2.3. Нормирование энергетических загрязнений окружающей среды

При рассмотрении комплекса вопросов, связанных с защитой окружающей среды, часто забывают о неблагоприятном влиянии энергетических загрязнений. К энергетическим загрязнениям относят [19]: шумы, инфразвук, вибрацию, электромагнитные и радиоактивные ионизирующие излучения, тепловые выбросы и так далее.

Рассмотрим принципы нормирования перечисленных загрязнений.

1. Шум в окружающей среде создается разнообразными источниками: транспортом, предприятиями, вентиляционными и компрессорными установками. С физической точки зрения шум имеет ту же природу, что и вибрация. Источниками шума являются колеблющиеся твердая, газообразная или жидкая среды. Шум представляет собой воспринимаемые человеческим ухом колебания воздуха с диапазоном частот от 16 до 16000Гц. Звуковая волна характеризуется величиной давления (P). Оно представляет собой абсолютную разность между давлением максимального сгущения воздуха и атмосферным давлением. Единицей измерения являются бар (одна миллионная доля атмосферного давления) и Н / м² = Па. Для гигиенической характеристики шума применяют не физические (давление, энергия), а относительные величины, основанные на субъективном восприятии звука человеком. При этом исходной величиной, по отношению к которой определяется сила звука, является минимальное звуковое давление (P₀), находящееся на пороге слухового восприятия. Так как изменение ощущения громкости звуков человеком пропорционально логарифму звукового давления, для измерения их интенсивности пользуются логарифмической шкалой. За единицу измерения принят бел (Б), определяемый как десятичный логарифм отношения звукового давления к порогу восприятия P_0, равный единице. На практике пользуются меньшими единицами, составляющими 0,1 Б, или децибелами (дБ). Нормируемый уровень интенсивности звукового давления определяется выражением:

L = 10 .

где P₀ = 2 ^. 10^-5 Н/м².

Звуковые волны имеют определенную частоту колебаний, измеряемую в Гц. Уровень интенсивности звукового давления измеряют как во всей области частот (дБА), так и в определенном диапазоне в пределах октав (дБ). Октава - это диапазон частот, в котором верхняя граница частоты вдвое больше нижней (например, 40–80; 80–160 Гц и т. д.). При акустических измерениях определяют уровни интенсивности звукового давления в пределах частотных полос, равных октаве, полуоктаве и трети октавы. Для обозначения октавы обычно указывают ее среднегеометрическую частоту. Нормируемыми параметрами шума являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 8000 Гц. В производственных условиях они не должны превышать 80 дБА.

2. Инфразвук возникает благодаря как естественным (обдувание сильным ветром лесного массива или водной поверхности), так и искусственным (промышленным) процессам. Он представляет колебания воздуха с частотами ниже 20 Гц. У высших млекопитающих сильный инфразвук может вызвать головную боль, сонливость, усталость, чувство страха. Нормируемой величиной инфразвуковых колебаний является допустимый уровень среднеквадратического звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, и 16 Гц, который равен 105 дБ.

3. Ультразвук представляет собой механические колебания упругой среды с частотой, превышающей принятую верхнюю границу слышимости. Ультразвуковой диапазон частот подразделяют на низкочастотные колебания (от 2 ^. 10⁴ до 10⁵ Гц), распространяющиеся воздушным и контактным путем, и высокочастотные колебания (от 10⁵ до 10⁹ Гц), распространяющиеся только в жидкостях и твердых веществах контактным путем. Наиболее опасно контактное воздействие ультразвука. Оно может привести к поражению нервной и сосудистой систем человека. Низкочастотный ультразвук ослабляет центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, слуховой и вестибулярный аппарат.

Для распространяющегося по воздуху ультразвука допустимые уровни звукового давления нормируются в 1/3-октавных полосах частот. В зависимости от частоты они находятся в диапазоне от 80 до 110 дБ. Нормируемой величиной высокочастотного ультразвука является уровень пикового значения виброскорости. Он не должен превышать 110 дБ.

4. Вибрации представляют собой колебания твердых объектов. Они возникают в окружающей среде под действием природных процессов (океанских волн, землетрясений), транспорта, технологического оборудования ударного действия и т.д. Основными нормируемыми параметрами вибрации являются среднеквадратичные величины уровней виброскорости в октавных полосах частот, которые описываются выражением:

L_V = 20 ^. lg (V / V₀), дБ, (16)

где V – среднеквадратичная величина виброскорости, м/с; V₀ = 5^.10^-8 м/с – пороговая величина виброскорости. Допустимые величины уровней вибрации в зависимости от частоты составляют 92–107 дБ.

5. Электромагнитные излучения представляют совокупность электрического и магнитного полей с частотами от 0 до 3 ^. 10¹⁰ Гц. Эти поля имеют природное (грозовые разряды; шумовое радиоизлучение грозовых облаков и циклонов; излучения, обусловленные геологической активностью земной коры) или техногенное (линии электропередач, радиосвязь, высокочастотные печи) происхождение. Электромагнитные излучения характеризуются частотой (F, Гц), напряженностями электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, А/м) полей. Глубина проникновения электромагнитных полей в биологическую ткань падает с ростом их частоты. Поэтому вредное воздействие низкочастотных полей оценивается отдельно для электрической и магнитной составляющих поля, а воздействие высокочастотных полей оценивается по величине их плотности потока мощности. Для частоты 50 Гц допустимое значение Е = 5 кВ/м.

6. Ионизирующие излучения, проходя через любую среду, вызывают ее ионизацию. Природными источниками ионизирующих излучений являются космические лучи и распределенные по Земле радиоактивные вещества.

D = d E / d m. (17)

Единицей измерения является 1 Гр. = 100 рад = 1 Дж / кг. Действие ионизирующих излучений на биологические объекты зависит не только от поглощенной дозы, но и от вида излучения. Для учета данного влияния вводят понятие коэффициент качества излучения q, числовые значения которого приведены в таблице 4.

Таблица 4

Для оценки радиационной опасности ионизирующих излучений произвольного состава введено понятие эквивалентной дозы облучения H. Она определяется как произведение поглощенной дозы D, Зв на коэффициент качества излучения q:

H (Зв) = D ^. q. (18)

Единицей измерения является 1 Зв = 100 бэр = 1 Дж / кг.

Поглощенная и эквивалентная дозы излучения, отнесенные к единице времени, называются мощностью соответствующих доз.

В России разработаны санитарное законодательство и предельно допустимые уровни облучения человека.

А – персонал, работающий с источниками ионизирующих излучений;

Б – ограниченная часть населения, не работающая с источниками ионизирующих излучений, но, которая, по условиям проживания или размещения рабочих мест, может подвергаться воздействию ионизирующих излучений;

В – все население не вошедшее в категории А и Б.

Поскольку разные части тела человека имеют неодинаковую чувствительность к воздействию ионизирующих излучений, они разделены на следующие группы критических органов:

I группа – все тело, костный мозг;

II группа – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, легкие, глаза и другие органы, не относящиеся к I и III группам;

III группа – кожный покров, кисти, предплечья, лодыжки и стопы.

Установлены три класса нормативов: основные дозовые пределы; допустимые уровни; рабочие контрольные уровни. В качестве основных дозовых пределов в зависимости от группы критических органов для категории А устанавливается предельно допустимая доза за год (ПДД), а для категории Б - предел дозы за год (ПД), которые для I группы составляют ПДД = 0,05 Зв/г.; ПД = 0,005 Зв/г.

7. Тепловое излучение свойственно любым телам с температурой выше абсолютного нуля. Тепловое воздействие облучения на организм зависит от длины волны и интенсивности потока излучения. Инфракрасные лучи с длиной волны 0,78 – 1,4 мкм плохо задерживаются человеческой кожей. Они вызывают наибольшее повышение температуры биологических тканей. Допустимая для человека интенсивность теплового облучения на рабочих местах составляет 0,14 кВт / м².

8. Ультрафиолетовым (УФ–излучением) называют электромагнитные излучения, имеющие длины волн от 200 до 400нм. Естественным источником УФ–излучения является Солнце. Искусственными источниками УФ–излучения являются электрические дуги, лазеры и т.д. Единицей измерения потока УФ–излучения является эр, соответствующий потоку излучения с длиной волны 297 нм и мощностью 1 Вт.

длинноволновой – 400–315 нм – УФ-А;

средневолновой – 315–280 нм – УФ-В;

коротковолновой – 280–200 нм – УФ-С.

Нормируемой величиной является интенсивность ультрафиолетового облучения. Ее допустимая величина зависит от времени действия излучения на человека.

Допустимая интенсивность облучения при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м² и периода облучения до 5 мин, длительности пауз между ними не менее 30 мин и общей продолжительности воздействия за сутки до 60 мин - не должна превышать

50,0 Вт/м² – для области УФ-А

0,05 Вт/м² – для области УФ-В

0,001 Вт/м² – для области УФ-С.

Допустимая интенсивность ультрафиолетового облучения при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м² (лицо, шея, кисти рук и др.), общей продолжительности воздействия излучения 50 % рабочей смены и длительности однократного облучения свыше 5 мин и более не должна превышать

10,0 Вт/м² – для области УФ-А;

0,01 Вт/м² – для области УФ-В.

Излучение в области УФ-С при указанной продолжительности не допускается.

9. Концентрация ионов в воздушной среде – достаточно важный показатель, характеризующий состояние биосферы.

Ионизация воздуха происходит преимущественно за счет ультрафиолетового излучения солнца и естественных ионизирующих излучений, а также за счет рассеянных в земной коре радиоактивных веществ. Образование ионов в биосфере происходит практически постоянно: в чистой сельской местности концентрация ионов обычно колеблется между 700 и 1000 ионов/см³. В загрязненных регионах, и особенно в помещениях, концентрация ионов крайне низка – 40 - 100 ионов/см³. Ионизация воздуха является одним из условий нормального развития высокоорганизованной жизни.

Характеристиками ионов являются подвижность и заряд. Подвижность ионов выражается коэффициентом пропорциональности "К" между скоростью ионов, см/с и напряженностью электрического поля, В/м, воздействующего на ион. Подвижность ионов зависит от их массы: чем больше масса, тем меньше скорость перемещения ионов в электрическом поле. По подвижности весь спектр ионов делят на пять диапазонов:

• легкие К > 1,0;

• средние 1,0 > К > 0,01;

• тяжелые 0,01 > К > 0.0001;

• ионы Ланжевена 0,001 > К > 0,0002;

• сверхтяжелые ионы 0,0002 > К.

По результатам измерения концентрации ионов в воздушной среде рассчитывается показатель униполярности. Показателем униполярности П является отношение разности числа ионов положительной n⁺ и отрицательной n^- полярности к их сумме, т.е.

----П = (n⁺ - n^-) / (n⁺ + n^-). (19)

Показатель униполярности может изменяться в диапазоне от +1 до -1. При равенстве количества ионов положительного и отрицательного знаков П = 0.

В деревенском или горном воздухе число легких аэроионов обоих зарядов в солнечный день доходит до 800 - 1000 в 1 см³. В чистом воздухе тяжелые ионы совершенно отсутствуют. В воздухе городов число легких ионов может упасть до 50-100, а тяжелых - возрасти до десятков тысяч в 1 см³. Тяжелые ионы вредны для здоровья человека, а легкие, особенно отрицательные, обладают благотворным и целебным действием. Нормативные показатели ионизации воздуха приведены в таблице 5.

Таблица 5