Нормирование показателей качества воды в энергетике. Нормирование качества воды
Качество вод и виды водопользования
Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды. Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК в) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования. Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДК вр) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых. Нормирование качества воды состоит в установлении для воды водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Правила охраны поверхностных вод устанавливают нормы качества воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды, называют загрязняющим.
Виды водопользования
Виды водопользования на водных объектах определяются органами Министерства природных ресурсов РФ и Государственного комитета РФ по охране окружающей среды и подлежат утверждению органами местного самоуправления субъектов РФ.
К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой промышленности. В соответствии с Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559-96, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства.
К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования объектами для обитания, размножения и миграции рыб и других водных организмов. Рыбохозяйственные водные объекты могут относиться к одной из трех категорий:
· к высшей категории относят места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;
Предельно допустимая концентрация вещества в воде устанавливается:
· для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК в) с учетом трех показателей вредности:
· органолептического;
· общесанитарного;
· санитарно-токсикологического.
· Для рыбохозяйственного водопользования (ПДК вр) с учетом пяти показателей вредности:
· органолептического;
· санитарного;
· санитарно-токсикологического;
· токсикологического;
· рыбохозяйственного.
Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды. Общесанитарный - определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры. Санитарно-токсикологический показатель характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсикологический - показывает токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект. Рыбохозяйственный показатель вредности определяет порчу качеств промысловых рыб.
Наименьшая из безвредных концентраций по трем (пяти) показателям вредности принимается за ПДК с указанием лимитирующего показателя вредности. Рыбохозяйственные ПДК должны удовлетворять ряду условий, при которых не должны наблюдаться:
· гибель рыб и кормовых организмов для рыб;
· постепенное исчезновение видов рыб и кормовых организмов;
· ухудшение товарных качеств обитающей в водном объекте рыбы;
· замена ценных видов рыб на малоценные.
На качество природных вод влияют природные и антропогенные факторы .
Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:
· прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т.е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворенными соединениями или, наоборот, выделять их из воды): состав горных пород, живые организмы, хозяйственная деятельность человека;
· косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.
Таблица 1. Факторы формирования химического состава природных вод
|
Факторы формирования и результаты их воздействия |
Виды природных вод |
||
|
Атмосферные осадки (дождь, снег, иней, град) |
Поверхностные воды суши (реки, ручьи, озера, болота) |
Подземные воды |
|
|
Прямые факторы формирования |
почвы, породы, растения, соли солончаков, соли с поверхности льда, деятельность человека, космическая пыль, разряд атмосферного электричества (оксиды азота), вулканические газы, пыль |
атмосферные осадки, почвы, породы, растения, подземные воды, сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные, хозяйственно-бытовые) |
поверхностные воды, почвы, породы, физико-химические процессы (растворение-осаждение, сорбция-десорбция и др.) |
|
Результаты воздействия прямых факторов на состав воды |
переход в растворимое состояние солей: поступление в атмосферу и образование в ней твердых и жидких аэрозолей и газов |
поступление химических веществ в различных формах: взвешенные, коллоидные, растворенные (ионы, комплексные соединения, недиссоциированные соединения) |
поступление химических веществ в растворенной форме, осаждение в результате физико-химических процессов |
|
Косвенные факторы формирования |
климат, рельеф, растительность, водный режим |
климат, рельеф, геологические условия, глубина залегания, температура и давление |
|
|
Результат воздействия косвенных факторов на состав воды |
обогащение атмосферных осадков химическими веществами в различных концентрациях в зависимости от климатических условий и интенсивности антропогенного воздействия в регионе |
дифференциация поступления химических веществ в поверхностные воды в пространстве (географическая, климатическая зональность) и во времени (гидрохимический режим) |
изменение химического состава воды по концентрации (минерализация) и соотношению компонентов (относительный состав) |
По характеру своего воздействия факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, целесообразно разделить на следующие группы:
· физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);
· геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);
· физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);
· биологические (деятельность растений и живых организмов);
· антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека).
Классификация вод по интегральным показателям качества
К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ и гидробиологический индекс сапробности S.
Индекс загрязнения воды, как правило, рассчитывают по шести-семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК 5) является обязательной.
C i - концентрация компонента (в ряде случаев - значение параметра);
N - число показателей, используемых для расчета индекса;
ПДК i - установленная величина для соответствующего типа водного объекта.
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 1). Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее) .
Таблица 2. Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения
|
Значения ИЗВ |
Классы качества вод |
|
|
Очень чистые |
||
|
Умеренно загрязненные |
||
|
Загрязненные |
||
|
Очень грязные |
||
|
Чрезвычайно грязные |
Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности водных объектов, который рассчитывают исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне):
где S i - значение сапробности гидробионта, которое задается специальными таблицами;
h i - относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа);
N - число выбранных индикаторных организмов.
Каждому виду исследуемых организмов присвоено некоторое условное численное значение индивидуального индекса сапробности, отражающее совокупность его физиолого-биохимических свойств, обусловливающих способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Для статистической достоверности результатов необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее двенадцати индикаторных организмов с общим числом особей в поле наблюдения не менее тридцати.
В табл. 3 приведена классификация водных объектов по значению индекса сапробности S, которые также нормируются.
Таблица 3. Классы качества вод в зависимости от индексов сапробности
Индекс загрязнения воды и индекс сапробности следует отнести к интегральным характеристикам состояния. Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей (табл. 4).
Таблица 4. Классы качества воды по микробиологическим показателям
|
Уровень загрязненности и класс качества вод |
Микробиологические показатели |
||
|
Общее число бактерий, 10 6 клеток/мл |
Число сапрофитных бактерий, 1000 клеток/мл |
Отношение общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий |
|
|
Очень чистые, I |
|||
|
Чистые, II |
|||
|
Умеренно загрязненные, III |
|||
|
Загрязненные, IV |
|||
|
Грязные, V |
|||
|
Очень грязные, VI |
Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия среды жизни человека его потребностям. Окружающей человека средой являются природные условия, условия на рабочем месте и жилищные условия. От ее качества зависит продолжительность жизни, здоровье, уровень заболеваемости населения и т. д.
Нормирование качества окружающей среды – установление показателей и пределов, в которых допускается изменение этих показателей (для воздуха, воды, почвы и т. д.).
Цель нормирования – установление предельно допустимых норм (экологических нормативов) воздействия человека на окружающую среду. Соблюдение экологических нормативов должно обеспечить экологическую безопасность населения, сохранение генетического фонда человека, растений и животных, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов.
Нормативы предельно допустимых вредных воздействий, а также методы их определения, носят временный характер и могут совершенствоваться по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.
Основные экологические нормативы качества окружающей среды и воздействия на нее следующие:
Нормативы качества (санитарно-гигиенические):
– предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ;
– предельно допустимый уровень (ПДУ) вредных физических воздействий: радиации, шума, вибрации, магнитных полей и др.
Нормативы воздействия (производственно-хозяйственные):
– предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ;
– предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ.
Комплексные нормативы:
– предельно допустимая экологическая (антропогенная) нагрузка на окружающую среду.
Предельно допустимая концентрация (количество) (ПДК) – количество загрязняющего вещества в окружающей среде (почве, воздухе, воде, продуктах питания), которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК рассчитывают на единицу объема (для воздуха, воды), массы (для почвы, пищевых продуктов) или поверхности (для кожи работающих). ПДК устанавливают на основании комплексных исследований. При ее определении учитывают степень влияния загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.
В настоящее время в нашей стране действуют более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.
При нормировании качества атмосферного воздуха используют такие показатели как ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны, ПДК максимально разовую и ПДК среднесуточную.
Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКрз) – это максимальная концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.
Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДКмр) – это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.).
Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) – это максимальная концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании.
При нормировании качества воды используют такие показатели, как ПДК вредных веществ для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов. Также нормируют запах, вкус, цветность, мутность, температуру, жесткость, коли-индекс и другие показатели качества воды.
Предельно допустимая концентрация» воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) – это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) – это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.
При нормировании качества почвы используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в пахотном слое почвы. Предельно допустимая концентрация в пахотном слое почвы (ПДКп) – это максимальная концентрация вредного вещества в верхнем, пахотном слое почвы, которая не должна оказывать прямого или косвенного отрицательного влияния на здоровье человека, плодородие почвы, ее самоочищающую способность, соприкасающиеся с ней среды и не приводящее к накоплению вредных веществ в сельскохозяйственных культурах.
При нормировании качества продуктов питания используют такой показатель, как ПДК вредного вещества в продуктах питания. Предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное количество) вредного вещества в продуктах питания (ПДКпр) – это максимальная концентрация вредного вещества в продуктах питания, которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья человека.
Предельно допустимый уровень (ПДУ) – это максимальный уровень воздействия радиации, шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. ПДУ – это то же, что ПДК, но для физических воздействий.
В тех случаях, когда ПДК или ПДУ не определены и находятся только на стадии разработки, используют такие показатели, как ОДК – ориентировочно допустимая концентрация, или ОДУ – ориентировочно допустимый уровень, соответственно.
Необходимо отметить, что существует два подхода к нормированию загрязнения окружающей среды. С одной стороны, можно нормировать содержание загрязняющих веществ в объектах окружающей среды, с другой стороны, – степень трансформации окружающей среды в результате ее загрязнения. В последнее время все чаще обращают внимание на недостатки первого подхода, в частности, применения ПДК для почв. Однако подход к нормированию качества среды по показателям ее трансформации (например, состояния биоты) практически не развит. По-видимому, лучше использовать оба подхода в сочетании друг с другом.
Предельно допустимый выброс (ПДВ) или сброс (ПДС) – это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени разрешается данному конкретному предприятию выбрасывать в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.
Если в воздухе или воде населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, то по объективным причинам значения ПДВ и ПДС не могут быть достигнуты. Для таких предприятий устанавливаются значения временно согласованных выбросов вредных веществ (ВСВ) и временно согласованных сбросов вредных веществ (ВСВ) соответственно, и вводится поэтапное снижение показателей выбросов и сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ и ПДС.
В настоящее время в России на нормативах ПДВ работают лишь 15–20% загрязняющих производств, на ВСВ – 40–50%, а остальные загрязняют среду на основе лимитных выбросов и сбросов, которые определяют по фактическому выбросу на определенном отрезке времени.
Комплексным показателем качества окружающей среды является предельно допустимая экологическая нагрузка.
Предельно допустимая экологическая (антропогенная) нагрузка на окружающую среду – это максимальная интенсивность антропогенного воздействия на окружающую среду, не приводящая к нарушению устойчивости экологических систем (или, иными словами, к выходу экосистемы за пределы экологической емкости).
Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется как емкость природной среды, или экологическая емкость территории. Устойчивость экосистем к антропогенным воздействиям зависит от следующих показателей: 1) запасы живого и мертвого органического вещества; 2) эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие. Чем они выше, тем устойчивее экосистема.
Вода, предназначенная для питьевых и хозяйственно-бытовых целей, должна быть безвредной для здоровья и приятной при употреблении. Поэтому к воде предъявляются следующие санитарно-гигиенические требования: она должна быть бесцветной и прозрачной, не должна иметь постороннего вкуса и запаха, не содержать химические вещества в концентрациях, опасных для здоровья человека, не содержать патогенные микроорганизмы и яйца гельминтов.
Для того чтобы обеспечить эти высокие требования и предупредить возможность возникновения различных инфекционных и неинфекционных заболеваний, возник вопрос о необходимости выбора показателей, с помощью которых можно было бы судить о пригодности воды для питья.
Первоначально оценка качества воды производилась на основании изучения ее органолептических свойств. В дальнейшем это было признано недостаточным и при оценке качества воды начали учитывать ее минеральный состав, особенно содержание хлоридов и сульфатов (А. П. Доброславин). Затем было предложено много различных схем для оценки качества воды. В некоторых из них предлагалось учитывать местные условия формирования вод, так как вода различных водоисточников в силу особенности почв данной местности, растительности и т. д. может значительно отличаться по своему солевому составу и органолептическим свойствам. В дальнейшем в России для оценки качества воды были приняты нормы Ф. Ф. Эрисмана (таблица 9).
Позднее, в связи с развитием централизованного водоснабжения и созданием системы санитарно-технических мероприятий по улучшению качества воды, санитарное нормирование развивалось в двух направлениях: оценка качества питьевой водопроводной воды и оценка качества воды водоисточников. Первый в Европе стандарт на качество питьевой водопроводной воды был издан в СССР в 1937 г.
В настоящее время в нашей стране действуют два стандарта: ГОСТ 2874-54 - «Вода питьевая» и ГОСТ 2761-57 - «Источники централизованного и хозяйственно-питьевого водоснабжения».
Медицинская служба различных стран также уделяет внимание вопросу нормирования качества воды. В 1958 г. Всемирная организация здравоохранения издала Международный стандарт для качества питьевой воды, в 1961 г. был издан Европейский стандарт. Эти нормы предложены для стран, не имеющих еще официальных стандартов для качества питьевой воды.
Существенным отличием советских ГОСТ является тот факт, что основные критерии для качества воды диктуются необходимостью защитить здоровье населения, а не учетом стоимости санитарно-технических сооружений, необходимых для очистки и обеззараживания воды, как это имеет место в капиталистических странах.
В практике предупредительного и текущего санитарного надзора в области водоснабжения контроль за качеством воды осуществляется путем санитарно-лабораторного анализа воды в водопроводной сети, в местных водоисточниках.
Кроме того, анализ воды проводится при выборе источника водоснабжения, при контроле за качеством исходной воды существующего водопровода, при оценке санитарного режима открытых водоемов и подземных вод.
При контроле за качеством воды в водопроводной сети руководствуются ГОСТ 2874-54. Согласно этому ГОСТ, вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении и не содержать токсических веществ. Относительно органолептических свойств указано, что она должна отвечать следующим требованиям: запах и вкус не более 2 баллов; цветность не более 20º; прозрачность не менее 30 см. При этом нормируется содержание тех веществ, которые ухудшают органолептические свойства воды, а именно: медь - 3 мг/л, цинк - 5 мг/л, железо - 0,3 мг/л, остаточный хлор - 0,3-0,5 мг/л.
Оценка безвредности воды в химическом отношении производится по тем ингредиентам (токсическим веществам и микроэлементам), которые могут оказывать вредное влияние на организм человека: свинца - не более 0,1 мг/л, мышьяка - не более 0,05 мг/л, фтора - не более 1,5 мг/л. Содержание других вредных веществ в каждом случае устанавливается Главным государственным санитарным инспектором СССР на основании материалов Комиссии по разработке предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде. В настоящее время разработаны и утверждены такие предельно допустимые концентрации более чем для 200 химических ингредиентов.
В ГОСТ не включены такие вещества, которые не оказывают непосредственного влияния на здоровье человека (аммиак, нитриты, хлориды и т. д.). В нем предусмотрены санитарно-бактериологические показатели: общее число бактерий (микробное число) - не более 100 в 1 мл воды и показатель фекального загрязнения воды - кишечная палочка (коли-индекс - 3 кишечные палочки в 1 л, или коли-титр 333).
ГОСТ регламентирует общую жесткость воды, которая должна быть не более 7 мг/экв на 1 л.
Лабораторный контроль за качеством воды местных водоисточников осуществляется без специального санитарного стандарта ввиду чрезвычайно большого разнообразия состава природных вод, используемых населением без предварительной обработки.
Основным методом, применяемым при оценке воды источников местного водоснабжения, является санитарно-топографическое обследование местности, данные которого обычно дополняются определением органолептических, химических и бактериологических показателей. Химический анализ воды в данном случае включает определение косвенных показателей, указывающих на загрязнение воды органическими веществами, а именно: аммиака и нитритов, для которых допустимы лишь следы, нитратов - не более 10 мг/л, хлоридов - 20-30 мг/л, окисляемость - 2-4 мг/л. Для оценки воды грунтовых колодцев и родников проф. С. Н. Черкинский рекомендует дополнительно ориентироваться на следующие показатели: прозрачность - не менее 30 см, цветность не более 35-40°, жесткость не более 14 мг/эквл. Коли-титр -не менее 100 мл, микробное число - 300-400 в 1 мл воды.
Лабораторный контроль за качеством воды водоисточников, используемых для централизованного водоснабжения, регламентируется ГОСТ 2761-57. Прежде всего в нем ограничивается содержание сухого остатка (1000 мг/л), так как высокая минерализация воды ухудшает ее органолептические свойства, хлоридов - до 350 мг/л и сульфатов - до 500 мг/л, поскольку в большем количестве они могут оказать Отрицательное влияние на физиологические функции организма. Запах и привкус при температуре 20° допускаются не более 3 баллов, жесткость - не более 7 мг/экв на 1 л воды.
Количество кишечных палочек не должно превышать 1000 в 1 л для воды источников, которая будет использоваться после хлорированиями 10 000 для воды источников, которая предварительно будет подвергаться и очистке, и обеззараживанию. Общее количество бактерий не нормируется.
Контроль за санитарным состоянием открытых водоемов и подземных водоисточников приобрел в последние годы большое значение. Санитарное состояние водоемов и подземных вод изучается систематически для выяснения вопроса о том, нет ли в данном случае загрязнения их сточными водами. При этом обращается внимание на естественные условия водоема или подземного водоисточника, особое внимание обращается на прибрежную зону. Производится исследование воды. Дается качественная и количественная характеристика сточных вод, спускаемых в данный водоем, перечень и состав сооружений по их очистке. Учитываются все виды пользования водой, степень их ограничения в связи с загрязнением водоема и т. д.
Тема 4. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
2. Недостатки системы ПДК
4. Нормирование качества воздуха
Нормирование качества воды
6. Нормирование качества почв
7. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в продуктах питания
8. ПДС и ПДВ
9. Нормирование в области радиационной безопасности
10. Альтернативные подходы к контролю за загрязнениями
1. Нормирование качества окружающей среды
Количества поступающих в окружающую среду загрязняющих веществ неуклонно возрастает. Особенно это заметно на примере водоемов: исчезает рыба (сперва ценные, а затем и обычные виды), исчезают фильтрующие воду организмы, поддерживающие более или менее приемлемое качество воды. Водоемы постепенно превращаются в зловонные лужи.
Для того, чтобы это предотвратить, и за рубежом и в нашей стране использовались разные механизмы. За чрезмерные выбросы загрязняющих веществ предприятия штрафуют. В ряде случаев это стимулирует внедрение технологических новаций, позволяющие снизить объемы выбросов. Или же заставляло переводить грязные производства в страны, где природоохранное законодательство было менее строгим. В результате качество природных вод во многих развитых странах начало изменяться к лучшему, чего, к сожалению, никак нельзя сказать о странах не столь развитых.
Нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.
При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду.
Определенная таким образом цель подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем. Принцип антропоцентризма верен и в отношении истории развития нормирования: значительно ранее прочих были установлены нормативы приемлемых для человека условий среды (прежде всего, производственной). Тем самым было положено начало работам в
области санитарно-гигиенического нормирования. Однако человек не самый чувствительный из биологических видов, и принцип "Защищен человек ≈ защищены и экосистемы", вообще говоря, неверен.
Экологическое нормирование предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему.
Допустимой считается такая нагрузка, под воздействием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вызывает нежелательных последствий у живых организмов и не ведет к ухудшению качества среды.
Таким образом, санитарно-гигиеническое нормирование охватывает все среды, различные пути поступления вредных веществ в организм, хотя редко отражает комбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления) и не учитывает эффектов комплексного (поступления вредных веществ в организм различными путями и с различными средами ≈ с воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) и сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектом суммации при их одновременном содержании в атмосферном воздухе.
Анализ того, как изменяются с течением времени значения предельно допустимых концентраций, свидетельствует об их относительности, вернее - об относительности наших знаний о безопасности или опасности тех или иных веществ. Достаточно вспомнить о том, что в пятидесятые годы ДДТ считался одним из безопаснейших для человека инсектицидов и широко рекламировался для использования в быту. Для веществ, о действии которых не накоплено достаточной информации, могут устанавливаться временно допустимые концентрации (ВДК) - полученные расчетным путем нормативы, рекомендованные для использования сроком на 2-3 года.
Чтобы знать, начиная с какого уровня загрязнения следует карать загрязняющее окружающую среду предприятие, вводятся различные нормативы ее качества, т.е. критерии, на основе которых мы судим о том, что такое хорошо и что такое плохо.
Наиболее старыми, действующими в нашей стране еще с 30-х годов, нормативами является Предельно Допустимые Концентрации, (ПДК) т.е. концентрации загрязняющих веществ, превышение которых считается недопустимым по тем или иным причинам.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) это нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
ПДК определяется для конкретных веществ с помощью лабораторных опытов с живыми организмами. ПДК данного вещества не зависит от специфических особенностей загрязняемого водоема.
Первоначально ПДК определялись из санитарно-гигиенических соображений. Если ПДК по тому или иному веществу превышена, то вода в водоеме считается небезопасной для здоровья человека. На основе этого критерия определялись САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПДК.
Загрязнение вод наносит немалый ущерб рыбному хозяйству. И поэтому наряду с санитарно-гигиеническими стали вводить и РЫБОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ПДК, превышение которой считается опасным для рыбного хозяйства.
В специальной литературе принято называть вредными все вещества, воздействие которых на биологические системы может привести к отрицательным последствиям. Кроме того, как правило, все ксенобиотики (чужеродные для живых организмов, искусственно синтезированные вещества) рассматривают как вредные.
Установление нормативов качества окружающей среды и продуктов питания основывается на концепции пороговости воздействия.
Порог вредного действия - это минимальная доза вещества, при воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы физиологических и приспособительных реакций, или скрытая (временно компенсированная) патология. Таким образом, пороговая доза вещества (или пороговое действие вообще) вызывает у биологического организма отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатических механизмов (механизмов поддержания внутреннего равновесия организма).
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.
Отметим, что утвержденные в СССР нормативы были весьма жесткими, но редко соблюдались на практике. В основе санитарно-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой концентрации.
По действующему экологическому законодательству нормативы качества окружающей среды устанавливаются в форме нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих окружающую среду, и нормативов предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий на нее.
Нормативы качества окружающей среды выполняют ряд функций.
1. Устанавливают предельные величины вредных химических, физических и биологических воздействий на природную среду. К примеру, предельно допустимая концентрация двуокиси азота (NO 2) (максимальная разовая и среднесуточная) в атмосферном воздухе не должна превышать 0,085 мг/куб.м; свинца и его соединений – 0,0007 мг/куб.м; сернистого ангидрида – 0,5 (максимальная разовая) и 0,05 (среднесуточная) мг/куб.м; соляной кислоты – 0,2 мг/куб.м.
2. Служат для оценки состояния атмосферного воздуха, вод, почв по химическим, физическим и биологическим характеристикам.
3. Являются одним из юридических критериев для определения благоприятного состояния окружающей среды. На практике это важно иметь в виду в случае необходимости, к примеру, защиты права граждан на благоприятную окружающую среду.
4. Состояние вод, почв, атмосферного воздуха, соответствующее нормативам качества, свидетельствует либо об отсутствии антропогенной нагрузки на природу, либо о высокой эффективности действия механизма по охране окружающей среды.
Иной подход предлагает экономист Международного банка реконструкции и развития Герман Дейли. По его мнению, предельная интенсивность выбросов загрязняющих веществ не должна превышать темпов, с которыми эти вещества перерабатываются, поглощаются или теряют вредные для окружающей среды свойства (например, канализационные стоки можно спускать в реки или озера со скоростью, при которой природные экосистемы имеют возможность их переработать).
Нормативы качества окружающей среды учитываются также при оценке воздействия планируемой хозяйственной деятельности, реализация которой будет связана с отрицательным воздействием на природу, при развитии городов и иных населенных пунктов. Соблюдение этих нормативов и других экологических требований, когда разрабатываются природоохранные меры при проектировании предприятий и иных объектов, может рассматриваться как критерий экологической обоснованности соответствующих проектных решений.
Рассматриваемые нормативы качества образуют основу для регулирования охраны окружающей среды от химических, физических и биологических воздействий на природную среду отдельными источниками – предприятиями, транспортными средствами и т.п.
При установлении этих нормативов и с экономической, и с экологической точек зрения важно исходить из их научной обоснованности. Соблюдение завышенных даже на мизерные доли нормативов оборачивается для государства огромными финансовыми и материальными затратами. В то же время занижение их сопряжено с риском причинения ущерба здоровью людей и окружающей среде.
Поэтому в законодательстве определены юридические критерии, с учетом и на основе которых устанавливаются нормативы качества окружающей среды. Под критериями в данном случае понимаются те общественные интересы, которые учитываются при разработке нормативов.
К настоящему времени установлен значительный массив нормативов ПДК вредных веществ в окружающей среде и ориентировочно-безопасных уровней воздействия (ОБУВ): для атмосферного воздуха – ПДК более 500 вредных веществ и ОБУВ более 1100 веществ; для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения – ПДК более 1600 вредных веществ и ОБУВ более 200 веществ; для почв – более 100 ПДК вредных веществ и около 70 ориентировочно допустимых концентраций. Законами не предусмотрено установление ОБУВ, хотя их полезность для практики несомненна: как и нормативы, они используются при проектировании и экологической экспертизе проектов строительства новых и реконструкции действующих предприятий, а также для экологического мониторинга.
Иногда быстро, иногда не слишком быстро, но мы приходим к осознанию того, что чисто прагматический подход к охране природы по большому счету непрактичен. И стремимся охранять природу, не задавая предварительно вопроса "что мы будем с этого иметь". А это означает, что на повестку дня встает вопрос о разработке экологических нормативов, ориентированных на сохранение природных объектов.
2. Недостатки системы ПДК
Прежде всего, отмечу, что ПДК, как норматив, имеет немало серьезных недостатков.
Первый недостаток: ПДК ориентирует загрязняющее воду предприятие на повышение водоемкости производства: если сточные воды разбавить большими количествами чистой воды, то с ПДК будет все в порядке.
Второй недостаток связан с тем, что число разных загрязняющих веществ превышает 100 тысяч. ПДК реально определены где то для одного процента из этих 100 тыс. веществ. А если для вещества не определена ПДК, то сбрасывающее это вещество предприятие наказать трудно, ибо современное законодательство основывается на принципе "разрешено то, что не запрещено". Разумеется, что для сверхтоксичных веществ недопустимым является уже само их появление в водоеме в количествах, определяемых химическим анализом, но таких веществ немного.
Третье. Сточные воды предприятий - это не отдельные вещества, это достаточно сложные многокомпонентные смеси. Использование ПДК требует от контролирующих органов, чтобы они определили содержание в воде КАЖДОГО ВЕЩЕСТВА, что немыслимо, особенно в наших условиях. А дальше придется думать, как суммировать вредоносное действие всех компонентов смеси. Если в загрязняющей смеси 3 вещества, концентрация каждого из которых равна половине ПДК, то что мы имеем в сумме 0.5 ПДК и благополучную ситуацию или 1.5 ПДК и неблагополучную ситуацию? Для разных наборов веществ ответ будет разным: в одних случаях вредоносное воздействие суммируется, а в других случаях достаточно оценить самый опасный компонент.
Четвертое. ПДК данного вещества универсальна для любого водоема. Когда мы оцениваем вредность сточных вод для человека, подобный подход можно понять. Однако идея введения единых экологических ПДК для разных водоемов с разной живностью в них обитающих, очень напоминает стремление центральных планирующих органов предписывать всей стране единые сроки посева. Невозможно это!
Пятое. Понятие "вредности" очень неоднозначно и зависит от того, что именно мы хотим сохранить в данном водоеме: воду, которую мы можем пить без неприятных последствий для здоровья, общую рыбопродуктивность, ценный промысловый вид, или какой-то занесенный в Красную книгу редкий вид водных организмов. В каждом из этих случаев ограничения на концентрации загрязняющих веществ должны быть разными.
Шестое. На практике ПДК определяются в лабораторных опытах с живущими в аквариуме организмами. Это оправдано в том случае, если мы хотим предотвратить вредное воздействие на здоровье человека. Но если мы хотим предотвратить нежелательные изменения видового состава, то аквариумные опыты в общем случае не могут предсказать, при каких концентрациях это произойдет.
Седьмое. Наверное, самое главное. ПДК освобождает администрацию предприятия от каких бы то ни было размышлений об экологических последствиях своей деятельности.
3. Научно-техническое нормирование
Широко распространены и другие характеристики загрязняющих веществ. Под токсичностью понимают способность веществ вызывать нарушения физиологических функций организма, что в свою очередь приводит к заболеваниям (интоксикациям, отравлениям) или, в тяжелых случаях, к гибели. Фактически токсичность - это мера несовместимости вещества с жизнью.
Степень токсичности веществ принято характеризовать величиной токсической дозы - количеством вещества (отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность.
Летальной дозой ЛД 50 или ЛД 100 называют среднюю дозу вещества в миллиграммах на 1 килограмм живой массы, вызывающей гибель, соответственно, 50% или 100 % подопытных животных. Этот показатель используется при характеристике острой токсичности ядовитых веществ, а также при оценке степени токсичности химических или лекарственных препаратов.
Различают среднесмертельные (ЛД 50), абсолютно смертельные (ЛД 100), минимально смертельные (ЛД 0-10) и др. дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления определенного токсического эффекта - в данном случае, смерти, в группе подопытных животных. Следует иметь в виду, что величины токсических доз зависят от путей поступления вещества в организм. Доза ЛД 50 (гибель половины подопытных животных) дает значительно более определенную в количественном отношении характеристику токсичности, чем ЛД 100 или ЛД 0 . В зависимости от типа дозы, вида животных и пути поступления, выбранных для оценки, порядок расположения веществ на шкале токсичности может меняться. Величина токсической дозы не используется в системе нормирования.
Санитарно-гигиенические и экологические нормативы определяют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность. Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы. К научно-техническим нормативам относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС), а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды. В основу установления научно-технических нормативов положен следующий принцип: при условии соблюдения этих нормативов предприятиями региона содержание любой примеси в воде, воздухе и почве должно удовлетворять требованиям санитарно-гигиенического нормирования.
Научно-техническое нормирование предполагает введение ограничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воздействия в воздух, воду, почву. Таким образом, от предприятий требуется не собственно обеспечение тех или иных ПДК, а соблюдение пределов выбросов и сбросов вредных веществ, установленных для объекта в целом или конкретных источников, входящих в его состав. Зафиксированное превышение величин ПДК в или ПДК мр в окружающей среде само по себе
Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом показатели качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
Нормативные показатели качества природных вод разработаны для двух видов водопользования: а) хозяйственно-питьевого и культурно-бытового; б) рыбохозяйственного. Основное нормативное требование к качеству воды водных объектов состоит в соблюдении установленных предельно допустимых концентраций (ПДК).
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых.
ПДКвр представляет собой норматив качества воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей; прежде всего, к этой группе относятся водные объекты по сохранению и воспроизводству ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода. Таким образом, введение ПДКвр можно считать определенным шагом на пути экологического нормирования состояния водной среды, учитывающего не только интересы человеческой деятельности, но и в некоторой степени предполагающего ограничение воздействия на гидробионтов (условия, приемлемые для чувствительных промысловых рыб, как правило, благоприятны и для всего биоценоза).
Основным нормативом: сбросов загрязняющих веществ, установленным в России, является предельна допустимый сброс (ПДС) - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом а данном пункте водного объекте в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. ПДС - предел по расходу сточных вод и концентрации содержащихся в них примесей - устанавливается с учетом предельно допустимых концентраций веществ в местах водопользования (в зависимости от вида водопользовании), ассимилирующей способности водного объекта, перспектив развития региона и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды.
ПДС устанавливаются для каждого источника загрязнения и каждого вида примеси с учетом их комбинированного действия. В основе определения ПДС (по аналогии с ПДВ) лежит методика расчета концентрации загрязняющих веществ, создаваемых источником, в контрольных пунктах - расчетных створах - с учетом разбавления, вклада других источников, перспектив развития (проектируемые источники) и т.д.
Общий припиши установления НДС - величина ПДС должна гарантировать достижение установленных норм качества воды (санитарных и рыбохозяйственных) при наихудших условиях для разбавления в водном объекте.
В случае, если значения ПДС по объективным причинам не могут быть достигнуты, для таких предприятий устанавливаются временно согласованные сбросы вредных веществ (ВСС) и вводится поэтапное снижение показателен сбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДС.
Расчеты по определению необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в водоем, производят по следующим параметрам:
3)потребление сточными водами растворенного кислорода;
4)биохимическая потребность в кислороде (БПК);
5) реакция воды (рН) и др. (см. табл. 1).
