Лекция 6 Нормирование воздействия и критические нагрузки

Лекция 6 Нормирование воздействия и критические нагрузки

Норматив качества окружающей среды всегда конкретен и основан на определенных принципах. К ним относятся:

а) объект защиты, например человек, древесные растения, тех­нологическое оборудование и т. д.;

б) среда, в которой нормируется и контролируется содержание вещества (воздух, вода, почва, биосубстраты человека: кровь, моча, волосы и т. д.); критерий вредности – появление заболеваний или скрытой вре­менно компенсированной патологии у человека или его потом­ства, выход из строя технологического оборудования; снижение продуктивности, пищевой ценности растений и т. д.;

в) регламентируемая временная характеристика (воздействие в течение всей жизни человека, в течение его рабочего стажа, в короткий промежуток времени, например, в аварийных ситуациях);

г) «цена» норматива – последствия, к которым может приве­сти отсутствие или превышение допустимого уровня.

Санитарно-гигиенические нормативы — это устанавливаемые в законодательном порядке, обязательные для исполнения всеми ведомствами, органами и организациями допустимые уровни содержания химических соединений в объектах окружающей сре­ды.

Нормативы допустимого содержания химических соединений разрабатываются рядом международных организа­ций: Международной организацией труда (МОТ), Всемирной ор­ганизацией здравоохранения (ВОЗ).

В течение длительного времени санитарно-гигиенические нор­мативы оставались единственными критериями качества окру­жающей среды. В настоящее время наряду с гигиеническими ПДК разрабатываются также ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Нормируются химический состав иррига­ционных вод, содержание вредных веществ в кормах; устанав­ливаются ПДК химических соединений в сточных водах, подавае­мых на сооружения по биологической очистке.

До настоящего времени гигиенические ПДК ос­таются пока ведущим критерием качества окружающей среды и используются для оценки опасности экологической обстановки, расчета предельно допустимых выбросов и сбросов (ПДВ и ПДС) установления связи загрязнения окружающей среды с риском развития нарушений здоровья населения. Несмотря на это при гигиеническом нормировании химических веществ в некоторых средах (вода, почва) наряду с медико-биологическими показа­телями учитываются и экологические критерии. Действующие ПДК по своей сути являются антропоцентрическими и не могут гарантировать отсутствие биоэкологических изменений (наруше­ния экосистем, влияние на популяции и различные виды биообъек­тов). Данный факт подчеркивает не­обходимость скорейшей разработки концепции экологического нормирования и включения в законодательство не только сани­тарно-гигиенических критериев, но и экологических стандартов.

В основе определения ПДК лежит концепция порога вредного воздействия. В гигиене порогом вредного действия называют такую минимальную концентрацию вещества в объекте внешней среды (или дозу, попавшую в организм), при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления вещества) воз­никают изменения, выходящие за пределы физиологических при­способительных реакций, или скрытая (временно компенсирован­ная) патология (И. В. Саноцкий).

ДСД – допустимая суточная доза в-ва (мг/кг/сут) – это доза, не оказывающая  негативного воздействия при ежедневном потреблении на здоровье человека на протяжении всей его жизни и последующие поколения. Доза в-ва в мг рассчитывается на вес человека в сутки. Всякое в-во может быть токсичным при превышении порога воздействия.

Установление нормы ДСД

Понятие ДСД используют для оценки токсичности пестицидов в продуктах питания. Нормы устанавливаются после проведения экспериментов над двумя типами животных в течение их жизни, а также над двумя последующими поколениями их потомства. Наивысшая доза, не вызвавшая в этих экспериментах никаких заболеваний, называется концентрацией нулевого воздействия (КВН = noael). Данные нормы нельзя безоговорочно распространять на человека, поскольку у подопытных животных, даже если это млекопитающие, иной обмен веществ, отличный от людей. Чтобы полученные опытные данные можно было надежно использовать, значение КВН делят на 100. Коэффициент 100 получается из умозрительный заключений: в 10 раз организм мыши отличается от человеческого, в 10 раз различия могут иметь место между организмами у людей 0,01 = 0,1*0,1. Таким образом, получается «суточная допустимая доза» ДСД пестицидов в продуктах питания для человека:

Д_сут = 0,01∙КНВ

Чтобы установить максимально допустимую концентрацию пестицида в сельскохозяйственной продукции, нужно знать, какое количество продуктов питания ежедневно употребляются в пищу. Для расчета дозы необходимо учитывать массу тела потребителя. Допустимая суточная доза потребления для пестицидов Д_{сут.пестиц.} может быть рассчитана в (мг/кг) по формуле:

Д_{сут.пестиц}.=Д_сут ∙ (масса тела) / суточное потребление пищи (кг).

В данных расчетах следует учитывать специфику потребления пищи в разных частях нашей планеты, и их нужно применять строго дифференцировано. Для эскимоса, который питается в основном рыбой, допустимая суточная доза пестицидов будет иметь совсем иное значение, чем у китайца, употребляющего в основном растительную пищу. Отдельные примеры максимально допустимых количеств пестицидов в продуктах питания указаны в статьях про действующие вещества.

Тогда, когда указанные значения не превышены, можно полагать, что человеческий организм защищен от действия пестицидов.

 

В основе методологии гигиенического нормирования хими­ческих веществ в производственной и окружающей среде лежат следующие принципы:

1. примата медико-биологических показателей перед технологическими, эко­номическими и другими критериями;

2.  опережение обоснования и осуществления профи­лактических мероприятий по сравнению с моментом внедрения тех или иных вредных факторов;

3. принцип порогового действия вредных факторов говорит о том, что существует пороговая концентрация в-ва, после достижения которой воздействие становится токсичным. Вместе с тем для мутагенов и канцерогенов вопрос о пороговом специфическом действии их до настоящего времени остается окон­чательно не решенным. Существует множество аргументов как в пользу порогового действия, так и в поддержку беспороговой кон­цепции.

4. Величина дозы и продолжительность воздействия не только определяют время появления биологического эффекта, но и нередко влияют на его качественные характеристики. Например, в условиях ост­рых воздействий бензол в основном оказывает влияние на цент­ральную нервную систему, а при длительном воздействии малых доз и концентраций вызывает поражение системы кроветворения.

5. Принцип моделирования вредного действия химических ве­ществ в эксперименте при обосновании гигиенических нормати­вов дает возможность опережать разработку нормативов по отношению к моментом внедрения химических соединений в производство.

6. Принцип учета «слабого звена» – величина норматива выбирается на уровне наименьшей из значений концентрации, установленных по различ­ным критериям вредности.

 

Для современного общества уже очевидно, что для нормальной жизнедеятельности организма, требуется, чтобы вся экосистема, в которой обитает человек воспроизводила свое качество.

МОСКВА, 1987 г.

Таблица 1

 

Критические нагрузки

Для предотвращения загрязнения и/или деградации наземных и водных экосистем необходимо следить за тем, чтобы антропогенные нагрузки загрязняющих веществ (поллютантов) укладывались в рамки природных колебаний различных звеньев биогеохимических пищевых цепей (De Vries et al, 1998; Posch et al, 1999; Bashkin, 2002). Это верно как для природных, так и городских территорий. В то же время известно, что большинство применяемых экологических стандартов, например ПДК почв, были разработаны для агроэкосистем. Их использование в городских, а тем более естественных условиях приводит к получению некорректных выводов о состоянии окружающей среды. Рассмотрим лишь один пример: величины критических уровней содержания поллютанов, установленных в странах ЕС, США и Канаде во много раз (от 10 до 200) превосходят соответствующие цифры в России. Например, ПДК для содержания валового свинца в почве Москвы равно 32 мг/кг, а в почве Лондона - от 300 до 2000 мг/кг. Возникает необходимость поиска показателя, отражающего потенциальные возможности природной системы к антропогенной нагрузке.

Известно, что биогеохимическая цикличность природных процессов является универсальным свойством биосферы, определяющим устойчивость любых экосистем к поступлению различных антропогенных поллютантов (кислотные соединения серы и азота, тяжелые металлы, стойкие органические соединения, агрохимикаты и др.). Соответственно, концепция критических нагрузок, основанная на биогеохимических принципах, и предполагает определение такого уровня поступления поллютантов, когда только начинается проявление вредного воздействия ЗВ на экосистему.

Величины критических нагрузок могут быть охарактеризованы как максимальное поступление поллютантов, которое не сопровождается необратимыми изменениями в биогеохимической структуре, биоразнообразии и продуктивности экосистем в течение длительного времени, т. е. 50-100 лет (Башкин, 1997).

Термин критическая нагрузка относится только к поступлению поллютантов. Опасные концентрации газообразных соединений в атмосфере называются критическими уровнями. Они определяются как концентрации в атмосфере, выше которых могут проявляться обратимые и необратимые воздействия на человека и на компоненты экосистем.

Рис. 1. Схема зависимости появления эффектов воздействия на экосистемы от объемов выпадения ЗВ (Bashkin, 2002)

 

Графически методология критических нагрузок показана на рисунке 1. Фактор безопасности отражает ПДК, при котором не наблюдаются каких-либо функциональных проявлений на здоровье человека от воздействия. Критическая нагрузка это количество загрязнителя, начиная с которого наблюдается устойчивый тренд эффектов воздействия.

При этом величины критических нагрузок могут быть рассчитаны в двух вариантах. Первый - с использованием фактора безопасности для того, чтобы избежать неопределенности в используемых при расчетах величинах, что уменьшает величины критических нагрузок.

Второй – в виде целевых критических нагрузок, рассчитанных на экономически возможное сокращение поступления поллютантов.

Концепция критических нагрузок предусматривает достижение максимальной экологической выгоды при сокращении эмиссии поллютантов, поскольку показывает оценку дифференцированной чувствительности различных экосистем к атмотехногенным поступлениям поллютантов. Расчеты и картографирование критических нагрузок позволяют создавать оптимизационные эколого-экономические модели с соответствующей оценкой минимальных экономических вложений для достижения максимального экологического эффекта в масштабе города или его части, так и в масштабе региона для учета трансрегионального загрязнения.

Расчет и картографирование критических нагрузок при мониторинге атмосферных выпадений серы и азота могут быть также использованы для идентификации регионов, где выпадения превышают величины критических нагрузок. Эта информация, а также использование моделей атмосферного переноса позволит определить, в каких регионах и в какой степени необходимо провести сокращение выбросов загрязняющих веществ, чтобы обеспечить снижение вредных выбросов.

Лекция 6 Нормирование воздействия и критические нагрузки

Норматив качества окружающей среды всегда конкретен и основан на определенных принципах. К ним относятся:

а) объект защиты, например человек, древесные растения, тех­нологическое оборудование и т. д.;

б) среда, в которой нормируется и контролируется содержание вещества (воздух, вода, почва, биосубстраты человека: кровь, моча, волосы и т. д.); критерий вредности – появление заболеваний или скрытой вре­менно компенсированной патологии у человека или его потом­ства, выход из строя технологического оборудования; снижение продуктивности, пищевой ценности растений и т. д.;

в) регламентируемая временная характеристика (воздействие в течение всей жизни человека, в течение его рабочего стажа, в короткий промежуток времени, например, в аварийных ситуациях);

г) «цена» норматива – последствия, к которым может приве­сти отсутствие или превышение допустимого уровня.

Санитарно-гигиенические нормативы — это устанавливаемые в законодательном порядке, обязательные для исполнения всеми ведомствами, органами и организациями допустимые уровни содержания химических соединений в объектах окружающей сре­ды.

Нормативы допустимого содержания химических соединений разрабатываются рядом международных организа­ций: Международной организацией труда (МОТ), Всемирной ор­ганизацией здравоохранения (ВОЗ).

В течение длительного времени санитарно-гигиенические нор­мативы оставались единственными критериями качества окру­жающей среды. В настоящее время наряду с гигиеническими ПДК разрабатываются также ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Нормируются химический состав иррига­ционных вод, содержание вредных веществ в кормах; устанав­ливаются ПДК химических соединений в сточных водах, подавае­мых на сооружения по биологической очистке.

До настоящего времени гигиенические ПДК ос­таются пока ведущим критерием качества окружающей среды и используются для оценки опасности экологической обстановки, расчета предельно допустимых выбросов и сбросов (ПДВ и ПДС) установления связи загрязнения окружающей среды с риском развития нарушений здоровья населения. Несмотря на это при гигиеническом нормировании химических веществ в некоторых средах (вода, почва) наряду с медико-биологическими показа­телями учитываются и экологические критерии. Действующие ПДК по своей сути являются антропоцентрическими и не могут гарантировать отсутствие биоэкологических изменений (наруше­ния экосистем, влияние на популяции и различные виды биообъек­тов). Данный факт подчеркивает не­обходимость скорейшей разработки концепции экологического нормирования и включения в законодательство не только сани­тарно-гигиенических критериев, но и экологических стандартов.

В основе определения ПДК лежит концепция порога вредного воздействия. В гигиене порогом вредного действия называют такую минимальную концентрацию вещества в объекте внешней среды (или дозу, попавшую в организм), при воздействии которой в организме (при конкретных условиях поступления вещества) воз­никают изменения, выходящие за пределы физиологических при­способительных реакций, или скрытая (временно компенсирован­ная) патология (И. В. Саноцкий).

ДСД – допустимая суточная доза в-ва (мг/кг/сут) – это доза, не оказывающая  негативного воздействия при ежедневном потреблении на здоровье человека на протяжении всей его жизни и последующие поколения. Доза в-ва в мг рассчитывается на вес человека в сутки. Всякое в-во может быть токсичным при превышении порога воздействия.

Установление нормы ДСД

Понятие ДСД используют для оценки токсичности пестицидов в продуктах питания. Нормы устанавливаются после проведения экспериментов над двумя типами животных в течение их жизни, а также над двумя последующими поколениями их потомства. Наивысшая доза, не вызвавшая в этих экспериментах никаких заболеваний, называется концентрацией нулевого воздействия (КВН = noael). Данные нормы нельзя безоговорочно распространять на человека, поскольку у подопытных животных, даже если это млекопитающие, иной обмен веществ, отличный от людей. Чтобы полученные опытные данные можно было надежно использовать, значение КВН делят на 100. Коэффициент 100 получается из умозрительный заключений: в 10 раз организм мыши отличается от человеческого, в 10 раз различия могут иметь место между организмами у людей 0,01 = 0,1*0,1. Таким образом, получается «суточная допустимая доза» ДСД пестицидов в продуктах питания для человека:

Д_сут = 0,01∙КНВ

Чтобы установить максимально допустимую концентрацию пестицида в сельскохозяйственной продукции, нужно знать, какое количество продуктов питания ежедневно употребляются в пищу. Для расчета дозы необходимо учитывать массу тела потребителя. Допустимая суточная доза потребления для пестицидов Д_{сут.пестиц.} может быть рассчитана в (мг/кг) по формуле:

Д_{сут.пестиц}.=Д_сут ∙ (масса тела) / суточное потребление пищи (кг).

В данных расчетах следует учитывать специфику потребления пищи в разных частях нашей планеты, и их нужно применять строго дифференцировано. Для эскимоса, который питается в основном рыбой, допустимая суточная доза пестицидов будет иметь совсем иное значение, чем у китайца, употребляющего в основном растительную пищу. Отдельные примеры максимально допустимых количеств пестицидов в продуктах питания указаны в статьях про действующие вещества.

Тогда, когда указанные значения не превышены, можно полагать, что человеческий организм защищен от действия пестицидов.

 

В основе методологии гигиенического нормирования хими­ческих веществ в производственной и окружающей среде лежат следующие принципы:

1. примата медико-биологических показателей перед технологическими, эко­номическими и другими критериями;

2.  опережение обоснования и осуществления профи­лактических мероприятий по сравнению с моментом внедрения тех или иных вредных факторов;

3. принцип порогового действия вредных факторов говорит о том, что существует пороговая концентрация в-ва, после достижения которой воздействие становится токсичным. Вместе с тем для мутагенов и канцерогенов вопрос о пороговом специфическом действии их до настоящего времени остается окон­чательно не решенным. Существует множество аргументов как в пользу порогового действия, так и в поддержку беспороговой кон­цепции.

4. Величина дозы и продолжительность воздействия не только определяют время появления биологического эффекта, но и нередко влияют на его качественные характеристики. Например, в условиях ост­рых воздействий бензол в основном оказывает влияние на цент­ральную нервную систему, а при длительном воздействии малых доз и концентраций вызывает поражение системы кроветворения.

5. Принцип моделирования вредного действия химических ве­ществ в эксперименте при обосновании гигиенических нормати­вов дает возможность опережать разработку нормативов по отношению к моментом внедрения химических соединений в производство.

6. Принцип учета «слабого звена» – величина норматива выбирается на уровне наименьшей из значений концентрации, установленных по различ­ным критериям вредности.

 

Для современного общества уже очевидно, что для нормальной жизнедеятельности организма, требуется, чтобы вся экосистема, в которой обитает человек воспроизводила свое качество.