ПДК диоксида азота в воздухе: чем опасно превышение в атмосфере и как его определить?

Диоксид азота – опасный газ, в основном техногенного происхождения. Образуется при сжигании топлива – бензина в автомобилях, угля на электростанциях, природного газа на заводах.

В небольших концентрациях вещество раздражает дыхательные пути, а в высоких – вызывает отек легких.

Какие концентрации оксида азота относительно безвредны, откуда он появляется, каким документом установлена максимальная разовая ПДК, что происходит с человеком после 10 минут вдыхания газа? Эти и другие вопросы рассмотрим в данной статье.

Определение количества оксида азота

Определение массовой концентрации диоксида азота (и оксида азота) в пробах атмосферного воздуха производится в соответствии с РД 52.04.792-2014.

Этим руководящим документом введена методика измерений соединений азота фотометрическим методом с использованием реагентов – сульфаниловой кислоты и I-нафтиламина. Диапазон измерений разовой массовой концентрации диоксида азота при анализе составляет от 0,021 до 4,3 мг/м³.

Методика используется лабораториями, выполняющими измерения в области мониторинга загрязнения АВ для получения данных по программе наблюдений о разовых и среднесуточных концентрациях соединений азота.

В основе метода – улавливание диоксида азота пленочным хемосорбентом на основе калия йодистого и последующее фотометрическое определение образующегося нитрит-иона (по окраске продукта его реакции с реагентами).

Обычно в АВ при отборе проб присутствует множество загрязняющих веществ, в том числе взвешенные частицы. Примеси не мешают определению концентрации диоксида азота, не искажают результат.

Определение массовой концентрации диоксида азота в воздухе рабочих мест или стационарных постов производится по ГОСТ Р 52717-2007. Этот национальный стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 8761:1989.

Метод предназначен для отбора проб в непосредственной близости от человека, в зоне дыхания, а также при отборе проб в рабочей зоне.

Содержание диоксида азота определяют с помощью индикаторных трубок с непосредственным отсчетом показаний и ускоренным отбором проб. Для анализа используются различные системы реагентов.

Анализ выполняется по следующему алгоритму. Проба воздуха просасывается через индикаторную трубку с твердым сорбентом и реагентами в течение определенного времени. Реакция диоксида азота приводит к образованию окрашенного продукта реакции – в трубке появляется окрашенный слой с четкой границей.

Массовую концентрацию вещества определяют путем сравнения длины изменившего окраску слоя с длинами слоев, полученных с использованием поверочных газовых смесей. При анализе учитывается влияние мешающих веществ на показания прибора, применяются поправочные коэффициенты на изменения температуры, давления и относительной влажности.

Максимальная норма

Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений России установлены СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

Документ утвержден Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 № 2. Содержание загрязняющих веществ в АВ должно соответствовать установленным нормам.

Соблюдение предприятиями ПДК отслеживается региональными надзорными органами, в частности, территориальными отделениями Роспотребнадзора, которые привлекают для исследования состава воздуха аккредитованные лабораторные центры.

В случае обнаружения превышения предельных значений предприятия привлекают к административной ответственности. При незначительном нарушении компания и ответственные должностные лица заплатят штраф. При более серьезном загрязнении воздуха деятельность предприятия может быть приостановлена на срок до 90 суток.

Требования к компонентам составу воздуха находятся в таблице 1.1 СанПиН 1.2.3685-21. Азота диоксид относится к 3 классу опасности.

Согласно СанПиН 1.2.3685-21, значения ПДК (максимально допустимой разовой, среднесуточной, среднегодовой) диоксида азота не должны превышать следующие показатели:

Максимальная разовая концентрация предотвращает раздражающее действие, рефлекторные реакции и запахи при воздействии диоксида азота до 20-30 минут. Среднесуточная концентрация обеспечивает допустимые (приемлемые) уровни риска при воздействии вещества не менее 24 часов.

Среднегодовая концентрация обеспечивает допустимые (приемлемые) уровни риска при хроническом (не менее 1 года) воздействии на организм.

Откуда он берется?

Природное поступление в АВ окислов азота в основном связано с молниями. При электрическом разряде сначала образуется монооксид азота, превращаясь затем в диоксид азота. Определенное количество вещества поступает в воздух во время лесных пожаров, при извержении вулканов.

Значительная доля оксидов азота естественного происхождения включена в биохимический круговорот — перерабатывается микроорганизмами в почвенном слое.

Что касается антропогенного загрязнения воздуха диоксидом азота, то основная доля приходится на разнообразные процессы горения органических веществ. Главный источник поступления техногенного диоксида азота в атмосферу (более 40%) – двигатели внутреннего сгорания транспортных средств, а также реактивная авиация.

До 25% выбросов диоксида азота дает сжигание топлива на тепловых электростанциях, в котельных. Аналогичный вклад вносят объекты металлургической и машиностроительной промышленности.

Дополнительный источник антропогенных выбросов NO₂ – химические производства, а также сельское хозяйство, использующее химические удобрения, в том числе с соединениями азота в составе. В воздухе помещений загрязнитель образуется из-за сигаретного дыма, газовых плит, керосиновых обогревателей.

Оксиды азота в виде NO (монооксида азота) и NO₂ (диоксида азота) в промышленных выбросах и загрязненной атмосфере обычно присутствуют одновременно, поэтому обобщенно обозначаются как NO_x. При сгорании топлива на ТЭС и в автомобилях до 90 % соединений азота образуется в виде монооксида азота, 10% – в виде диоксида азота.

Монооксид азота – бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом. Вблизи от источника выбросов фиксируется высокая концентрация NO.

Затем в отдалении от источника в результате химических реакций большая часть NO трансформируется в NO₂ оксид азота (IV) (диоксид азота, двуокись азота, пероксид азота) – гораздо более опасное соединение.

Диоксид азота – оранжево-бурый ядовитый газ с резким неприятным запахом. Из-за характерного цвета NO₂ выбросы предприятий, содержащие это вещество, называют «лисий хвост».

Диоксид азота очень токсичен, является мощным окислителем, сильнодействующим неорганическим ядом. При температуре ниже 21,2 ° C газообразное вещество переходит в другое агрегатное состояние, превращаясь в жидкость. NO₂ утрачивает характерный для газообразного состояния цвет, но сохраняет удушливый запах.

Концентрации оксидов азота в атмосфере стали уделять особое внимание после обнаружения озоновых дыр и открытия азотного цикла разрушения озона. Дело в том, что выбросы в атмосферу, содержащие оксиды азота, являются кислотообразующими – способствующими закислению атмосферных осадков.

В результате загрязнения атмосферы оксидами азота происходит различное по масштабу воздействие на окружающую среду:

• локальное, при котором отмечается повышение концентрации NO₂ в воздухе;
• региональное, приводящее к выпадению кислотных дождей и неизбежным последствиям этого негативного фактора.

Образующаяся в результате взаимодействия диоксида азота с водой азотная кислота обладает мощными свойствами коррозионного агента, разрушая металлические конструкции и сооружения.

Повышенные концентрации соединений азота в приземном слое воздуха оказывают вредное воздействие на здоровье человека, а также на растительный и животный мир.

Влияние на организм

Загрязнение атмосферного воздуха является причиной развития самых различных форм заболеваний среди населения. На его долю прихо­дится до 50 % всех экологически обусловленных заболева­ний. В первую очередь качество атмосферного воздуха влияет на здоровье детей, пожилых, а также лиц, страдающих хроническими заболеваниями органов дыха­ния и сердечно-сосудистой системы.

Также влияние на организм диоксида азота проявляется в раздражении слизистых оболочек дыхательных путей, вдыхание его ядовитых паров приводит к серьезной интоксикации.

К группе особого риска отравления двуокисью азота относятся жители крупных городов индустриального типа, так как именно в них концентрация токсичного вещества в воздухе часто превышает допустимые нормы.

Для определения уровня содержания диоксида азота необходим химический анализ атмосферного воздуха, который позволяет выявить степень заражения веществом. Монооксид азота NO и диоксид азота NO₂ в атмосферном воздухе обычно присутствуют в тандеме, поэтому оценивается их совместное воздействие на организм человека.

Монооксид азота – бесцветный газ, не раздражающий дыхательные пути, поэтому человек может его не почувствовать. Но при вдыхании NO связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое нитрозосоединение, быстро переходящее в метгемоглобин, который не способен связывать и пе­реносить кислород.

Это приводит к кислородной недостаточности. Концентрация метгемоглобина в крови 60-70 % считается смертельной. Но такая высокая концентрация может возникнуть только в закрытых помещениях.

Диоксид азота, оказавшись в организме, нарушает работу органов дыхания путем агрессивного воздействия на слизистые оболочки, вызывая при продолжительном контакте бронхит и эмфизему.

Опасность отравления диоксидом азота состоит в том, что на первых этапах оно практически незаметно и проходит бессимптомно. Симптомы проявляются только в случае попадания в организм значительного объема вещества.

Первые признаки интоксикации:

• головная боль;
• общая слабость;
• боли в области груди;
• кашель и спазмы.

При усугублении отравления:

• повышается температура тела;
• усиливается тошнота;
• появляется кашель с мокротой;
• нарушается работа легких и других органов дыхания.

NO₂ вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Даже при слабых концентрациях, до 0,23 мг/м³, человек ощущает присутствие газа. Показатель является порогом обнаружения диоксида азота.

Но уже после 10 минут вдыхания организм перестает его распознавать, при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. В концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения, эти признаки также исчезают. Таким образом, NO₂ ослабляет обоняние.

NO₂ ослабляет ночное зрение – способность глаз адаптироваться к темноте. Этот эффект наступает при концентрации 0,14 мг/м³.

Диоксид азота приводит к увеличению усилий, затрачиваемых на дыхание, особенно у людей с хроническими заболеваниями легких. Это функциональный эффект. Патологические эффекты проявляются в высокой восприимчивости к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей – катар верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких.

Кроме того, диоксид азота, контактируя с влагой, образует в организме азотистую и азотную кислоты, разъедающие альвеолы легких. В результате может возникнуть отек легких, который зачастую приводит к летальному исходу.

Длительное воздействие оксидов азота снижает сопротивляемость легких к бактериям. Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой легких, астмой) и болезнями сердечно-сосудистой системы особенно уязвимы перед NO₂.

У них с высокой вероятностью развиваются осложнения (например, воспаление легких) даже при «несерьезных» ОРВИ.

Отрицательное воздействие на растительный мир

Взаимодействие диоксида азота с водой, кислородом и другими химическими примесями в атмосфере приводит к образованию кислотных дождей, которые наносят вред чувствительным экосистемам – лесам и озерам. Повышенные концентрации NO₂ вредят растительности, снижают рост и урожайность сельскохозяйственных культур.

Оксиды азота воздействуют на растительность:

• путем прямого контакта;
• через образующиеся в АВ кислотные осадки;
• косвенно – путем фотохимического образования озона и других окислителей.

Прямое воздействие наблюдается при пожелтении или побурении листьев и игл, происходящих в результате окисления хлорофилла. Негативное биологическое влияние проявляется в обесцвечивании листьев, увядании цветков, прекращении плодоношения и роста.

Нарушения роста растений при воздействии диоксида азота отмечаются при концентрациях от 0,35 мг/м³.

Опасность повреждения растений диоксидом азота особенно актуальна для больших городов и промышленных районов – территорий со средней концентрацией NO₂ 0,2-0,3 мг/м³.

Разрушительное действие NO₂ на растительность усиливается в присутствии диоксида серы. Эти газы обладают синергизмом и в атмосфере часто присутствуют вместе. В то время, как действие одного диоксида азота в концентрации до 0,35 мг/м³ большинство растений переносят нормально, в присутствии диоксида серы от аналогичного количества NO₂ ощутимо пострадают.

Заключение

Мы рассказали, откуда берется диоксид азота в атмосферном воздухе. Он выбрасывается в атмосферу в составе выхлопных газов автомобилей, выделяется при сжигании угля, нефти, природного газа на электростанциях и заводах. Источниками образования этого вещества являются газовые плиты, керосиновые обогреватели, дровяные котлы и даже зажженные сигареты.

Азота диоксид воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, приводит к изменению показателей крови. Высокие концентрации вещества способны привести к трагическому исходу.