атмосферном воздухе.

Основой технического решения является снижение содержания БП внешним воздействием электромагнитного излучения на некоторые компоненты отходящих газов. Дополнительные реагенты в обрабатываемые объемы не вводятся.

Установка включает электромагнитный излучатель (один или несколько пакетов), блок питания, кабель высокого напряжения. Предусмотрено компактное расположение излучателя в газоходе (без изменения сопротивления) через люк, а также снаружи газохода в плоскости люка (при высоких температурах и больших скоростях отходящих газов). Электромагнитное излучение направлено как по потоку, так и навстречу потоку отходящих газов.

Устройство устанавливается в местах максимальных и регулярных производственных выбросов, радиус действия отдельного устройства зависит от концентрации ПАУ.

Технические характеристики.

Размеры одного блока питания, мм 200 х 200 х 200

Длина обрабатываемого прямолинейного участка газохода, м. 5 - 10

Суммарная мощность электропитания, кВт 2

Рабочее напряжение, В 380

Срок службы блока питания, лет 1 - 2

Срок службы активного элемента в режиме непрерывной работы, мес. 1 - 2

Масса устанавливаемого излучателя, кг 3 - 4

Общая масса технологического оборудования, кг 30

Снижает концентрацию БП и других ПАУ в отходящих газах на 50-90 %, улучшает гигиеническое состояние атмосферы в районах расположения предприятий.

3. 3. Перспективы применения водо-мазутных эмульсий (ВМЭ) для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных установок и технологических печей.

В настоящее время большинство нефтеперерабатывающих заводов, в том числе и Новокуйбышевский НПЗ, производят реконструкцию технологии переработки нефти. Более глубокая переработка исходного сырья привела к изменению ряда физико-химических свойств конечного продукта - мазута.

В результате этих изменений, а также при хранении и подогреве мазута потребитель получает мазут с повышенным содержанием влаги. Обводненный мазут, содержащий твердые фракции, имеющий повышеную температуру вспышки и другие отклонения от норм4 нарушает режим горения, загрязняет поверхности нагрева, повышает недожог топлива, образует отложения несгоревших частиц кокса по газовому тракту.

В настоящее время стоит вопрос и о нейтрализации промышленных сбросных потоков, загрязненных органосодержащими веществами. Кроме того, применяемые сейчас методы организации процесса сжигания топлива, преследующие цель подавление образования NO, CO, SO2, способствуют усиленному образованию высокомолекулярных углеводородовC20H12. Тем не менее, наличие в дымовых газах бенз(а)пирена или диоксинов может быть значительно опаснее для биосферы, чем выбросы NO или SO2.

Комплексным решением этих проблем является метод предварительной подготовки мазута к сжиганию. Сущность метода состоит в создании однородно распределенной мелкодисперсной фракции имеющейся в мазуте влаги и разрушении квазикристаллических структур, находящихся в составе мазута. На рис. 3 приведена микрофотография исходного состояния мазута в производственных условиях. Здесь схематически показаны включения асфальтов, карбенов, карбоидов и воды, которые ухудшают процесс сжигания топлива, экономичность и надежность работы оборудования, а в продуктах сгорания такого топлива содержится сажа, бенз(а)пирен, загрязняющие окружающую среду.

Микрофотографии исходного мазута (а) и после его обработки (б).

Метод сжигания водомазутной эмульсии широко известен. В исследованиях, посвященных этому вопросу установлено, что для достижения поставленной задачи ВМЭ должна быть приготовлена в виде однородной смеси мазута и добавляемой влаги по типу "вода-масло", в которой вода как дисперсная фаза в виде частиц диаметром несколько микрометров находится внутри топливной оболочки. Только при соблюдении этого условия и влажности водомазутной эмульсии до 20% обеспечиваются надежное воспламенение и устойчивое ее горение с высокой полнотой сгорания. Повышенная эффективность процесса горения эмульсии (даже при предельно низких избытках воздуха) обусловлена микровзрывом её капель вследствие различия температур кипения воды и мазута. При дополнительном дроблении капель эмульсии достигается ускорение их испарения и улучшается процесс перемешивания топлива с воздухом, в результатного с учетом наличия в зоне (горения продуктов диссоциации воды процесс сгорания мазута существенно интенсифицируется Для приготовления кондиционных ВМЭ требуемых влажности, дисперсности, вязкости и др. должны применяться соответствующие устройства - эмульгаторы.

Использование в качестве добавочной воды сточных вод этого же производства дает возможность подвергнуть огневому обезвреживанию значительный их объем (примерно до 20% расхода топлива на котел). Это позволяет перевести ТЭС или котельную на малоотходную технологию (по крайней мере путем утилизации всех сточных вод, загрязненных нефтепродуктами). Аналогичный эффект достигается при сжигании природного газа с добавлением влаги.

Механизм образования многоядерных углеводородов при сжигании органических топлив исследован пока крайне мало. Однако известно, что снижение концентрации С20Н12 в дымовых газах возможно путем организации дожигания продуктов неполного сгорания топлива повышением температуры в зоне горения более 1500 "С, а также вводом специальных ингибиторов. Установлено также, что при вводе влаги в зону горения с последующей диссоциацией молекул воды на ионы Н+ и ОН– сильно снижается концентрация С20Н12 в продуктах сгорания топлива.

На основании оценки отмеченных выше факторов: влияния влаги или растворов реагентов в высокотемпературной зоне горения топлива на содержание в дымовых газах различных вредных веществ (в том числе и бенз(а)пирена) и возможного огневого обезвреживания сточных вод сжигание мазута в виде ВМЭ или природного газа с добавлением влаги можно считать комплексной, многоцелевой, экосовместимой технологией. Применение этой технологии оправданно и экономически, так как при ее осуществлении достигается более рациональное использование теплоты топлива, и для реализации этого метода не требуются большие капиталовложения. Выполнение этой технологии на действующих ТЭС и котельных имеет еще одно важное преимущество: перевод котлов на сжигание ВМЭ или природного газа с добавками сточных вод не вызывает необходимости существенного изменения их конструктивного исполнения. Не требуется также никаких изменений и в схеме газового хозяйства.

Для получения ВМЭ используют два вида устройств: кавитатор и диспергатор.

Кавитатор – устройство для получения ВМЭ, которая используется как топливо. Принцип его действия основан на том, что грубая водо-мазутная смесь проходит через несколько решеток, при этом происходит сильная турбулизация и интенсивное перемешивание потока.

Конструктивно кавитатор представляет собой несколько (от 1 до 8 и более) параллельных, плоских, профилированных рабочих каналов с двумя кавитационными решетками из цилиндрических стержней в каждом канале. Рабочие каналы кавитатора располагаются в стальном корпусе. Габариты – 100х200х400 мм.

Диспергатор является устройством, обеспечивающем гидромеханическую обработку топлива для качественного улучшения структуры (однородности) мазутного топлива и получения тонкодисперсной водо – мазутной эмульсии. Его принцип действия напоминает работу высококлассной мясорубки. Диспергатор изготавливается на базе консольного насоса. Наилучшего результата можно достичь, применяя как кавитатор, так и диспергатор.

Несколько организаций в России занимаются поставкой оборудования для приготовления ВМЭ: ЗАО «ФинТЭК», строительная производственно – коммерческая фирма «ВАЛЕР», кафедра котельных установок и экологии Московского энергетического института, и др.

Срок окупаемости в зависимости от эколого-экономических показателей конкретного объекта, поставляемой установки и фирмы поставщика составляет 5 – 12 месяцев.

3. 4. Технические методы пылеочистки.

Пыль оказывает влияние на любые виды жизнедеятельности, причем это проявляется в различных формах. Последнее обстоятельство настоятельно требует снижения выбросов пыли в атмосферу. Наиболее перспективный путь видится в предупреждении или снижении образования пыли, однако это является нереальным, если учесть все многообразие источников загрязнения воздушного пространства пылью. В засушливых областях, где растительность истощена или уничтожена, а леса вырублены, ничто не мешает ветрам поднимать облака пыли, поскольку зачастую отсутствует возможность для восстановления растительности и воспроизводства лесов. Эти процессы, равно как и наносимый ими урон, до сего времени можно считать необратимыми. Также едва ли возможно предотвратить образование туч пыли при движении уличного транспорта. Только промышленные выбросы пыли еще возможно удержать в местах их возникновения, проводя соответствующие технические мероприятия. Существует целый ряд способов, которые делят на две основные группы: сухие и мокрые методы.

К простейшим сухим очистителям газов от пыли относят пылеотстойные камеры, где скорость потока воздуха настолько замедляется, что самые крупные частицы осаждаются на дно камеры. Такие устройства, где для отделения пыли используют только силу тяжести, сравнительно малоэффективны, так как оседают только самые крупные частицы с диаметром 50 мкм и выше Эффективность разделения можно многократно повысить, используя центробежное ускорение. Для этого очищаемый газ запускают в установку типа циклон (центробежный сепаратор), где частицы движутся по касательной цилиндрической поверхности. Возникающие при этом центробежные силы позволяют отделять частицы пыли диаметром до 5 мкм, в то время как в пылеотстойных камерах, где используется только естественная сила тяжести, отделяется не более половины пыли, содержащейся в газе. Циклонные установки доводят коэффициент очистки* от 50% до 90%. Цилиндрическая камера в нижней части сужается на конус, газовые потоки устремляются к центру и затем поднимаются по трубе, покидая установку. Осевшая на дне пыль высыпается через отверстие в нижней части камеры (бункера).

Более мелкие частицы удаляют, используя фильтры в виде мешков или рукавов, которые готовят из натуральных (хлопок, шерсть) или искусственных волокон (капрон, найлон), а также металлических сеток. Хотя размеры отверстий в тканевых (рукавных) фильтрах значительно превышают размеры самих частиц пыли, отделение последних происходит даже при диаметре менее 1 мкм, что позволяет с успехом использовать тканевые фильтры для окончательной очистки газов после их предварительной обработки в пылеотстойных камерах или циклонных установках. Фильтрующее действие таких устройств основано на том, что нити ткани отклоняют поток и образуют небольшие завихрения. Частицы пыли, в силу инерции, не могут подобно газу изменять направление движения и оседают на волокнах фильтра. Осевшая пыль после стряхивания падает вниз. Такие тканевые фильтры могут довести коэффициент очистки газов более чем до 99% (при этом желательна предварительная очистка).

Если загрязненный воздух содержит аэрозоли или кислотные частицы, то, как правило, используют мокрые методы. Часто применяют камеры с набором форсунок. Это высокие (до 30 м) башни, в которых по центру установлены форсунки. В качестве промывной жидкости обычно используют воду. Мелкие капельки промывной жидкости устремляются навстречу потоку газа, отклоняя его подобно тканевым фильтрам. Сравнительно инертные частицы дыма и аэрозолей не могут следовать этим многократным изменениям направления движения и оседают вместе с капельками воды. Эти капельки воды с частицами пыли могут стекать по наклонному щитку, удаляя загрязнения из газового потока. В камерах с форсунками можно удалить около 75% примесей, попутно извлекаются и растворимые в воде соединения, содержащиеся в исходном газе.

В установках с форсунками лучше всего отделяются частицы средней величины диаметром около 25 мкм. Турбулентные установки позволяют отделять частицы менее 1 мкм с коэффициентом очистки свыше 90%. Принцип действия этих установок основан на том, что очищаемый газ проходит через сужение и его скорость при этом возрастает. В самом узком месте, где скорость достигает 130 м/с, в аппарат впрыскивается вода. Сравнительно малая скорость капелек воды по сравнению со скоростью газа заставляет поток газа многократно менять направление, и инертные тяжелые частицы пыли оседают вместе с каплями воды. Эти частицы, связанные с водой, могут быть отделены от газа с помощью циклона.

Электросепарация газов требует больших затрат энергии, зато при этом, как и в турбулентных установках, можно отделять частицы диаметром менее 1 мкм. Коэффициент очистки в таких установках составляет 95-99%. В этом методе газ пропускают через заземленную трубу, в центре которой находится коронирующий электрод, питаемый пульсирующим постоянным током напряжением 30-80 кВ. Электроны переходят с электрода к заземленной трубе. При попадании молекул газа в камеру они ионизируются, превращаясь либо в отрицательно заряженные ионы, либо (при выбивании электронов) в положительно заряженные ионы. Эти ионы вступают в контакт с частицами пыли и заряжают их, заряженные частицы разряжаются либо на электроде, либо на стенке трубы и падают вниз. Нейтральные частицы пыли удаляются механически, например, путем стряхивания. Как правило, газ проходит предварительную очистку в сухих или мокрых камерах. Для удаления крупных частиц размещение и форма электродов могут быть иными, но принцип самой очистки остается неизменным.

3. 5. Очистка воздуха с помощью растительности.

В большинстве случаев при промышленных источниках загрязнения воздуха предоставляется возможность очищать газы непосредственно на месте их выделения. Однако это становится невозможным при работе уличного транспорта или при появлении облаков пыли в пустынных местностях. В таких случаях человеку предоставляется использовать защитные посадки растительности в качестве «зеленых» фильтров.

Уже с древних времен известно, что воздух лесов отличается особой чистотой. Подобный эффект может быть достигнут и при помощи искусственных насаждений, здесь надежными оказываются защитные полосы шириной 10-30 м. Эти посадки не должны быть слишком густыми, в противном случае загрязненный воздух огибает посадки сверху, образуя завихрения с подветренной стороны, при этом часть пыли оседает. Напротив, если деревья будут посажены достаточно редко, так, чтобы ветер свободно проходил через них, то его скорость будет настолько снижаться, что осядут частицы диаметром более 40 мкм. Более мелкие частицы будут наталкиваться на листья, иглы и сучья. Листья и сучья деревьев в этом случае выполняют ту же роль, что и описанные выше тканевые фильтры. Они изменяют направление потоков воздуха и относительно инертные частицы пыли при этом оседают. Отсюда видно, что лишенные листьев деревья и зимой могут активно выполнять роль фильтров; из общего пылесброса на долю потерявших зеленый покров деревьев в зимнюю пору приходится 40%, а на лето - 60%.

В лесопосадках достаточное внимание надо уделять и кустарникам, чтобы заполнить. пространство между кронами деревьев и землей. Для удержания осевшей пыли земля должна быть покрыта дерном или подстриженным газоном. Неоднократные наблюдения над различными участками почв и подсчеты частиц пыли показали, что число этих частиц в воздухе над открытыми лужайками снижается более чем на 50%. Этот эффект необходимо учитывать при закладке школьных дворов, спортивных площадок и пешеходных дорожек. Общее суждение о роли зеленых насаждений в сборе пыли можно вынести при анализе следующих данных: один гектар елового леса собирает в год около 32 т пыли, соснового леса - 36,4 т, а букового леса - до 68 т. Необходимо особенно интенсивно осуществлять защитные посадки растительности в городах, где транспорт постоянно поднимает облака пыли.

Очень важно, чтобы город был биогеоценозом, пусть не абсолютно благоприятным, но хотя бы не вредящим здоровью людей. Пусть здесь будет зона жизни. Для этого необходимо решить массу городских проблем. Все предприятия, неблагоприятные в санитарном отношении, должны быть выведены за пределы городов.

Зеленые насаждения являются неотъемлемой частью комплекса мероприятий по защите и преобразованию окружающей среды. Они не только создают благоприятные микроклиматические и санитарно-гигиенические условия, но и повышают художественную выразительность архитектурных ансамблей.

Особое место вокруг промышленных предприятий и автострад должны занимать защитные зеленые зоны, в которых рекомендуется высаживать деревья и кустарники, устойчивые к загрязнению.

В размещении зеленых насаждений необходимо соблюдать принцип равномерности и непрерывности для обеспечения поступления свежего загородного воздуха во все жилые зоны города. Важнейшими компонентами системы озеленения города являются насаждения в жилых микрорайонах, на участках детских учреждений, школ, спортивных комплексов и пр.

Городской ландшафт не должен быть однообразной каменной пустыней. В архитектуре города следует стремиться к гармоничному сочетанию аспектов социальных (здания, дороги, транспорт, коммуникации) и биологических (зеленые массивы, парки, скверы).

Современный город следует рассматривать как экосистему, в которой созданы наиболее благоприятные условия для жизни человека. Следовательно, это не только удобные жилища, транспорт, разнообразная сфера услуг. Это благоприятная для жизни и здоровья среда обитания; чистый воздух и зеленый городской ландшафт.

Не случайно, экологи считают, что в современном городе человек должен быть не оторван от природы, а как бы растворен в ней. Поэтому общая площадь зеленых насаждений в городах должна занимать больше половины его территории.

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

3. 6. Адсорбция.

Уголь в основном выполняет роль адсорбента бенз(а)пирена косвенно, БП не поглощается непосредственно, а частички сажи застревают в пористой структуре угля, что снижает концентрацию БП на выходе.

3. 7. Утилизация мусора.

Мусор, существенный источник БП, ни при каких условиях нельзя сжигать! Самый рациональный способ избавления от мусора – переводить его в биогаз.

Сферы применения биогаза.

Биогаз - смесь метана и углекислого газа, - продукт метанового брожения органических веществ. Метановое брожение - результат природного биоценоза анаэробных бактерий - протекает при температурах от 10 до 55 °С в трех диапазонах: 10. 25 °С - психрофильное; 25. 40 °С - мезофильное; 52. 55 °С - термофильное. Влажность составляет от 8 до 99 %, оптимальная - 92. 93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.

4. Выводы.

Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе человеком.

Фактор риска от действия бенз(а)пирена на организм высок, но осознание этого факта на психологическом уровне чрезвычайно низко, т. к. бенз(а)пирен нашими органами чувств никак не идентифицируется. А этот супертоксикант не имеет даже пороговой величины воздействия!

О бенз(а)пирене должны знать:

– Все курящие!

– Дворники (жгущие мусор)

–Предприниматели

– Автомобилисты

– Производственники

–и наконец все уровни власти

Для принятия необходимых действенных мер.

На данной стадии изучения проблемы, несмотря на высокую стоимость анализа необходим всесторонний мониторинг бенз(а)пирена в различных средах и источниках загрязнения.

– Необходимо выявлять закономерности качественного и количественного содержания ПАУ в источниках загрязнения в зависимости от различных факторов техногенного и естественного происхождения.

– Более детально изучить механизм биологического действия всех ПАУ.

Бенз(а)пире́н - органическое химическое соединение, представитель семейства полициклических углеводородов.

Молекулярный вес 252.

Образуется при сгорании углеводородного жидкого, твёрдого и газообразного топлива (в меньшей степени при сгорании газообразного).

Бенз(а)пирен (3,4-бензпирен) относится к классу полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и является приоритетным токсикантом окружающей среды во всех развитых странах. Это обусловлено устойчивостью ПАУ в окружающей среде и их высокими мутагенными и канцерогенными свойствами.

В окружающей среде накапливается преимущественно в почве, меньше в воде. Из почвы поступает в ткани растений и продолжает своё движение дальше в трофической цепи, при этом на каждой её ступени содержание БП в природных объектах возрастает на порядок.

Контроль содержания бенз(а)пирена в природных продуктах производится методом жидкостной хроматографии.

Бенз(а)пирен обладает сильной люминесценцией в видимой части спектра, что позволяет обнаруживать его в концентрациях до 0.01 ppb люминесцентными методами

Бенз(а)пирен является одним из наиболее опасных углеводородов. Высокие концентрации бенз(а)пирена наблюдаются на городских магистралях, а также вблизи заправочных станций. Бенз(а)пирен является сильным канцерогеном, в частности, вызывает лейкозы, врождённые уродства. Механизм действия связан с встраивание (интеркаляцией) его молекул в молекул ДНК.

Для бенз(а)пирена не существует пороговых концентраций - он представляет угрозу для здоровья в любом количестве.

Данное вещество является продуктом неполного сгорания органических соединений, присутствует в продуктах переработки угля, нефти. Основными источниками эмиссии техногенных ПАУ в окружающую природную среду являются предприятия энергетического комплекса, автомобильный транспорт, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность.. Бенз(а)пирен вместе с другими ПАУ оседает в частицах сажи и смолы на поверхности почвы. Мониторинг его содержания осуществляется в почве, воде, воздухе, пищевых продуктах и продовольственном сырье. Предельно допустимая концентрация бенз(а)пирена в почве составляет 0,02 мг/кг.

В результате к проблеме загрязнения воздуха, связанной ранее в основном с выбросами промышленных предприятий, добавилась проблема увеличения загрязнения выбросами автотранспорта. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что загрязнение атмосферы оказывает влияние на здоровье человека. По оценкам различных специалистов, состояние здоровья на 30 – 40 % зависит от состояния окружающей среды. В последние годы во многих городах широкое развитие получили исследования воздействия загрязнения атмосферы на здоровье. Как показывают исследования, особенно чувствительны к состоянию загрязнения окружающей среды пожилые люди и дети, а также люди с хроническими болезнями сердца и легких. Последствия высокого загрязнения воздуха в городах, и особенно бенз(а)пиреном, будут проявляться в повышении заболеваемости и смертности в течение многих последующих лет. В условиях сохранения высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха городов существенно возрастает значение государственного мониторинга загрязнения природной среды, как одного из элементов выявления неблагоприятных тенденций и эффективного использования для разработки и реализации необходимых корректирующих мер. Сохранение государственной сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, стабильное функционирование и развитие ее в регионе возможно лишь при условии, что местные органы власти примут участие в финансировании этих работ.

2. ОПАСНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗБЫТОЧНЫХ КОЛИЧЕСТВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ. НИТРАТЫ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ И ВОДЕ

Без внесения в почву минеральных удобрений невозможно представить себе современное сельское хозяйство. По сути, это единственный способ увеличить плодородие земли, который могут позволить себе производители, поскольку выдерживание земель под паром – слишком большая роскошь для массового производства. Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве направлено на повышение содержания в почве элементов питания растений для повышения урожайности. Однако часто удобрения вносят в количествах, не сбалансированных с потребляемым растениями, поэтому они становятся мощным источником загрязнения почв, сельскохозяйственной продукции, пойменных грунтовых вод, а также естественных водоемов, рек и атмосферы. Применение избыточных количеств минеральных удобрений может иметь следующие негативные последствия:

Во-первых, длительное внесение удобрений изменяет свойства почв. Применение физиологически кислых удобрений увеличивает кислотность почвы, ведет к значительным потерям гумуса в некоторых пахотных почвах.

Во-вторых, внесение больших количеств азотных удобрений приводит к загрязнению почв, продукции и пресных вод нитратами, а атмосферу – оксидами азота. То же касается и фосфорных удобрений. Неактивное воздействие обусловлено тем, что сельскохозяйственные растения используют только часть питательных элементов, содержащихся в удобрениях.

В-третьих, минеральные удобрения служат источником загрязнения почв тяжелыми металлами. Существенное количество тяжелых металлов попадает в почву с органическими удобрениями. Кроме того, фосфорные удобрения источник загрязнения почв естественными радионуклидами – ураном, торием, радием и др.

В-четвертых, минеральные и органические удобрения, как источник загрязнения почв тяжелыми металлами могут изменить подвижность последних в почве и, следовательно, доступность их растениями. Одновременно увеличивается поток миграции металлов в аккумулятивные ландшафты и гидрографическую сеть.

Для контроля за содержанием тяжелых металлов в почве, существует ПДК и ОДК тех или иных элементов, превышение которых приводит к загрязнению почвы, сельскохозяйственной продукции и вод, в количествах, которые негативно отражаются на здоровье людей, животных, могут изменить равновесие данной экосистемы. Первоочередному контроля подвергаются почвы на содержание радионуклидов Cd, Hg, Pb, во вторую очередь контролируют содержание Ni, Mn, Cr и других элементов.

Из всех минеральных удобрений наибольшую опасность для человека представляют азотные удобрения. Наиболее распространенные азотные удобрения: калийная селитра (нитрат калия) ; чилийская селитра (нитрат натрия) ; кальциевая селитра (нитрат кальция) ; аммиачная селитра (нитрат аммония).

Чрезмерное применение азотсодержащих удобрений в сельском хозяйстве загрязняет продукты питания и способствует интоксикации (болезненное состояние, обусловленное действием на организм токсинов или вредных веществ). При этом в организме человека и животных возникает поражение практически всех органов и тканей.

Азот — это один из самых важнейших химических элементов в жизни растений, т.к. он необходим для синтеза аминокислот, из которых образуются белки. Азот получает растение из почвы в виде минеральных азотных солей (нитратных и аммиачных).

В растениях азот подвергается сложным превращениям. Метаболизм азота в растениях — это сложный процесс, и нитраты занимают в нём промежуточное положение:

HNO3 – HNO2 – (HNO)2 – NH2OH + NH3 |

(нитрат) (нитрит) (гипонитрит) (гидроксиламин) (аммиак)

Нитраты в растениях восстанавливаются до нитритов. В этом процессе участвуют различные металлы (молибден, железо, медь, марганец), и при этом происходит интенсивная трата углеводов, т.к. на восстановление тратится энергия, источником которой являются углеводы. Нитриты могут накапливаться в растениях и этим подавлять их рост. Но основная часть нитритов, подвергаясь дальнейшим превращениям, даёт аммиак (NH3). Аммиак русский учёный Д.М. Прянишников назвал альфой и омегой в питании растений.

В мировой науке о нитратах знали уже давно. Сейчас общеизвестно, что нитраты обладают высокой токсичностью для человека и сельскохозяйственных животных:

Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём 2-х валентное железо в 3-х валентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливается молочная кислота, холестерин, и резко падает количество белка.

Особенно опасны нитраты для грудных детей, т.к. их ферментная основа несовершенна и восстановление метгемоглобина в гемоглобин идёт медленно.

Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества токсины, в результате чего идёт токсикация, т.е. отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются:

синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек;


тошнота, рвота, боли в животе;


понос, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз;


головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности;


одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;


при выраженном отравлении — смерть.

Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ.


У беременных женщин возникают выкидыши, а у мужчин — снижение потенции.


При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.


Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте у человека.


Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.


При всём вышеизложенном следует помнить, вред наносят организму человека не сами нитраты, а нитриты, в которые они превращаются при определённых условиях.


Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25г на человека весом в 60кг. Для ребёнка допустимая норма не более 50мг.


Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15-200мг; 500мг — это предельно допустимая доза (600мг — уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10мг нитратов.


В Российской Федерации допустимая среднесуточная доза нитратов — 312мг, но в весенний период реально она может быть 500-800мг/сутки.


Нитраты попадают в организм человека через различные пути.


Через продукты питания:


а) растительного происхождения;


б) животного происхождения;


Через питьевую воду.


Через лекарственные препараты.


Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40 – 80% суточного количества нитратов).


Незначительное количество нитратов поступает с хлебо-булочными изделиями и фруктами; с молочными продуктами попадает их — 1% (10-100мг на литр).


Часть нитратов может образоваться в самом организме человека при его обмене веществ.


Также нитраты поступают в организм человека с водой, которая является одним из основных условий нормальной жизни человека. Загрязнённая питьевая вода вызывает 70-80% всех имеющихся заболеваний, которые на 30% сокращают продолжительность жизни человека. По данным ВОЗ по этой причине заболевает более 2млрд человек на Земле, из которых 3,5млн умирает (90% из них составляют дети младше 5 лет). В питьевой воде из подземных вод содержится до 200мг/л нитратов, гораздо меньше их в воде из артезианских колодцев. Нитраты попадают в подземные воды через различные химические удобрения (нитратные, аммонийные), с полей и от химических предприятий по производству этих удобрений. Наибольшее количество нитратов содержится в грунтовых водах, а значит, и в колодезной воду. Обычно жители городов пьют воду, где содержится до 20мг/л нитратов, жители же сельской местности — 20-80мг/л нитратов.


Нитраты содержатся и в животной пище. Рыбная и мясная продукция в натуральном виде содержит немного нитратов (5-25мг/кг в мясе, и 2-15мг/кг в рыбе). Но нитраты и нитриты добавляют в готовую мясную продукцию с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительного её хранения (особенно в колбасных изделиях). В сырокопчёной колбасе содержится нитритов 150мг/кг, а в варёной колбасе — 50-60мг/кг.


Также нитраты попадают в организм человека через табак. Выяснено, что некоторые сорта табака содержат до 500мг нитратов на 100г сухого вещества.


Само по себе присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, т.к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т.к. они обладают высокой токсичностью для человека сельско-хозяйственных животных.


Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.


Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых. Из разных сельско-хозяйственных растений больше всего нитратов содержится в салате (особенно в тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови, укропе:

в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в сердцевине его.


в капусте — в кочерыжке, в толстых черешках листьев и в верхних листьях.


Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего содержатся нитраты в их кожице.


По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы:

с высоким содержанием (до 5000мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы.


со средним содержанием (300-600мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокачанная капуста, хрен, морковь, огурцы.


с низким содержанием (10-80мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.


С физиологической точки зрения, количество нитратного азота в растениях определяется соотношением:

процессов поглащения;


транспорта;


ассимиляции;


распределения его в разных органах и частях растения.


И все эти процессы обусловлены совокупностью почвенно-экологических условий, агротехнических и генетических факторов.


Таким образом, накопление нитратов в растениях зависит от комплекса многих причин:

от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта «Красный великан» по сравнению с другими её сортами («розовый с белым кончиком», «жара» и др.). Содержание нитратов зависит и от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.


от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий — в картофеле, огурцах и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Органические удобрения положительно влияют на капусту, морковь, свеклу, петрушку, картофель, шпинат. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений (KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2 ), чем при употреблении аммонийных. За последние годы (со слов руководителя лаборатории пищевой токсикологии института питания Т.С.Хотимченко) произошло существенное снижение нитратов в продуктах отечественного растеневодства по причине меньшего использования химических удобрений в виду их дороговизны. Если в 1988-89 годах ПДК по нитратам превышал 15% у овощей, то теперь — не более 3%.


Накопление нитратов зависит и от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения):

чем длиннее световой день, тем меньше нитратов в растениях;


при влажном и холодном лете (1985г.) количество нитратов увеличилось в 2,5 раза.


при повышении температуры до 20°С количество нитратов снизилось в столовой свекле в 3 раза. Нормальная освещённость растений снижает содержание нитратов, поэтому в тепличных растениях нитратов больше.


Очень важно не только знать в каких растениях, в каких их органах и частях содержатся в основном нитраты, но и не менее важно надо знать, как уменьшить содержание этих ядовитых веществ для организма, поэтому предлагается ряд ценных советов:

Снижается количество нитратов при термической обработке овощей (мойке, варке, жарке, тушении и бланшировке). Так, при вымачивании — на 20-30%, а при варке на 60-80%.

в капусте — на 58%;


в столовой свекле — на 20%;


в картофеле — на 40%.


При этом следует помнить, что при усиленной мойке и бланшировании (обваривании кипятком) овощей в воду уходят не только нитраты, но и ценные вещества: витамины, минеральные соли и др.

Чтобы снизить количество нитратов в старых клубнях картофеля, его клубни следует залить 1%-ным раствором поваренной соли.


У паттисонов, кабачков и баклажанов необходимо срезать верхнюю часть, которая примыкает к плодоножке.


Так как нитратов больше в кожуре овощей и плодов, то их (особенно огурцы и кабачки) надо очищать от кожуры, а у пряных трав надо выбрасывать их стебли и использовать только листья.


Хранить овощи и плоды надо в холодильнике, т.к. при температуре +2°С невозможно превращение нитратов в более ядовитые вещества — нитриты.


Чтобы уменьшить содержание нитритов в организме человека надо в достаточном количестве использовать в пищу витамин С (аскорбиновую кислоту) и витамин Е , т.к. они снижают вредное воздействие нитратов и нитритов.


Выяснено, что при консервировании уменьшается на 20-25% содержание нитратов в овощах, особенно при консервировании огурцов, капусты, т.к. нитраты уходят в рассол и маринад, которые поэтому надо выливать при употреблении консервированных овощей в пищу.


Салаты следует готовить непосредственно перед их употреблением и сразу съедать, на оставляя «напотом».


Проблема токсичного накопления нитратного азота в сельско-хозяйственной продукции и вредного воздействия его на человека и сельско-хозяйственных животных на современном этапе является одной из наиболее острых и актуальных.


Решением этой задачи заняты многие научно-исследовательские учреждения всего мира, но несмотря на пристальное внимание к этой проблеме до сих пор радикального решения пока не найдено.


ЗАДАНИЕ


На состояние озонового слоя влияют выбросы:


а) диоксинов;


б) фреонов;


в) оксидов азота;


Ответ


На состояние озонового слоя влияют выбросы фреонов (ответ б)