Нормирование качества окружающей природной среды - это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящая изменения в природную среду. Наиболее распространенным видом отрицательного воздействия является загрязнение, причиняющее вред жизни и здоровью человека, растительному и животному миру и экосистемам. Разумеется, воздействие человека шире загрязнения: истощение ресурсов, уничтожение природных экосистем, нарушение стандартов на качество продукции вследствие превышения нагрузок на окружающую природную среду и др.
Гигиенические нормативы - наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества окружающей природной среды.
Они устанавливаются в интересах охраны здоровья человека и сохранения генетического фонда некоторых популяций растительного и животного мира.
Гигиеническое нормирование охватывает также производственную и жилищно-бытовую сферы жизни человека. Установленные и утвержденные нормативы обязательны на всей территории стран СНГ.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
Методологической основой для разработки санитарно-гигиенических и санитарно-эпидемиологических стандартов послужили методы, используемые в медицинской и ветеринарной токсикологии. Токсикант - ядовитое, вредное для здоровья вещество. Для оценки токсичности веществ проводятся опыты на животных, с последующей экстраполяцией экспериментальных данных на человека. Количество вредного вещества, поступившего в организм, отнесенного к массе тела (мг*кг -1), называется дозой. Количество веществ, отнесенных к единице объема или массы воздуха (мг*м-3), воды (мг*л -1), или почвы (мг*кг -1), называется концентрацией. Смертельные дозы и концентрации называются соответственно летальной дозой (яд) и летальной концентрацией (лк) (лат. letalis - смертельный). Доза, которая вызывает гибель 50 % подопытных организмов, обозначается как ЛД50 или ЛК50. В зависимости от степени токсичности ядовитых веществ выделяют 4 класса опасности (наиболее опасен 1-й класс). Воздействуя на организм, вредные вещества вызывают острые и хронические заболевания: острые возникают после однократного воздействия и могут приводить к смертельному исходу, хронические развиваются в результате систематического воздействия доз, не приводящих к острому отравлению. Хронические заболевания часто вызывают соединения свинца, марганца, пары ртути и др. Некоторые вещества, например, синильная кислота или цианистый калий, вызывают только острые отравления.
Для большинства веществ устанавливают две пороговые концентрации: минимальную при остром отравлении и минимальную при хроническом отравлении.
Однако необходимо учитывать, что одни и те же концентрации вредных веществ по-разному воздействуют на организмы в зависимости от того, где они находятся: в воздухе, воде или почве. Поэтому ПДК вредных веществ в разных средах могут сильно различаться.
Нормирование загрязняющих веществ в воздухе. Воздух - среда, непосредственно окружающая человека и потому прямо воздействующая на его здоровье. Еще в 20-е гг. XX века начали вводить ПДК вредных веществ в рабочих помещениях. Обычно содержание примесей в воздухе рабочего помещения больше, чем на площадке предприятия и тем более за ее пределами.
Поэтому для каждого вредного вещества в воздухе устанавливают по крайней мере два нормативных значения: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) и ПДК в атмосферном воздухе ближайшего населенного пункта (ПДКав).
ПДК р.з - это концентрация, которая при работе не более 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний у работающих и их детей.
Следовательно, при нормировании вредных веществ в воздухе производственных помещений учитывается время пребывания людей в зоне загрязнения. На территории предприятия содержание примесей принимается равным 0,3 ПДКрз, так как этот воздух используется для приточной вентиляции.
ПДК ав - это предельная концентрация, которая на протяжении всей жизни человека не должна оказывать на него вредного влияния, включая отдаленные последствия на окружающую среду в целом.
Необходимость такого раздельного нормирования определяется тем, что на предприятии в течение рабочего дня работают практически здоровые люди, а в населенных пунктах круглосуточно находятся не только взрослые, но и дети, пожилые и больные люди, беременные и кормящие женщины и др. Поэтому ПДКрз > ПДКа.в- Например, для диоксида серы (SO2) ПДКрз = 10 мг/м3, а ПДКав = 0,5 мг/м3. Для метилмеркаптана эти показатели соответственно равны 0,8 и 9*10 -6 мг/м3.
При проектировании или строительстве предприятий в районах, где воздух уже загрязнен, необходимо выбросы предприятий нормировать с учетом присутствующих примесей, т. е. фоновой концентрации (Сф). Если в атмосферном воздухе присутствуют выбросы нескольких веществ, то сумма отношений концентраций загрязняющих веществ к их ПДК (с учетом Сф) не должна превышать единицы:
(8.1)
где Сi - концентрация i-го вещества;
ПДК фi,- - предельно допустимая концентрация i-го вещества;
Сфi,- - фоновая концентрация i-го вещества;
n- число суммируемых веществ однонаправленного действия.
Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах. Вода, в отличие от атмосферы, является средой, в которой возникла жизнь и в которой обитает большая часть видов живых организмов (в атмосфере лишь тонкий слой около 100 м наполнен жизнью). Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и беспокоиться о сохранении водных экосистем - как важнейших регуляторов условий жизни планеты. Однако действующие нормативы качества природных вод ориентированы главным образом на интересы здоровья человека и рыбного хозяйства и практически не обеспечивают экологическую безопасность водных экосистем.
Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяют три вида водопользования:
хозяйственно-питьевое - использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
культурно-бытовое - использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водопользования относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест, независимо от их использования;
водоемы рыбохозяйственного назначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории:
высшая категория - места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных и ценных видов рыб, других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;
первая категория - водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
вторая категория - водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей (рис. 8.5).
Рисунок 8.5- Виды и категории водопользования
Конечно, природные воды являются объектами и других видов водопользования - промышленного водоснабжения, орошения, судоходства, гидроэнергетики и т. д. Использование воды, связанное с ее частичным или полным изъятием, называют водопотреблением. Все водопользователи обязаны соблюдать условия, которые обеспечивают качество воды, соответствующее установленным для данного водного объекта нормативам.
Поскольку требования к качеству воды зависят от вида водопользования, необходимо определять этот вид для каждого водного объекта или его участков. Согласно Правилам виды водопользования устанавливаются региональными органами Госкомприроды и Госсаннадзора и утверждаются соответствующей исполнительной властью.
Под ПДК природных вод подразумевается концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования. При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.
Остановимся на методологических принципах разработки санитарно-гигиенических ПДК для воды водоемов. Характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным. Во-первых, многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, в основном биохимическое окисление органических веществ, что часто приводит к ухудшению общего санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению сероводорода, метана и т. д.). В этом случае устанавливают ПДК по общесанитарному признаку вредности.
Во-вторых, промышленные стоки и содержащиеся в них вредные вещества могут изменять органолептические свойства воды (мутность, запах, привкус, температуру), что приводит к отказу потребителя от ее использования. В этом случае устанавливаются такие предельные концентрации, которые не воспринимаются органами чувств человека. Такой подход несколько субъективен, но, поскольку чувствительность физиологических акцепторов (лат. acceptor - приемщик) человека очень высока (часто выше, чем у самой точной аппаратуры), ПДК, установленные по органолептическому признаку вредности, часто являются более жесткими (более низкими), чем установленные по другим признакам вредности.
В-третьих, вредные вещества могут оказывать токсическое действие при непосредственном контакте или попадании в организм. Поэтому для вредных веществ устанавливают ПДК и по токсилогическому признаку вредности.
Таким образом, для одного и того же вещества могут устанавливаться разные предельные концентрации по перечисленным признакам вредности. Например, ионы меди оказывают токсическое действие при концентрации 10 мг/л, нарушают процессы самоочищения в водоеме при концентрации 5 мг/л, а придают привкус воде при концентрациях 1,0 мгл.
При нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности - ЛПВ. ЛПВ - признак вредного действия вещества, который характеризуется наименьшей пороговой концентрацией.
ЛПВ создает некоторый запас надежности по двум другим признакам вредности. Так, в приведенном примере в качестве ПДК меди для водоема принимается концентрация, равная 1,0 мг/л, выбранная по органолептическому ЛПВ. В перечне ПДК (СанПиН 4630-88) всегда указываются ЛПВ, а также класс опасности вещества: от чрезвычайно опасных (1-й класс) до малоопасных (4-й класс).
Кроме того, одно и то же вещество для водоемов, используемых для нужд населения, может нормироваться по одному ЛПВ, а для рыбохозяйственных - по другому. Например, аммиак для хозяйственно-питьевого водопользования нормируется по общесанитарному ЛПВ (2,0 мг/л), а для рыбохозяйственных водоемов - по токсикологическому ЛПВ (0,05 мг/л). То же и для меди: для водоемов первых двух видов водопользования она нормируется по органолептическому ЛПВ (1,0 мг/л), а для рыбохозяйственных - по токсикологическому (0,01 мг/л).
Если водоем используется для нескольких видов водопользования, то в качестве ПДК выбирается самая низкая, т. е. самая жесткая предельно допустимая концентрация вещества.
При сбросе в водоемы нескольких загрязняющих веществ и от нескольких источников действует то же правило, что и при выбросе нескольких загрязнений в атмосферу: сумма отношений концентраций веществ, нормируемых по одинаковому ЛПВ и относящихся к 1-му и 2-му классам опасности, к их ПДК не должна превышать единицы:
(8.2)
где Сi,- концентрации отдельных веществ, нормируемых по одинаковому ЛПВ 1-го и 2-го классов опасности;
ПДКi, - предельно допустимые концентрации суммируемых веществ соответственно;
n- количество веществ, входящих в изучаемую ассоциацию.
Нормирование загрязняющих веществ в почве. Загрязняющие вещества нормируются: 1) в пахотном слое почвы сельскохозяйственных угодий; 2) в почве территорий предприятий; 3) в почвах жилых районов в местах хранения бытовых отходов.
Допустимая концентрация вещества в почвенном слое (ПДКп) устанавливается с учетом его фоновой концентрации, стойкости и токсичности.
ПДК устанавливается экспериментально в зависимости от допустимой остаточной концентрации (ДОК) в пищевых, кормовых растениях и в продуктах питания. ДОК - это максимальное количество вещества в продуктах питания, которое, поступая в организм в течение всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье людей.
Для летучих веществ ПДКп устанавливают в зависимости от ПДК этого вещества в атмосферном воздухе, т. е. при поступлении этого вещества в воздух ПДКав не должно быть превышено. Кроме того, учитывается поступление загрязняющих веществ из почвы в грунтовые воды, в которых не должны быть превышены ПДК веществ в водных объектах.
С учетом всех этих признаков вредности в качестве ПДКп принимается наиболее жесткая концентрация.
В почвах нормируется в основном содержание пестицидов (лат. pestis - зараза, caedo - убиваю), т. е. ядохимикатов, используемых для борьбы с вредителями, болезнями, сорняками, паразитами, грызунами: инсектицидов (пат. insectum - насекомые), фунгицидов (лат. fungus -гриб), гербицидов (лат. herba - трава), акарицидов (лат. akari - клещ) и др. Нормируется содержание и многих других химических веществ: тяжелых металлов, галогенов (хлор, бром), микроэлементов. При этом содержание нормируемых примесей зависит от вида сельскохозяйственной продукции (мясная, молочная, растительная).
Предельно допустимое количество отходов на территории предприятия - это такое их количество, которое можно разместить при условии, что выделение вредных веществ в воздух не превысит 0,3 ПДК этих веществ, установленных для воздуха рабочей зоны, т. е. не более 0,3 ПДКР.з. При этом должно соблюдаться уже известное правило:
(8.3)
Содержание ядовитых соединений в отходах определяет класс их опасности. При расчетах учитывают дозу (ЛД50), растворимость и летучесть токсичного компонента. Под контролем санитарных служб должны находиться не только сбор, но и транспортировка, места захоронения и переработки опасных отходов (включая осадки станций очистки сточных вод).
Кроме перечисленных ПДК, Законом храны окружающей природной среды (ООПС) предусмотрено нормирование предельно допустимых уровней (ПДУ) шума, магнитных полей, радиационного воздействия, применения химикатов в сельском хозяйстве, остаточных количеств химических веществ в продуктах питания и другой продукциист.
Промышленность уже почувствовала укус. В дополнение к многомиллионным затратам на борьбу с загрязнением воздуха и воды предъявлены многомиллиардные судебные иски. Это подрывает крупную промышленность и ведет к ликвидации мелких предприятий. Вскоре это могут почувствовать и люди, так как излишние расходы в конце концов переложат на плечи потребителя». Сколько мы согласны платить за охрану окружающей среды? Очевидно, что не беспредельно. Необходимо осознать, что санкции с жесткими экономическими последствиями должны применяться только тогда, когда без тени научного сомнения ясно, что здоровье людей подвергается опасности. Эту точку зрения разделяют и многие специалисты в бласти охраны природы.
Итак, нормативы качества окружающей природной среды (ПДК) являются тем краеугольным камнем, на основе которого разрабатываются мероприятия, принимаются решения, рассчитываются затраты на охрану природы и платежи за природопользование. Чтобы найти компромисс между экологией и экономикой, крайне важно устанавливать научно обоснованные, тщательно выверенные и достижимые нормативы.
Регламентация выбросовзагрязнений в окружающую среду. Объемы предельно допустимых выбросов (ПДВ) и предельно допустимых сбросов (ПДС) вредных веществ и микроорганизмов, загрязняющих воздух, воды, почвы, устанавливают с учетом производственных мощностей объекта и данных о вредных последствиях по каждому источнику загрязнения. При формировании территориально-производственных комплексов, развитии промышленности и сельского хозяйства, строительстве и реконструкции городов и другой хозяйственной деятельности должны устанавливаться предельно допустимые нагрузки (ПДН) на окружающую природную среду. Цель расчетов ПДН - обеспечение наиболее благоприятных условий жизни населения, предотвращение разрушения и необратимых изменений естественных экологических систем. Ясно, что без создания экологических нормативов эта статья останется лишь декларацией. Согласно действующим правилам основной принцип, заложенный в расчеты ПДВ, ПДС и ПДН, - это обеспечение таких объемов поступления загрязнений в окружающую среду, при которых не нарушаются требования природопользователей (ПДК). Следовательно, в основе всех расчетов лежат действующие ПДК. Рассмотрим это на примерах.
Расчет ПДВ в атмосферу. Конечная цель расчетов ПДВ - обеспечение концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, не превышающих ПДКав, т.е. соблюдение условия С≤ПДК.
Для точечных источников с круглым устьем расчет ведется следующим образом. Вначале определяют фактическую концентрацию вещества в воздухе на расстоянии X от источника загрязнения:
(8.4)
где СМ - максимальная приземная концентрация примеси, мг/м3;
А - коэффициент, определяющий условия перемешивания примесей (в центре европейской части - 140, а в Средней Азии 250);
М - мощность выброса, г/с;
F - коэффициент, учитывающий скорость оседания веществ из атмосферы (для газов и мелкодисперсных аэрозолей F = 1);
m, n- коэффициенты, учитывающие условия выхода смеси из источника выброса.
η - коэффициент шероховатости, зависит от рельефа местности;
Н - высота трубы, м;
ΔТ - разность температур газовоздушной смеси и воздуха наиболее жаркого месяца;
V - объем газовоздушной смеси, м3/с
В реальных условиях предприятия часто по техническим причинам не могут выдержать установленные для них ПДВ. В этих случаях разрешается поэтапное снижение выбросов и устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ) до достижения ПДВ.
Задачи обеспечения ПДВ, т. е. условия М ≤ ПДВ, решаются путем внедрения ресурсосберегающих технологий, соблюдения техники безопасности, очистки и обеззараживания выбрасываемых в воздух смесей, замены сырья, топлива и т, д. При невозможности обеспечения ПДВ предприятия должны быть перепрофилированы или закрыты.
Промышленные здания, расположенные на территории предприятия, влияют на рассеивание загрязняющих веществ. У стен и в других местах может возникать повышенное загрязнение. Здания влияют на ветровые потоки: образуются зоны с замедленными скоростями ветра, так называемые ветровые тени (рис. 8.6).
Рисунок 8.6- Застойные ветровые зоны воздуха около промышленных зданий: I, II, III - «ветровые тени»
Загрязняющие вещества скапливаются в пределах «ветровых теней», если трубы сравнительно невысоки по отношению к зданиям. Поэтому влияние промышленных зданий учитывается лишь в тех случаях, когда: 1) здание расположено близко к источнику загрязнения; 2) источник находится на крыше здания, а его высота меньше высоты «ветровой тени»; 3) высота здания не меньше 0,4 или больше 0,7 высоты источника, при расстоянии между зданием и источником более 0,5 ХМ. При этом за ширину здания принимается сторона, перпендикулярная к направлению ветра (LШ на рис. 8.7)
Рисунок 8.7- Расположение промышленных зданий относительно направления ветра: LШ - ширина здания; LД- длина здания.
Санитарные нормы требуют также отделять предприятия от жилой застройки свободными территориями – санитарно-защитными зонами (СЗЗ). (Рис. 8.8).
Рисунок 8.8- Санитарно-защитная зона предприятия
Расчет СЗЗ регламентируется соответствующим ГОСТом. Все предприятия сгруппированы по отраслям с учетом характера выбросов: химические, металлургические, горнодобывающие и др. Внутри каждой группы выделяют пять классов опасности. Так, в химической промышленности к 1-му классу опасности относятся производство аммиака, азотной кислоты и азотных удобрений, а к 5-му - производство красок, пластмасс, смол и др. Класс опасности определяет протяженность СЗЗ: для 1 -го класса опасности - 1000 м, для 2-го - 500, для 3-го - 300, для 4-го - 100, для 5-го - 50 м. Учитывается также и роза ветров. Протяженность СЗЗ рассчитывают по формуле:
(8.5)
где lо- нормативная ширина СЗЗ для данного класса опасности;
Р - повторяемость ветров в данном направлении, %;
Р0 - средневзвешенная повторяемость ветра, равная при 8-румбовой розе ветров 12,5 %.
Размеры СЗЗ могут быть уменьшены за счет очистки и обезвреживания выбросов и снижения влияния иных вредных факторов.
Расчеты ПДС в водоемы. Согласно действующим Правилам санитарно-гигиенические требования к качеству воды относятся только к местам или створам водопользования, а не ко всей акватории водного объекта. В водотоках контрольный створ, в котором состав и свойства воды должны соответствовать нормативным, расположен на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (рис. 8.9).
Рисунок 8.9 - Расположение контрольного створа в водотоках
Для водоемов рыбохозяйственного назначения контрольный створ устанавливается на расстоянии 500 м от выпуска сточных вод. В непроточных водоемах контрольная зона должна соответствовать нормативам в радиусе 1 км от пункта водопользования (рис. 8.10).
Рисунок 8.10- Расположение контрольной зоны в непроточных водоемах
Требования к составу и свойствам воды в контрольных створах и зонах зависят от вида водопользования. Основной принцип определения условий сброса сточных вод в водоемы заключается в том, что уже на первом этапе проектирования, т. е. при выборе площадки для нового объекта или реконструкции существующего, должны быть представлены материалы, характеризующие:
1) объект, его производительность; количество, состав, свойства и степень изученности сточных вод; место предполагаемого их выпуска; наличие эффективных методов очистки, обезвреживания, утилизации, возможности оборотного и повторного использования сточных вод; ’наличие ПДК для загрязняющих веществ;
2) санитарное состояние водного объекта; его гидрологический режим; наличие выпусков других объектов, влияющих на проектируемый; перспективу использования водного объекта, возможность изменения гидрологического режима, появление на нем новых водопользователей и др.
ПДС устанавливаются для каждого контролируемого вещества с учетом фоновой концентрации, категории водопользования, норм качества воды и ассимилирующей способности водного объекта.
Все представленные на согласование материалы должны быть достоверными. Определение условий отведения сточных вод основывается на расчетах, которые позволяют решить следующие основные задачи:
1) в какой мере будет достаточна степень разбавления в контрольном створе, обеспеченная местными природными условиями;
2) до какой степени следует очищать сточные воды, чтобы в расчетном контрольном створе не нарушалось условие С ≤ ПДК.
Основное расчетное уравнение имеет вид
(8.6)
Допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточной воде (ДКСТ) должна отвечать условию, при котором Скст < ПДК, Скст- концентрация вредных веществ в сточных водах.
При ДКСТ ≤ ПДК нормативные требования должны быть отнесены не к контрольному створу водного объекта, а к самим сточным водам. Необходимость столь глубокой очистки и обезвреживания сточных вод ставит под сомнение целесообразность строительства, по экономическим соображениям.
Таким образом, величина ДКСТ принимается за основу при проектировании мероприятий по снижению загрязнения
Расчет ПДС:
(8.7)
где q – расход сточных вод, м3 /час
После этого проверяют, соблюдается ли условие - сумма отношений концентраций всех веществ одного лимитирующего признака вредности к соответствующим ПДК не должна быть больше единицы, если нет, то следует рассмотреть возможные способы снижения концентрации каждого вещества. При этом в процессе проектирования имеется возможность выбора такой схемы очистки, при которой уменьшаются концентрации лишь наиболее легко удаляемых веществ.
Затем, как и в предыдущих случаях, выполняют повторный проверочный расчет с учетом эффективности осуществленных мероприятий, чтобы удостовериться, что сумма отношений концентраций к ПДК в створе водопользования не больше единицы.
- в промышленном стоке содержатся вещества разных групп по ЛПВ. Тогда сначала вещества (только 1-го и 2-го классов опасности) группируют по лимитирующим признакам вредности.
Сточные воды запрещается сбрасывать в водные объекты также в следующих случаях: 1) при возможности повторного использования;
2) при содержании ценных отходов, которые могут быть утилизированы; 3) при содержании вредных веществ, для которых не установлены ПДК; 4) при возможности использования для орошения.
Как видим, при расчетах ПДС и ПДВ учитываются в основном интересы людей. Между тем, при воздействии вредных веществ на природные экосистемы «вторичные» эффекты, не имеющие первостепенного значения для человека, приобретают решающее значение.
