Регламентация загрязняющих веществ в окружающей среде
Гигиеническая регламентация вредных (загрязняющих) веществ в природной среде заключается в установлении так называемых санитарно- гигиенических нормативов их содержания в воздухе, почве, а также в растениях, продуктах питания, материалах. В данном разделе рассматриваются в основном вопросы, касающиеся регламентации загрязняющих веществ в воздухе, воде и почве.
Устанавливаемые для них нормативы содержания загрязняющих веществ представляют собой упомянутые выше предельно допустимые концентраци ПДК.
ПДК- это норматив - количество вредного вещества в окружающей среде, отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента, которое при постоянном контакте или при воздействии в определенный промежуток времени практически не оказывает влияние на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.
Данное определение универсально, но с точки зрения токсикологии является слишком неконкретным. В предыдущем разделе было показано, что в воздействии загрязняющих веществ, содержащихся в воде, воздухе или почве, на организм имеются существенные различия и, следовательно, ПДК должны устанавливаться на основе различных токсикометрических оценок. Поэтому и принципы нормирования загрязняющих веществ в разных средах различаются. Напомним, что с позиции экологии ПДК вредных веществ имеют смысл верхнего предела устойчивости организма, при превышении которого то или иное вещество (т.е. фактор) становится лимитирующим. Все загрязняющие вредные вещества в токсикологии принято оценивать по их воздействию на организм. Наиболее характерными являются собственно токсические (резорбтивные) и рефлекторные (органолептические) воздействия. Рефлекторные реакции могут проявляться в форме ощущения запаха, световой чувствительности и т.п. Резорбтивное действие может быть общетоксическим, канцерогенным, мутагенным др. Эти обстоятельства вызвали необходимость устанавливать для загрязняющих воздух веществ два вида предельно допустимых концентраций: максимальную разовую и среднесуточную. Первая вводится с целью предупреждения негативных рефлекторных реакций при кратковременном воздействии и обозначается ПДК м.р., а вторая - для предупреждения токсического действия (ПДК с.с) среднесуточная.
Слово "разовая" имеет определенный количественный смысл: кратковременным рефлекторным действием вещества считается 20 мин, и поэтому при контроле загрязненности воздуха такими веществами пробы берутся однократно в течение двадцати или тридцати минут. С ПДК с.с. сравнивают концентрации, определяемые несколько раз в течение суток (обычно 4 раза, иногда - каждый час). При этом учитываются следующие обстоятельства.
Во-первых, из-за неустойчивости направлений ветра примеси могут присутствовать или отсутствовать в населенном пункте: ветер может быть направлен от источника выброса к населенному пункту или в сторону от него. Поэтому концентрации могут быть выше или ниже ПДК с.с. в течение того или иного отрезка времени.
Во-вторых, вредные вещества могут обладать как рефлекторным, так и резорбтивным действием на организм. Например, то или иное вещество может оказать рефлекторное воздействие при значительно более низкой концентрации, чем резорбтивное. Таковые летучие вещества, обладающие резким запахом или раздражающим действием, например хорошо известный метилмеркаптан. Другие вещества, не обладая раздражающим действием (не имея запаха и цвета), ядовиты при низких концентрациях, т.е. отравление начинается раньше, чем человек способен ощутить присутствие этих веществ. Примером может служить монооксид углерода, т.е. угарный газ.
Поэтому существует такое правило: если рефлекторное (раздражающее) действие токсиканта начинается при более низкой концентрации, т.е. раньше, чем резорбтивное, то ПДКм.р. = ПДКс.с. Если же при более низкой концентрации начинается токсическое (отравляющее) действие, то ПДК м.р. превышает ПДКс.с. в 2 - 10 раз. Для веществ, порог токсического воздействия которых на организм пока не известен, а также для особо опасных веществ существует только максимальные разовые ПДК. Для условий производственных помещений устанавливаются для всех нормируемых веществ только максимальные разовые ПДК.
Очевидно, что содержание примесей в воздухе рабочего помещения неизбежно больше, чем на площадке предприятий и, тем более - за пределами, т.о. в населенных пунктах, куда примеси доходят в той или иной мере рассеяными. В этих обстоятельствах нереально иметь единую ПДК для того или иного загрязняющего вещества. Поэтому разработаны так называемые принципы раздельного нормирования загрязняющих веществ. Это значит, что для каждого вредного веществ устанавливается несколько максимальных разовых предельно допустимых концентраций в воздушной среде: как минимум две. В частности, одно значение ПДК устанавливается в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.)., под которой понимают пространство в двух метрах от пола, где находятся места постоянного или временного пребывания работающих, другое - в атмосферном воздухе населенного пункта (ПДК а.в.).
ПДКр.з.(рабочей зоны) - это концентрация, которая при ежедневной, кроме выходных дней, работе в течение 8 ч. или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 41 ч. в неделю в течение всего рабочего стажа, не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Необходимость раздельного нормирования загрязняющих веществ определяется известным законом толерантности: на предприятии в течение рабочего дня загрязненным воздухом дышат практически здоровые, прошедшие необходимое медицинское освидетельствование люди, а в населенных пунктах - круглосуточно находятся не только взрослые, но и дети, пожилые люди, беременные и кормящие женщины, люди, страдающие заболеваниями сердечно-сосудистой, дыхательной системы. Поэтому ПДКр.з.> ПДКа.в. Например, для диоксида серы ПДК р.з. = 10 мг/м3 , а ПДКа.в. = 0,5 мг/м3.
В табл. 4.2 приведены ПДК некоторых загрязняющих веществ в воздухе для населенных пунктов, которые при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывают на него вредного влияния.
Таблица 4.2.Предельно допустимые концентрации некоторых
загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов (мг/м3)
| Загрязняющее вещество | ПДКм.р. | ПДКс.с. |
| Основные | ||
| Твердые (пыль) | 0,5 | 0,15 |
| Диоксид серы | 0,5 | 0,05 |
| Диоксид азота | 0,85 | 0,04 |
| Оксид азота | 0,4 | 0,06 |
| Оксид углерода | 5,0 | 3,0 |
| Специфические | ||
| Аммиак | 0,2 | 0,04 |
| Хлористый водород | 0,2 | 0,2 |
| Бензпирен | - | 0,0001 |
| Фенол | 0,01 | 0,003 |
| Формальдегид | 0,035 | 0,003 |
| Ртуть | - | 0,0003 |
| Свинец | - | 0,0003 |
| Марганца оксид | - | 0,001 |
| Медь | - | 0,002 |
| Никель | - | 0,001 |
| Мышьяк | 0,003 | 0,003 |
| Хрома оксид | 0,0015 | 0,0015 |
Контроль и управление качеством в водных объектах (водоемах и водотоках) представляют собой санитарную охрану водоемов. В отличие от атмосферы, вода - более жестко локализованное в пространстве природное тело, всегда ограниченное в водоемах их берегами и дном. Это существенным образом сказывается на последствиях ее загрязнения с точки зрения влияния как на здоровье человека, так и на экосистемы. Следует иметь ввиду, что словосочетание водный объект" (как и "водоем", ''водоток") используется в качестве технического термина, но фактически речь идет о качестве воды в водных экологических системах (биогеоценозах), где аналогично воздуху в наземных экосистемах вода является постоянной средой обитания для множества живых организмов, чьи экологические ниши здесь локализованы, т.е. для водного биоценоза.
Важнейшей водоохранной задачей в условиях промышленной и хозяйственной деятельности общества, а также с учетом того, что целенаправленное или случайное отведение жидких "отходов" в водные объекты практически неизбежно, является установление допустимых нагрузок на них при водопользовании и водопотреблении.
Водопользование - это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации. Основными водопользователями являются рыбное хозяйство, гидроэнергетика, водный транспорт.
Водопотребление - это использование воды, связанное с изъятием ее мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии, т.е. с примесями. Основные водопотребители - сельское хозяйство, промышленные производства, культурно-бытовое хозяйство. Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависящая от физических особенностей и способности к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка ПДН. Но поскольку использование воды связано с изъятием ее из водоема (или водотока) и угрозой истощения этого объекта, разрушением экосистемы, а также с использованием для целей купания, рыбной ловли, отдыха на воде, то ограничение нагрузки только с точки зрения поступления в воду загрязняющих веществ оказывается недостаточным. Поэтому в настоящее время стоит проблема разработки нормативов предельно допустимой экологической нагрузки на водные экосистемы ПДЭН.
В общем случае допустимая нагрузка на водоем (при его загрязнении) определяется как разность установленной нормативной нагрузкой, т.е. возможностью сброса Снорм и уже существующей, т.е. фактической нагрузкой Сфакт:
Сдоп = Снорм - Сфакт
Согласно действующим правилам данный водный объект считается загрязненным, если показатели состава и свойств воды в нем изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными хотя бы для одного из видов водопользования. Если же примеси (загрязняющие вещества) присутствуют в воде в пределах нормативов, то водный объект загрязненным не считается.
Таким образом, загрязненность воды - не абсолютное'понятие : оно относится только к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Поэтому водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ. Такое положение является объективно вынужденным, ибо полностью прекратить сбросы и разбавление в природных водах загрязняющих веществ пока нереально, однако с экологических позиций оно совершенно неприемлемо, ибо из него следует, что вне места водопользования водная экосистема, даже полностью разрушенная, загрязненной не считается.
Поэтому экологически грамотные инженеры производства должны, независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка на водный объект, принимать все технически доступные меры для минимизации сброса в него загрязняющих веществ.
Под загрязненностью водного объекта понимают такое его состояние в официально установленном месте использования воды, при котором наблюдается уклонение от нормы в сторону увеличения содержания тех или иных нормируемых компонентов. Отсюда загрязняющим воду веществом считается не любая примесь и не в любом количестве, а лишь избыточная, которая приводит к нарушению нормативов качества воды.
Основным нормативным требованием к качеству воды в водном объекте является соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т.е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние водной экосистемы и качество воды с точки зрения ее опасности (или безопасности) для здоровья,
Предельно допустимая концентрация примеси в воде водного объекта (реке, озере, море, подземных водах) - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водоиспользования.
Иными словами, ПДК вредных веществ в водном объекте - такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе (поперечном сечении), заложенном на водотоках - в 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно-питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах - в радиусе 1 км от пункта водопользования. Как и для примесей в атмосферном воздухе, для веществ, загрязняющих воду, установлено раздельное нормирование качества воды, хотя принцип разделения здесь иной и связан он с приоритетным назначением водного объекта, т.е. с категориями водопользования (рис.4.1).
Рис. 4.1. Категории водопользования
К качеству воды каждой из показанных на рисунке категорий водопользования предъявляются различные требования: в одних случаях более, в других - менее жесткие. Например, присутствие хлорорганических ядохимикатов (ДДТ, гексахлоран) в хозяйственно-питьевых и культурно- бытовых водных объектах допускается в весьма ограниченных количествах: концентрации соответственно 0,02 и 0,1 мг/л. В воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается (вещества не должны определятся существующими методами анализа), что объясняется закономерностью прогрессивного накопления токсикантов в пищевых целях. Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, другие опасны, кроме того, и при контактном воздействии. Соответственно присутствие первых ограничивает возможности для купания и умывания (санитарное ограничение), а вторых - лимитирует использование воды для питья и приготовления пищи (санитарно-токсикологическое ограничение).
Некоторые вещества являются вредными в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном воздействии или при воздействии на органы чувств, и поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения с общесанитарной точки зрения. Однако в водных объектах второй категории они оказываются токсичными для ихтиофауны (рыб), и здесь на первое место выдвигается их токсическое действие. Соответственно ПДК на эти вещества ужесточаются. Например, если в водных объектах первой категории ПДК для аммиака (по азоту) составляет 2мг/л, то для второй категории она в 40 раз ниже. Есть вещества мало ядовитые, но обладающие резким стойким запахом, например нефтепродукты. В водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах, и поэтому в основе ограничения - органолептические свойства воды, загрязненной этими продуктами (ПДК = 0,3 мг/л). Однако ткани рыб, обитающих в водоемах рыбохозяйственного назначения, приобретают резкий запах, а кроме того, нефть губительна для икры, личинок, мальков. Поэтому в рыбохозяйственных водных объектах присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю и ПДК снижается до 0,05 мг/л.
Таким образом, для обеспечения чистоты водных объектов одновременно с предельно допустимыми концентрациями используется другой ограничительный норматив: лимитирующий показатель вредности,не имеющий количественной характеристики, а отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет полифункциональное назначение. В водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения в основу приоритетности нормирования положены преимущественно санитарно- токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в рыбохозяйственных - в основном токсикологический и отчасти органолептический. Значения предельно допустимых концентраций вредных веществ в водных объектах различны для разных категорий водопользования и их перечни также различны: для водных объектов первой категории установлены ПДК на 1717 вредных веществ, второй - 925, причем лишь немногие из них повторяются в обоих перечнях. Понятно, что различные вещества могут иметь одинаковый лимитирующий показатель вредности при различных значениях ПДК. Загрязнение воды связано не только с присутствуем в ней токсичных или
дурнопахнущих веществ, но и с изменением ряда других физико- химических показателей. В водных экосистемах имеют значение режимы таких экологических факторов, как содержание взвешенных веществ, минеральный состав, растворенный кислород, температура, рН и др.
Состав и свойства воды в створах водопользования ни по одному из названных показателей не должны превышать установленных нормативов.
Специфическая форма последствий загрязнения - перерасход кислорода в воде в результате его потребления на окисление примесей, дыхание размножающихся массово организмов (в первую очередь - сине- зеленых водорослей).
Вредные вещества, содержащиеся в промышленных стоках, способны подвергаться окислению в природных водах, что связано с потреблением растворенного в воде кислорода. Перерасход кислорода может приводить к его дефициту в воде и явлению эвтрофикации, т.е. повышенной биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных факторов. Зная химический состав и количество примесей в воде, рассчитывают потребность в кислороде на окисление и определяют степень угрозы эвтрофикации, т.е. устанавливают, насколько опасны те или иные стоки, с тем, чтобы ограничить их сброс. Для этого используют два показателя, обязательно контролируемые санитарными лабораториями предприятий в сточных, природных и оборотных водах: химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК).
ХПК- количество кислорода (мг/л), необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в воде, т.е. углеродсодержащих веществ до СО2, Н2О, серосодержащих веществ - до сульфатов, фосфорсодержащих - до фосфатов и т.д.
БПК- количество кислорода (мг/л), израсходованное в определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление (разложение) нестойких органических соединений в исследуемой воде. Например, БПК5 - биохимическая потребность в кислороде за 5 суток, БПКполн - биохимическая потребность в кислороде на полное окисление органики.
Биохимическая деятельность микроорганизмов, связанная с разрушением органических загрязнений сточных вод, называется биохимической активностью. Биоразлагаемость сточных вод характеризуется биохимическим показателем, под которым понимают отношение БПКполн / ХПК или БПК / ХПК, При отношении БПК / ХПК = 0,5 вещества поддаются биохимическому окислению. При этом необходимо, чтобы сточные воды не содержали ядовитых веществ и примесей солей тяжелых металлов.
Биохимический показатель является параметром, необходимым для расчета и эксплуатации промышленных сооружений для очистки сточных вод. Его назначение колеблется в широких пределах для различных групп сточных вод. Промышленные сточные воды имеют низкий биохимический показатель (0,05 - 0,3), бытовые сточные воды - свыше 0,5.
Производственное предприятие непосредственно несет ответственность за превышение тех или иных показателей качества воды и обязано соблюдать установленные нормативы за счет совокупности технических и технологических мероприятий, направленных на снижение или предотвращение изменения качества воды. При этом возникает немало сложностей, связанных с гидрологическими особенностями водного объекта: профилем дна, извилистостью реки, глубиной и др. Так, разбавление примесей зависит от расхода воды в реке, который периодически меняется в разное время года и в разные годы. Кроме того, в воде уже могут присутствовать одноименные примеси от предприятий, расположенных выше по течению, которые образуют фоновое загрязнение. Следовательно, ПДК недостаточно для обеспечения качества воды. Чтобы исправить существующее положение и гарантировать качество воды в створе водопотребления, для каждого предприятия должен устанавливаться предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ. ПДС вредного вещества - это его масса в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.
Таким образом, если ПДК является нормативом на содержание загрязняющих веществ в природной среде, то ПДС - нормативом на их поступление, но при этом ПДС является функцией от ПДК.
Нормирование загрязняющих веществ в почве имеет три направления: во-первых, нормирование содержания ядохимикатов в пахотном (корнеобитаемом) слое почвы сельскохозяйственных угодий, во-вторых, нормирование накопления токсичных веществ на территории предприятия и в-третьих -нормирование загрязненности почвы в жилых районах, преимущественно в местах временного хранения бытовых отходов.
В пахотном слое почвы вредные вещества нормируются по двум показателям: предельно допустимым (ПДКп) и временно допустимым концентрациям (ВДКп). Для установления ПДКп используют данные о фоновых концентрациях исследуемых веществ, их физико-химических свойствах, параметрах стойкости, токсичности. При этом экспериментально устанавливают:
• допустимую концентрацию вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит некоторых допустимых остаточных количеств (ДОК), иначе называемых ПДК в продуктах питания (ПДК пр);
• допустимую (для летучих веществ) концентрацию, при которой посту
пление вещества в воздух не превысит установленных ПДК для атмосферного воздуха (ПДКа.в.)
• допустимую концентрацию, при которой поступление вещества в
грунтовые воды не превысит ПДК для водных объектов;
• допустимую концентрацию, не влияющую на микроорганизмы и процессы самоочищения почвы.
Наиболее жесткие из ряда названных показателей принимаются в качестве ПДКп, причем сравнение идет по одноименным показателям вредности, т.е. по сходному действию разных веществ.
ДОК - это максимальное количество вещества, которое, поступая в организм на протяжении всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье детей и взрослых людей.
Временно допустимые концентрации ВДКп, в отличие от ПДКп, определяются расчетным путем для тех пестицидов, которые разрешены к этим испытаниям или в силу своих химических особенностей не требует обязательного определения ПДК.