Нормирование вредных веществ

Введение

Вопрос о воздействии человека на биосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности - «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы, гидросферы и литосферы.

Охрана атмосферного воздуха - ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить.

Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Предотвращение загрязнения гидросферы также имеет первостепенное значение. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Литосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В эпоху бурного экономического развития, когда в процесс производства вовлечена практически вся биосфера планеты, человек стал «крупнейшей геологической силой», под действием которой меняется лик Земли.

1. Разработка нормативов и контроль вредных веществ

Для достижения определенного уровня качества окружающей среды устанавливают объективные нормы и нормативы. Однако из-за ограниченности материальных и финансовых ресурсов на сегодняшнем этапе развития экономики страны возможно лишь поэтапное достижение нормативных значений качества окружающей среды. Формирование научно обоснованной системы природоохранных нормативов должно проводиться с учетом оптимального сочетания интересов развития производства и охраны окружающей среды.

Важнейшей проблемой охраны окружающей среды является необходимость постоянного обеспечения строгого контроля содержания вредных веществ и регламентирования их поступления в окружающую среду. С этой целью разрабатываются нормативы качества окружающей среды. К настоящему времени установлено значительное число нормативов по показателям ПДК для всех компонентов окружающей среды. Так, для воды водоемов их установлено свыше 1000, для атмосферного воздуха - более 800, для радиоактивных изотопов - более 700, а для почвы несколько десятков.

1. Регламентирование содержания загрязнений в атмосферном воздухе осуществляется на основе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест - ПДКмр и ПДКСС. Для вредных веществ, влияние которых на организм человека не до конца еще изучено, установлены временно допустимые концентрации вредных веществ ВДКа.в, регламентирующие их содержание в атмосферном воздухе.

Основная физическая характеристика содержания вредных веществ в атмосфере - концентрация, т.е. количество вещества, содержащегося в единице объема воздуха при нормальных условиях. Как правило, ее измеряют в мг/м³. Этот показатель характеризует физическое, химическое и другие виды воздействия на окружающую среду и относится к основным параметрам при регламентировании допустимых концентраций примеси в атмосфере. Предельно допустимые концентрации загрязнений в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают на основе лимитирующего показателя, т.е. такой концентрации, которая оказывается наименьшей при проведении исследований на запах, раздражающее действие и специфические проявления организма.

Среди нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосфере особое место занимают среднесуточные концентрации, превышение которых указывает на возможность неблагоприятных токсических действий вредных веществ на организм человека. Максимальные разовые концентрации устанавливают для тех веществ, которые обладают в большей степени раздражающим и рефлекторным действиями. Их устанавливают с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. В том случае, если токсические реакции организма проявляются при меньшей концентрации вредных веществ, чем рефлекторные или раздражающие реакции, то среднесуточные и максимальные разовые ПДК совпадают.

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов, установленные эмпирическим путем, регламентированы списком Министерства здравоохранения СССР от 1 августа 1978 г. с дополнениями от 11 октября 1979 г. и от 7 мая 1981 г., в соответствии с которыми установлены класс опасности вещества, допустимые максимальная разовая и среднесуточная концентрации примесей. Эти концентрации обосновываются клиническими и санитарно-гигиеническими исследованиями и носят законодательный характер.

Если в атмосферном воздухе одновременно присутствует несколько веществ, обладающих эффектом суммации (совмещенного действия), то их суммарная концентрация не должна превышать отношение фактических концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе к предельно допустимым концентрациям вредных веществ в атмосферном воздухе.

Эффектом однонаправленного действия (суммации) обладают следующие сочетания вредных веществ: ацетон и ацетофенол; ацетон и фталевый ангидрид; ацетон и фенол; ацетон, фурфурол, формальдегид, фенол, ацетальдегид, винилацетат; бензол, ацетофенол, азот, диоксид азота; диоксид серы и сероводород; формальдегид и оксид углерода; диоксид азота, формальдегид, гексан.

2. Регламентирование содержания примесей в воде водоемов зависит от отнесения их к различным категориям водопользования. Различают две категории водопользования. К первой относятся объекты двух видов: 1) для централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения, водоснабжения предприятий пищевой промышленности; 2) для купания, спорта и отдыха населения, а также водоемы в черте на селенных мест. Ко второй категории относятся объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду, а также для всех других рыбохозяйственных целей.

Тип водопользования, а также ближайшие к месту выпуска сточных вод участки устанавливаются органами и учреждениями Государственного санитарного надзора с учетом перспектив использования водного объекта.

При сбросе сточных вод в водоемы в обязательном порядке должны соблюдаться нормативы состава и свойств воды водных объектов соответствующих категорий водопользования. Так, содержание взвешенных веществ в 1 л воды для водоемов первого вида не должно превышать 0,25 мг и для водоемов второго вида - 0,75 мг.

Наряду с ограничениями допустимого роста содержания взвеси в воде водоемов лимитируется крупность взвешенных частиц, которые могут содержаться в сточных водах. В проточные водоемы запрещается сбрасывать сточные воды, содержащие взвеси со скоростью осаждения более 0,4 мм/с, а в водохранилища - сточные воды с взвесями, скорость осаждения которых превышает 0,2 мм/с.

Кроме требований по фракционному и массовому составам взвешенных веществ регламентируются также состав и свойства воды водоемов по следующим параметрам: наличие плавающих примесей, запах, вкус, окраска, температура воды, значение рН, состав минеральных примесей, биохимическая потребность воды в кислороде, количество растворенного в воде кислорода, наличие возбудителей заболеваний и ядовитых веществ. На поверхности водоемов не должно быть плавающих пленок, пятен минеральных масел и скоплений других примесей.

Окраска воды должна обнаруживаться в столбике воды высотой не более 20 см для водоемов первого вида и не более 10 см - для водоемов второго вида и морей.

В результате спуска сточных вод температура воды летом в водоемах первой категории не должна превышать среднемесячную температуру воды в самый жаркий месяц года за последние 10 лет более чем на 3°С, а температура воды в рыбохозяйственных водоемах не должна быть выше естественной температуры этих водоемов более чем на 5°С.

Реакция воды в водоемах после смешивания ее со сточными водами не должна выходить за пределы 6,5<рН<8,5.

Содержание минеральных примесей в воде водоемов, относящихся к первому виду, не должно превышать по сухому остатку 1000 мг/л, в том числе по хлоридам - 350 мг/л и сульфатам - 500 мг/л. Минеральный состав для водоемов второго вида нормируется по показателю привкуса.

Полная биохимическая потребность в кислороде при температуре 20°С не должна превышать 3 мг/л для водоемов первого вида, в том числе и для рыбохозяйственных водоемов обоих видов, а для водоемов второго вида первой категории водопользования - 6 мг/л.

Количество растворенного в воде кислорода после смешивания ее со сточными водами должно быть не менее 4 мг/л в любой период года в пробе, отобранной до полудня в водоемах первой категории, и не меньше 6 и 4 мг/л в зимний период для рыбохозяйственных водоемов соответственно первого и второго видов, а также 6 мг/л в летний период.

В России основные требования к охране вод, а также комплекс требований к составу и свойствам воды в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, регламентируются правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Содержание вредных и ядовитых веществ в водоемах обеих категорий и в морях не должно превышать предельно допустимых концентраций, установленных по санитар-но-токсикологическому, общесанитарному и органолептиче-скому лимитирующим показателям.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в водоемах санитарно-бытового назначения - это максимальная концентрация, не оказывающая на состояние здоровья человека сейчас и в будущем прямого или опосредованного влияния, которое может быть выявлено современными методами исследований, при воздействии вредного вещества на организм человека в течение всей его жизни, а также ухудшающая гигиенические условия водопользования населения.

При наличии в воде водоемов вредных веществ, обладающих эффектом однонаправленного действия (суммации), санитарное состояние водоема должно определяться аналогично тому, как устанавливается суммарная концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе.

В городах и населенных пунктах, предприятиях имеется множество разнообразных источников шума, влияющих на окружающую среду. В большинстве случаев уровни шума превышают нормативные. Человек по-разному реагирует на шум в зависимости от субъективных особенностей организма и привычного шумового фона. Считается, что шум с уровнем выше 60 дБ вызывает психическое раздражение.

Раздражающее действие шума зависит от его уровня, спектральных и временных характеристик. Раздражающий эффект тональных, высокочастотных и импульсных шумов выше эффекта воздействия широкополосных, низкочастотных и постоянных во времени шумов одинакового уровня.

Нормируемыми параметрами постоянного шума являются уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Непостоянный во времени шум нормируется эквивалентными уровнями звука постоянного широкополосного шума, оказывающего такое же воздействие на человека, как и постоянный шум. Значение этого уровня звука рассчитывается по результатам измерения уровней звука в дБА в течение наиболее шумных 30 мин.

2. Обоснование и нормирование вредных веществ

Обоснование и расчеты нормативов качества допустимых концентраций для различных компонентов окружающей среды имеют свои специфические особенности.

1. Определение нормативов загрязнения атмосферного воздуха базируется на оценке воздействия этого загрязнения на здоровых людей, состояние растительности, животного мира и другие объекты.

Всемирной организацией по вопросам здравоохранения при ООН рекомендовано определять чистоту воздуха на основе критериев, соответствующих следующим уровням:

• прямое или косвенное воздействие загрязнения на человека, животных и растительность обнаружить невозможно;
• в результате загрязнения воздуха наблюдается раздражение органов чувств человека, вредное воздействие на растительность, уменьшение прозрачности воздуха;
• вследствие загрязнения воздуха нарушаются жизненно важные физиологические функции и возникают хронические заболевания у человека и животных;

При установлении содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны проводятся обоснование временных допустимых концентраций, обоснование и корректировка ПДКР3 путем анализа условий труда работающих и состояния их здоровья. Для обоснования ПДКР3 конкретного вещества используют следующие исходные данные: условия применения и производства вещества, агрегатное состояние вещества при поступлении в воздух, химическую формулу, молекулярную массу, плотность, растворимость в воде, кислотах и органических растворителях, температуру кипения и плавления, токсичность и характер действия изучаемого вещества при однократном воздействии на организм.

При установлении предельно допустимой концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны наиболее важным и ответственным этапом является определение минимально действующей (пороговой) концентрации (ПК) в длительном (хроническом) эксперименте. В качестве подопытных животных используют белых крыс. Обычно исследуют результаты воздействия 2-3-кратных концентраций, с помощью которых устанавливают подпороговую (максимально недействующую) и пороговую (минимально действующую) концентрацию (ППК и ПК) по функциональным, биохимическим и другим показателям. Установленные в результате длительного эксперимента подпороговые и пороговые концентрации позволяют выявить особенности воздействия вредных веществ и особенности адаптации животных к этому воздействию. С учетом выявленных особенностей выбирают значения ПДК. Переход к ним производится путем умножения пороговых концентраций на коэффициент запаса, величина которого зависит от токсичности вещества и изменяется от 3 до 20.

В зависимости от значения ПДКР3 и других показателей токсического действия вредные вещества подразделяются на четыре класса: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные.

Для обоснования предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе населенных мест проводят эксперименты с точно заданными условиями. Такой подход позволяет обеспечить достаточную точность полученных данных и установить нормативы содержания вредных веществ в атмосферном воздухе, не дожидаясь проявления неблагоприятных последствий для здоровья людей. Экспериментальные исследования осуществляются в два этапа.

На первом этапе с привлечением добровольцев исследуется подпороговая концентрация ощущения запаха и иногда раздражающего действия. Полученные результаты многократных опытов подвергаются статистической обработке и используются впоследствии для обоснования ПДКМр.

Второй этап эксперимента заключается в изучении действия вредных веществ при их длительном воздействии на подопытных животных.

На первом и втором этапах останавливают ПДКСС. В качестве основного критерия принимают наименьший уровень концентрации при различных реакциях (на запах, раздражающее действие) организма человека и животных. Особое внимание уделяют возможности проявления отдаленных последствий, а именно канцерогенных, эмбриотропных, гонадотропных и других эффектов.

Наряду с проведением экспериментальных исследований, на практике для определения временно допустимых концентраций широко применяют расчетные методы, в основу которых положено установление зависимостей методом регрессивного анализа. В качестве исходных данных используют токсикометрические и регламентирующие показатели.

При расчете временно допустимых концентраций вредного вещества в атмосферном воздухе основываются на рефлекторных порогах, токсикометрических показателях и предельно допустимых концентрациях вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

Уровень концентрации вредных веществ в атмосфере зависит от объема выбросов промышленными предприятиями загрязняющих веществ. В соответствии с этим для каждого источника загрязнения атмосферы устанавливают предельно допустимый выброс вредных веществ из условия, что выбросы вредных веществ из данного источника или совокупности источников от других промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительности и животного мира. Размер предельно допустимых выбросов определяется расчетным путем. Если по каким-либо объективным причинам не представляется возможным установить ПДВ для данного населенного пункта, то определяют временно согласованные выбросы (ВСВ). При этом объемы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ поэтапно должны снижаться.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при обосновании ПДВ являются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе населенных мест. При этом максимальная приземная концентрация вредных веществ, равная концентрации, которая образуется у поверхности земли в результате выброса загрязняющих веществ при неблагоприятных метеорологических условиях, не должна превышать ПДКМ.Р с учетом фоновой концентрации.

При расчете показателя ПДВ устанавливают также зону влияния источника выбросов и всего предприятия по каждому загрязняющему веществу. Под зоной влияния понимают земную поверхность с радиусом, где сумма максимальной приземной концентрации См, определенной для неблагоприятных метеорологических условий, и фоновой концентрации Сф не превышает ПДКмр

См+Сф<ПДКМ.Р.

Предельно допустимая масса сжигаемого топлива рассчитывается по каждому продукту, образующемуся в результате сгорания топлива.

2. Определение нормативов качества воды основывается на регламентировании концентрации вредных веществ в водоемах с помощью следующих основных критериев: влияние на общий санитарный режим водоема, влияние на органолептические свойства воды (окраска, запах, привкус), влияние на здоровье населения. Обоснование ПДКВ проводится по одному из трех лимитирующих признаков нормирования на основе экспериментальных исследований.

Изучение влияния вредных веществ на общий санитарный режим водоемов направлено на предупреждение нарушения процессов самоочищения водоема в основном от органических загрязнений в сточных водах. В результате исследований определяется интенсивность процессов обеспечения биохимической и химической потребностей в кислороде (БПК и ХПК), интенсивность минерализации азотосодержащих веществ, интенсивность развития и отмирания сапрофитной микрофлоры.

Изучение органолептических свойств воды имеет большое значение, так как ухудшение этих свойств легко обнаруживается и ведет к значительному снижению использования водоисточника. Практика показывает, что устранить эти нарушения обычными методами очистки фактически не удастся.

Особое внимание при установлении ПДКВ уделяется изучению влияния загрязняющих воду веществ на здоровье человека. В результате санитарно-токсикологических исследований определяются подпороговые (максимально недействующие) и пороговые (минимально действующие) дозы или концентрации вредного вещества, длительно воздействующего на организм животного. Для проведения опытов принимают концентрации веществ, различающиеся в 5-10 раз, продолжительность опытов с каждым значением концентрации должна быть не меньше 6 ч.

Временно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов устанавливают на основе регрессионных формул, полученных при анализе экспериментальных данных, при этом в основе их лежат различные лимитирующие показатели.

Аналогично тому, как для атмосферного воздуха устанавливают предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ, для вод водоемов определяют предельно допустимый сброс в них вредных веществ. Значения этого норматива для предприятий обосновываются исходя из санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к составу и свойствам воды в местах водопользования.

Расчет ПДС веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами предприятий, проводят раздельно для взвешенных веществ, минерального состава (по сухому остатку), хлоридов, сульфидов. Кроме того, регламентируют следующие свойства сточных вод, для которых нормативы предельно допустимых сбросов не рассчитываются: плавающие примеси (вещества), запахи, привкусы, температура, реакция на рН, коли-индекс, растворенный кислород.

3. Регламентирование предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве существенно отличается от методики регламентирования поступлений загрязняющих веществ в атмосферный воздух и воду водоемов. Это связано с тем, что непосредственно из почвы вредные вещества в организм человека не поступают. Однако химические соединения, находящиеся в почве, могут поступать в организм посредством контактирующих с почвой воздухом, водой, растениями. Исходя из этого, при нормировании вредных веществ, содержащихся в почве, особое внимание уделяют тем, которые могут мигрировать в атмосферный воздух и почвенные воды, снижать урожай или качество сельскохозяйственной продукции.

Нормирование предельно допустимых концентраций в почве осуществляется в два этапа. На первом этапе проводят исследования в лабораторных условиях, а на втором - на натуре. Целью проводимых исследований является установление:

• допустимой концентрации вредного вещества в почве, гарантирующей переход его в растения в количестве, не превышающем предельно допустимых концентраций для продуктов питания;
• допустимой концентрации вредного вещества в почве, гарантирующей переход его в грунтовые воды в количестве, не превышающем предельно допустимых концентраций для водных объектов;
• допустимой концентрации вредного вещества в почве, не влияющей на процессы самоочищения и почвенный микробиоценоз.

Результаты этих исследований используют при обосновании лимитирующего показателя вредности и ПДКП.

Область применения временно допустимых концентраций вредных веществ в пахотном слое почвы ограничивается в настоящее время только пестицидами и теми препаратами, которые находятся на стадии государственных производственных испытаний или допущены к опытно-производственному применению, а ПДКП для них еще не установлены.

Временно допустимая концентрация вредных веществ в пахотном слое рассчитывается на базе предельно допустимых концентраций соответствующего пестицида в овощах или плодовых культурах по формуле:

ВДКП = 1,23+0,48 lgПДКпр,

где ПДКпр - предельно допустимая концентрация вредных веществ в продуктах питания, мг/кг.

Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия на протяжении всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений.

В том случае, если для овощных или плодовых культур установлено несколько нормативов, то к расчету принимается минимальное значение. Приведенное выше уравнение дает возможность рассчитывать ВДКП при ПДК<0,003 мг/кг.

Если после установления предельно допустимой концентрации пестицидов в продуктах питания, выявляются отдаленные последствия их действия на организм (канцерогенность, эм-бриотоксичность, мутагенность), то в расчет вводят коэффициенты запаса, учитывающие степень выраженности отдаленных последствий и данные о фактическом загрязнении почвы остаточными количествами пестицидов.
 

Заключение

норматив регламентирование загрязнение примесь

В соответствии с природоохранительным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения.

Определенная таким образом цель подразумевает наложение граничных условий (нормативов) как на само воздействие, так и на факторы среды, отражающие и воздействие, и отклики экосистем. 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. Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое нормирование основаны на знании эффектов, оказывемых разнообразными факторами воздействия на живые организмы.

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 вызывает у биологического организма отклик, который не может быть скомпенсирован за счет гомеостатических механизмов.

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.

 

Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: учебное и справочное пособие. - 3-е изд. - М.: Финансы и статистика, 2001. - 672 с.

Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. - 4-е издание, перераб. и доп. - М.: Издательско-Торговая корпорация «Дашков и Ко», 2002. - 264 с.

Горелов А.А. Экология: Учебное пособие для вузов. - М.: Юрайт-М, 2001. - 312 с.

Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Изд. 7-е. - Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2004. - 576 с.