УДК 504.064.2

© Д.В. Варавін, аспірант кафедри охорони праці і навколишнього середовища © Р.В. Сіпаков, аспірант кафедри охорони праці і навколишнього середовища

Київський національний університет будівництва та архітектури

АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ЧИННИКІВ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА КОНЦЕНТРАЦІЮ

ФОРМАЛЬДЕГІДІВ В ПОВІТРІ

У статті досліджено основні чинники, що впливають на концентрацію формальдегідів в повітрі приміщень та вулиць міста Києва. Основним чинником, що впливає на концентрацію формальдегіду в повітрі є пожежі. В серпні та вересні 2015 року концентрація перевищувала норму в 1,2 – 4 рази. Сезонний цикл графіків річного ходу концентрацій формальдегіду призводить до думки про сезонні фактори, що зумовлюють її коливання. В результаті проведеного аналізу, було встановлено, що аналіз повітря в приміщеннях проводиться лише за вимогою і не має статистичного характеру. Не створено інформаційної бази основних чинників забруднення формальдегідами та не розроблено нормативної документації.

Охорона навколишнього атмосферного повітря - одне з важливих пріоритетних напрямків захисту навколишнього середовища, що забезпечують зниження ризику для здоров'я населення. Бурхливе зростання обсягів випуску продукції супроводжується появою нових підприємств, великомасштабних виробництв, які, незважаючи на вжиті заходи, є джерелами забруднення атмосфери. Потенційне забруднення повітря є найбільш серйозної екологічної проблемою для здоров'я людей в найближчій і середньостроковій перспективі [1]. За результатами дослідження, що проведені в Інституті хімії товариства Макса Планка в Майнці, близько трьох мільйонів людей гинуть що року від захворювань, які викликані забрудненням повітря (рис.1). За прогнозами дослідження до 2050 року число загиблих сягатиме шести з половиною мільйонів. За рейтингом світових країн рівень смертності в Україні прогнозується одним з найвищих.

Рис.1. Країни, в яких найбільший рівень забруднення атмосфери Одною із забруднюючих речовин, яка потрапляє в атмосферне повітря України та

негативно впливає на здоров'я людини є формальдегід. Для управління екологічною безпекою необхідно вивчити джерела забруднення: фізико-хімічні властивості формальдегідів, його поширення в природному середовищі, джерело надходження кількості викидів. Важливо також контролювати розсіювання забруднюючої речовини , зміну концентрації в просторі. Для цього необхідні надійні методи вимірювання рівня формальдегідів в атмосфері.

Проблема забруднення формальдегідами – це актуальна проблема сьогодення. Формальдегіди набули широкого застосування у виробництві різних товарів. Це виготовлення пластмасових виробів, будівельних матеріалів, меблів та інше.

Особливу увагу привертають виготовлення виробів з деревостружкових матеріалів, оскільки в міститься близько 20% від маси стружки фенол-формальдегідних смол. Тобто, джерела формальдегідів в помешканні оточують повсюди: від дитячих іграшок до меблів та будівельних матеріалів.

За інформацією Міністерства екології та природних ресурсів України процент вмісту формальдегіду в атмосфері за 2015 рік в середньому складає близько 19%, що є доволі великою долею в індексі забруднення. Найбільший вміст досліджуваної речовини виявлено в містах, де розміщені підприємства, що випускають мінераловатні вироби та деревоволокнисті плити.

Формальдегіди за санітарно-гігієнічними характеристиками належать до речовин другого класу небезпеки. Вони володіють великим ефектом сумації та викликають ураження дихальних шляхів, захворювання серцево-судинної системи, порушення у роботі вегетативної системи людини. Формальдегіди належать до канцерогенів, що стимулюють утворення злоякісних новоутворень [2]. Джерело формальдегідів мають, як техногенне так і природне походження.

При спалюванні органічного палива при низьких температурах можуть утворюватися легкі вуглеводи, альдегіди (формальдегідів) та органічні кислоти. Тому

одним з джерел формальдегідів є смог [3]. Цигарки, тютюнові вироби, газові плити, відкриті каміни та інше є джерелами формальдегідів.

В статті проведено аналіз рівня забруднення повітря вулиць та приміщень міста Києва з метою виявлення основних чинників та джерел, що впливають на концентрацію формальдегідів.

Вирізною особливістю забруднювачів атмосферного повітря є їх переважна локалізація в порівняно невеликих географічних регіонах - містах та інших промислових центрах. Результати спостереження за концентрацією забруднюючих речовин в повітрі міст, виявлення високих рівнів забруднення служать інформаційною основою для реалізації завдань з державного контролю джерел викиду шкідливих речовин. Швидкість накопичення забруднення на сьогоднішній день значно перевищує можливості самоочищення атмосфери, веде до зміни клімату, тому контроль і виявлення джерел, вивчення процесів, що відбуваються в атмосфері, і вжиття заходів до зниження забруднення або його повного усунення можна вважати життєво важливим завданням.

Атмосфера промислових міст характеризується дуже високими концентраціями формальдегіду. Найбільш високі концентрації речовини спостерігаються в міських забудовах в години пік або в умовах фотохімічного смогу.

Аналізуючи інтерактивну карту Головного управління державної епідеміологічної служби м. Києва моніторингу повітря (рис.2), можна зробити висновок, що вміст формальдегіду в повітрі залежить від інтенсивності вуличного руху. Кількість формальдегіду на Бессарабській площі та районі Гідропарку значно відрізняються. В центрі це показник сягає 0.006 мг/м3, в зоні відпочинку – прямує до нуля. Максимально дозволене значення дорівнює 0.05 мг/м3, середньодобова гранично допустима концентрація складає 0.01 мг/м3. Протягом тижня самі високі концентрації припадають на робочі дні і значно знижуються у вихідні дні. Також вміст формальдегіду має добовий хід. Найбільші концентрації формальдегідів припадають на вранішні та вечірні часи. Вночі рівень формальдегіду мінімальний.

Аналіз карт також підтвердив залежність концентрації формальдегіду в повітрі від погодних умов: максимальна концентрація в сонячну теплу погоду; зменшення

концентрації в похмурі, прохолодні дні та після дощу; при ot C = -

o19 С, формальдегід перетворюється в рідкий стан та осідає на поверхні. Тому в морозну погоду вміст формальдегіду в атмосфері незначний. З настанням весни рівень формальдегіду в повітрі м. Києва зростає.

Одним з основних джерел утворення формальдегіду в місті Київ є автомобільний транспорт, в результаті роботи двигунів якого формальдегід виділяється в вихлопах спільно з іншими вуглеводнями, що не перегоріли. Кількість забруднюючих речовин у вихлопах автомобіля залежить від його загального стану, особливо від стану двигуна - джерела найбільшого забруднення.

Аналізуючи хімічний склад вихлопних газів двигунів різних типів було зроблено висновок, що виділення формальдегіду карбюраторними двигунами автобусів, що працюють на газі в 20 разів нижче, ніж двигунами автобусів, що використовують як паливо солярку. Тобто, використання газу, як палива для роботи двигуна, має не тільки економічні переваги, а і екологічно безпечніше. Використання біопалива не поширене,

тому статистики забруднення вихлопними газами транспортних засобів, що працюють на біопаливі на сьогодні в Україні не існує.

Рис.2 Інтерактивна карта санітарно-епідемічної відповідності навколишнього середовища. Головного управління Державними епідерм-службами у м. Києві

В місті Київ є не тільки автомобільний транспорт, а і велика кількість колійної

техніки на залізничному транспорті. В результаті аналізу було встановлено, що у викидах залізничного транспорту також міститься доволі значна частка формальдегіду.

Формальдегід поряд з іншими продуктами згоряння палива міститься також у вихлопних газах газотурбінних двигунів літаків, про що свідчить значна його концентрація в районі аеропортів «Жуляни» та «Бориспіль».

Але головним джерелом забруднення атмосфери Україні, поряд з радіацією посідають пожежі. В зв’язку з пожежною ситуацією в червні 2015 року в місті Київ концентрація забруднюючих речовин в деяких районах перевищувала норму в чотири

рази. У зв'язку з пожежами на торф'яних полях в місті Ірпінь та с. Биківня Київської області в столиці за результатами моніторингу повітря в 9 точках контролю було виявлено перевищення допустимих концентрацій формальдегіду в 1,12-4 рази. На початку червня також сталася пожежа на нафтобазі під Києвом біля Василькова, що значно вплинуло на концентрацію формальдегіду в повітрі.

В зв’язку з пожежами на торфянниках в літку 2015 року (рис.3) значне підвищення концентрації формальдегіду спостерігалось в Деснянському, Оболонському та Святошинському районах. Найвища концентрація формальдегіду в повітрі в столиці складала 3 вересня і перевищувала норму в десятки разів.

Рис. 3 Стан пожежної ситуації в кінці серпня 2015 року поблизу міста Київ

Значну частину свого часу людина проводить в приміщенні. Тому аналіз складу

повітря є актуальним, оскільки газоподібні шкідливі речовини впливають на самопочуття та стан здоров’я. Забруднювачі можуть бути присутніми в повітрі приміщень в якості газів, парів (органічних і неорганічних) і частинок. Вони потрапляють в повітря приміщень зовні або утворюються в межах самої будівлі.

Концентрації домішок, які виникають переважно з джерел, пов'язаних з процесом горіння, а саме формальдегіди, можуть змінюватись, а їх виділення є епізодичним. Поява сполук завдяки людській активності, наприклад, як результат малярних робіт, також призводить до великих тимчасових змін концентрації формальдегіду. Випаровування формальдегідів в повітря приміщень виробами з дерева, можуть варіюватися в залежності від температури і коливань вологості в приміщенні, але їх емісія неперервна.

Одним із джерел постійного утворення формальдегідів в приміщеннях є погано вентильовані газові плити та газові колонки, пічне опалення. Особливу увагу привертають

піролізні котли, які використовуються для опалення приміщень, оскільки в результаті тління в атмосферу виділяється значна кількість формальдегіду.

Також причиною забруднення повітря приміщень є тютюновий дим. В його складі були виявлені такі основні хімікалії: нікотин, нітроаміни, акролеїн, формальдегід і ціанід водню [3].

Матеріалами, яким приділили найбільшу увагу як джерелам забруднення повітря приміщень, є панелі з деревної основою, що містять корбамідноформальдегідний полімер, а також корбамідноформальдегідний ізолятор пустотної стіни. Емісія формальдегіду з цих продуктів призводить до підняття рівня вмісту формальдегіду в повітрі будівлі. В таблиці 1 наведені швидкості виділення формальдегіду з меблів, побутової хімії та різних конструктивних матеріалів [4].

Матеріал Діапазон швидкості виділення

формальдегіду (мкг/м2 за день)

Деревноволокниста плита середньої густини 17600 – 55000

Фанерна обшивка з твердих порід дерева 1500 – 34000

Пресована плита 2000 – 25000

Ізоляція з вспіненої форм-сечовини 1200-19200

Фанера з м’яких порід дерева 240-720

Вироби з паперу 260-680

Вироби з скловолокна 400-470

Одяг 35-570

Еластичне покриття для підлоги <240

Коврове покриття 0-65

Оббивна тканина 0-7

Таблиця 1.Швидкість виділення формальдегідів

Таблиця 2 показує типові співвідношення змісту основних типів забруднювачів приміщень і середніх концентрацій цих же забруднювачів виявлених в навколишньому середовищі міських зон Великобританії [5]. Для України подібної статистики не віднайшлось. Забруднення потрапляють в приміщення як з середини, так і ззовні.

Таблиця 2. Основні типи хімічних забруднень повітря в містах Великобританії

Аналізуючи літературні джерела, можна зробити висновок, що універсальне

обладнання для зниження рівня формальдегіду нема. Всі рекомендації для позбавлення формальдегідів в приміщені зводиться до підручних засобів: провітрювання, вологе прибирання, кімнатні рослини [5]. Так, дійсно, очисники повітря з фільтровими системами не затримують молекулу формальдегіду. На сьогодні існують системи очищення, в основі

Речовина/група речовин Співвідношення

концентрацій в середині

приміщень / з зовні

Концентрації типові для

міста

Сірчистий газ ~0,5 10-20 млрд-1

Двуокис азоту 5-12 (внутрішні

джерела)

10-45 млрд-1

Озон 0,1-0,3 15-60 млрд-1

Вуглекислий газ 1-10 350 млрд-1

Чадний газ 5-11 (внутрішні

джерела)

0,2-10 млрд-1

Формальдегід 10 0,003 млрд-1

Інші органічні сполуки

Толуол

Бензол

Ксилол

1-50

5,2 млрд-1

6,3 млрд-1

5,6 млрд-1

Зовнішні частинки 0,5-1 (виключаючи ETS)

2-10 (включно з ETS)

50-150 млрд-1

яких лежить озонування повітря. Такі системи здатні знизити концентрацію формальдегіду внаслідок хімічної реакції [6]

НСНО + 2 3О = С 2О + 2Н О +2 2О

В результаті реакції утворюється елементи: вуглекислий газ, водяна пара та кисень, які не шкідливі для організму людини.

Сьогодні існують сучасні достовірні методи аналізу, що дозволяють швидко і з високою точністю провести хімічний аналіз повітря в квартирі для визначення формальдегіду і оцінки «екології приміщення». Хімічний аналіз повітря в квартирі - це фактично єдиний на сьогодні спосіб перевірити, чи не становить загрозу екологія приміщення для людини. В Україні професійні послуги по визначенню вмісту формальдегідів надають спеціалісти науково-сервісних фірм.

Формальдегід офіційно названий канцерогеном. Міжнародне агентство з дослідження раку, яке є частиною Всесвітньої Організації Охорони здоров'я, визнало, що накопичено достатньо даних, щоб стверджувати, що ця речовина може викликати онкологічні захворювання. Тому контроль за концентрацією формальдегідів в навколишньому середовищі є важливим і повинен стани одним із завдань державного рівня.

Список використаних джерел 1. Безуглая Э.Ю. Состояние и перспективы сети мониторинга загрязнения

атмосферного воздуха в городах. / Э. Ю. Безуглая, С. С. Чичерин, О. П. Шарикова // Мониторинг загрязнения атмосферы в городах / труды главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. – С.-Петербург, Гидрометиздат, 1998, — стр. 3—10.

2. Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions /F. Keppler . [et al.] // Nature 439, 2006. — P. 187—191.

3. Monitoring BTEX and aldehydes in car exhaust from a gasoline engine during the of different chemical cleaners by solid phase microextraction-gas chromatography / M. Musteata, V. Niri, J. Mathers, S. Lem // Water, Air, and Soil Pollut. — 2009. — № 1—4. — P. 205—213.

4. Sawant A. Real-world emissions of carbonyl compounds from in-use heavy-duty diesel trucks and diesel Back-Up Generators /A. Sawant, S. Shah, X. Zhu// Atmospheric Environ. — 2007. — № 21. — Р. 4535—4547.

5. Improved Attribution of Climate Forcing to Emissions / D. Shindell, G. Faluvegi, D. Koch., G. Schmidt, Unger N. S.E. Bauer // Science. 2009. — Р. 716 – 724..

6. Evaluation of emission toxicity of urban bus engines: Compressed natural gas and comparison with liquid fuels / L. Turrio-Baldassarri, C. Battistelli, L. Conti, R. Crebelli // Science Total Environ. — 2006. 355, № 1—3. — Р. 64—77.

© Варавін Дмитро Володимирович Тел.: +38 (0) 44 232 12 73; e-mail: d.varavin@icloud.com

© Сіпаков Ростислав Васильович Тел.: +38 (0) 44 232 12 74; e-mail: r.sipakov@icloud.com

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ

ФОРМАЛЬДЕГИДА В ВОЗДУХЕ

В статье исследованы основные факторы, влияющие на концентрацию формальдегидов в воздухе помещений и улиц города Киева. Основным фактором, влияющим на концентрацию формальдегида в воздухе, являются пожары. В августе и сентябре 2015 концентрация превышала норму в 1,2 - 4 раза. Сезонный цикл графиков годового хода концентраций формальдегида приводит к мысли о сезонные факторы, обусловливающие ее колебания. В результате проведенного анализа было установлено, что анализ воздуха в помещениях проводится только по требованию и не имеет статистического характера. Не создано информационной базы основных факторов загрязнения формальдегидами и не разработано нормативной документации.

© Varavin Dmitry Vladimirovich Tel.: +38 (0) 44 232 12 73; e-mail: d.varavin@icloud.com

© Sipakov Rostislav Vasilyevich Tel.: +38 (0) 44 232 12 74; e-mail: r.sipakov@icloud.com

ANALYSIS OF THE MAIN FACTORS AFFECTING THE CONCENTRATION OF

FORMALDEHYDE IN THE AIR

In the article the main factors affecting the concentration of formaldehyde in indoor air and the streets of Kyiv. The main factor influencing the concentration of formaldehyde in the air is a fire. In August and September 2015 exceeded the normal concentration of 1.2 - 4 times. Seasonal cycle charting the course of the annual concentration of formaldehyde leads to the idea of seasonal factors that contribute to its fluctuations. As a result of the analysis, it was found that the analysis of indoor air is conducted only at the request and has no statistical nature. No information database created major factors pollution formaldehyde and not developed regulatory documents.