Нормирование загрязняющих веществ в биосфере

Для предотвращения (снижения) отрицательных последствий воздействия загрязняющих веществ на атмосферу, литосферу и гидросферу необходимо знать их предельные уровни, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность. Информация, характеризующая состояние природной среды, оценивается с помощью специально разработанных критериев или нормативов. Основной величиной экологического нормирования качества природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества (ВВ) или веществ в биосфере – воздухе, воде и почве.

В общем случае ПДК – это такое содержание ВВ в окружающей среде, которое при постоянном контакте или воздействии за определённый промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК должны устанавливаться на основе различных токсикометрических оценок, с раздельным нормированием уровней загрязнения, например, воздуха в рабочих зонах и в населённых пунктах. На рис. 3.2. приведена классификация ПДК [4].

Фактическое загрязнение атмосферы воздуха городов и населенных пунктов оценивается по 5-бальной школе:

I – допустимое загрязнение; II – умеренное; III – слабое; IV – сильное; V – очень сильное.

3агрязнение I степени является безопасным для здоровья населения. При загрязнении II-V степеней вероятность возникновения неблагоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загрязнения. В нормативах Минздрава России приводятся сведения о классе опасностей вещества совместно с ПДК. В приложениях 3.2. и 3.3. приведены значения ПДКс.с. и ПДКр.з. наиболее часто встречающихся в промышленности вредных веществ (по С.П. Конакову).

Рис. 3.2 Классификация предельно допустимых концентраций

Содержание ВВ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установ­ленных ПДК (СН 245-71 и СН 3086-84). ПДК ВВ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение сего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или неблагоприятных последствий у его потомства.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких ВВ с концентрациями С₁ , С₂, …, С_n, обладающих однонаправленным действием, должно выполняться условие:

(3.1)

Если в воздухе содержатся ВВ, не обладающие однонаправленным дей­ствием, концентрация каждого из них не должна превышать ПДК. К ВВ од­нонаправленного действия, как правило, следует относить вещества, близ­кие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека. ПДК ВВ устанавливают в зависимости от степени воз­действия на организм человека. На рис. 3.3. представлена схема нормирования примесей ВВ в возду­хе с учетом их переноса и рассеивания в атмосфере, а также токсикологических принципов [4]. Учитывая, что экологическая ниша человека неизмен­на, где бы он ни находился, условием экологической безопасности для не­го будет выполнение условия С_вв ПДК, где С_вв – концентрация вредного вещества (мг/м³).

Рис. 3.3. Схема нормирования примесей вредных веществ по зонам жизнедеятельности человека.

В приземном слое атмосферы населённых пунктов установлены ПДК ВВ, значения которых приведены в «Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий СН 39117-85».

Если в атмосферном воздухе одновременно содержится несколько вредных веществ обладающих однонаправленным действием, то должно выполняться условие (3.1). Выбросы в атмосферу воздуха, содержащего вредные вещества, предусматривают и обосновывают в расчетах так, чтобы концентрации их в приземном слое не превышали предельно-допустимых. Содержание пыли в воздухе (мг/м³), выбрасываемом в атмосферу системами вентиляции (объем > 15 тыс. м³/ч), не должно превышать С₁ – 100К, при объёме L выбрасываемого воздуха 15 тыс. м³/ч и менее С₂ – (160 – 4 L)К.

Коэффициент К принимается в зависимости от ПДК пыли в воздухе:

ПДК, мг/м³… 2 и менее от 2 до 4 от 4 до 6 6 и более

К.. 0,3 0,6 0,8 1

Выбросы воздуха, удаляемого системами местных отсосов, с концентрациями пыли, не превышающими С₁ и С₂, допускается (при обосновании) закладывать в проект, не предусматривая средств для очистки. Правила установления предельно-допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ предприятиями приведены в ГОСТ 17.2.3.02-78.

Предельно допустимый выброс пыли или других ВВ в атмосферу устанавливают для каждого источника. При этом должно быть соблюдено условие, что выбросы ВВ от данного источника (при наличии других источников – от их совокупности) не создадут приземную концентрацию С, превышающую ПДК, то есть:

(3.2)

Если это условие по объективным причинам в настоящее время не может быть выполнено, вводят поэтапное снижение выбросов ВВ. На каждом этапе выбросы ВВ согласовывается с местным органом Государственной инспекции по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок и другими организациями (уполномоченными учреждениями).

Поэтому наряду с ПДК существуют временно-допустимые концентрации (ВДК), иначе называемые ориентировочными безопасными уровнями воздействия (ОБУВ). ПДК в основном устанавливаются на основании экспериментов. Для ускоренного определения ПДК новых веществ используют расчётные методы. В настоящее время принято, что установленные расчётным путём нормативы должны рассматриваться в качестве ВДК (ОБУВ).

Для максимального снижения выбросов вредных веществ должны быть использованы наиболее совершенные технологии и методы очистки. Рассеивание вредных выбросов в атмосфере при увеличении высоты их выброса может быть применено только после реализации современных технических средств, снижающих абсолютное количество выбросов и сокращающих концентрацию вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. Для неорганизованных выбросов и групп мелких одиночных источников, например, вентиляционных устанавливают суммарный предельный выброс.

При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы учитывают фоновые концентрации ВВ в воздухе (С_ф), определяемые расчётом и экспериментально. Под фоновой концентрацией для отдельного источника загрязнения атмосферы принимают её загрязнение, связанное с другими источниками, исключая рассматриваемый. В этом случае в соотношении (3.2) вместо С принимают С + С_ф.

При неблагоприятных метеорологических условиях в кратковременные периоды загрязнения атмосферы, опасного для здоровья населения, необходимо снизить выбросы ВВ, вплоть до полного прекращения работ, вызывающих загрязнение. Работу по установлению ПДВ проводит головная организация, которая рассматривает планы мероприятий, направленных на снижение загрязнения атмосферы, делает окончательные расчёты загрязнения атмосферы от всех объектов, устанавливает предельные выбросы вредного вещества для каждого предприятия и разрабатывает комплексный план мероприятий снижения загрязнения атмосферы. Эффективность поэтапного уменьшения выбросов ВВ оценивают по степени фактического снижения загрязнения атмосферы, определяемого в соответствии с нормативными документами. Кроме этого, для обеспечения экологической безопасности населения, проживающего вблизи экологически опасных предприятий, создаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ) отделяющие жилые кварталы от предприятий (рис. 3.3).

Каждое предприятие, имеющее источники загрязнения среды, долж­но иметь СЗЗ, размеры которой с 1996 г. Регламентируются СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96. С этой целью все предприятия сгруппированы по отраслям в зависимости от выделяемых загрязнений. Имеется несколько таких групп, в каждой из которых выделяется пять классов предприятий по степени их экологической опасности. В зависимости от класса устанавливается нормативный размер СЗЗ, который зависит от мощности, условий осуществления технологического процесса, характера и количества, выделяемых в окружающую среду ВВ и других факторов в соответствии с санитарной классификацией предприятий. В зависимости от класса предприятия, размеры СЗЗ составляют: I класса – 2000 м; II класса – 1000 м; III класса – 500м; IV класса – 300м; V класса – 100м. Например, к I классу относятся предприятия химического комплекса, имеющие аммиак (ж.), ангидрид сернистый (ж.), диоксид азота, кислоту синильную, метилакрилат, нитрил акриловой кислоты, сероуглерод, триметиламин, фосген, хлор (ж.), кислоту азотную, удобрения азотные и др. В целлюлозно-бумажном комплексе цехи варки целлюлозы также относятся к I классу, а производящие бумагу и картон из привозных полуфабрикатов – к IV. К V классу относят производства полиграфических красок, неорганических реактивов (при отсутствии хлорного ингредиента), а также производства пластмасс и синтетически смол.

Расчетный размер СЗЗ, согласно приложению 2 (СанПиН), может быть определен (и, соответственно, изменен после сравнения с нормативным) по формуле:

, (3.3)

где C_1, C₂, C_к – расчетная приземная концентрация загрязняющих веществ характеризуемого производства; ПДК₁,_. ПДК₂, ПДК_к – ПДК данных веществ.

- показатель фоновых концентраций; N₁, N₂, N_к – переводные коэффициенты, зависящие от класса опасности вещества; R- число румбов для расчета показателя; j – номер румба; n – количество расчетных точек; i – одно из расчетных направлений от источника загрязнения (румб).

Таким образом, мероприятия по защите атмосферного воздуха должны рассматриваться на предприятиях как составная часть общего плана по охране окружающей среды и включать две стадии: определение необходимо­сти осуществления мероприятий по сокращению выбросов и снижению уров­ня загрязнения воздуха, а затем определение конкретного содержания мероприятий, обеспечивающих требования государственных стандартов. Мероприятия, направленные на снижение уровня загрязнения воздуха, нужно осуществлять, если в результате расчетов (для n источников) вы­полняются условия:

для атмосферного воздуха населенных пунктов

(3.4)

для воздуха промышленных площадок

(3.5)

После определения необходимости осуществления мероприятий по снижению уровня загрязнения воздуха должно быть разработано их кон­кретное содержание. Разработка мероприятий начинается с определения требуемой степени очистки выбросов η по каждому источнику:

η = , (3.6)

где М – фактическое количество вредного вещества, выбрасываемого из источника.

В нашей стране разработан нормативный документ, который устанавли­вает методику расчета концентраций в атмосферном воздухе ВВ, содер­жащихся в выбросах предприятий [5]. Нормы должны соблюдаться при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмо­сферу от реконструируемых и действующих предприятий. Нормы предна­значены для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распределения концентраций.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м, (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических ус­ловиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле:

, (3.7)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М (г/с) – масса ВВ, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания ВВ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н (м) – высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, = 1; ∆T (°С) – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха T_в; V₁ (мг/м³) – расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:

,

где D (м) – диаметр устья источника выброса; ω₀ (м/с) – средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса.

Минимальная высота одиночного источника выброса (трубы) Н (м), определяется по формуле:

(3.8)

Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях, когда С_ф < ПДК, определяется по формуле:

(3.9)

Выше приведённый норматив называется предельно-допустимым выбросом (ПДВ), или предельно-допустимым сбросом (в гидросферу) – ПДС. ПДВ (ПДС) рассчитывают по методам, разработанным Госкомгидрометом и стандартизированным ГОСТ 17.2.3.02-78.

Рассмотрим кратко нормирование загрязняющих веществ в водных объектах. Степень предельно-допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависящая от его физических особенностей и способно­сти к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно-допусти­мая нагрузка (ПДН) [4]. В общем случае допустимая нагрузка на водоем при его загрязнении определяется в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод. Типовые положения, 1991 г.»:

ПДК ВВ в водном объекте – это такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одной или нескольких категорий водопользования (ГОСТ 17.4.03-72): для нужд населения, пред­приятий пищевой промышленностей и др. В стране нет единых общегосу­дарственных норм качества воды. Поэтому «условно» чистые промышлен­ные стоки, прошедшие основную и дополнительную ступени очистки, со­ответствуют ПДК, но их ингредиентный состав во много раз превышает их естественные концентрации в свежей водной среде. Поэтому любой сброс очищенных сточных вод вызывает эвтрофикацию водоемов, т.е. развитие микроскопических водорослей (цветение воды), разложение отмерших организмов и др. Процесс протекает с поглощением кислорода, т.о. снижая способность воды к самоочищению.

Рассмотрим кратко нормирование загрязняющих веществ в почве (свалки, полигоны и т.п.). ПДК_п – предельно-допустимая концентрация химического вещества в пахотном слое почвы (мг/кг), которая не должно оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающуюся с почвой среду и здоровье человека, а также на само­очищающую способность почвы. В случае отсутствия ПДК_п оценка произ­водится сопоставлением содержания химических веществ в загрязненных и контрольных образцах почвы.

Почвенный покров, в отличие от воды и атмосферы, способен аккуму­лировать ВВ в течение длительного времени, постепенно приближаясь к ПДК_п. Поэтому условие безопасности в этом случае можно записать следующим образом:

ПДВ_τ → ПДК_п,

Где τ (год, есс.) – длительность работы предприятия, образующего твердые отходы, в течение которого в почве прилегающих территорий (или специ­альных полигонов), количество ВВ достигает ПДК.

Загрязнение тяжелыми металлами почв – наиболее актуальная проблема охраны литосферы. В настоящее время для приоритетных тяжелых метал­лов установлены ориентировочно-допустимые количества (ОДК) их содер­жания в почвах, которые используются вместо ПДК (табл. 3.3).

Таблица 3.3.

ОДК (ПДК) «тяжёлых» металлов в почве, мг/кг

Металл	ОДК (ПДК)	Форма элемента
Мышьяк	2,0	Валовое содержание
Ртуть	2,1	Валовое содержание
Свинец	32,0	Валовое содержание
Свинец + Ртуть	20,1+1,0	Валовое содержание
Хром(IV)	0,05	Валовое содержание
Марганец		Валовое содержание

Продолжение табл. 3.3.

Ванадий		Валовое содержание
Марганец + Ванадий	1000+100	Валовое содержание
Сурьма	4,5	Валовое содержание
Медь	3,0	Подвижные соединения
Никель	4,0	Подвижные соединения
Цинк	2,3	Подвижные соединения
Кобальт	5,0	Подвижные соединения
Хром	6,0	Подвижные соединения

Примечание: утверждены приказами органов здраво­охранения № 1S68-79; 25546-82; 3210-85 и 4433-87.

 

При определении допустимого поступления твердого отхода в почву особое внимание необходимо уделять тем соединениям, которые могут испаряться в атмосферу, впитываться грунтовыми или поверхностными водами или накапливаться в живых организмах и растениях. ПДК некоторых других загрязняющих веществ (химических соединений) приведены в приложениях 3.1, 3.2 [6].

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Словарь экологических терминов и понятий М.: Финансы и статистика, 1997. 160 с.

2. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учеб. для ВУЗов / Под ред. И.И. Мазура – М.: Высш.шк.., 1999. – 447 с.

3. Методические рекомендации по заполнению и ведению экологического паспорта промышленного предприятия (ГОСТ 17.0.0.04-90). М.: Госкомприрода СССР, 1990. - 28 с.

4. Стадницний Г.В., Родионов А.И. Экология. СПб.: Химия, 1996. 240 с.

5. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий. ОНД. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 94 с.

6. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование России. М: Финансы и статистика, 1995. 528 с.