Фоновая концентрация. Предельно допустимая концентрация вредных веществ

Антропогенное загрязнение воздуха и других земных сред – одна из насущных проблем человечества. Она растет вместе с ростом мирового населения, увеличением потребительских запросов людей. Из-за этого бороться с загрязнением с каждым годом становится все сложнее. Загрязнение влияет на глобальный климат, здоровье человека и других живых существ, на величину рыбных запасов, на интенсивность фотосинтеза и так далее. Это влияние в большинстве случаев негативное.

Понятие ПДК вредных веществ

Для того чтобы каким-то образом нормировать концентрацию вредных веществ, было разработано и стало применяться понятие о предельно допустимой концентрации загрязнителей. Например, ПДК углекислого газа в атмосфере установлена на уровне 350 ppm (сейчас 410 ppm), а в помещении – около 600 ppm. Углекислый газ является самым распространенным, но и самым малоопасным из всех загрязнителей. В основном он опасен своим воздействием на климат, но и в этом случае является наименее вредным из всех долгоживущих парниковых газов. Проблема в том, что его выделяется очень много, и поэтому его воздействие на климат и здоровье человека оказывается больше, чем у всех других загрязнителей вместе взятых.

Что такое ПДК?

ПДК – это максимальный уровень допустимой концентрации конкретного вещества, при наличии которого даже в течение длительного времени не будет возникать каких-либо статистически значимых нежелательных последствий для природы или человека. Однако для каждого организма ПДК может быть различным. Например, ПДК сернистого газа для человека в 10 раз больше, чем для растений. Поэтому для каждого конкретного случая устанавливается свой параметр. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны всегда выше, чем в воздухе жилых помещений.

Различия ПДК

Величины ПДК для одного и того же вещества могут быть различны в разных странах и в разных средах. Например, ПДК свинца в воде составляет 0,1 мг/л, ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны – 0,001 мг/м³, а в атмосферном воздухе – 0,0003 мг/м³. Со временем величины ПДК постепенно уточняются и даже пересматриваются.

Как определяют предельно допустимую концентрацию?

При расчете ПДК используют результаты экспериментов, численных расчетов, а также статистические данные. Оптимальный вариант – комбинация всех этих методов. Сейчас все шире применяют методы компьютерного моделирования, биотесты и теоретические предсказания для новых веществ. Причиной ужесточения норм ПДК могут стать профессиональные заболевания рабочих, которые в течение длительного времени вдыхали воздух с ранее установленным значением ПДК. Так было, например, с ПДК угольной пыли в США.

Закон о ПДК

Предельно допустимая концентрация вредных веществ – это гигиенический норматив, соблюдать который необходимо в обязательном порядке. Это касается тех организаций, которые являются источником загрязнения атмосферы и других сред. Данные о допустимой концентрации вредных веществ включаются в санитарные нормы, ГОСТы и прочие документы, которые обязательны для исполнения в пределах данного государства (в нашем случае – России).

ПДК учитываются при проектировании новых промышленных объектов, очистного оборудования, фильтров и т. д. Контроль за соблюдением закона о ПДК ведет санитарно-эпидемиологическая служба и экологические организации. Что же касается качества воды в водоемах рыбного хозяйства, то контроль за их состоянием осуществляют органы Рыбнадзора.

Степень опасности вещества

Чем ниже предельно допустимая концентрация вещества, тем выше степень его опасности. Например, для наиболее опасных веществ (сероводород, ртуть, мышьяк и т. д.) ПДК составляет менее 0,1 мг/м3. Для наименее опасных соединений (например, аммиака) предельно допустимая концентрация выше 10 мг/м³. У фтороводорода ПДК равен 0,05 мг/м³, у угарного газа – 20 мг/м³, у двуокиси азота – 2 мг/м³, а у двуокиси серы – 10 мг/м³.

Среди распространенных в природе элементов наиболее нежелательны в питьевой воде цинк, ртуть и медь.

Недостатки концепции ПДК

Даже если предельно допустимая концентрация всех загрязняющих веществ ниже уровня ПДК, это еще не является гарантией того, что воздух абсолютно безопасен для здоровья. Причина в том, что обычно загрязнителей бывает несколько, а значит, сумма их воздействий будет больше, чем одного отдельного загрязнителя. Некоторые из загрязнителей при совместном воздействии будут оказывать больше вреда, чем простая арифметическая сумма воздействия каждого из веществ в отдельности. Поэтому в западных странах разрабатываются новые подходы к оценке качества воздуха и других жизненных сред.

Фоновая концентрация загрязняющих веществ

Это количество вредного вещества, которое содержится в единице объема среды, подвергаемой загрязнению. Для разных сред применяются разные определения этого термина:

• Фоновая концентрация веществ в атмосфере (или в воде) – это такая концентрация вещества, которая создается всеми источниками загрязнения. Исключение составляют исследуемые.
• Фоновая концентрация в воде или в воздухе – это естественная концентрация определенных веществ, за которыми ведется наблюдение. Антропогенные выбросы и загрязнители из соседних регионов сюда не входят.
• Фоновая концентрация вещества в почве – это такое содержание загрязнителей в слое почвы, которое определяется в местах, не испытывающих антропогенного воздействия, либо если это воздействие минимально.

Способы трактовки

Понятие фоновой концентрации трактуют по-разному. В соответствии с первым вариантом, это такая концентрация загрязняющих веществ, которая была измерена на территориях, находящихся за пределами районов, где ведется хозяйственная деятельность. Для уточнения определяют диапазон варьирования уровней загрязнения на природных территориях. При этом определять величину фонового загрязнения следует в условиях, максимально сходных с условиями той местности, где будут проверять уровень антропогенного загрязнения.

Согласно другой трактовке, фоновая концентрация – это такая концентрация, которая отмечалась в данном месте до появления новых (исследуемых) источников загрязнения.

То есть получаются две довольно разные трактовки. Поэтому и расчет фоновых концентраций загрязняющих веществ может вестись по-разному. Далее рассмотрим главные причины загрязнения воздуха.

Основные источники загрязнения атмосферы

Все источники загрязнения делятся на природные и антропогенные. К природным источникам можно отнести извержения вулканов, пыль, поднимаемую с поверхности пустынь и саванн, метан, выделяющийся из болот, лесные и торфяные пожары и так далее.

Однако наиболее часто проблемы с загрязнением воздуха имеют антропогенную природу. К основным источникам загрязнения атмосферы относят транспорт, энергетику, промышленность, сельское хозяйство, свалки бытовых отходов, техногенные аварии, курение, строительство, добычу полезных ископаемых, бытовую и коммунальную деятельность, войны, праздники и т. д. Рассмотрим каждый из них в отдельности:

• Транспорт считается наиболее серьезным источником загрязнения воздуха. На него приходится 17 % от общего объема вредных выбросов в атмосферу, производимых человеком. Еще одним минусом является то, что выхлопные трубы автомобилей находятся практически у нашего носа. При работе автомобиля образуются разные типы загрязнителей: сажа, пыль, углеводороды, оксиды серы, азота, угарный газ, тяжелые металлы. Одним из вредных компонентов транспортных выбросов является бензол. При неблагоприятных условиях может образоваться бензпирен, который считается сильным канцерогеном. Во все мире предпринимаются усилия для снижения транспортных выбросов. Все больше людей в развитых странах теперь отдает предпочтение электромобилям или велосипедам, либо использует общественный транспорт.
• Энергетика особенно опасна своим воздействием на климат. Непосредственно на наше здоровье она влияет не так сильно. Дело в том, что выбросы в этом случае удалены от места, где живет человек. При работе угольных электростанций, помимо СО₂, выделяются соединения серы, азота, угарный газ, сажа, зола, радиоактивные элементы (в небольшом количестве) и т. д. При работе газовых станций выбросов гораздо меньше. Поэтому они более предпочтительны для сохранения экологии. Атомные станции при авариях могут выбрасывать большие количества радионуклидов, зато для климата не представляют никакой опасности.
• Промышленность выделяет разнообразные химические компоненты, а также пыль, сажу, золу. Уровень опасности выбросов сильно варьирует от предприятия к предприятию. Многие заводы расположены в городах и оказывают влияние на здоровье человека.
• Сельское хозяйство является важным источником метана, закиси азота, пыли и дымов, а также всех соединений, которые связаны с работой уборочной техники. Наиболее опасным сельскохозяйственным источником загрязнения атмосферы признаны коровы.
• Свалки твердых бытовых, промышленных и строительных отходов выделяют хлорорганические соединения, пыль, сажу, асбест и многие другие вредные вещества. Они являются важным источником выбросов в атмосферу метана. При правильной утилизации бытового мусора эффект от загрязнения можно свести к минимуму.
• При техногенных авариях в атмосферу могут выбрасываться углеводороды, аммиак, хлор, сажа, соединения серы. При пожарах характер выбросов напрямую зависит от того, что горит. Наиболее вредным в этом случае считается горение пластика на основе поливинилхлорида.
• При курении в атмосферу выделяются различные вредные соединения, включая тяжелые металлы, радиоактивные элементы, канцерогенные вещества, а также угарный газ, сажа. Хотя объем данных выбросов невелик, вред курения для здоровья окружающих может быть значительным, так как многие предпочитают курить в закрытом помещении, что ведет к накоплению загрязнителей.
• Строительство является источником выброса пыли, органических соединений, резко пахнущих веществ и т. д. Их вдыхание может вызвать головную боль. Наиболее опасным видом пыли, которая может образоваться при строительных работах, является асбестовая пыль.
• При добыче полезных ископаемых выделяется пыль, которая может содержать вредные, и даже радиоактивные, элементы.
• Бытовая и коммунальная деятельность ведет к выбросам, связанным с сжиганием топлива, использованием распылителей, пылящих материалов и т. д.
• При войнах и праздниках выделяется пыль, дым, которые связаны с горением пороха в петардах и боеприпасах, а также с работой военной техники.