Нормирование химических веществ в окружающей среде

     Содержание

      Введение

     Научно-техническая  революция и связанный с нею  резкий подъем промышленного производства могут приводить к загрязнению  окружающей среды — воздуха, воды, почвы, продуктов питания. Тысячи химических соединений (и число их постоянно растет) используются и выпускаются промышленностью. Многие из них не разлагаются на более простые безвредные продукты, а накапливаются в атмосфере, воде или почве и преобразуются в еще более токсичные продукты. Большое число соединений, в особенности продукты неполного сгорания, попадают в биосферу, включаются в происходящие в ней процессы, и, подобно бумерангу, возвращаются к человеку, проникая через дыхательные пути, органы пищеварения или кожу. И хотя каждое вещество поступает в сравнительно небольших количествах, однако токсичность иногда очень велика, а некоторые вещества вызывают канцерогенные, мутагенные, гонадотропные, эмбриотройные, аллергенные и другие последствия, проявляющиеся порой через несколько лет и даже в следующих поколениях.

     Зачастую  при добыче полезных ископаемых, при  производстве того или иного химического  соединения обращают внимание лишь на целевой продукт и забывают о  так называемых отходах, не менее  ценных и важных. Так в 1968 г. на каждого  жителя нашей планеты добывали в год 20 т различных минералов и пород, то спустя 10 лет их количество достигло уже 27 т. Но лишь 2 % добытых ископаемых превратились в полезную продукцию. Остальные 98% возвратились в биосферу, причем в значительной степени в таком виде, что ее естественные силы не могут включить их в свой кругооборот.

      Понятие предельно  допустимых концентраций

     Каков же предел содержания химических веществ  в окружающей среде, где количественные границы этого предела для  безопасности жизнедеятельности? В  связи с этой проблемой и возникло понятие предельно допустимых концентраций.

     Один  из ведущих токсикологов И.В. Саноцкий в 1971 году предложил наиболее точную формулировку ПДК применительно  к любым участкам биосферы (для  атмосферного воздуха, воздуха рабочей  зоны, воды, почвы и т. д.): "Предельно допустимой концентрацией химического соединения во внешней среде называют такую концентрацию, при воздействии которой на организм периодически или в течение всей жизни, прямо или опосредованно через экологические системы, а также через возможный экономический ущерб, не возникает соматических или психических заболеваний (скрытых или временно компенсированных) или изменений в состоянии здоровья, выходящих за пределы приспособительных физиологических колебаний, обнаруживаемых современными методами исследования сразу или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений".  
Предельно допустимые концентрации в виде санитарных нормативов являются юридической основой для проектирования, строительства и эксплуатации промышленных предприятий, планировки и застройки жилья, создания и применения индивидуальных средств защиты.  
Обоснованию предельно допустимых концентраций должно уделяться большое внимание, исследования должны быть выполнены тщательно, так как малейшие ошибки могут привести либо к ущербу для здоровья, либо к значительным экономическим потерям.

     Известный парадокс Гадамера гласит: "Ядов как  таковых не существует". Как правило, причиной ядовитости является количество, сообщающее веществу в определенных условиях качественно новые свойства. Здесь уместно напомнить знаменитую формулировку Парацельса: "Все есть яд, ничто не лишено ядовитости, одна лишь доза делает яд незаметным".

     По  мнению токсикологов, ядом называется химический компонент среды обитания, поступающий в организм в количестве (реже в качестве), не соответствующем врожденным или приобретенным свойствам организма, и поэтому несовместимый с жизнью. Яды могут оказывать на организм как общетоксическое, так и специфическое действие: сенсибилизирующее (вызывающее повышенную чувствительность), бластомогенное (образование опухолей), гонадотропное (действие на половые железы), эмбриотропное (действие на зародыш и плод), тератогенное (вызывает уродства), му-тагенное (действие на генетический аппарат).

      Нормирование содержания вредных веществ в почве

     Контроль  за санитарным состоянием почвы включает проведение санитарно-физико-химических, санитарно-энтомологических, санитарно-гельминтологических, санитарно-бактериологических и вирусологических исследований.

     Общие принципы нормирования химических загрязняющих веществ в объектах окружающей среды изложены в Методических рекомендациях по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве, утвержденных Минздравом СССР в 1982 году.

     Санитарно-гигиеническое  нормирование учитывает четыре показателя:

     - транслокационный (переход загрязняющих веществ из почвы в растения через корневую систему);

     - миграционный водный;

     - миграционный воздушный;

     - общесанитарный (влияние загрязняющего вещества на самоочищающую способность почвы и ее биологическую активность).

     Загрязненность  почвы органическими веществами, в частности отходами производств химических продуктов из углеводородов нефти и газа, оценивают по комплексному показателю «санитарное число», представляющему собой отношение количеств почвенного белкового и органического азота:

     Нормирование  содержания вредных веществ в почве предполагает установление таких концентраций, при которых содержание вредных веществ в контактирующих средах не превышает ПДК для водоема и воздуха, а в выращиваемых культурах - допустимых остаточных количеств. В соответствии с методическими рекомендациями нормирование включает три основных направления исследований. Первое направление - определение максимально допустимой концентрации вещества в почве с точки зрения токсикологического действия на человека. Эта концентрация должна гарантировать накопление вещества в выращиваемых культурах не выше допустимого остаточного количества, а попадание его в воздушную среду и грунтовые воды - не выше ПДК. Второе направление - установление органолептических свойств растений, выращиваемых на данной почве, а также воды и атмосферного воздуха. Третье направление - изучение характера и интенсивности действия вещества на процессы самоочищения, протекающие в почве.

     Из  найденных пороговых концентраций выбирают наименьшую, которую и принимают как предельно допустимую. Исследования проводят в лабораторных условиях с модельными почвами и растениями, а полученные результаты уточняют в полевом эксперименте или в натуральных условиях.

     По  степени опасности вещества, загрязняющие почву, подразделяют на три класса:

     1) высокоопасные;

     2) умеренно опасные;

     3) малоопасные.

     Класс опасности определяют не менее чем  по трем показателям в соответствии с ГОСТом 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения».

      Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах

     В нашей стране за основу приняты «естественные» нормативы качества воды (т.е. базирующиеся на биологической оценке степени вредоносности нормируемого вещества как при разработке санитарно-гигиенических норм, так и рыбохозяйственных нормативов). Это является большим шагом по сравнению с «техническими» нормативами, так называемыми «standards», принятыми за основу в США. В последние годы там появились и биологические нормативы «criteria», но они не являются обязательными. Технические нормативы определяются возможностями существующих методов оценки сточных вод, и они более практичны. Биологические нормативы, в свою очередь, дают возможность оценивать реальное состояние водных экосистем и применять более эффективные методы ликвидации загрязнений.

     Загрязнением  водоемов называется любое отрицательное действие (нарушение или ухудшение условий водопользования), вызванное поступлением или появлением в водоеме веществ, связанных прямо или косвенно с деятельностью человека. Различают три вида загрязнений:

     1) первичное загрязнение - вызванное  поступлением загрязняющих веществ и процессами непосредственного их превращения. В цикле первичного загрязнения могут появляться вторичные и последующие загрязняющие вещества;

     2) вторичное загрязнение - развивается  как следствие первичного загрязнения и представляет собой новый цикл загрязнения;

     3) повторное загрязнение - вызванное  повторным выносом загрязняющих веществ вследствие первичного загрязнения. Например, вынос осевших на дно или вмерзших в лед нефтепродуктов во время паводка или таяния льда.

     Источники загрязнения водных объектов могут  быть организованными, с локализованным местом поступления и устройствами для сброса (хозяйственно-бытовые стоки, промышленные сточные воды); неорганизованными, не имеющими локализованного места сброса и устройств иди приспособлений для сброса (лесосплавы, смывы удобрений с полей, заносы пестицидов при авиаобработках); полуорганизованные, имеющие одно из двух перечисленных условий (буровые вышки, смывы с территорий складов, предприятий транспорта и др.).

     По  времени действия загрязнение водоемов может быть постоянным (поступающим  в течение всей вегетационной  части года), периодическим (водоем не успевает восстанавливать свои свойства в промежутках между поступлением загрязняющих веществ) и разовым (водоем успевает восстанавливаться).

     Интенсивность прямого действия загрязняющих веществ оценивается следующими параметрами:

     - остролетальными концентрациями, вызывающими гибель живых организмов в течение нескольких часов до 10 суток;

     - хроническими летальными концентрациями, вызывающими гибель живых организмов в более длительные сроки;

     - сублетальными концентрациями (угнетающими), нарушающими основные жизненные функции - рост, размножение, обмен веществ;

     - стимулирующими концентрациями;

     - недействующими концентрациями.

     Характер  влияния загрязняющих веществ на водоемы и водные организмы подразделяются на три основные группы, которые принято называть лимитирующими показателями вредности (ЛПВ).

     1. Общесанитарный ЛПВ. Включает в себя изменение трофии водоемов, снижение концентрации растворенного кислорода, изменение солености и температуры среды, механическое загрязнение твердыми и жидкими веществами.

     2. Токсикологический ЛПВ. Отражает  прямое токсическое действие веществ на водные организмы.

     3. Хозяйственный (рыбохозяйственный)  ЛПВ. Показывает порчу товарного  качества промысловых водных организмов.

     Существует две группы нормативов для загрязняющих веществ, поступающих в водную среду.

     1. Нормативы поступления загрязняющих веществ, при которых сохраняются охраняемые данным нормативом свойства водоемов и их населения, - предельно допустимый сброс (ПДС).

     2. Нормативы содержания, при которых  охраняемые свойства водоема  не нарушаются, - предельно допустимая концентрация (ПДК).

     ПДК устанавливается по наименьшей пороговой концентрации с учетом следующих сторон действия: стабильности вредных веществ в воде, влияния их на санитарный режим (способность к самоочищению) водоемов, влияния на органолептические свойства воды, влияние на здоровье населения, использующего воду. Указанные показатели относятся к ПДК_В и считаются санитарно-гигиеническими. Существует еще один вид ПДК, отражающий не только санитарно-гигиенические требования к качеству воды, но и экологические - ПДК_Р.В. (рыбохозяйственных водоемов).

     Рыбохозяйственная ПДК - это такая максимальная концентрация загрязняющего вещества, при постоянном наличии которой в водоеме, не наблюдается отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема. Следует учитывать, что загрязняющие вещества в водоемах не всегда присутствуют постоянно. В этом случае используют значения предельно допустимых разовых концентраций (ПДРК). Это такая максимальная первоначально созданная в водоеме концентрация однократно попадающего туда вещества, при которой это вещество и вредные продукты его распада не вызывают отрицательных последствий для рыбохозяйственного использования водоема.

     Рыбохозяйственное нормирование включает в себя следующие аспекты - оценки влияния вещества на гидрохимический режим водоема (концентрация растворенного в воде кислорода, окисляемость по Кубелю, БПК₅ и БПК₂₀, изменение содержания трех форм азота - ионов аммония, нитритов и нитратов), на кормовую базу рыб (водоросли, зоопланктон и бентос), на микроорганизмы, на рост и развитие рыбы (икру, молодь и взрослых особей), ее товарные качества, а также оценку скорости разрушения загрязняющего вещества.

     По  степени опасности загрязняющих веществ для ПДК_Р.В. подразделяются:

     1) особоопасные (ПДК с содержанием  загрязняющих веществ менее 0,0001 мг/л), предусматривающие отсутствие вредного вещества в воде;

     2) опасные (токсичные, но стабильные), лимитирующиеся по ПДК;

     3) токсичные (стабильные и не  накапливающиеся);

     4) экологические, лимитирующиеся по  общесанитарному ЛПВ.

     Вторым  нормируемым показателем, используемым для охраны водной среды от загрязнений, является предельно допустимый сброс (ПДС). В соответствии с ГОСТом, под предельно допустимым сбросом веществ в водный объект понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

     ПДС устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями, сбрасывающими сточные воды. При сбросе веществ с одинаковыми ПДК ПДС устанавливается так, чтобы с учетом примесей, поступивших водоем или водосток от вышерасположенных выпусков, сумма отношений концентраций каждого вещества в водном объекте к соответствующим ПДК не превышала единицы.

     Проекты ПДС разрабатываются и утверждаются для предприятий и организаций, имеющих или проектирующих самостоятельные  выпуски сточных вод в водные объекты, прежде всего в зонах повышенного загрязнения в целях соблюдения ПДК в контрольных створах водопользования. Утверждаются проекты ПДС органами природопользования, комитетом охраны природы. Величины ПДС действительны только на установленный период, после чего подлежат пересмотру.

      Нормирование атмосферных  загрязнений

     Согласно  ГОСТу 17.2.1.04-77, загрязнением атмосферы называется изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примесей. Загрязнение, обусловленное деятельностью человека, называется антропогенным загрязнением. Под примесью тот же ГОСТ понимает рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Таким образом, к примесям могут относиться не только токсичные, но и нетоксичные вещества.

     Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, установлены два норматива:

     1) максимальная разовая предельно  допустимая концентрация за 20 минут измерения (осреднения) - ПДК_м.р., мг/м³;

     2) среднесуточная предельно допустимая концентрация, осредненная за длительный промежуток времени (вплоть до года) - ПДК_с.с., мг/м³.

     ПДК вредного вещества в атмосфере - это максимальная концентрация, отнесенная к определенному периоду осреднения (20-30 минут, 24 часа, месяц, год), которая не оказывает ни прямого, ни вредного косвенного воздействия на человека и санитарно-гигиенические условия жизни.

     При действии на организм одновременно нескольких вредных веществ, обладающих суммарным действием, сумма отношений фактических концентраций каждого вещества (С₁, С₂,... С_n) в воздухе и его предельно допустимой концентрации (ПДК₁, ПДК₂,... ПДК_n) не должна превышать единицу: С₁ / ПДК₁ + С₂ / ПДК₂ +... + С_n / ПДК_n_ 1.

     Гигиеническое нормирование сталкивается с существенными  затруднениями организационного, технического и физиологического характера. Экологическая  ниша человека неизменна, поэтому условие - концентрация загрязняющего вещества должна быть меньше или равна ПДК - должно соблюдаться в любых местах пребывания человека. Это означает, что для каждого вредного вещества устанавливается несколько максимальных разовых предельно допустимых концентраций в воздушной среде, классификация которых приведена ниже  

     Классификация предельно допустимых концентраций

     загрязняющих веществ в атмосферном воздухе 

     Наряду  с предельно допустимыми концентрациями существуют временно допустимые концентрации (ВДК), иначе называемые ориентировочно безопасными уровнями воздействия (ОБУВ). Предельно допустимые концентрации устанавливаются на основе экспериментов с подопытными животными, что требует достаточно длительного времени. На первом этапе установления ПДК определяются основные токсикометрические характеристики исследуемых веществ, и фактически установленные в результате экспериментов нормативы считаются временно допустимыми концентрациями. На втором этапе эти исследования продолжаются и носят проверочный характер, а на третьем - осуществляются клинико-статистические исследования работающих в течение трех лет для проверки правильности полученных в экспериментах на животных значений. Только после второго этапа полученные нормативы могут быть утверждены в качестве ПДК.

     Для регулирования качества окружающей среды введен и строго контролируется предельно допустимый выброс (ПДВ), который является научно обоснованной технической нормой выброса вредных веществ из промышленных источников в атмосферу, определяемой на основе различных параметров источников, свойств выбрасываемых веществ и атмосферных условий.

      Стандарты качества окружающей среды

     Стандарты качества окружающей среды - это совокупность единых требований к состоянию природных и промышленных объектов. В них предусмотрены меры, позволяющие обеспечить оптимальное состояние окружающей среды, ее качество, которые состоят из технических, экономических, организационных норм, определяющих качественные параметры окружающей среды. Перечень основных нормативно-технических документов, используемых в природоохранной и природовосстановительной деятельности, приведен в Экологическом словаре (1993).