Энергетическое загрязнение техносферы
Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и природных зон.
Классификация энергетических загрязнений представлена на рисунке 13. Существует норматив безопасности для факторов, вызывающих энергетическое загрязнение техносферы:предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия различных опасных и вредных факторов физической природы (шум, вибрация, ультра- и инфразвук, электромагнитные поля, ионизирующие излучения и т.д.).
Рис. 13. Классификация энергетических загрязнений
Фактическое значение фактора, оказывающего неблагоприятное действие на человека или окружающую его среду, не должен превышать установленного для него ПДУ.
Фi 
ПДУi,
где Фi – фактическое значение фактора;
ПДУi – предельно допустимый уровень.
Вибрации в городской среде и жилых зданиях, источником которых является технологическое оборудование ударного действия, рельсовый транспорт, строительные машины и тяжелый автотранспорт, распространяются по грунту. Протяженность зоны воздействия вибраций определяется величиной их затухания в грунте, которая, как правило, составляет 1 дБ/м (в водонасыщенных грунтах оно несколько больше). Чаще всего на расстоянии 50 – 60 м от магистралей рельсового транспорта вибрации затухают. Зоны действия вибраций около кузнечнопрессовых цехов, оснащенных молотами с облегченными фундаментами, значительно больше и могут иметь радиус до 150 – 200 м. Значительные вибрации и шум в жилых зданиях могут создавать расположенные в них технические устройства (насосы, лифты, трансформаторы и т. п.).
Шум в городской среде и жилых зданиях создается транспортными средствами, промышленным оборудованием, санитарно-техническими установками и устройствами и др. На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70 – 80 дБА, а в отдельных случаях 90 дБА и более. В районе аэропортов уровни звука еще выше.
Источники инфразвука могут быть как естественного происхождения (обдувание ветром строительных сооружений и водной поверхности), так и антропогенного (подвижные механизмы с большими поверхностями – виброплощадки, виброгрохоты; ракетные двигатели ДВС большой мощности, газовые турбины, транспортные средства). В отдельных случаях уровни звукового давления инфразвука могут достигать нормативных значений, равных 90 дБ, и даже превышать их на значительных расстояниях от источника.
Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот являются радиотехнические объекты (РТО), телевизионные и радиолокационные станции (РЛС), термические цехи и участки (в зонах, примыкающих к предприятиям). Воздействие ЭМП промышленной частоты чаще всего связано с высоковольтными линиями (ВЛ) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и РЛС имеют размеры до 100 – 150 м. При этом даже внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.
ЭМП промышленной частоты в основном поглощаются почвой, поэтому на небольшом расстоянии (50 – 100 м) от линий электропередач электрическая напряженность поля падает с десятков тысяч вольт на метр до нормативных уровней. Значительную опасность представляют магнитные поля, возникающие в зонах около ЛЭП токов промышленной частоты, и в зонах, прилегающих к электрифицированным железным дорогам. Магнитные поля высокой интенсивности обнаруживаются и в зданиях, расположенных в непосредственной близости от этих зон.
В быту источниками ЭМП и излучений являются телевизоры, дисплеи, печи СВЧ и другие устройства. Электростатические поля в условиях пониженной влажности (менее 70 %) создают паласы, накидки, занавески и т.д. Микроволновые печи в промышленном исполнении не представляют опасности, однако, неисправность их защитных экранов может существенно повысить утечки электромагнитного излучения. Экраны телевизоров и дисплеев как источники электромагнитного излучения в быту не представляют большой опасности даже при длительном воздействии на человека, если расстояния от экрана превышают 30 см. Однако служащие отделов ЭВМ жалуются на недомогания при длительной работе в непосредственной близости от дисплеев.
Воздействие ионизирующего излучения на человека может происходить в результате внешнего и внутреннего облучения. Внешнее облучение вызывают источники рентгеновского излучения, потоки протонов и нейтронов. Внутреннее облучение вызывают частицы, которые попадают в организм человека через органы дыхания и пищеварительный тракт. Источники ионизирующего облучения человека в окружающей среде и средние эквивалентные дозы облучения приведены ниже в табл. 13.
Для человека, проживающего в промышленно развитых регионах РФ, годовая суммарная эквивалентная доза облучения из-за высокой частоты рентгенодиагностических обследований достигает 3000 – 3500 мкЗв/г (средняя на Земле доза облучения равна 2400 мкЗв/г). Для сравнения предельно допустимая доза для профессионалов (категория А) составляет 50*103 мкЗв/г.
Доза облучения, создаваемая антропогенными источниками (за исключением облучения при медицинских обследованиях), невелика по сравнению с естественным фоном ионизирующего облучения, что достигается применением средств коллективной защиты. В тех случаях, когда на объектах экономики нормативные требования и правила радиационной безопасности не соблюдаются, уровни ионизирующего воздействия резко возрастают.
Таблица 13. Источники ионизирующего облучения человека и средние эквивалентные дозы облучения(в скобках указаны дозы для населения РФ на равнинной местности)
| Источники ионизирующего облучения человека | Средние эквивалентные дозы облучения, мкЗв/г |
| Естественный фон: o космическое облучение, o облучение от природных источников: - внешнее, - внутреннее | 320(300) 350(320) 2000(1050) |
| Антропогенные источники: - медицинское обслуживание; - ТЭС в радиусе 20 км; - АЭС в радиусе 10 км; - радиоактивные осадки (главным образом последствия испытаний ядерного оружия в атмосфере); - телевизоры, дисплеи; - керамика, стекло; - авиационный транспорт на высоте 12 км | 400 – 700 (1500) 3-5 1,35 75-200 4 – 5* при l =2м 5 мкЗв/ч |
| Примечание:* Доза облучения увеличивается с уменьшением расстояния l до экрана. При l =10 см доза возрастает до 250-500 мкЗв/г |
Рассеивание в атмосфере радионуклидов, содержащихся в выбросах, приводит к формированию зон загрязнения около источника выбросов. Обычно зоны антропогенного облучения жителей, проживающих вокруг предприятий по переработке ядерного топлива на расстоянии до 200 км, колеблются от 0,1 до 65 % естественного фона излучения.
Миграция радионуклидов в водоемах и грунте значительно сложнее, чем в атмосфере. Это обусловлено не только параметрами процесса рассеивания, но и склонностью радионуклидов к концентрации в водных организмах, к накоплению в почве. Приведем распределение отдельных радиоизотопов между составляющими пресноводного водоема (табл. 14).
Таблица 14. Распределение радиоизотопов между составляющими пресноводного водоема, %
| Изотоп | Вода | Грунт | Биомасса |
| 32 Р | |||
| 60 Со | |||
| 90 Sr | |||
| 131 I | |||
| 137 Cs |
Эти данные свидетельствуют о том, что вода, составляющая 85 % массы Земли, содержит лишь 27 % радиоизотопов, а биомасса, составляющая 0,1 %, накапливает до 28 % радиоизотопов.
Миграция радиоактивных веществ в почве определяется в основном ее гидрологическим режимом, химическим составом почвы и радионуклидов. Меньшей сорбционной емкостью обладают песчаная почва, большей – глинистая, суглинки и черноземы. Высокой прочностью удержания в почве обладают 90Sr и 137Cs. Ориентировочные значения радиоактивного загрязнения сухой массы культурных растений представлены в табл. 15.
Таблица 15. Значения радиоактивного загрязнения сухой массы культурных растений, Бк/кг
| Культурные растения | 90Sr | 137Cs |
| Пшеница | 2,849 | 10,730 |
| Морковь | 0,555 | 1,887 |
| Капуста | 0,469 | 2,109 |
| Картофель | 0,185 | 1,406 |
| Свекла | 0,666 | 1,702 |
| Яблоки | 0,333 | 1,998 |
Эти загрязнения, обусловленные глобальными поступлениями радиоактивных веществ в почву, не превышают допустимые уровни. Опасность возникает лишь в случаях произрастания культур в зонах с повышенными радиоактивными загрязнениями.
Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС показывает, что ведение сельскохозяйственного производства недопустимо на территориях при плотности загрязнения выше 80 Ки/км2, а на территориях, загрязненных до 40 – 50 Ки/км2, необходимо ограничивать производство семенных и технических культур, а также кормов для молодняка и откормочного мясного скота. При плотности загрязнения 15 – 20 Ки/км2 по 137Cs сельскохозяйственное производство вполне допустимо.
Уровень радиоактивности в жилом помещении зависит от строительных материалов: в кирпичном, железобетонном, шлакоблочном доме он всегда в несколько раз выше, чем в деревянном. Газовая плита привносит в дом не только токсичные газы NОХ, СО и другие, включая канцерогены, но и радиоактивные газы. Поэтому уровень радиоактивности на кухне может существенно превосходить фоновый при работающей газовой плите.
В закрытом, непроветриваемом помещении человек может подвергаться воздействию радона-222 и радона-220, которые непрерывно высвобождаются из земной коры. Поступая через фундамент, пол, из воды или иным путем, радон накапливается в изолированном помещении. Средние концентрации радона обычно составляют (Бк/м3): в ванной комнате 8,5, на кухне 3, в спальне 0,2. Концентрация радона на верхних этажах зданий обычно ниже, чем на первом этаже. Избавиться от избытка радона можно проветриванием помещения.
В этом отношении поучителен опыт Швеции: с начала 50-х годов в стране проводится кампания по экономии энергии, в том числе путем уменьшения проветривания помещений. В результате средняя концентрация радона в помещениях возросла с 43 до 133 Бк/м3 при снижении воздухообмена с 0,8 до 0,3 м3/ч. По оценкам, на каждый 1 ГВт/год электроэнергии, сэкономленной за счет уменьшения проветривания помещений, шведы получили дополнительную коллективную дозу облучения в 5600 чел.-Зв.
Из рассмотренных энергетических загрязнений в современных условиях наибольшее негативное воздействие на человека оказывают радиоактивное и акустическое загрязнения.