Оценка степени опасности мелкодисперсных пылевых частиц воздуха

В статье обосновывается степень опасности воздействия на человека взвешенных в воздухе частиц пыли размером менее 10 мкм. Показана слабая разработка данной проблемы в Республике Казахстан и необходимость ее изучения. При отсутствии уникальной аналитической аппаратуры представлена возможность ориентировочной оценки концентраций респирабельных фракций РМ10 и РМ2.5. Применение расчетных методов дает незначительные отклонения от инструментальных результатов

В 2012 году от загрязнения воздуха во всем мире погибло 7 млн. человек, в том числе в Европейском регионе ВОЗ, куда входит и Казахстан – отмечено почти 600000 случаев смерти. Это основной вывод доклада ВОЗ, посвященного патологии, связанной с загрязнением воздуха, как атмосферного, так и внутри помещений (1).Указанные негативные последствия, в значительной мере, связаны с пылевыми взвешенными частицами воздуха диаметром менее 10 мкм (PM10), вызывающими сердечнососудистые и респираторные заболевания, а также рак.Влияние РМ на здоровье населения увеличивается по мере уменьшения диаметра частицы, зависит от концентрации частиц и включает:

• респираторную и сердечно-сосудистую заболеваемость и рост числа случаев госпитализации;
• смертность от сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний и рака легкого;
• действие PM уменьшает ожидаемую продолжительность жизни населения;
• ежегодно происходят более 2,1 миллиона смертей из- за увеличения объема РМ в воздухе;
• особо уязвимы группы людей, страдающих заболеваниями легких или сердца, а также дети и лица пожилого возраста.

Международное агентство по изучению рака (МАИР), считает загрязнение атмосферного воздуха пылевыми частицами PM существенной причиной, способствующей развитию у населения онкозаболеваний, в частности, злокачественных опухолей легких и мочевого пузыря.В настоящее время комбинация загрязнения воздуха и взвешенных частиц включена МАИР в список канцерогенных факторов (группа 1).

Приведенные данные свидетельствуют о серьезной опасности здоровью населения, которой до недавнего времени гигиенистами не уделялось должного внимания.Так, гигиенические регламенты взвешенных частиц РМ в атмосфере были разработаны в Российской Федерации только в 2010 г., а в Республике Казахстан – утверждены только в 2012 году.

Пыль является наиболее распространенным неблагоприятным фактором загрязнения атмосферного воздуха. Ведущую роль в этом процессе играют искусственные источники пылевыделения в результате производственной и хозяйственной деятельности человека. Как считал ведущий отечественный гигиенист по атмосферному воздуху В. А. Рязанов, большое значение имеет дисперсность пыли, от которой зависит длительность ее пребывания в воздухе, глубиной проникновения в дыхательные пути и задержкой в различных отделах дыхательного тракта. По его наблюдениям, крупные частицы пыли, размером 10-100 мкм задерживаются в верхних дыхательных путях, тогда как мелкие (менее 5 мкм) могут глубоко проникать в дыхательный тракт, оказывая вредное действие на легочную паренхиму (2). При учете последних научных наблюдений можно представить следующую классификацию пыли:

1. Общая пыль (TSP) - сумма взвешенных веществ: включает все находящиеся в воздухе частицы.
2. РМ-10: используется для частиц с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм.
3. РМ-2,5: используется для частиц с аэродинамическим диаметром менее 2,5 мкм.
4. РМ-1: используется для частиц с аэродинамическим диаметром менее 1,0 мкм.
5. Грубая фракция (между 2,5 и 10 мкм).
6. Ультрамелкие частицы (наночастицы): используется для частиц с аэродинамическим диаметром менее 0,1 мкм. К ним относится и чёрный углерод – углеродсодержащие твёрдые частицы, поглощающие свет.

Пыль относится к 3-му классу опасности, однако в составе обычной городской пыли могут находиться токсичные химические элементы, что, к сожалению, редко учитывается гигиенистами. В прежние годы о токсичности пыли судили лишь по присутствию в ней двуокиси кремния, что имело значение лишь в производственных условиях. В свете современных исследований для оценки опасности загрязнения воздуха пылью необходимо выяснить ее дисперсный состав. Однако в материалах «Казгидромета», имеется информация о суммарной концентрации пыли в атмосферном воздухе, тогда как определение ее фракционного состава не проводится.

В Казахстане мониторинг за загрязнением воздушного бассейна ведется Казгидрометомв 20 городах: Актау, Актобе, Алматы, Астана, Атырау, Балхаш, Жезказган, Караганда, Костанай, Кызылорда, Риддер, Павлодар, Петропавловск, Семей, Тараз, Темиртау, Уральск, Усть- Каменогорск, Шымкент, Екибастуз и поселок Глубокое.Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха ведутся на 51 стационарном пункте, но планируется установить еще 14 пунктов наблюдения. Программа, в основном, включает четыре загрязнителя: суммарное содержание взвешенных частиц (ССВЧ), диоксид азота, диоксид серы и оксид углерода. В ряде случаев, в зависимости от особенностей выбросов,на некоторых станциях ведутся дополнительные исследования (в Усть-Каменогорске, например, определяется 16 загрязняющих веществ). Однако, на указанных постах не ведутся замеры приземного озона (O3), пылевых частиц PM10 и PM2,5, в большинстве случаев - тяжелых металлов и СОЗ (стойких органических загрязнителей).

По сведениям генерального директора Казахского НИИ экологии и климата (РГП «КазНИИЭК»), единственная в республике (3)станция Боровое проводит замеры PM10 и приземного озона.Этого удалось достичь при поддержке норвежского института NILU и станция была оснащена необходимым оборудованием для проведения измерений по программе ЕМЕП (программа мониторинга и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе).Загрязнение атмосферыявляется проблемой любого государства, без исключения, так как речь идет о глобальном загрязнении воздушного бассейна нашей планеты. Поэтому приведенный выше доклад ВОЗ (1) призывает руководства стран ЕРБ реализовывать Конвенцию Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (4). В Казахстане в этом отношении ведется определенная работа (3).Приняты поправки к Готенбургскому Протоколу 1999 г., утвержден пересмотренный текст Протокола, в котором впервые содержатся обязательства уменьшить выбросымелкодисперсных взвешенных частиц (PM2,5). В новой редакции фигурирует также черный углерод, которыйпомимо негативного воздействия на здоровье населения,оказывает влияние на изменение климата (5).

Европейский регион ВОЗ включает 53 страны, с населением почти 900 млн. человек, однако в странах Восточной Европы и Центральной Азии мониторинг PM10 и PM_2,5 очень ограничен: имеется лишь малое число станций мониторинга в Беларуси, Российской Федерации, Узбекистане (в Ташкенте и Нукусе), а также в Казахстане (Боровое). Это обстоятельство вызывает тревогу, ввиду обилия публикацийо растущей смертности населения из-за увеличения объема РМ в воздухе (6, 7). Единственная станция в Боровом явно недостаточна для громадной территории Казахстана, ввиду чего необходимо широкое внедрение в республике хотя бы расчетных методов определения респирабельных частиц в атмосферном воздухе наших городов. В Российской Федерации эти методы широко применяются уже не один год.

Нам доступна информация лишь о суммарной концентрации пыли в воздухе, можно ее пересчитать в концентрации РМ₁₀ и РМ_2,5 на основании соотношений между фракциями и суммой всех взвешенных веществ (TSP). При неизвестном фракционном составе пыли допускают, что доля частиц РМ _2,5 составляет 26% от суммы общей пыли TSP, а доля частиц РМ₁₀ 55%. Эта закономерность приводилась в работах Ревича Б.А. (8) и использовалась многими авторами в инструментальных и сравнительных расчетных исследованиях (9, 10, 11). Расчетные формулы выглядят следующим образом:

Концентрация (мг/м³) фракции PM2,5 = 0,26 х сумма общей пыли (TSP, мг/м³);
Концентрация(мг/м³) фракции PM10 = 0,55 х сумма общей пыли (TSP, мг/м³).

Особую тревогу вызывают факты дополнительной смертности населения при вдыхании респирабельных фракций мелкодисперсной пыли. При этом следует отметить еще одну закономерность- чем меньше размерыпылевых частиц самой фракции, тем большую биологическую активность они проявляют. Следовательно, фракция РМ2,5 более опасна для здоровья населения, чем фракция РМ10. В странах Европейского региона ВОЗ за счет влияния РМ относят 3% смертности от сердечно-сосудистой патологии и 5% смертей от рака легкого (12). В разных странах региона эти показатели незначительно колеблются,но в целом на долю загрязнения атмосферы фракцией РМ_2,5 в год приходится 3,1 млн. случаев смертей.В среднем, воздействие PM_2,5 уменьшает ожидаемую продолжительность жизни населения Европейского Региона, в среднем, на 8,6 мес., но если снизить концентрацию фракции до величин, рекомендуемым ВОЗ, она может быть увеличена на 20 мес. (13).

ВОЗ провела последний пересмотр рекомендаций по качеству атмосферы в 2005 г. и он включает следующие условные нормативы:

• для PM_2,5: среднегодовая концентрация равна 10 мкг/м³, среднесуточная - 25мкг/м³;
• для РМ10: среднегодовая концентрация равна 20 мкг/м₃, среднесуточная - 50мкг/м³.

Некоторые авторы считают, что мониторинг РМ следует вести 365 дней в году и при невозможности таких наблюдений используют дистанционное зондирование (соспутника), сочетая его с моделированиеминструментальных замеров в приземном слое атмосферы.

При помощи этой методики они получили обширную по территории информацию о загрязнении воздуха фракцией РМ_2,5, однако более объективными являются инструментальные замеры на поверхности земли во всех регионах (14).

Однако, учитывая реальную ситуацию, совместно с инструментальными исследованиями, необходимо проводить повсеместные разработки оценки качества воздуха расчетными методами. Они не требуют особой квалификации, но позволяют судить, хотя бы ориентировочно, о степени опасности воздействия частиц РМ и возможных мерах защиты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Новый глобальный доклад ВОЗ: в Европе вследствие загрязнения воздуха каждый год умирают почти 600 000 человек (02/04/2014).
2. Руководство по коммунальной гигиене. - М.: 1963. - Т. I. - С. 137-465.
3. Доклад республики Казахстан по выполнению конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. – Алматы: 2009. - 26 с.
4. Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния *веб-сайт+. Женева, Европейская экономическая комиссия Организации Объединенных Наций, 2012 г. (http://www.unece.org/ru/ru/env/lrtap.html, по состоянию на 5 февраля 2013 г.).
5. Janssen NAH et al. Health effects of black carbon. Copenhagen, WHO Regional Office forEurope, 2012 (http://www.euro.who.int/en/what-we-do/health-topics/environmentand-health/air-quality/publications/2012/health-effects- of-black-carbon, accessed 28October 2012).
6. Samoli E et al. Acute effects of ambient particulate matter on mortality in Europe and North America: results from the APHENA Study. Environmental Health Perspectives, 2008,116(11):1480–1486.
7. Air quality guidelines: global update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. Copenhagen, WHO Regional Office for Europe, 2006 (http://www.euro. who.int/en/what-we-do/health-topics/environment-and-health/air- quality/publications/pre2009/air-quality-guidelines.-global-update-2005.-particulate-matter,-ozone,-nitrogen-dioxide-and- sulfur-dioxide, accessed 28 October 2012).
8. Ревич Б.А., Авалиани С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология. – М.: 2004. – 384 с.
9. Рапопорт О.А., Копылов И.Д., Рудой Г.Н.. К вопросу о нормировании выбросов мелкодисперсных частиц. // Экологический вестник России. - № 4. – 2012. – С. 56-61.
10. Рапопорт О.А., Копылов И.Д., Рудой. Г.Н., О нормировании выбросов мелкодисперсных частиц. // Экология производства, 2012. - № 8. – С. 38-43.
11. Орлов Р.В., Стреляева А.Б., Барикаева Н.С. Оценка взвешенных частиц РМ10 И РМ2.5 в атмосферном воздухе жилых зон //Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 12 (134) 2013. - С. 39-41.
12. Cohen AJ et al. Urban air pollution. In: Ezzati M et al., eds. Comparative quantification of health risks. Global and regional burden of disease attributable to selected major factors. Geneva, World Health Organization, 2004, 2(17):1354–1433 (http://www.who.int/health info/global_burden_disease/cra/en/index.html, accessed 28 October 2012).
13. Lim SS et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributableto 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990–2010: a systematic analysisfor the Global Burden of Disease Study 2010. Lancet, 2012, 380: 2224–2260.
14. Brauer M et al. Exposure assessment for estimation of the global burden of disease attributable to outdoor air pollution. Environmental Science and Technology, 2012, 46:652–660.