Критерии комфортности и безопасности техносферы

Комфортное состояние жизненного пространства по показателям микроклимата и освещения достигается соблюдением нормативных требований. В качестве критериев комфортности устанавливают значения температуры воздуха в помещениях, его влажности и подвижности (например, ГОСТ 12.1.005–88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»). Условия комфортности достигаются также соблюдением нормативных требований к естественному и искусственному освещению помещений и территорий (например,
СНиП 23–05–95 «Естественное и искусственное освещение»). При этом нормируются значения освещенности и ряд других показателей систем освещения.

Критериями безопасности техносферы являются ограничения, вводимые на концентрации веществ, и потоки энергий в жизненном пространстве.

Êîíöåíòðàöèè ðåãëàìåíòèðóþò, èñõîäÿ èç ïðåäåëüíî äîïóñòèìûõ çíà÷åíèé êîíöåíòðàöèé (ÏÄÊ) ýòèõ âåùåñòâ â æèçíåííîì ïðîñòðàíñòâå

 

С_i ≤ ПДК_i, (1)

 

где С_i – концентрация i-го вещества в жизненном пространстве; ПДК_i – предельно допустимая концентрация i-го вещества в жизненном пространстве;

Для потоков энергии допустимые значения устанавливаются соотношениями

 

I_i ≤ ПДУ_i, (2)

 

где I_i – интенсивность i-го потока энергии; ПДУ_i – предельно допустимая интенсивность потока энергии.

Конкретные значения ПДК и ПДУ устанавливаются нормативными актами Государственной системы санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Так, например, применительно к условиям загрязнения производственной и окружающей среды электромагнитными излучениями радиочастотного диапазона действуют Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.2.4/2.1.8.055–96.

Для оценки загрязнения атмосферного воздуха в населенных пунктах регламентированы класс опасности и допустимые концентрации загрязняющих веществ.

Концентрация каждого вредного вещества в приземном слое не должна превышать максимально разовой предельно допустимой концентрации, т.е. С ≤ ПДК_max, при экспозиции не более 20 мин. Если время воздействия вредного вещества превышает 20 мин, то С ≤ ПДК_сс.

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их концентрации должны удовлетворять условию
(1) в виде

 

С₁/ПДК₂ + C₂/ПДК₂ + …С_n/ПДК_n < 1

 

ПДК и ПДУ лежат в основе определения предельно допустимых выбросов (сбросов) или предельно допустимых потоков энергии для источников загрязнения среды обитания.

Опираясь на значения ПДК и ПДУ и зная фоновые значения концентраций веществ (С_ф) и потоков энергии (I_ф) в конкретном жизненном пространстве, можно определить предельно допустимые выбросы (сбросы) примесей (энергии) для конкретных источников загрязнения среды обитания.

Так, например, при определении предельно допустимого выброса (ПДВ) вещества в атмосферный воздух источник загрязнения должен выполнить условие

 

 

где С – концентрация вещества в жизненном пространстве, которая может быть создана источником загрязнения.

По значению концентрации С можно найти ПДВ для промышленного объекта. Требования к расчету содержатся в ГОСТ 17.2.3.02–78 и в ОНД–86.

Таким образом, наличие достаточно жесткой связи между концентрациями примесей в жизненном пространстве и потоком примесей, выделяемых источником загрязнения, позволяет реально управлять ситуацией, связанной с загрязнением жизненного пространства, за счет изменения количества выбрасываемых веществ (энергии).

Предельно допустимые выбросы (сбросы) и предельно допустимые излучения энергии источниками загрязнения среды обитания являются критериями экологичности источника воздействия на среду обитания. Соблюдение этих критериев гарантирует реализацию условий
(1) – (2) и безопасность жизненного пространства.

В тех случаях, когда потоки масс и/или энергий от источника негативного воздействия в среду обитания могут нарастать стремительно и достигать чрезмерно высоких значений (например, при авариях), в качестве критерия безопасности принимают допустимую вероятность (риск) возникновения подобного события.

Риск – вероятность реализации негативного воздействия в зоне пребывания человека.

Вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций применительно к техническим объектам и технологиям оценивают на основе статистических данных или теоретических исследований. При использовании статистических данных величину риска определяют по формуле

 

 

где R – риск; N_чс – число чрезвычайных событий в год; N_o – общее число событий в год; R_доп – допустимый риск.

В настоящее время сложились представления о величинах приемлемого (допустимого) и неприемлемого риска. Неприемлемый риск имеет вероятность реализации негативного воздействия более 10^-3, приемлемый – менее 10^-6. При значениях риска от 10^-3 до 10^-6 принято различать переходную область значений риска.

Характерные значения риска естественной и принудительной смерти людей от воздействия условий жизни и деятельности приведены ниже (таблица 3).

 

Таблица 3. Характерные значения риска естественной и принудительной смерти людей от воздействия условий жизни и деятельности

 

Величина риска	Риск	Зоны
10-2 10-3	Сердечно-сосудистые заболевания. Злокачественные опухоли	Зона неприемлемого риска (R>10-3)
10-4   10-5   10-6	Автомобильные аварии. Несчастные случаи на производстве. Аварии на железнодорожном, водном и воздушном транспорте; пожары и взрывы. Проживание вблизи ТЭС (при нормальном режиме работы)	Переходная зона значений риска (10-6R<10-3)
10-7 10-8	Все стихийные бедствия. Проживание вблизи АЭС (при нормальном режиме работы)	Зона приемлемого риска (R<10-6)

 

Следует заметить, что, несмотря на то, что потоки масс и энергий при авариях технических систем формируются, как правило, спонтанно, наих величину и вероятность возникновения можно оказывать влияние ограничением запасов масс веществ и энергий в одном объекте, контролем за состоянием объекта, введением защитных зон, использованием предохранительных средств и др.

Показатели негативности техносферы. В тех случаях, когда состояние среды обитания не удовлетворяет критериям безопасности (1) – (3) и комфортности, неизбежно возникают негативные последствия. Для интегральной оценки влияния опасностей на человека и среду обитания используют ряд показателей негативности. К ним относят:

– численность пострадавших Т _тр от воздействия травмирующих факторов.

Для оценки травматизма в производственных условиях, кроме абсолютных показателей, используют относительные показатели частоты и тяжести травматизма.

Показатель частоты травматизма К _ч определяет число несчастных случаев, приходящихся на 1000 работающих за определенный период

 

 

где С – среднесписочное число работающих.

Показатель тяжести травматизма К _т характеризует среднюю длительность нетрудоспособности, приходящуюся на один несчастный случай

 

 

где Д – суммарное число дней нетрудоспособности по всем несчастным случаям.

Для оценки уровня нетрудоспособности вводят показатель нетрудоспособности
К_н = Д 1000 /С; нетрудно видеть, что К_н = К_ч К_т;

– численность пострадавших Т_з, получивших профессиональные или региональные заболевания;

– показатель сокращения продолжительности жизни (СПЖ) при воздействии вредного фактора или их совокупности. К показателям СПЖ относятся абсолютные значения СПЖ в сутках и относительные показатели СПЖ, определяемые по формуле

СПЖ=(П-СПЖ/365)/П, где П – средняя продолжительность жизни, лет;

– региональная младенческая смертность определяется числом смертей детей в возрасте до 1 года из 1000 новорожденных;

– материальный ущерб.

Актуальность научных исследований и практической деятельности в области БЖД. Современный человек не всегда пребывает в комфортных или допустимых условиях. Опасные и даже чрезвычайно опасные условия жизнедеятельности пока вероятны в условиях техносферы. Отклонение от допустимых условий деятельности всегда сопровождаются воздействием негативных факторов на человека и принуждает его к толерантности, что отрицательно влияет на производительность труда, ухудшает самочувствие, приводит к травмам и заболеваниям, а иногда и к гибели людей.

Толерантность организма – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

О влиянии параметров микроклимата на самочувствие человека в состоянии покоя и при выполнении работ средней тяжести свидетельствуют данные таблицы 4.

 

Таблица 4. Зависимость состояния человека от изменения параметров микроклимата

 

Состояние	Температура рабочей зоны, С	Влажность, %	Частота пульса, 1/мин
Покой   Работа средней тяжести

 

С ростом температуры воздуха рабочей зоны сверхоптимального значения (16–18 °С) снижается относительная работоспособность.

Неудовлетворительное освещение является одной из причин повышенного утомления, особенно при напряженных зрительных работах. Продолжительная работа при недостаточном освещении приводит к снижению производительности труда, увеличению брака, повышению вероятности нарушения зрения. Е.А. Никитиной показано, что нормализация освещения снижает утомление в 1,5–2 раза, брак в работе на 3–5%, повышает производительность на 1,5–2%.

Воздействие вредных факторов на человека сопровождается ухудшением здоровья, возникновением профессиональных заболеваний, а иногда и сокращением продолжительности жизни.

Экспертная оценка условий труда в экономике России показала, что не соответствуют нормативно допустимым требованиям условия труда по ряду вредных факторов, основными из которых являются следующие (таблицы 5).

 

Таблица 5. Основные вредные производственные факторы

 

Вредные факторы	Доля работающих в неблагоприятных условиях, %
Загазованность, запыленность
Неблагоприятные температурные режимы	2,3
Повышенный шум	1,8
Недостаточное освещение	1.8
Повышенная вибрация	0.5

 

Долю заболевших вибрационной болезнью (%) в зависимости от профессии и стажа работы характеризуют следующие данные (таблица 6).

 

Таблица 6. Доля заболевших вибрационной болезнью (%) в зависимости от профессии и стажа работы

 

Стаж работы, лет
Слесарь
Формовщик	0,5	2,3
Обрубщик

В условиях повышенного шума нарушение слуха зависит от стажа работы и эквивалентного уровня звука (таблица 7).

 

Таблица 7. Доля заболевших тугоухостью в зависимости от уровня звука и стажа работы

 

Эквивалентный уровень звука, дБ А
Стаж работы, лет
Доля заболевших тугоухостью, %

 

Вследствие воздействия вредных производственных факторов в России в 2005 г получили инвалидность 11 тыс. человек.

Показатели сокращения продолжительности жизни (СПЖ) работающих или проживающих во вредных условиях пока еще редко используются для оценки негативного влияния этих условий. Некоторые их значения уже известны (таблица 8).

 

Таблица 8. Показатели сокращения СПЖ людей, работающих или проживающих во вредных условиях

 

Условие обитания	СПЖ, сут	Относительное СПЖ
Курение по 20 сигарет в день в течение 45 лет		0,9
Работа в угольной шахте		0,951
Проживание в неблагоприятных условиях		0,978
Загрязнение воздуха в крупных городах		0,985

 

Оценочные данные свидетельствуют о том, что ежегодно в мире на производстве от травмирующих факторов погибают около 200 тыс. человек и получают травмы 120 млн человек.
В нашей стране травматизм с летальным исходом на производстве, автодорогах, в быту непрерывно нарастает.

Наибольшее число несчастных случаев отмечено на предприятиях и в организациях агропромышленного комплекса, угольной, лесной, бумажной промышленности. Тревогу вызывает рост травматизма с летальным исходом в отраслях, определяющих технический прогресс: машиностроении, радиоэлектронике, станкостроительной, оборонной промышленности. В машиностроении России в 2008 г. травмировано 58,3 тыс. человек, погибло 400 человек.

Негативное влияние региональных загрязнений на здоровье людей, продолжительность их жизни и младенческую смертность проявляется в крупных городах и промышленных центрах. По данным института географииРАН, в неблагоприятных условиях живет пятая часть населения России, в том числе 40 % городских жителей. В условиях десятикратного превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) токсичных веществ в атмосферном воздухе проживает население более 70 городов с общей численностью более 50 млн человек.

Практически все города с населением более 1 млн человек, а также Санкт-Петербург и Москва должны быть отнесены к I или II категории экологического неблагополучия, которые оцениваются как «наиболее высокое» и «очень высокое». В группе городов с численностью населения от 250 до 500 тыс. человек – таких городов лишь 25 %. Причем, как правило, это крупные промышленные центры с наиболее опасными отраслями производства – металлургией, химией и нефтехимией.

Чрезвычайно высокая насыщенность крупных городов транспортом вносит очень весомый вклад в их загрязнение. Доля выбросов автотранспорта в загрязнении воздушного бассейна, как правило, составляет 40–50 % и более, в Москве приближается к 80 %. В связи с бурным развитием автомобилизации в последние годы проблема загрязнения воздушного бассейна обостряется. Большая интенсивность движения транспортных потоков в улично-дорожной сети городов, достигающая 1000–3000 авт./ч и более при несовершенстве и чрезвычайной загруженности улично-дорожной сети, особенно в центральных районах, определяет их повышенное загрязнение основными компонентами автомобильных выбросов – оксидами азота, бензопиреном, оксидом углерода.

С негативным воздействием транспорта связано и шумовое загрязнение городов. Около
40–50 % населения крупных городов живут в условиях акустического дискомфорта. На наиболее загруженных городских магистралях, вдоль железных дорог и в зонах влияния аэропортов допустимые уровни шума превышаются на 30–40 дБ, что представляет опасность для здоровья населения.

Процесс урбанизации «наградил» крупные города факторами неблагополучия. Прежде всего, это нарушения микроклиматического режима, изменения режима подземных вод и определяемые этим процессы подтопления городских территорий, загрязнение подземных и поверхностных вод.

В результате значительных антропогенных нагрузок в большинстве городов происходит дальнейшая деградация растительности, что ухудшает состояние городской среды.

Загрязнение среды обитания вредными веществами неуклонно снижает качество потребляемых продуктов питания, воды, воздуха, способствует попаданию в организм человека вредных веществ, что сопровождается ростом числа отравлений и заболеваний, сокращением продолжительности жизни, ростом детской патологии и младенческой смертности.

Число отравлений от недоброкачественных пищевых продуктов в России в 2006 г. достигло 1,8 млн случаев, число отравлений с летальным исходом в быту и на производстве – 50 тыс. Причины отравлений различны, но наиболее характерными являются: недоброкачественные пищевые продукты, алкоголь, токсичные вещества и др.

Отравление – результат воздействия химического вещества на человека, приведший к заболеванию или летальному исходу.

Хорошо известны ситуации (таблица 9), когда загрязнение атмосферного воздуха или водоемов привело к заболеваниям или смерти значительного числа людей.

 

Таблица 9. Отдельные случаи чрезмерно высоких загрязнений компонент биосферы и их последствия

 

Место и год	Вредный фактор	Патология, обусловленная загрязнением	Число пострадавших
Лондон, Великобритания, 1952	Сильное загрязнение воздуха SО2 и взвешенными частицами серы	Увеличение числа случаев заболеваний сердца и легких	3 тыс. случаев смерти
Минамата, Япония, 1956	Загрязнение моря и рыбных продуктов ртутью	Неврологическое заболевание, «Болезнь Минамата»	200 случаев тяжелых заболеваний
Бхопал, Индия, 1985	Сильное загрязнение воздуха метилизоцианатом	Острые заболевания легких	2 тыс. случаев смерти, 200 тыс. случаев отравлений

 

В кризисных регионах в последние десятилетия появились приоритетные заболевания, о чем свидетельствуют данные таблицы 10.

Таблица 10. Влияние состава атмосферного воздуха на здоровье людей

 

Группа болезней	Показатели среднемесячной заболеваемости взрослого населения на 1 тыс. человек
средний показатель	г. Липецк	г. Березники
Злокачественные новообразования	0,25	0,48	0,32
Болезни эндокринной системы	0,26	1,09	0,30
Болезни органов пищеварения	1,9	12,11	6,64
Болезни органов дыхания	14,7	32,29	24,96
Болезни системы кровообращения	3,06	18,85	11,70
Болезни кожи	0,76	2,4	1,3
Болезни органов чувств	1,18	4,1	3,2

 

Примечание. Превышение ПДК вредных веществ в воздухе г. Липецка достигало 2–6 раз;
г. Березники – 2–4 раза.

 

Резюмируя рассмотренные выше данные, можно утверждать, что в крупных городах, промышленных центрах и вокруг них формируются очаги патологии человеческих популяций. По данным специалистов, здоровье населения ухудшается на 60–70 % из-за низкого качества окружающей среды и продуктов питания; при этом ежегодно от экологических заболеваний на планете умирает 1,6 млн человек.

Качество среды обитания – степень соответствия параметров среды потребностям людей и других живых организмов. Их требования к качеству среды обитания достаточно консервативны, поэтому техносфера по качеству не должна значительно отличаться от природной среды.

По данным ООН (2005 г.), средняя продолжительность жизни на Земле составляет 62 г. (63 –у женщин и 60 – у мужчин). По регионам и отдельным странам средняя продолжительность жизни людей различается весьма существенно.

В России в 2005 г. продолжительность жизни женщин составила 71,7, мужчин – 58,3 года.

Младенческая смертность (данные ООН, 2005 г.) в мире составляет в среднем 71 случай на 1000 новорожденных. В развитых странах она существенно ниже и равна, например, в США –10, в скандинавских странах – 12–14.

Сокращение продолжительности жизни населения и рост младенческой смертности в последние годы привели к тому, что в 42 регионах России в 2001 г. рождаемость оказалась ниже смертности. По данным Госкомстата РФ в 2005 г. впервые за послевоенные годы произошло абсолютное сокращение численности жителей России: население уменьшилось более чем на
70 тыс. и составило 148,6 млн человек.

По данным (2007 г.) Госкомитета РФ по статистике, чаще всего россияне умирают от болезней системы кровообращения (55 %) и от травм и отравлений (13,2 %).

Материальный ущерб от региональных загрязнений среды обитания во многих странах также непрерывно нарастает. Так, в США ущерб от загрязнения атмосферы в 1950 г. составил 12,5, в 1968 – 16, а в 2007 –25 млрд долларов. При этом менялись не только абсолютные показатели ущерба, но и его составляющие. Если в 1950 г. из 12,5 млрд. долларов лишь 1,5 млрд долларов
(12 %) приходились на ухудшение здоровья населения, то в 2007 г. – уже 37 %.

Определенный вклад в показатели принудительной инвалидности и гибели людей вносят чрезвычайные ситуации. В 2007 г. в России зафиксировано более 150 тыс. чрезвычайных ситуаций, в которых погибли 1651 человек. Постоянно возрастает не только общее число чрезвычайных ситуаций, но и число крупных аварий и катастроф, приводящих к значительным материальным потерям и жертвам. Сегодня характерна тенденция: вероятность каждого отдельного происшествия уменьшается, а масштабы последствий заметно возрастают. Авиационная статистика утверждает: в ходе развития самолетостроения одновременно с уменьшением общего риска перевозок растет масштаб негативных последствий отдельных аварий. За последние 20 лет прошлого столетия произошло 56 % наиболее крупных происшествий в промышленности и на транспорте, а в 1980-е годы – около 33 %.

Несмотря на совершенствование технических средств, аварийность и ее последствия нарастают. Наиболее характерными авариями являются: взрывы котлов, газопроводов, горючих пылей, рудничного газа, паров растворителей; обрушения зданий, мостов, строительных площадок. Особую тревогу вызывает возрастающий травматизм при эксплуатации транспортных средств (потери в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) в 2006 г. составили 51,3, в 2008 –уже 63 тыс. человек, причем ранено еще 350 тыс. человек). В Англии из каждых 100 человек, попавших в ДТП, погибал 1; в США –1,5, в ФРГ –2, в России –13 человек.

В некоторых видах аварий и катастроф странам СНГ принадлежит печальный приоритет. Так, катастрофа на Чернобыльской АЭС (1986 г.), по неокончательным данным, привела к материальному ущербу в 17 млрд рублей, при этом погибло 30 и подверглось лучевым заболеваниям примерно 200 человек. Из-за опасности последующих облучений, вызванных воздействием радиоактивного йода и цезия, эвакуировано из опасной зоны около 100 тыс. человек. Взрыв водорода на бериллиевом производстве объединения «Ульбинский металлургический завод» в Усть-Каменогорске в 1990 г. привел к крупному выбросу бериллия. Превышение ПДК достигало 60–890 раз.

Для многих стран мира стало типичным аварийное загрязнение среды обитания токсичными химическими веществами. Так, в США за период 2000–2004 гг. произошло 295 крупных аварийных выбросов в природную среду, повлекших за собой эвакуацию населения. В это число входят 153 случая аварий при транспортировании химических соединений, 121 авария на промышленных объектах, семь выбросов с мест захоронения и свалок токсичных отходов.

Ряд чрезвычайных экологических ситуаций создают военные ведомства (Семипалатинский полигон, на о. Новая Земля, в районе Челябинска и др.). Как правило, в зонах испытательных полигонов возникает и длительно действует комплекс повышенных негативных факторов: повышенный радиационный и химический фон, загрязнения токсичными веществами поверхностных и грунтовых вод, почвы и т.п.

На пожарах в России в 2000-2008 гг. погибло 8,5 тыс. человек, получили травмы более
10 тыс. человек. Основная часть людей гибнет на пожарах (особенно крупных) вследствие отсутствия или загромождения путей эвакуации, из-за удушья, поскольку при строительстве все еще применяют быстрогорящие материалы, выделяющие при горении токсичные соединения. Каждый третий пожар возникает из-за неисправности бытовых приборов. При сгорании телевизора в помещение выделяются оксид углерода, стирол, формальгид, фенол. В 2008 г. по этой причине погибли 217 человек.

Качественное изменение значимости негативных факторов вXX в. показано на рисунке 6. Производственные негативные факторы (кривая 2) заявили о себе еще в XIX в., в нашем столетии достигнута их стабилизация.

Рисунок 6. Тенденции изменения в XX в. численности погибших вследствие:

1 – стихийных бедствий; 2 – воздействия производственных негативных факторов; 3 – загрязнения техносферы и биосферы; 4 –чрезвычайных ситуаций техногенного происхождения

 

В ряде стран производственный травматизм с летальным исходом в последние годы снижается, что является результатом эффективности принимаемых мер защиты.

Оценивая влияние негативных воздействий техносферы на человека и природную среду, не следует забывать, что ряд негативных факторов не ограничивает свое влияние только первичным воздействием. Некоторые факторы способны вызывать вторичные негативные явления в окружающей среде. К ним, в первую очередь, относят:

– разрушение озонового слоя;

– образование фотохимического смога;

– выпадение кислотных дождей;

– возникновение парникового эффекта.

Начиная с середины XX столетия резко возросло воздействие на людей региональных негативных факторов крупных городов и промышленных центров. Ряд негативных воздействий имеют уже глобальное влияние. Нарастает влияние и негативных факторов техногенного происхождения, действующих в чрезвычайных ситуациях.