Оцінка ризику виникнення екологічно небезпечних ситуацій

 

Металургійне виробництво як за основними, так і за рядом не основних переділів являє собою потенційну небезпеку. Причому ця небезпека пов'язана як з прямою екологічною дією на навколишнє середовище (викиди, скиди, відходи), так і з непрямим впливом на стан біосфери (гірські удари при видобутку корисних копалин, кислотні дощі, локальні парникові процеси через викиди СО₂ і ін.).

Найбільшу небезпеку для стану навколишнього середовища представляють аварії і катастрофи. Аварією називають подію, яка приводить до соціально-економічного або екологічного збитку. Важкі аварії пов'язані з трагічними подіями – людськими жертвами. Звичайно аварія носить локальний, а іноді навіть точковий характер. Як правило, виникнення аварії пов'язано з роботою технічних систем, в яких можуть відбуватися поломки механізмів, машин, різного роду порушення технології, роботи транспортних систем і т.п. Таким чином, аварія завжди носить антропогенний характер.

Катастрофа від аварії відрізняється масштабністю, як у вияві, так і за наслідками. Катастрофа звичайно виявляється на значній території і супроводиться великими людськими жертвами, більш глибокими прямими і непрямими соціально-економічними і екологічними змінами, що зачіпають процеси еволюції, спадковості і т.п. Збиток від катастроф і, особливо від їх наслідків, досягає значних величин в грошовому виразі. Із причин виникнення катастрофи підрозділяються на: природно-стихійні лиха (землетруси, цунамі, виверження вулканів і т.д.); природно-антропогенні (поштовхом для яких служить дія людини), антропогенні (як правило, від невірних господарських і технічних рішень).

Аварії і катастрофи, крім причин і тривалості процесу, розрізняються головним чином кількісно – за розміром збитку. Збиток враховує не тільки фактичні, але і можливі втрати в економічній і соціальній сферах. При цьому враховуються втрати за рахунок зміни якості природного середовища у зв'язку з її забрудненням, прямі втрати від руйнування матеріальних цінностей, збиток здоров'ю населення, упущена вигода через порушення повноти ритму роботи діючих підприємств і т.п.

Шкала теоретичних збитків приблизно така:

- глобальна катастрофа з руйнуванням умов життя на Землі – сума збитків прагне нескінченності, тобто економічно безглузда, оскільки економіка має справу тільки з кінцевими величинами;

- найбільша техногенна катастрофа (аварія на Чорнобильській АЕС) - 5•10¹² дол., аварія на АЕС "Три Майл Айленд" в США - 2•10¹¹ дол. Аварії на АЕС мають градації від 1 до 7 ступенів тягаря (Чорнобильська АЕС – 7 балів, на "Три Майл Айленд" – 5 балів);

- великомасштабна природно-антропогенна катастрофа типу аральської до 5•10¹² дол.;

- крупна природна катастрофа (могутній землетрус) – 10¹² дол.;

- локальна соціально-політична катастрофа з екологічними наслідками – до 10¹² дол.;

- крупна техногенна або природна катастрофа (аварія) – до 10⁹ дол.;

- крупна технічна аварія – до 10⁷ дол.;

- "рядова" технічна аварія – до 10⁶ дол.;

- дрібна технічна аварія – до 10⁵ дол.

Існують і інші підходи в розкритті поняття екологічна аварія. Так, зокрема, розглядають екологічні аварії і вірогідні, і фактичні, як ситуації, в результаті яких в навколишнє середовище може поступити одноразово і (або) послідовно деяка кількість шкідливих речовин, що відповідають нерівності:

або (2.37)

де - маса шкідливої речовини i-го виду, яка може одноразово і (або) послідовно поступати в навколишнє середовище в результаті екологічної аварії, т/период;

- гранично допустимий викид i-ї шкідливої речовини в атмосферу, т/период;

- гранично допустимий скид i-го виду шкідливої речовини у водні джерела, т/период;

- кратність перевищення ГДВ або ГДС шкідливої речовини i-го виду.

Тут як одиниця часу використаний період, протягом якого може відбутися або відбувся викид (скид) шкідливої речовини в атмосферу або у водні джерела.

Маса шкідливих речовин, яка може поступити в навколишнє середовище в результаті екологічної аварії, визначається таким чином:

; (2.38)

(2.39)

де - маса шкідливої речовини i-го виду, яка може поступити в навколишнє середовище в результаті екологічної аварії, т/период.

Звичайне місце і час виникнення аварій і катастроф, обумовлених природними причинами, і тим більше їх екологічні наслідки переважно неможливо прогнозувати. Виключення складає тільки прогноз паводків, переважно орієнтовний, або деяких атмосферних явищ.

Техногенні аварії і катастрофи характеризуються:

- непередбачуваністю по місцю виникнення, причому іноді в труднодоступних місцях, що утрудняє своєчасне виявлення;

- довільним виявом за часом, яке через це завжди є несподіваним, раптовим;

- швидкістю вияву, що за винятком деяких випадків утрудняє боротьбу з розповсюдженням наслідків аварій і катастроф;

- значними за своїми масштабами діями практично на всі компоненти навколишнього середовища;

- екологічними наслідками, що виявляються через локальні зміни якості навколишнього середовища;

- значним, як правило, по величині економічним збитком, що включає не тільки витрати на відновлення навколишнього середовища, але і витрати на відновлення виробництва і здоров'я постраждалих людей.

Ці особливості істотно утрудняють прогнозування аварій і катастроф, що є слідством різного роду порушень технологічних процесів або збоїв в роботі технологічного устаткування, систем транспорту, зв'язку і т.п.

Останнім часом питанням оцінки ризику надається вся більша увага, особливо у зв'язку з розробкою принципів і механізмів екологічного страхування, а також розробкою заходів по попередженню аварій і катастроф і ліквідації їх наслідків.

Перш за все, що таке ризик взагалі і екологічний ризик зокрема? Велика кількість визначень цих понять свідчить про незавершеність розвитку науки про ризики і їх наслідки.

Найбільш часто ризик пов'язують з взаємодією різних суперечностей в діяльності людей, які можуть створювати об'єктивні умови для виникнення негативних наслідків, що носять випадковий характер. Тому ризик можна потрактувати як вірогідність вияву наслідків несприятливих подій.

Деякі автори визначають ризик як збиток, який завдано наслідками несприятливих подій. Інші – дають поняттю ризику двовимірне визначення: і як вірогідність вияву несприятливих подій випадкового характеру, і як збиток, викликаний втратами, коли несприятливі події стануть реальністю.

Загальна класифікація ризиків передбачає існування екологічних, транспортних, політичних і спеціальних ризиків. Визначення екологічного ризику по Н.Ф. Реймерсу звучить так: "Екологічний ризик – вірогідність несприятливих наслідків будь-яких (навмисних і випадкових, поступових і катастрофічних) антропогенних змін природних систем, об'єктів і чинників. Оцінюється розрахунковою величиною вірогідності негативної події, наприклад, смертельного результату при катастрофі, аварії, вірогідності захворювання при забрудненні повітря і т.п. Такий ризик вважається прийнятним (максимально допустимим, розумним), якщо число жертв в результаті сповільненої або віддаленої смерті (при чіткому її зв'язку з подією, що розглядається), хронічного захворювання і т.і. від гіпотетичної катастрофи або аварії не перевищує один випадок на 1 млн. (10^-6) жителів в рік. Ризик 10^-8 (випадок на 100 млн. жителів в рік) вважається зневажливо малим. Подальші зусилля по зниженню ризику ваблять економічні і соціально-безглузді витрати. Для екосистем максимально допустимим ризиком вважається вірогідність загибелі 5% видів, що входять в біоценоз".

Класифікація ризику, що враховує взаємозв'язки з ризиком забруднення навколишнього середовища, представлена на рис. 2.5. Така класифікація показує різноманіття ризиків за природою походження, масштабам, видам небезпеки, характеру дії на людей і іншим чинникам.

Виключити небезпеку вияву екологічного ризику або будь-якого іншого і тим самим захистити людей від дії токсичних речовин, шкідливих випромінювань, інших несприятливих чинників на людину практично неможливо і нереально. Проте, зменшити ці небезпеки, іншими словами – мінімізувати вірогідність ризику – це реальна задача. Для її вирішення треба мати у своєму розпорядженні методи оцінки ризику, включаючими як визначення вірогідності виникнення несприятливої події, так і вірогідний збиток від наслідків початку цієї події.

Для вирішення першої частини задачі можна використовувати методи теорії вірогідності, відповідно до якої безвідмовність роботи об'єкту на деякому тимчасовому інтервалі оцінюється функцією надійності (безвідмовної роботи) Р(t):

. (2.40)

Цю залежність визначає функція , що відображає інтенсивність відмов. Вона дорівнює вірогідності того, що після безвідмовної роботи до моменту часу t аварія відбудеться в наступному малому відрізку часу - . Функцію ризику аварії в результаті яких-небудь порушень нормального функціонування об'єкту, яка характеризує вірогідність відмови – Н(t), можна знайти з виразу:

(2.41)

 

 

 

 

У ряді випадків, як показує досвід, функція після незначного за тривалістю початкового періоду експлуатації об'єкту тривалий час характеризується достатньою стабільністю, . Це дозволяє отримати експоненціальний розподіл:

(2.42)

Якщо мати на увазі, що математичне очікування терміну служби (ресурсу) або середнє напрацювання на відмову дорівнює , то функція ризику може бути представлена у вигляді

. (2.43)

Помітимо, що використання можливостей теорії вірогідності для оцінки ризику плідно і ефективно тільки тоді, коли накопичений певний фактичний матеріал, що відображає рівень надійності (або аварійності) того або іншого виробництва, об'єкту і т.п.

Коли відсутня інформація і статистика аварій або ця інформація неповноцінна, оцінку ризику здійснюють методом експертних оцінок. Процедура експертної оцінки потенційної екологічної небезпеки об'єктів досить детально описана Р. А. Моткиним.

Їм же запропонована класифікація підприємств по ступеню екологічної небезпеки (табл. 2.14), в основі якої лежить уявлення про ризики, що підрозділяються на:

- ризики, повністю неприйнятні для стану навколишнього середовища. Підприємства і об'єкти, що функціонують з таким ризиком, відносяться до особливо небезпечних підприємств (ОНП);

- ризики, прийнятні частково. В цьому випадку підприємства і об'єкти відповідають небезпечним підприємствам (НП);

- ризики, повністю прийнятні для навколишнього середовища, дозволяють віднести функціонуючі в таких умовах підприємства до малонебезпечних (МП).

Таблиця 2.14

Шкала-таблиця класифікації підприємств по ступеню

екологічної небезпеки

Параметри	Особливо небезпечні підприємства (ОНП)	Небезпечні підприємства (НП)	Малонебезпечні підприємства (МП)
Атмосфера Стаціонарні джерела
Атмосфера Нестаціонарні джерела (автотранспорт)
Водні ресурси
Захворюваність населення

 

В таблиці використовується приведена кількість речовин, яка визначається загальним обсягом забруднень, що утворюються, за заданий період часу (V, м³), концентрації домішок, які приведені до основного забруднювача: , т.п.м./м³, тобто для періоду часу приведена маса , т.п.м./год; =1 рік, або , т.п.м./год ( = 3 роки).

Умовні позначення:

m – максимальна приведена маса шкідливих речовин, що потрапили в атмосферу від обстежуваного джерела за один рік з останніх трьох, т.п.м./рік;

у – максимальний збиток, що завдається реципієнтам викидами шкідливих речовин від обстежуваного джерела за один рік з останніх трьох, грн.;

у_а – збиток, що завдається реципієнтам викидами шкідливих речовин від обстежуваного джерела автотранспортного підприємства за останній рік, грн.;

М – приведена маса шкідливих речовин, що потрапили в атмосферу міста за останній рік, т.п.м./рік;

У – збиток, що завдається реципієнтам викидами шкідливих речовин від всіх джерел за останній рік, грн.;

- умовний обсяг викидів шкідливих речовин, що потрапили в атмосферу за останній рік, т.п.м./рік;

m_i – максимальна маса скиду i-ї шкідливої речовини, що потрапила у водоймище з обстежуваного джерела за один рік з останніх трьох, т/рік;

- умовний обсяг скиду шкідливої речовини виду i, що потрапив у водоймище за останній рік, т/рік;

m_{i(1 кл)} – маса викиду/скиду домішки виду i із змістом особливо небезпечних для здоров'я людини речовин (1 клас небезпеки), що потрапила в навколишнє середовище від обстежуваного джерела за останній рік, т/рік;

П_{i(1 кл)} – допустима маса викиду/скиду домішки виду i із змістом особливо небезпечних для здоров'я людини речовин (1 клас небезпеки) за останній рік, т/рік;

У_i – збиток, що завдається реципієнтам скидами шкідливої речовини виду i від всіх джерел за останній рік, т/рік.

При організації виробничої діяльності на будь-якому підприємстві або об'єкті важливо не тільки визначити вірогідність ризику екологічної аварії, але і оцінити величину ризику. Ця величина розраховується по загальноприйнятій формулі:

(2.44)

де р_i – вірогідність виникнення i-го небезпечного чинника, що впливає на природний об'єкт, населення;

У_i – збиток від дії i-го небезпечного чинника.

Звичайно збиток пов'язують з фактичними або можливими економічними і соціальними втратами, обумовленими погіршенням стану навколишнього середовища в результаті надходження шкідливих речовин. Оскільки величина збитку залежить від багатьох чинників – розташування підприємства на місцевості, особливості ландшафту, наявності захисних зон, віддаленості житла від меж підприємства, токсикологічних показників шкідливих речовин, кількості шкідливих речовин, що поступають в атмосферу, гідросферу, літосферу, стану природного середовища і ін., то доцільно величину збитку приводити до грошового еквівалента. При оцінці збитку від забруднення навколишнього середовища враховуються втрати, пов'язані з виходом з ладу інженерних споруд і устаткування, втрати, обумовлені впливом на розташовані в зоні аварії/катастрофи виробництва, зниженням працездатності людей, збільшенням захворюваності, смертності, зменшенням врожайності, погіршенням якості сільськогосподарської продукції і іншими явищами, причинами яких є фізичне, хімічне і біологічне забруднення середовища.

З врахуванням висловленого вище приведена формула може бути представлена в наступному вигляді:

(2.45)

де - збиток, пов'язаний з частковим або повним виходом устаткування, будівель, споруд з експлуатації;

- збиток, пов'язаний з витратами на відновлення виробництва, стану природного середовища, включаючи витрати на медичне і соціальне обслуговування населення;

- збиток, пов'язаний з упущеною вигодою.

Оцінка збитку наведено вище.

Головним критерієм ризику вважається ступінь дії шкідливих речовин на здоров'я населення. Ризик для здоров'я – це вірогідність того, що в певній ситуації окрема особа або група осіб випробовуватимуть несприятливі наслідки від дії хімічних з'єднань. Знання ризиків для здоров'я населення дозволяє встановити:

- наявність проблем в охороні здоров'я населення:

- важливість цих проблем;

- пріоритетність проблем (пріоритетність їх рішення);

- рівні експозиції (дії), при яких ризики незначні або відсутні.

Оцінки ризику для здоров'я населення необхідні для ухвалення рішень, перш за все, пов'язаних з нормуванням вмісту шкідливих речовин, що потрапляють в навколишнє середовище, а також для визначення можливого збитку при погіршенні якості цього середовища. Звичайно високий ризик вимагає вживання негайних заходів. Нульовий ризик не припускає ніяких дій.

Кількісно ризик виражається у величинах від 0 (повна упевненість, що ризику немає) до 1 (повна упевненість, що збиток здоров'ю буде нанесений).

При оцінці ризику слід розрізняти канцерогенну небезпеку хімічних з'єднань, тобто здатність речовини викликати онкологічні захворювання, і неканцерогенну небезпеку, тобто здатність речовин надавати інші, неканцерогенні дії, наприклад, зміни в імунній системі, у ферментативній активності і ін.

Неканцерогенні речовини (токсичні) мають поріг дії, тобто рівень, нижче за який ці речовини не надають якої-небудь дії, на відміну від канцерогенних речовин, для яких такого порогу немає. Задачами оцінки неканцерогенного (токсичного) ризику є:

- визначення порогу дії – рівня дії, безпечної для здоров'я людини;

- визначення дійсного рівня дії на здоров'я і порівняння його з пороговим рівнем.

Методичний підхід визначення неканцерогенного (токсичного) ризику включає наступні етапи:

1. Визначення шкоди (небезпеки).

2. Аналіз рівня дії шкідливої речовини.

3. Оцінка дії.

4. Характеристика ризику.

Підсумком першого етапу оцінки ризику є збір всієї інформації про шкідливі речовини-забруднювачі, визначення їх вмісту в навколишньому середовищі і типу небезпеки, які вони викликають, оцінка достовірності цієї інформації і тих невизначеностей, які виникають в процесі узагальнення і аналізу. На другому етапі встановлюються взаємозв'язки між дозою шкідливої речовини, що поглинається людиною, і реакцією на нього, тобто визначається пороговий рівень дії, вище за який формуються шкідливі для здоров'я ефекти. В ідеалі пороговий рівень впливу (ПРВ) встановлюється виходячи з епідеміологічних досліджень людини або тварин. Оскільки для більшості токсичних речовин подібна залежність не встановлена, то рекомендовано звертатися до єдиної системи інформації про ризик (ЕСІР), розробленій Агентством охорони навколишнього середовища США. В ЕСІР зібрані дані про шкідливу дію більш ніж 600 канцерогенних і токсичних забруднювачів. За наявності даних про пороговий рівень безпеки (ПРБ), які отримані при дослідженнях тварин, виконується розрахунок з врахуванням невизначеностей, приведених в табл. 2.15.

 

Таблиця 2.15

Оцінка значень невизначеностей, що виникають при визначенні ПРВ

Невизначеність	Значення
Облік наявності чутливих підгруп в загальній масі населення
Екстраполяція від тварин до людей
Екстраполяція від короткострокової дії до довгострокової
Облік можливої низької достовірності інформації про токсичність досліджуваної речовини
Облік додаткових невизначеностей, не врахованих попередніми невизначеностей	0-10

 

Розрахунок ПРВ виконується за формулою, мг/кг/день

(2.46)

де Н₁, Н₂,.Н_n – невизначеності при екстраполяції даних досліджень на тваринах до дії людини.

Оцінка дії, характеризуюча третій етап, є процесом визначення величини частоти і тривалості дії на людину шкідливої речовини в навколишньому середовищі. Для визначення ризику пропонуються два типи розрахунку: по середній концентрації і по максимальній концентрації, при цьому в тому і іншому випадку система чинників дії визначається табл. 2.16.

 

Таблиця 2.16

Допущення при оцінці ризику

Показники	Середнє значення	Граничне значення
Питна вода (л/день), РК
· Діти
· Дорослі	1,4
Вдихаємо повітря (м3/день), РК
Частота дії (днів/год), ЧВ
Тривалість дії (літ), ПВ
Вага тіла (кг), В
· Діти
· Дорослі
Тривалість контакту (днів), ПК	9•365=3285	30•365=10950
Тривалість життя (днів)	70•365=3285	70•365=3285

 

Розрахункові показники третього етапу:

(2.47)

де ДП – доза поглинання, мг/кг;

К – розмір контакту (по повітрю м³/день, по воді л/день);

РК – концентрація шкідливої речовини в навколишньому середовищі, мг/м³ (мг/л);

ЧВ – частота дії, днів /рік;

ПВ – тривалість дії, років;

В – вага тіла, кг.

(2.48)

де СД – середня доза, мг/кг/день;

ДП_ср – доза поглинання, що розраховується за середніми значеннями, мг/кг;

ПК_ср – середня тривалість контакту, дні.

(2.49)

де МД – максимальна доза, мг/кг/день;

ДП_max – доза поглинання, що розраховується за максимальними значеннями, мг/кг;

ПК_max – максимальна тривалість контакту, дні.

або (2.50)

де КР_ср, КР_max – коефіцієнт ризику, відповідно середній або максимальний.

При КР 1 токсичний ризик відсутній. КР = від 1 до 5 – помірний ризик. КР > 5 – високий ступінь ризику для здоров'я людини.

Пропонований методичний підхід дозволяє оцінювати конкретні показники канцерогенного і неканцерогенного ризику, дає можливість хоча б приблизно оцінювати небезпеку від забруднення навколишнього середовища, тоді як визнаний в нашій країні підхід через нормування ГДК не дає можливості оцінки ступеня небезпеки для здоров'я людини при перевищенні ГДК.

Для прикладу оцінимо ризик дії двох надто небезпечних забруднювачів атмосферного повітря муніципального підприємства, який розташовано в зоні впливу металургійного комбінату з повним циклом. Фенол виділяється з покриттів теплоізоляцій металургійних печей, при сушці і розігріванні футеровок ковшів і агрегатів "піч-ківш". Бенз(о)пирен виділяється при роботі дизельних двигунів автотранспортних засобів, що обслуговують відкриті розробки руд, які забезпечують транспортні потоки на комбінаті. Характеристики цих речовин приведені в табл. 2.17.

 

Таблиця 2.17

Характеристика забруднень в зоні впливу підприємства

Речовина	Клас небезпеки	Класифікація небезпеки	ГДК, мг/м3	Концентрація в приземному шарі атмосфери, мг\м3
максимально разова	середньодобова	середня	максимальна
Фенол		Токсична речовина	0,01	0,033	0,01	0,04
Бенз(о)пирен		Канцероген групи В	0,1•10-5	-	0,7•10-5	-

 

Всі показники визначаються їх усереднюванням на один день.

1. Аналіз рівня дії домішок.

1.1. Фенол. При вдиханні парів фенолу дослідними тваринами встановлено значення порогового рівня безпеки 60 мг/кг. З врахуванням невизначеностей, які виникають при екстраполяції даних досліджень від тварин до людини, пороговий рівень дії за один день складає:

ПРВ = 60/100 = 0,06 мг/кг.

При цьому значення невизначеностей складає , де - невизначеність при екстраполяції даних від тварин до людини; - облік можливостей часткового спотворення даних досліджень на тваринах; - невизначеність, що ураховує наявність особливо чутливих підгруп людей серед загальної маси населення.

1.2. Бенз(о)пирен. Питомий ризик з розрахунку на один день складає УР = 7,3 (мг/кг)^-1.

2. Оцінка ризику.

Оцінка ризику виконується для промислового району. Розрахунок ведеться за формулами (3.21 – 3.24).

2.1. Фенол.

Середня доза поглинання

, де К = 0,01 мг/м³; РК = 20 м³/день; ЧВ = 350 днів/рік; ПВ = 9 років; В = 70 кг.

ДП_ср = 9 мг/кг за весь час дії.

Максимальна доза поглинання при К = 0,04 мг/м³; РК = 30 м³/день; ЧВ = 350 днів/рік; ПВ = 30 років; В = 70 кг.

Складає ДП_max = 180 мг/кг за весь час дії.

Приведемо ці сумарні дози до одного дня дії.

Середня доза мг/кг;

Максимальна доза мг/кг.

Середній коефіцієнт ризику:

.

Максимальний коефіцієнт ризику:

.

2.2. Бенз(о)пирен.

Величина дії , де К = 0,7•10^-5 мг/м³; РК = 20 м³/день; ЧВ = 350 днів/рік; ПВ = 9 років; В = 70 кг; ПК = 3285 днів.

Звідси = 0,2 ∙ 10^-5 мг/кг з розрахунку на 1 день.

Максимальна дія не визначається через відсутність інформації про максимальні концентрації бенз(о)пирену.

Величина ризику або 15 випадків на 1 мільйон жителів промислового району.

Таким чином, результати розрахунків показують, що прийняті для аналізу концентрації забруднювачів фенолу і бенз(о)пирену завдають достатньо високий ризик для здоров'я населення. При організації необхідних заходів щодо зниження забруднення атмосферного повітря цей ризик може бути істотно зменшено.