Экологическое нормирование

Необходимость смены техногенного типа развития требует введения экологических ограничений или экологических нормативов. Экологическая техноемкость территории и предельно допустимая техногенная нагрузка по существу являются универсальными территориальными экологическими нормативами, предназначенными для регламентации хозяйственной деятельности. Но как раз ЭТТ и ПДТН законодательно не утверждены как нормативы.

Вся сфера экологического нормирования и стандартизации, особенно связанная с техногенным загрязнением среды, так или иначе опирается на гигиенические нормы и использует установленные предельно допустимые концентрации (ПДК), предельно допустимые дозы (ПДД) или предельно допустимые уровни (ПДУ) вредных агентов. ПДК - это та наибольшая концентрация вещества в среде и источниках биологического потребления (воздухе, воде, почве, пище), которая при более или менее длительном действии на организм - контакте, вдыхании, приеме внутрь - не оказывает влияния на здоровье и не вызывает отставленных эффектов (не сказывается на потомстве и т.п.). Поскольку возможный эффект зависит от длительности действия, особенностей обстановки, чувствительности реципиентов и других обстоятельств, различают ПДК среднесуточные (ПДК_сс), максимальные разовые (ПДК_мр), ПДК рабочих зон (ПДК_рз), ПДК для растений, животных и человека. На рис. 8.2 показана схема нормирования загрязняющих веществ в воздухе. В настоящее время установлены ПДК нескольких тысяч индивидуальных веществ в разных средах и для разных реципиентов. ПДК не являются международным стандартом и могут несколько различаться в разных странах, что зависит от методов определения и спецификации. Значение ПДК некоторых загрязняющих веществ приведены в приложении ПЗ.

Многие загрязняющие вещества, содержащиеся в выбросах и стоках предприятий и других источников загрязнения, обладают сходным токсикологическим действием на живые организмы. Кроме того, ряд веществ может усиливать свою токсичность в присутствии других. Это явление называют эффектом суммации вредного действия и его необходимо учитывать при нормировании. Для веществ однонаправленного действия должно соблюдаться следующее условие:

(8.9)

где C₁, C₂,..., C_n - концентрации вредных веществ, обладающих эффектом суммации;

ПДК₁, ПДК₂, ..., ПДК_n - соответствующие им предельно допустимые концентрации.

Рис. 8.2. Схема распространения аэрополлютантов и требования к нормированию вредных примесей в воздухе

Для водных объектов одновременно с ПДК используется другой ограничительный норматив - лимитирующий показатель вредности (ЛПВ), который не имеет количественной характеристики, а отражает приоритетность требований к качеству воды. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод выделяют три вида ЛПВ:

§ санитарно-токсикологический (характеризует токсическое действие вещества на организм человека и водных животных);

§ общесанитарный (характеризует влияние, оказываемое веществом на общесанитарное состояние водного объекта, в частности, на скорость протекания процессов самоочищения);

§ органолептический (характеризует способность вещества менять органолептические, т.е. оцениваемые органами чувств человека свойства воды - запах, привкус, цвет, появление пены).

Суть ЛПВ заключается в том, что загрязнители воды могут оказывать на водные экосистемы и здоровье человека неблагоприятное воздействие нескольких видов, каждое из которых характеризуется своей безопасной концентрацией. То из воздействий, безопасная концентрация, для которого минимальна, и является лимитирующим.

Рис. 8.3. Изменение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы от организованного высокого источника выбросов

На основании величин ПДК с помощью специальных программ вычисляются значения предельно допустимых эмиссии - предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ), предельно допустимые сбросы в водоемы (ПДС) тех или иных веществ, выделяемых конкретными источниками (предприятиями) данной территории. При этом учитываются характеристики источников и условия распространения эмиссии. Например, для того, чтобы в ближайшем к заводским трубам жилом квартале города при наименее благоприятных условиях рассеяния не превышались ПДК определенных аэрополлютантов, нужно ограничить выброс этих веществ постоянной предельной величиной - ПДВ. Подобная ситуация схематически отображена на рис. 8.3.

ПДВ и ПДС уже непосредственно регламентируют интенсивность и качество технологических процессов, являющихся источником загрязнения, и приобретают свойство экологических нормативов. Сверхнормативные эмиссии влекут за собой экономические и административные санкции. Часто бывает, однако, что предприятие по техническим причинам не может соблюдать предписанные ему ПДВ, санкции безрезультатны, а сокращение или остановка производства чревата экономическими и социальными коллизиями. В таких случаях применяется практика временного согласования выбросов и стоков, причем чаще всего на уровне фактических эмиссии. «Временно согласованные» выбросы и стоки (соответственно ВСВ и ВСС) по существу являются свидетельством отказа от нормирования и приводят к ухудшению экологической обстановки. Но и соблюдаемые ПДВ и ПДС не удовлетворяют многим требованиям экологического нормирования, так как существуют серьезные сомнения в пригодности ПДК в качестве основы этих нормативов. Вообще частнонормативный подход не соответствует потребностям решения экологических проблем:

§ далеко не для всех реальных загрязнителей установлены ПДК;

§ нет ПДК для множества разнообразных сочетаний различных агентов; возможные взаимодействия между ними, образование вторичных продуктов и совмещенные эффекты не позволяют рассчитать «комплексы» ПДВ;

§ ПДК одного и того же вещества для ценных растений и животных могут быть существенно меньше, чем для человека; это вынуждает делать очень ответственный выбор;

§ расчет большинства ПДВ делается на основании максимальных разовых ПДК, которые могут быть на порядок выше среднесуточных.

Ясно, что регламентация должна строиться на другой основе. Если все же использовать ПДК, то для целей экологического нормирования и расчета ПДВ, в отличие от существующего ГОСТа, следовало бы отказаться от исходного соотношения, основанного на максимальном разовом ПДК:

(8.10)

где - нормативно-предельная концентрация, используемая для расчета ПДВ;

С_ф - фоновая концентрация;

a - безразмерный коэффициент (для расчета ПДВ a принимается равным единице, а для ВСВ допускается a > 1). Вместо него правильнее было бы применять другое соотношение:

(8.11)

где b - безразмерный, лежащий между 0 и 1, интегральный показатель опасности вещества, устанавливаемый по нескольким основным параметрам токсикометрии (Акимова, Хаскин, 1994).

В настоящее время очень немногие промышленные источники загрязнения среды отвечают этому требованию. Отсюда вытекает необходимость перестройки отраслевой структуры и масштабного технологического перевооружения энергетики и промышленности. Но не менее важна опережающая регламентация количественного роста производства, запрет на размещение предприятий выше определенного для данной территории уровня природоемкости.

Расчет ПДВ и ПДС. Регламентация допустимых эмиссии загрязняющих веществ в окружающую природную среду производится путем установления нормативов ПДВ и ПДС. Если ПДК служат нормативами на содержание вредных веществ в природной среде, то ПДВ и ПДС являются нормативами на их поступление в окружающую среду.

ПДВ - это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземную концентрацию, не превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

ПДС - это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном створе. ПДС определяется с учетом ПДК вредных веществ в местах водопользования, их фоновой концентрации, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ.

Нормативы ПДВ и ПДС устанавливаются для всех проектируемых и действующих предприятий.

Расчет ПДВ. Величина ПДВ по каждому загрязняющему веществу устанавливается из условия (8.10), а при наличии нескольких веществ однонаправленного действия должно соблюдаться условие (8.9).

Разработка нормативов ПДВ промышленного предприятия основывается на материалах инвентаризации имеющихся источников загрязнения атмосферы и результатах расчетов технологических, вентиляционных и иных выбросов загрязняющих веществ с учетом их рассеивания в атмосфере.

Валовые выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения атмосферы в большинстве случаев можно рассчитать по следующим формулам:

m_j = m_y*Пk(1-h)(8.12)

m_j = m^’_y’*Tk(1-h)(8.13)

где m_j - масса выброса i-ro загрязняющего вещества;

т_y - удельное выделение i-го загрязняющего вещества на единицу продукции;

П - расчетная производительность технологического процесса (оборудования, агрегата);

m’_y - удельное выделение i-го загрязняющего вещества в единицу времени;

Т - фактический фонд времени работы оборудования;

k - поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса;

h - эффективность средств очистки выбросов в долях единицы (при отсутствии средств очистки h = 0).

Удельные эмиссии загрязнителей для некоторых распространенных технологических процессов и операций приведены в приложении П9.

Величина выброса загрязняющих веществ автотранспортом зависит от категорий автомобилей (легковые, грузовые, автобусы), их технического состояния, рабочего объема двигателя и его типа (бензиновый, дизельный, газовый). При движении по территории населенных пунктов массовый выброс загрязняющих веществ (т) легковыми автомобилями

M_ij = m_ij*L_ij*K_j*10^-6(8.14)

где т_ij - пробеговый выброс i-ro загрязняющего вещества легковым автомобилем с двигателем j-го рабочего объема, г/км (П9, табл.7);

L_ij - суммарный пробег легковых автомобилей с двигателем j-го рабочего объема по территории населенных пунктов, км;

K_ij - коэффициент, учитывающий изменение выбросов веществ при движении по территории населенных пунктов (П9, табл.8).

На процесс рассеивания промышленных выбросов влияет много факторов: состояние метеорологических условий, рельеф местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, расположение, высота и конструктивные особенности источников загрязнения и т.п. На рис. 8.4. показано распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы). Непосредственно у трубы в приземном слое воздуха концентрация С будет незначительной, ибо отходящие вещества относятся воздушным потоком. По мере удаления от источника концентрация будет расти, достигая максимального значения С_m на расстоянии х_m (как правило, С_m > ПДК). Далее благодаря диффузионным процессам и турбулентности воздуха рассеивание начинает опережать накопление примеси, и уровень загрязнения постепенно снижается.

Основным нормативным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов и определение величин ПДВ для промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86». При выбросе нагретой газовой воздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем значение ПДВ (г/с) определяется по формуле:

(8.16)

где Н - высота трубы;

Q - расход газовоздушной смеси;

DT - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха;

A - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия перемешивания примесей;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.

Рис. 8.4. Распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы)

Г - городская жилая застройка; Л - лес, лесопарковая зона; СЗЗ - санитарно-защитная зона; ПЗ - производственная зона. Пунктирные линии - изолинии концентрации загрязнителей

Для предприятия в целом ПДВ находится путем суммирования значений ПДВ для отдельных источников загрязнения атмосферы при условии соблюдения соотношения:

(8.16)

где С_mi - наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника;

N - число источников, через которые данное вещество поступает в воздушный бассейн.

Расчет ПДС. В качестве примера рассмотрим расчет ПДС для отдельного одиночного выпуска сточных вод в проточный водоем (водоток). Величина ПДС определяется как произведение наибольшего расхода сточных вод q ( м³/ч) и максимально допустимой концентрации вредного вещества в сточных водах С_ст.вод. г/м³:

ПДС = q* С_ст.вод (8.17)

Объемный расход сточных вод q - обычно величина известная. Допустимая концентрация примесей в сточных водах определяется из выражения:

С_{ст.вод. i} = n(C_mi – C_вi) + C_вi (8.17)

где n - кратность разбавления сточных вод;

C_вi - концентрация i-го вещества в водном объекте до сброса в него сточных вод;

C_mi - максимально допустимая концентрация того же вещества в воде водного объекта с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе ЛПВ. При поступлении сточных вод в природный водный объект происходит их смешение и разбавление. Кратность разбавления сточных вод определяется по формуле:

(8.19)

где Q и q- объемный расход воды соответственно в водотоке и сточных водах;

g - коэффициент смешения, учитывающий долю расхода воды водотока, участвующей в процессе смешения.

Рис. 8.5. Общая схема контроля загрязнения окружающей среды

1-5 - этапы воздействия и откликов; А - уровень процессов; Б - уровень контроля и коррекции; В - уровень оценок и принятия решений; Г - уровень нормативов. Минимальный контур практического регулирования обозначен светлыми стрелками