Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «СанктПетербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ

О. А. Конык, Т. В. Шахова

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ,

АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПОЧВЫ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Утверждено учебно-методическим советом Сыктывкарского лесного института в качестве учебного пособия для студентов направлений бакалавриата 280700 «Техносферная безопасность», 280200 «Защита окружающей среды и специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание

СЫКТЫВКАР

СЛИ          УДК ББК 20. К Утверждено к изданию редакционно-издательским советом Сыктывкарского лесного института Ответственный редактор:

А. П. Карманов, доктор химических наук, профессор Конык, О. А.

К64 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ, АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И

ПОЧВЫ [Электронный ресурс] : учебное пособие : самост. учеб. электрон.

изд. / О. А. Конык, Т. В. Шахова ; Сыкт. лесн. ин-т. – Электрон. дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2013. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В учебном пособии представлены материалы, связанные с нормированием качества воды, атмосферного воздуха и почвы, определением классов опасности загрязняющих веществ и отходов, отбором проб для осуществления анализа, общими и суммарными показателями качества воды, неорганическими и органическими веществами, присутствующими в воде, организацией наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, перечнем веществ, подлежащих контролю при загрязнении атмосферы, стационарными и передвижными постами наблюдения за качеством атмосферного воздуха.

УДК ББК 20. Темплан 2013. Изд. № 138.

_ Самостоятельное учебное электронное издание Конык Ольга Ананиевна, кандидат технических наук, доцент Шахова Татьяна Валериевна, преподаватель

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ, АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПОЧВЫ

Электронный формат – pdf. Объем 8,5 уч.-изд. л.

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, [email protected], www.sli.komi.com Редакционно-издательский отдел СЛИ. Заказ № 356.

© СЛИ, © Конык О. А., Шахова Т. В.,               

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ Глава I. Нормирование качества воды, атмосферного воздуха и почвы 1.1. Стандарты качества и основные загрязнители окружающей сре- ды 1.2. Нормирование качества воды 1.3. Нормирование качества атмосферного воздуха 1.4. Нормирование качества почвы 1.5. Определение класса опасности загрязняющих веществ и отходов Контрольные вопросы Глава 2. Отбор проб для оценки качества воды, атмосферы и почвы 2.1. Отбор проб для оценки качества воды 2.2. Отбор проб для оценки качества атмосферного воздуха 2.3. Отбор проб для оценки качества почвы Контрольные вопросы Глава 3. Контроль общих и суммарных показателей при определении качества воды Глава 4. Контроль неорганических веществ при определении качества воды Глава 5. Контроль органических веществ при определении качества воды Глава 6. Контроль загрязнения атмосферного воздуха 6.1. Организация наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха 6.2. Перечень веществ, подлежащих контролю при загрязнении атмо- сферы 6.3. Стационарные и передвижные посты наблюдения за качеством атмосферного воздуха

ВВЕДЕНИЕ

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало выражать разнообразные проявления и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невосполнимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Биосфера Земли подвергается нарастающему антропогенному воздействию.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение окружающей среды несвойственными ей веществами химической природы (диоксины, дифенилы, фураны и др.). Среди них – аэрозольные и газообразные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

Наибольшее количество загрязнений антропогенного происхождения попадает в атмосферу в результате сжигания различных видов топлива, основу которого составляют органические вещества – нефть и нефтепродукты, каменный и бурый угли, горючие сланцы, газ, дрова, торф. Больше всего минеральных частиц образуется при сжигании горючих сланцев, бурого угля и торфа. Использующие эти виды топлива тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу существенное количество загрязняющих веществ.

Вызывает тревогу продолжающееся загрязнение водных объектов фенолами, маслами, нефтепродуктами, ПАВ, пестицидами и агрохимикатами.

Происходит деградация почвы и она становится не пригодной для выращивания продуктов питания, продуцирования кислорода, азота, необходимых для поддержания равновесия между литосферой и атмосферой.

Еще одна категория весьма опасных загрязнителей вод и почв – тяжелые металлы. Фоновое содержание их в природной среде настолько мало, что большинство таких элементов обнаруживается лишь в следовых количествах или вообще не обнаруживаются самыми чувствительными современными методами. Антропогенные источники увеличения содержания тяжелых металлов в почвах и природных водах весьма разнообразны. Это, конечно, промышленное производство, в стоках которого часто содержатся соли тяжелых металлов в недопустимо высоких концентрациях. В водоемах тяжелые металлы накапливаются в донных отложениях в слабосвязанной форме и при изменениях кислотности и температуры воды вновь переходят в растворимое состояние и мигрируют с током воды на огромные расстояния.

Оценка окружающей среды предполагает сравнение ее состояния с определенными нормами. В качестве критериев могут выступать показатели естественного ненарушенного состояния природных комплексов или фоновые параметры среды. Разрабатываются нормативные показатели, характеризующие меру возможного воздействия человека на природу.

Нормативные показатели устанавливаются на основе специальных исследований или в результате экспертных оценок. Поскольку экономически, а нередко и технологически невыполнимо исключить выбросы вредных веществ в атмосферу и водоемы, приходится вводить нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Все существующие нормы ПДК представляют собой компромисс между допустимым и реально существующим уровнем загрязнения окружающей среды. В практике мониторинговых наблюдений используются две основные группы нормативных показателей: санитарно-гигиенические и экологические.

Санитарно-гигиенические показатели устанавливаются исходя из требований экологической безопасности населения. К ним в первую очередь относятся ПДК загрязняющих веществ в воздухе, воде, почвах и продуктах питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в воздух и водоемы.

Степень загрязнения окружающей среды принято оценивать по кратности превышения ПДК и ПДВ, классу опасности (токсичности) веществ, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству химических элементов и соединений. В случае одновременного присутствия нескольких загрязняющих веществ используются суммарные показатели.

Сегодня оценка качества окружающей среды осуществляется дифференцированно по следующим направлениям: качество воздушного бассейна, водного бассейна, почвенного слоя.

В связи с вышесказанным, студентам природоохранных специальностей предлагается овладеть знаниями и умениями, связанными с контролем качества воды, атмосферного воздуха и почвы.

Учебная дисциплина «Контроль качества воды, атмосферного воздуха и почв» является специальной факультативной дисциплиной в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования при подготовке инженеров-экологов по специальности «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и бакалавров направления «Защита окружающей среды».

В процессе изучения данной дисциплины студентам предлагается ознакомиться с нормированием качества воды, атмосферного воздуха и почвы, определением классов опасности загрязняющих веществ и отходов, отбором проб для осуществления анализа, общими и суммарными показателями качества воды, неорганическими и органическими веществами, присутствующими в воде, организацией наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, перечнем веществ, подлежащих контролю при загрязнении атмосферы, стационарными и передвижными постами наблюдения за качеством атмосферного воздуха.

Для проверки полученных знаний студентам предлагаются в конце каждой главы контрольные вопросы.

ГЛАВА 1. НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ,

АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПОЧВЫ

1.1. СТАНДАРТЫ КАЧЕСТВА И ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Осознание обществом необходимости предотвращать разрушение окружающей среды привело к возникновению нового вида его взаимодействия с ней в форме охраны природы. В части природопользования она охватывает все отрасли материального производства, процессы потребления разнообразной продукции и эксплуатацию технических систем, быт и отдых населения.

Одно из направлений охраны природы - разработка нормативных и законодательных актов в этой области. К их числу относятся стандарты качества природной среды, которые устанавливают ее оптимальные характеристики, достигаемые при существующем уровне технического прогресса и обеспечивающие сохранение здоровья населения, развитие животного и растительного мира. Стандарты являются обязательными для использования на всей территории страны. Это обеспечивает применение единых и обязательных методов и правил охраны природы, а также единой терминологии.

Широкомасштабная деятельность по разработке стандартов и нормативов в области охраны окружающей среды получила развитие с середины 60-х годов. В 80-е годы природоохранные органы уже более 100 государств в той или иной степени использовали в практической работе различные системы экологических нормативов.

Стандарты подразделяют на экологические и эмиссионные [1].

Экологические стандарты устанавливают предельно допустимые нормы антропогенного воздействия на природную среду, превышение которых угрожает здоровью человека, пагубно для растительного и животного мира. Такие нормы оформляют в виде ПДК загрязняющих веществ и ПДУ.

Последние разработаны, например, для шумовых и электромагнитных загрязнений.

Эмиссионные стандарты (нормативы) качества природной среды регламентируют экологически безопасные количества загрязнителей, выделяющихся при работе производственных, коммунально-бытовых и аналогичных объектов. К ним относятся ПДВ в атмосферу и НДС в водный бассейн. В эту же группу входят нормативы размещения различных отходов, включая токсичные и радиоактивные, нормативы (лимиты) водопользования (водоотведения) и некоторые другие.

При нормировании ПДК используют принцип лимитирующих показателей, в соответствии с которым нормирование производят по наиболее чувствительному для обслуживающего персонала или окружающей среды индексу. Так, если запах вещества ощущается при концентрациях, не оказывающих влияния на здоровье человека окружающую среду, то нормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения. Если вещество оказывает на окружающую среду вредное воздействие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порогового действия этого вещества на окружающую среду.

С целью соблюдения стандартов качества окружающей среды при размещении, проектировании и вводе в эксплуатацию новых и реконструкции имеющихся предприятий, сооружений и других объектов, при внедрении новых технологических процессов и оборудования должны предусматриваться улавливание, утилизация, обезвреживание вредных веществ и отходов или полное исключение их выбросов и сбросов. При этом исходят из того, что их совокупность в пределах ПДВ, ПДС и вредных физических воздействий обеспечивает соблюдение нормативов предельно допустимых концентраций и предельно допустимых уровней. Таким образом, эмиссионные нормативы непосредственно связаны с экологическими, т.е. с ПДК.

Если в воздухе городов и других населенных пунктов концентрация вредных веществ уже превышает ПДК, а значения ПДВ по объективным причинам предприятиями не могут быть достигнуты, то для таких предприятий разрешено устанавливать ВСВ вредных веществ. При этом оговаривается необходимость поэтапного снижения показателей выбросов вредных веществ до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ.

При невозможности уменьшения загрязнений до установленных нормативов соответствующие предприятия, сооружения и иные объекты могут быть закрыты или их профиль подлежит изменению. Такие меры за последние годы приняты к предприятиям, расположенным в районе музеяусадьбы «Ясная Поляна» (агломерационная фабрика Косогорского металлургического комбината), Кондопогскому и Байкальскому целлюлознобумажным комбинатам, Кемеровскому коксохимическому заводу и другим объектам.

Запрещено: размещение в населенных пунктах терриконов, отвалов, промышленных отходов, промышленного и бытового мусора, сжигание отходов, загрязняющих воздух, на территории предприятий, учреждений, организаций и населенных пунктов при несоблюдении требований по охране окружающей среды.

Природоохранные мероприятия, проводимые пользователями природных ресурсов, в принципе должны полностью компенсировать отрицательное действие производства на окружающую среду и осуществляться за счет их собственных средств и кредитов. Лишь в отдельных случаях допускается финансирование текущих мероприятий за счет централизованных источников.

Законодательством об охране окружающей среды, как уже отмечено, предусматривается ряд нормируемых показателей ее качества. Основными среди них являются предельно допустимые концентрации вредных и загрязняющих веществ.

Предельно допустимая концентрация вещества - это такая его концентрация, при воздействии которой на организм человека и окружающую среду периодически или в течение всей жизни, прямо или опосредствованно через экологические системы или через возможный экономический ущерб, не возникает ни прямого, ни косвенного вредного воздействия, обнаруживаемого современными методами исследования сразу или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений [4].

Под прямым воздействием имеется в виду нанесение организму временного раздражения, вызывающего кашель, головные боли, ощущение запаха и т.п., которое наступает при превышении пороговой величины концентрации вещества. К прямому воздействию относится также влияние тех вредных веществ, которые, накапливаясь в организме, при превышении определенной дозы могут вызывать патологические изменения.

Под косвенным воздействием имеются в виду такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на организм человека, ухудшают обычные условия обитания, например увеличивают число туманных дней, поражают зеленые насаждения и т.п.

В настоящее время установлены ПДК для более чем 2500 индивидуальных веществ, находящихся в различном агрегатном состоянии (твердом, жидком или газообразном).

Величины ПДК устанавливаются главным образом на основании изучения влияния веществ на человеческий организм без постановки специальных испытаний. Последние допускаются лишь в отдельных случаях, например для обнаружения порогов восприятия запахов. Значительная часть ПДК определяется в опытах на животных (белых крысах, морских свинках и др.) В специальных камерах животных подвергают круглосуточному воздействию вредного вещества в воздухе в течение 3-4 мес. с параллельным исследованием его влияния на различные органы животных. При этом используют комплекс методов (биологических, биохимических, физиологических, генетических). С определенной степенью корректности полученные данные интерпретируют применительно к человеческому организму.

Поскольку люди по-разному реагируют на загрязнения, то пороговая концентрация вредных веществ определяется по реакциям наиболее восприимчивых индивидов. Величины ПДК устанавливаются обычно с двухкратным запасом по отношению к пороговым величинам. В отдельных случаях для особо опасных веществ ПДК берутся с еще большим запасом. Так, для бенз(а)пирена, дающего канцерогенный эффект, был принят десятикратный запас ПДК.

Ряд вредных веществ при выбрасывании в окружающую среду превращается в другие соединения, часто более токсичные. В связи с этим необходимо использовать реально установившиеся концентрации первоначально выбрасываемых веществ и продуктов их взаимодействия.

Нужно также учитывать, что при одновременном присутствии нескольких вредных соединений, что обычно имеет место, может наблюдаться эффект их однонаправленного (суммированного) действия. В этих случаях суммарная концентрация С загрязняющих веществ не должна превышать единицы:

В формуле (1) С с индексами - концентрации вредных веществ в окружающей среде, ПДК с индексами - соответствующие предельные концентрации этих же соединений.

В настоящее время в нормативных документах отражено несколько десятков групп веществ, обладающих эффектом суммации. Назовем некоторые из них: ацетон и фенол; аэрозоли пятивалентного оксида ванадия и оксида хрома трехвалентного; сернистый ангидрид с аэрозолем серной кислоты или с металлическим никелем, сероводородом, озоном, диоксидом азота, фенолом, фтористым водородом; аммиак и оксид азота; оксид углерода и пыль цементного производства.

В последние годы наметилась тенденция определения эффектов суммации с использованием методов регрессионного анализа (парные и множественные корреляции).

Анализ изменения за длительное время устанавливаемых величин ПДК показывает, что они постоянно ужесточаются в результате введения все более низких их значений для отдельных веществ и расширения групп суммации. Последнее означает уменьшение допустимых концентраций веществ, входящих в эти группы. Такое ужесточение норм в ближайшие 20 лет после 1990 г., по прогнозным оценкам, в среднем может достичь 10-12 раз.

При оценке степени загрязнения используют несколько нормативных показателей, в определенной степени различных для атмосферы, водной среды, почв и пищевых продуктов.

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.

Нормирование качества воды рек, озер и других водоемов проводят в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (СПН) [16].

В отличие от атмосферы, которая хорошо усредняется и может рассматриваться как единое целое, водные бассейны более изолированы. В связи с этим по народнохозяйственной значимости и характеру использования водоемы подразделяют на две категории:

1 - питьевого и культурно-бытового назначения;

2 - рыбохозяйственного назначения.

Вторая категория водных объектов, в свою очередь, делится на два типа:

• объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду;

• объекты для всех других видов рыбохозяйственной деятельности.

Основным нормирующим показателем, характеризующим качество воды является ПДК.

Предельно допустимая концентрация вредного (загрязняющего) вещества в воде водоема (ПДКв) - это такая его концентрация, которая не оказывает негативного влияния на организм человека при различных видах употребления воды (для питья, приготовления пищи, гигиенических целей и для отдыха).

При установлении ПДКв принимают во внимание несколько лимитирующих показателей вредности, т.е. под ним понимают определенное наиболее неблагоприятное воздействие каждого вещества. Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический. Для водоемов рыбохозяйственного назначения дополнительно применяют еще два ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный.

Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды.

Общесанитарный показатель 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 ор 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 организмы, населяющие водный объект.

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.

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, кислотнощелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);

• биологические (деятельность растений и живых организмов);

• антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека).

Учитывая вышесказанное, 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 (ПДКрх) - 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 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.

Состав и свойства воды проточных водоемов для объектов питьевого и культурно-бытового назначения должны соответствовать нормам в створах, расположенных на расстоянии 1 км выше ближайшего по течению водостока, а в непроточных водоемах - в радиусе одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в рыбохозяйственных водоемах при рассеивающем выпуске (наличии течения) должны отвечать нормам в месте слива сточных вод, а при отсутствии течения - не далее чем в 500 м от места выпуска.

Нормами установлены ПДК более 2000 вредных веществ в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения и более 1150 вредных веществ в водоемах рыбохозяйственного назначения. Для последних ПДК, как правило, ниже, чем для первых (табл. 1). Это обусловлено тем, что рыбы для получения необходимого количества кислорода пропускают через жабры и вводят в организм больше токсических веществ (при равных концентрациях), чем теплокровные животные и человек пропускают с воздухом через легкие или потребляют с хозяйственно-питьевыми водами.

При наличии в водоемах нескольких вредных веществ его санитарное состояние должно отвечать требованиям соотношения (1) по каждому из ЛПВ. Таким образом, для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения проверяется выполнение трех неравенств, а для водоемов рыбохозяйственного назначения - пяти. При этом каждое вещество учитывают только в одном неравенстве.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде

ЛПВ ПДК ЛПВ ПДК

При отсутствии экспериментально установленных значений ПДКв могут быть рассчитаны ВДКв.

В конкретных случаях определения лимитирующих показателей принимают наименьшие для данного вещества значения ПДК.

При выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия предложено использовать суммарный показатель химического загрязнения (ПХЗ-10). Его расчет ведут по десяти соединениям с максимальным превышением ПДК:

где индексы при концентрациях С и ПДК обозначают порядковый номер суммируемого соединения.

Концентрация вредных веществ в водоемах, как и в атмосфере, зависит от их количества, выбрасываемого всеми источниками загрязнения. Чтобы эти концентрации не превышали ПДК, для каждого источника загрязнения устанавливают величину норматива допустимого сброса (НДС) - массы вещества, максимально возможной к отведению в единицу времени в данном пункте объекта при условии сохранения качества воды в контрольном пункте. Значения НДС устанавливают на основе ПДК в местах пользования, с учетом ассимилирующей способности водного объекта и других факторов.

Величины НДС для источника в целом используют для расчета НДС каждого из природопользователей. В общем принципы оценки ПДС для водных источников аналогичны принятым при нормировании выбросов в атмосферу.

Важными характеристиками качества воды являются показатели биологического потребления кислорода, полного биологического потребления кислорода и химической потребности в кислороде, определяемые в мгО2/л воды.

БПК - количество О2, использованное в биологических процессах окисления органических веществ до диоксида углерода и воды за определенное время (2, 5, 8, 10, 20 сут). За стандартное обычно принимается биологическое потребление кислорода за 5 сут при 20 0С (БПК5).

БПКполн - потребление кислорода до начала процессов нитрификации, т.е. окисления нитритов до нитратов, например по реакции:

За начало нитрификации принимают появление в воде 0,01 мг/л нитратов. Во многих случаях БПКполн близка по значениям к БПК20. Полная биологическая потребность воды в кислороде при 20 0С не должна превышать 3,0 мг/л.

ХПК - количество кислорода, эквивалентное расходуемому окислителем на все восстановители, содержащиеся в воде. ХПК определяется бихроматным методом и включает кислород БПКполн, а также кислород, расходуемый на нитрификацию, на перевод серы в сернистый ангидрид и другие возможные окислительные процессы.

Величины БПК5, БПКполн и ХПК некоторых соединений приведены в табл. 2.

Биологические показатели водных растворов вредных веществ на Другие нормативы рассмотрим на примере водоемов питьевого и культурно-бытового назначения.

Взвешенные вещества (грубодисперсные взвеси) нормируются на уровне 0,25 мг/л.

Плавающие примеси (пленки, пятна минеральных масел и другие скопления) на поверхности водоема не должны обнаруживаться.

Запахи, привкусы, ощущаемые непосредственно или после хлорирования, не могут иметь интенсивность более двух баллов по пятибалльной шкале. Вода не должна передавать посторонних запахов и привкусов мясу рыбы.

Окраска воды не должна фиксироваться в столбике высотой 20 см.

Температура воды летом в результате спуска сточных вод не может повышаться более, чем на 3 0С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.

рН - в пределах 6,5-8,5.

Минеральный состав - по сухому остатку не более 1000 мг/л, в том числе хлоридов 350 мг/л и сульфатов 500 мг/л.

Растворимый кислород - не менее 4 мг/л в любой период года в пробе, взятой до 12 часов дня.

Возбудители заболеваний (бактериальное загрязнение воды). Вода не должна иметь колииндекс (число кишечных палочек) более 1 тыс. в одном литре при остаточном хлоре (после обеззараживания) не менее 1,5 мг/л.

Санитарные нормы и правила охраны поверхностных вод от загрязнения запрещают сбрасывать сточные воды в водоемы, если они:

- могут быть устранены путем усовершенствования технологии, максимального использования в системах оборотного водоснабжения или устройства бессточных производств;

- включают ценные отходы, которые можно утилизировать на данном или другом предприятии;

- содержат исходное сырье, реагенты, полу- и конечные продукты в количествах сверх установленных нормами технологических потерь;

- в виде кубовых остатков и технологических отходов;

- могут быть использованы для орошения в сельском хозяйстве при соблюдении санитарных требований.

1.3. НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО

ВОЗДУХА

Предельно допустимые концентрации веществ, загрязняющих атмосферу, в России впервые были введены в 1951 г. Они нормировали содержание в воздухе 10 вредных веществ (пыль, сернистый ангидрид, оксид углерода и т.д.). К 1991 г. их было уже 497, в настоящее время - 589.

Применительно к атмосфере различают ПДК: максимальные разовые вредных веществ в воздухе населенных мест (ПДКм.р), среднесуточные вредных веществ в воздухе населенных мест (ПДКс.с), вредных веществ в воздухом рабочей зоны (ПДКр.з) Все они измеряются массой загрязняющего вещества в единице объема воздуха (мг/м3) при нормальных условиях (давление атм, температура 0 0С) [4].

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов регламентируются списком Министерства здравоохранения СССР № 3086-84 с дополнениями, устанавливающими класс опасности вещества, допустимые максимальные разовые и среднесуточные концентрации примесей.

ПДКм.р - это концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, световая чувствительность, изменение биоэлектрической активности головного мозга и т.п.). ПДКм.р - основная характеристика опасности тех вредных веществ, которые оказывают немедленное раздражающее действие, ограниченное временем (не более 20 мин).

Продолжительность отбора пробы для определения максимальных разовых концентраций также составляет 20 мин.

ПДКс.с - это концентрация вещества в воздух населенного пункта не оказывающая на человека прямого или косвенного негативного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании. Она применяется для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого вредного воздействия вещества при его накоплении в организме человека.

При этом имеются в виду среднесуточные концентрации в среднем за год, а не за каждые отдельные сутки. Суточные концентрации веществ определяются из данных непрерывного, в течение 24 ч, отбора пробы.

Для веществ, которые и обладают немедленным раздражающим действием, и могут накапливаться в организме, устанавливается как ПДКм.р, так и ПДКс.с.

Для ряда территорий вводят более строгие, чем для населенных мест, нормативы ПДК. Так, в зонах санаторной охраны курортов, местах размещения крупных санаториев и домов отдыха, зонах отдыха городов они на 20 % меньше, чем в жилых районах.

ПДКр.з - это концентрация вещества в воздухе, не вызывающая у трудящихся, находящихся на рабочем месте по 8 ч пять раз в неделю, заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, как в течение всей трудовой деятельности, так и в отдаленной перспективе [6].

Россия была одной из первых стран, где в середине 20-х годов нынешнего столетия стали определять ПДКр.з. В 30-е годы аналогичные ПДК введены в Германии и США.

Рабочей зоной в соответствии с гигиеническими нормами [6] считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находился место постоянного или временного пребывания рабочего.

ПДКр.з, как правило, значительно больше, чем для населенных мест.

Это объясняется тем, что на предприятии люди присутствуют лишь часть суток, там не могут находиться дети и пожилые люди с ослабленным здоровьем. Кроме того, сами критерии чистоты воздуха для рабочей зоны менее жестки, чем для воздуха жилых районов. В последних не допускается, например, ощущения посторонних запахов во избежание дискомфорта. В рабочей же зоне требуется лишь не нанести ущерб здоровью человека за время пребывания на работе. Так, ПДКм.р для сероводорода составляет 0,008 мг/м3, а ПДКр.з для него равно 10 мг/м3.

Предельно допустимые концентрации веществ для лесных массивов приведены в табл. 3.

Для некоторых рабочих помещений ПДКр.з устанавливают, исходя не из гигиенических, а из технологических соображений. Эта величина может быть на порядок более жесткой (помещения электронно-вычислительных машин, сборки полупроводниковых приборов и т.п.).

В ряде случаев ПДКр.з ниже ПДКс.с в 2-5 раз, а по ПДКм.р для оксида азота и бензола - в 15 раз.

В зависимости от токсичности загрязнители атмосферы подразделяются на четыре класса опасности.

Концентрация вредных веществ в атмосфере зависит от их количества, выбрасываемого всеми источниками загрязнения. Чтобы эти концентрации не превышали ПДК, для каждого источника загрязнения устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ).

Предельно допустимые концентрации веществ для лесных массивов, ПДВ - это максимально возможная для данного источника за единицу времени масса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Величина ПДВ зависит от местоположения источника по отношению к жилым районам, сочетания выбросов рассматриваемого и других источников, условий рассеивания загрязнителей, температуры воздуха, рельефа местности и других факторов. Поэтому для одинаковых источников загрязнений величины ПДВ могут быть разными. Их устанавливают раздельно для каждого из загрязняющих веществ.

Для неорганизованных выбросов и совокупности мелких одиночных источников (вентиляционные выбросы, выбросы стационарных энергоустановок и т.п.) определяют суммарные ПДВ.

Единицей измерения ПДВ является масса загрязнителей в граммах, выбрасываемая за секунду. Контрольные значения предельно допустимых выбросов не должны превышаться в любой двадцатиминутный интервал времени. В целях удобства расчетов при проектировании по каждому веществу для индивидуального источника и в целом для предприятия определяют также выброс в тоннах за год.

Сущность расчета ПДВ состоит в том, чтобы выбросы от данного источника в совокупности с выбросами других источников и с фоновой концентрацией Сф не создавали приземную концентрацию С вредного вещества, превышающую ПДК:

Порядок и правила установления ПДВ определяет ГОСТ 17.2.3.02-78. В частности, для высокого одиночного источника загрязнения, выбрасывающего нагретые газы, где Кр - коэффициент разбавления загрязняющего вещества, м3/с;

Н - высота источника выброса над земной поверхностью, м;

V- объем выбрасываемого газа, м3/с;

Т - разность температур выбрасываемой смеси и воздуха, 0С;

А - коэффициент температурной стратификации (неоднородности) атмосферы, с273*мг* 0С1/3/г; F, m, n - безразмерные коэффициенты.

Под коэффициентом разбавления понимают объем чистого воздуха, необходимого для снижения концентрации выбрасываемого в 1 с загрязненного вещества до уровня ПДК.

Расчет ПДВ в тоннах за год производится на основе методов, утвержденных Госкомгидрометом 10.03.1981 г. с изменениями от 12.09.1982 г.

Работы по установлению ПДВ для всех предприятий и объектов населенного пункта производятся под руководством назначенной для него головной организации. Предельно допустимые выбросы согласуются с организацией, осуществляющей контроль за состоянием атмосферы воздуха от загрязнений. Нормы ПДВ для предприятий пересматриваются не реже одного раза в 5 лет.

Если по предприятию или группе предприятий, расположенных в одном районе, значения ПДВ по объективным причинам не могут быть получены сразу, то по согласованию с органами Госкомприроды допускается их поэтапное достижение. Значения ВСВ устанавливают с учетом передового экологического опыта в технологии данного производства и, наряду с ПДК, пересматривают не реже одного раза в 5 лет.

В ряде случаев, особенно при проектировании новых производств, нормативная база отсутствует. В такой ситуации могут быть использованы расчетные методы определения временных нормативных показателей.

Применение расчетных методов продиктовано стремлением устранить разрыв между ростом числа новых химических соединений, поступающих в окружающую среду, и реальными возможностями быстрого установления для них экспериментально обоснованных ПДК. Практика показывает, что по мере накопления базы опытных данных и совершенствования методов расчетов вычисленные значения ВДК все более приближаются к экспериментальным и узаконенным значениям ПДК (коэффициент корреляции на уровне 0,7).

Материалы, касающиеся обоснования ВДК конкретных химических соединений, поступают в соответствующие проблемные комиссии Минздрава, где они рассматриваются и утверждаются. Срок действия ВДК 2-3 года, но он может быть продлен.

На основе ВДК санитарно-гигиенические институты Минздрава по договору с заказчиком разрабатывают для интересующего вещества временный ОБУВ. До окончания разработки ПДК токсичность выбрасываемого вещества обычно оценивается по аналогии с токсичным действием близкого ему по химическому строению вещества, для которого величины ВДК и ОБУВ уже установлены. В настоящее время известны ОБУВ более чем 1200 веществ.

Нормирование химического загрязнения почв устанавливается по предельно допустимым концентрациям (ПДКп) [2]. По своей величине ПДКп значительно отличаются от принятых допустимых концентраций для воды и воздуха (в большую сторону). Это объясняется тем, что непосредственное поступление вредных веществ в организм из почвы происходит лишь в исключительных случаях и незначительных количествах, в основном через контактирующие с почвой среды (вода, воздух, растения). Нормы ПДК для почв стали вводиться лишь с 1980 г. и в настоящее время установлены для немногим более ста веществ.

ПДКп - это концентрация химического вещества (мг/кг) в пахотном слое почвы, которая не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы. Регламентирование загрязнения осуществляется в соответствии со списками № 2264-80 от 30.10.1980 г., № 2546-82 от 30.04.1982 г., приложением к списку № 2546-82 Минздрава СССР, санитарными нормами допустимых концентраций химических веществ в почве (СанПин 42-128-4433-87) и другими документами.

ПДКп учитывает шесть лимитирующих показателей: органолептический (ОЛ), общесанитарный (ОС), токсикологический (ТЛ), фитоаккумуляционный (ФA), миграционный водный (MW) и миграционный воздушный (МВ).

Органолептический показатель - это минимальное содержание вещества в почве, вызывающее достоверные отрицательные изменения в пищевой ценности растительной пищи.

Общесанитарный показатель характеризует самоочищающую способность почвы и микробиоценоз. Он представляет собой максимальную концентрацию токсиканта в почве, которая за 7 сут не приводит к сокращению на 50 % и более численности микроорганизмов или к отрицательным изменениям (свыше 25 %) двух и более показателей биологической активности почвы.

Токсикологический показатель - максимальная не действующая на организм человека при непосредственном контакте доза загрязнителя в почве.

Остальные лимитирующие показатели - это количество токсикантов в почве, при которых их концентрация соответственно в сельскохозяйственных растениях, грунтовых водах и воздухе не превышает ПДК для пищевых продуктов, воды водоемов и атмосферы.

ПДКп некоторых веществ даны в табл. 4.

Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих В случае применения новых химических соединений, для которых отсутствуют ПДКп, проводят расчет временных допустимых концентраций (ВДКп):

где ПДКпр - предельно допустимая концентрация для продуктов (овощные и плодовые культуры), мг/кг.

Для почв установлены нормы ВДК свыше 75 соединений.

При выявлении зон чрезвычайной ситуации и экологического бедствия загрязнение почв оценивается по суммарному показателю Zс химического загрязнения. Он определяется как сумма коэффициентов концентраций отдельных компонентов загрязнений по формуле где n - число определяемых элементов;

Ксi - коэффициент концентрации i-го загрязнителя, равный частному от деления его массовых долей в загрязненной и «фоновой» почвах (для тяжелых металлов).

Для загрязняющих веществ антропогенного генезиса коэффициенты концентрации определяются как частное от деления массовой доли загрязнителя на его предельно допустимую концентрацию.

1.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА ОПАСНОСТИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ

ВЕЩЕСТВ И ОТХОДОВ

В зависимости от величины ПДКр.з, а также других показателей токсического действия все химические соединения разделены на 4 класса, нашедшие отражение в списках ПДКр.з, утвержденных Минздравом СССР. Первый класс составляют чрезвычайно опасные, второй - высокоопасные, третий умеренно опасные и четвертый - малоопасные вещества. Критерии отнесения вещества к тому или иному классу опасности приведены в табл. 5.

в зависимости от токсикометрических характеристик Показатель

I II III IY

ДЛ50 при нанесеМенее 100 100-500 500-2500 Более ДЛ50 и ДЛ50К - летальные дозы химического вещества (мг/кг), вызывающие гибель 50 % животных при попадании соответственно в организм и на кожу (в ряде работ используется запись LD50 и LD50K);

ЛК50 - летальная концентрация вещества (мг/л), вызывающая при дыхании (мыши - 2 ч, крысы - 4 ч) гибель 50 % животных;

КВИО - коэффициент возможного ингаляционного отравления - отношение максимально допустимой концентрации вещества в воздухе при 20 0С к ЛК50;

Зост - зона острого действия, определяемая как отношение ЛК50 к ПКост;

ПКост - пороговая концентрация острого действия при однократной ингаляции воздуха, мг/л;

Зхр - зона хронического действия, определяемая как отношение ПКост к ПКхр;

ПКхр - пороговая концентрация хронического действия, установленная на лабораторных животных при ингаляции воздуха по 4 ч пять раз в неделю на протяжении 4 мес., мг/л.

Определение класса опасности индивидуальных веществ и их смесей имеет существенное практическое значение. Оно позволяет наладить дифференцированный учет всех выбросов, обращая особое внимание на отходы I и II классов, обеспечить раздельное тарирование, транспортирование и хранение твердых и жидких токсичных отходов различных классов на свалках, полигонах и в котлованах. В частности, отходы IV класса опасности разрешено размещать на свалках бытовых отходов.

Порядок отнесения промышленных отходов к определенному классу опасности, способы их использования, обезвреживания и захоронения регламентируют «Временный классификатор токсичности промышленных отходов и методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов», утвержденные Министерством здравоохранения СССР и Госкомитетом СССР по науке и технике, продленные впоследствии Госкомсанэпиднадзором России. Однако определение класса опасности в соответствии с «Временным классификатором» требует проведения кропотливых исследований, длительность которых для каждого вещества составляет не менее двух лет. Поэтому, наряду с общими принципами дли нахождения классов опасности, используют расчетные методы определения связанного с ними индекса токсичности Кi, что особенно важно для жидких и твердых токсичных отходов. Для последних, в частности, расчет ведется на основе ПДКп (мг/кг) вредного компонента в почве (7), а при их отсутствии - по летальной дозе ДЛ50 (мг/кг) в соответствии с формулой (8):

                                                     где ПДКi – предельно допустимая концентрация токсичного химического вещества, содержащегося в отходе, в почве, мг/кг;

S – коэффициент, отражающий растворимость его в воде, безразмерный и равный растворимости данного химического вещества в граммах на 100 г воды при 25оС, деленной на 100. Значение величины S находится в интервале от 0 до 1. При растворимости больше 100 г в 100 г воды коэффициент принимается равным 1;

СВ – содержание данного компонента в общей массе отхода, массовая доля;

i – порядковый номер данного компонента.

Здесь для i-го вещества:

S - безразмерный коэффициент, равный растворимости вещества при С (г на 100 г воды), разделенной на 100;

Св - содержание в общей массе отходов в долях единицы;

F - парциальное давление, выраженное в долях единицы от одной атмосферы, определяемое только для веществ с температурой кипения ниже При наличии в справочнике нескольких величин ДЛ50, установленных на различных видах теплокровных животных, для расчета К выбирают наименьшее значение.

Рассчитав индекс токсичности, определяют класс токсичности отходов (табл. 6).

Определение класса токсичности отходов по индексу токсичности Класс токсичности В некоторых работах [1] предлагается скорректировать рассмотренные нормативные методы расчета индекса токсичности или определять класс опасности по индексу суммарной опасности. Последний рассчитывается только по данным о ПДК и концентрации загрязнителей.

К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды.

Индекс загрязнения воды (ИЗВ) и гидробиологический индекс сапробности S, как правило, рассчитывают по шести - семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК5) является обязательной.

где Сi - концентрация компонента (в ряде случаев - значение параметра);

N - число показателей, используемых для расчета индекса;

ПДКi - установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 7). Индекс загрязнения воды используют для оценки изменения качества вод во времени, по течению, в зонах влияния крупных источников воздействия, но делать это целесообразно в границах одной биогеохимической провинции и для однотипных водных объектов.

Классификация качества воды в зависимости от значения индекса Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности (S) водных объектов. Его рассчитывают, исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне):

где Si - значение сапробности гидробионта, которое задается специальными таблицами;

hi - 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. 8 приведена классификация водных объектов по значению индекса сапробности S, которые также нормируются.

Классификация качества вод в зависимости от индексов сапробности Умеренно загрязненные a-мезосапробная 1,51-2,50 Тяжело загрязненные b-мезосапробная 2,51-3,50 Очень тяжело загрязнен- Полисапробная 3,51-4,00 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. 9).

Классификация качества воды по микробиологическим показателям ненности и класс терий, 106 кле- ных бактерий,