Текст книги "Экологическая безопасность на промышленном предприятии. Учебно-практическое пособие"

Тета 7.7 Лабораторно-аналитическое обеспечение деятельности в области обращения с отходами

7.7.1 Негативное воздействие отходов на окружающую среду

Объекты по размещению отходов – полигоны и свалки – являются источниками значительного загрязнения окружающей среды. Так, свалка бытовых отходов, оборудованная с нарушением санитарных норм и правил и эксплуатируемая в течение нескольких десятилетий, является гигантским химическим реактором с разнообразнейшими реагентами (свыше 1,5 млн. различных соединений). Главным образом, это газообразные вещества, общий объем выбросов которых может достигать до 1 млн. м³ в год.

Вследствие различных химических реакций, а также микробиологической деятельности температура в различных местах тела свалки может колебаться от 50 до 100 град. С, вызывая самопроизвольные возгорания, приводящие к выбросу в окружающую среду полиароматических углеводородов – химических канцерогенов, занимающих ведущее место в возникновении раковых заболеваний. При воздействии света на водные растворы ароматических соединений образуются соединения класса диоксинов. Диоксин – это один из самых сильных известных в природе ядов, обладающий мутагенными, канцерогенными, тератогенными свойствами, крайне устойчивый во внешней среде.

В солнечную погоду под действием ультрафиолетовых лучей в воздухе происходят фотохимические реакции с продуцированием различных веществ с неизученными свойствами. Токсичные газовые выделения со свалки способны распространяться на большие расстояния, главным образом – в направлении господствующих ветров, а такжевступать в реакцию с выбросами окружающих промышленных объектов, усугубляя экологическую обстановку.

Атмосферные осадки приводят к миграции химических элементов, их проникновению в поверхностные и подземные воды. При этом концентрация загрязняющих веществ может достигать значений, многократно превышающих предельно допустимые концентрации, накапливаться в донных отложениях и живых организмах. Многие химические соединения (тяжелые металлы, полиароматические углероды, бифенилы и т. п.) обладают кумулятивными свойствами, т. е. могут накапливаться в организме, приводя к острым и хроническим отравлениям, вызывающим перерождение тканей, генетические отклонения, снижение активности иммунной системы, а в некоторых случаях и к летальным исходам.

Отсутствие контроля за составом захораниваемых отходов может привести к попаданию в тело свалки радиоактивных и токсичных отходов. Свалки являются также местом обитания и размножения паразитов, особенно устойчивых к химическим препаратам.

Для наблюдения, оценки и прогноза состояния окружающей среды в районе полигонов ТБО необходимо проведение мониторинга по специальной программе. ГОСТ Р 56060—2014 «Производственный экологический мониторинг. Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды на территориях объектов размещения отходов» предназначен для организации и осуществления мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды на территориях объектов размещения отходов (за исключением радиоактивных).

Для полигона ТБО разрабатывается специальный проект мониторинга, включающий разделы:

– контроль состояния подземных и поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха, почв и растений, шумового загрязнения в зоне возможного неблагоприятного влияния полигона;

– система управления технологическими процессами на полигоне, обеспечивающая предотвращение загрязнения подземных и поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха, почв и растений, шумового загрязнения выше допустимых пределов в случаях обнаружения загрязняющего влияния полигонов.

Проект мониторинга полигона ТБО разрабатывается по техническому заданию владельца полигона и согласовывается с уполномоченными на это органами согласно Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.1.3684—21 «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий» для полигона ТБО разрабатывается специальная программа производственного контроля за состоянием подземных и поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха, почв, уровней шума в зоне возможного неблагоприятного влияния полигона.

Технологические процессы должны обеспечивать предотвращение загрязнения грунтовых и поверхностных вод, атмосферного воздуха, почв, превышения уровней шума выше допустимых пределов, установленных в гигиенических нормативах. Программа производственного контроля полигона ТБО разрабатывается владельцем полигона в соответствии с санитарными правилами по производственному контролю за соблюдением санитарно-эпидемиологических требований.

Система производственного контроля должна включать устройства и сооружения по контролю состояния подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха, почвы, уровней шума в зоне возможного влияния полигона.

По согласованию с санитарной службой и другими контролирующими органами производится контроль за состоянием грунтовых вод, в зависимости от глубины их залегания, проектируются шурфы, колодцы или скважины в зеленой зоне полигона и за пределами его санитарно-защитной зоны. Контрольное сооружение закладывается выше полигона по потоку грунтовых вод с целью отбора проб воды, на которую отсутствует влияние фильтрата с полигона. Выше полигона на поверхностных водоисточниках, и ниже полигона, на водоотводных канавах, также проектируются места отбора проб поверхностных вод.

В отобранных пробах грунтовых и поверхностных вод определяется содержание аммиака, нитритов, нитратов, гидрокарбонатов, кальция, хлоридов, железа, сульфатов, лития, химического потребления кислорода, биологического потребления кислорода, органического углерода, рН, магния, кадмия, хрома, цианидов, свинца, ртути, мышьяка, меди, бария, сухого остатка, также пробы исследуются на гельминтологические и бактериологические показатели. Если в пробах, отобранных ниже по потоку, устанавливается значительное увеличение концентраций определяемых веществ по сравнению с контрольным, необходимо, по согласованию с контролирующими органами, расширить объем определяемых показателей, а в случаях, если содержание определяемых веществ превысит ПДК, необходимо принять меры по ограничению поступления загрязняющих веществ в грунтовые воды до уровня ПДК.

Система производственного контроля должна включать постоянное наблюдение за состоянием воздушной среды. В этих целях ежеквартально необходимо производить анализы проб атмосферного воздуха над отработанными участками полигона и на границе санитарно-защитной зоны на содержание соединений, характеризующих процесс биохимического разложения ТБО и представляющих наибольшую опасность. Объем определяемых показателей и периодичность отбора проб обосновываются в проекте производственного контроля полигонов и согласовываются с контролирующими органами.

Обычно, при анализе проб атмосферного воздуха определяют метан, сероводород, аммиак, оксид углерода, бензол, трихлорметан, четыреххлористый углерод, хлорбензол. В случае установления загрязнения атмосферы выше ПДК на границе санитарно-защитной зоны и выше ПДК в рабочей зоне должны быть приняты соответствующие меры, учитывающие характер и уровень загрязнения.

Система производственного контроля должна включать постоянное наблюдение за состоянием почвы в зоне возможного влияния полигона. С этой целью качество почвы контролируется по химическим, микробиологическим, радиологическим показателям. Из химических показателей исследуется содержание тяжелых металлов, нитритов, нитратов, гидрокарбонатов, органического углерода, рН, цианидов, свинца, ртути, мышьяка. В качестве микробиологических показателей определяется общее бактериальное число, титр протея, яйца гельминтов.

7.7.2 Методы и средства контроля воздействия отходов на окружающую среду

Быстрое развитие новых методов определения токсичных веществ в окружающей среде в последние десятилетия подняло на качественно новый уровень изучение процессов загрязнения воздуха, воды и почвы, физико-химических процессов трансформации веществ, гигиеническую оценку качества окружающей среды.

Мероприятия по защите окружающей среды от негативного воздействия отходов, как правило, требуют больших экономических затрат, поэтому к качеству контроля, его надежности, точности должны предъявляться очень высокие требования. Для точного определения степени загрязнения объектов окружающей среды методы должны быть достаточно чувствительны и избирательны.

Надежность метода зависит, главным образом, от физико-химических свойств определяемого вещества, правильности выбора метода, его характеристик и др. Однако, надежность метода снижается из-за необходимости работать с чрезвычайно малыми концентрациями токсичных веществ, непостоянством их качественного и количественного состава при наличии в окружающей среде таких соединений, которые могут не только оказывать мешающее влияние, но и способствовать образованию новых веществ.

Отбор проб является важнейшей частью исследований, определяющей качество и надежность информации. Это связано с тем, что природные среды являются гетерогенными многофазными системами, между которыми загрязняющее вещество распределяется в зависимости от различных условий.

Отбор пробы зачастую определяет результаты анализа, т. к. возможно загрязнение пробы в процессе ее отбора, особенно когда речь идет об измерении ничтожно малых количеств загрязняющих веществ.

Важен выбор места, средства отбора, чистота пробоотборников и тары для хранения пробы. При анализе объектов окружающей среды необходимо учитывать возможные химические, фотохимические и биохимические превращения изучаемых веществ и миграцию загрязняющих веществ из одной среды в другую, особенности их распределения в каждой из этих сред.

Например, металлы в почвенном слое береговой линии могут находиться в связанном или подвижном состоянии, в виде ионов, которые будут мигрировать в водный объект. В воде металлы присутствуют в виде растворимых и коллоидных веществ или осаждаются на дно в виде нерастворимых соединений, в зависимости от рН среды. Пробаводы, отобранная на различной глубине, покажет разное содержание металла.

Для комплексной оценки воздействия отходов данные о загрязнении одной среды (например, атмосферного воздуха) должны увязываться с данными о загрязнении других сред (например, воды в озерах и реках, почвы).

В настоящее время существует несколько классификаций средств измерений. Так, средства экоаналитических измерений можно разделить на три группы:

– автоматические и неавтоматические,

– мобильные и стационарные (носимые, переносные, перевозимые),

– анализаторы и сигнализаторы.

Универсальные средства измерения предназначены для измерения содержания практически любых веществ различных классов (например, спектрофотометр), групповые – для анализа ряда сходных по свойствам веществ одного класса или группы (анализатор выхлопных газов автотранспорта) и целевые – для специфичных к конкретным веществам (например, анализатор оксида углерода, анализатор паров ртути).

По анализируемой среде различают:

– газоанализаторы,

– акваанализаторы,

– анализаторы сыпучих тел.

По способу регистрации результатов различают аналоговые и цифровые приборы.

Количественные методы химического анализа, используемые в современных лабораториях, занимающихся контролем окружающей среды, включают:

– различные варианты оптических методов анализа (например, спектрофотометрия в видимой УФ– и ИК-областях, атомно-абсорбционная и эмиссионная спектрометрия);

– хроматография (газовая, жидкостная и др.);

– электроаналитические методы (вольтамперометрия, ионометрия и др.).

Ни один из перечисленных методов не является универсальным, некоторые из них пригодны для определения только органических веществ, другие – неорганических.

Оптические методы, в частности классические фотометрические и спектрофотометрические, основанные на образовании определяемыми компонентами окрашенных соединений с разнообразными реагентами, издавна и широко применяются для целей мониторинга окружающей среды. В последние десятилетия все большее значение приобретают также атомно-абсорбционная и эмиссионная (флуоресцентная) спектрометрия, методы, позволяющие определить большое число химических элементов с крайне низкими пределами обнаружения.

Хроматографические методы анализа обладают наибольшим спектром возможностей для контроля загрязнения различных объектов окружающей среды. Они основаны на сорбционных процессах – поглощении газов, паров или растворенных веществ твердым или жидким сорбентом.

Сущность всех хроматографических методов состоит в том, что разделяемые вещества вместе с подвижной фазой перемещаются через слой неподвижного сорбента с разной скоростью вследствие различной сорбируемости.

Электроаналитические методы основаны на использовании электрохимических процессов, протекающих в электролитической ячейке, состоящей из контактирующих между собой электродов и электролитов. Они часто уступают по чувствительности методам газовой и жидкостной хроматографии, атомно-адсорбционной спектрометрии. Однако в этом случае используется более дешевая аппаратура, иногда даже в полевых условиях. Основными электроаналитическими методами, применяемыми в анализе воды, являются вольтамперометрия, потенциометрия и кондуктометрия.

Оценить степень токсичности отходов только по химическим показателям часто не представляется возможным из-за наличия в них многих и часто неизвестных веществ (исходные токсиканты, промежуточные продукты распада, образующиеся в процессе биохимического окисления), обуславливающих токсичность отходов. Поэтому возникает необходимость применять методы биотестирования, являющиеся интегральными. Данные методы являются незаменимыми при подтверждении класса опасности отходов производства и потребления экспериментальным путем.

Биотесты, разработанные в России и за рубежом, весьма многочисленны. Чаще всего для целей биотестирования применяют два тест-объекта, принадлежащие к разным систематическим группам: водоросли – Scenedesmus quadricauda и беспозвоночные – Daphnia magna, которые отличаются друг от друга по своей биологии, физиологии, требованиям к среде обитания.

Биотестирование проводится по методикам, внесенным в Государственный реестр методик количественного химического анализа и оценки состояния объектов окружающей среды, допущенных для государственного экологического контроля и мониторинга.

7.7.3 Требования к лабораториям, осуществляющим аналитическое исследование отходов

Достоверность и объективность результатов испытаний и измерений, выполняемых в экоаналитических лабораториях, может быть достигнута только на основе строгого соблюдения метрологических правил и норм по обеспечению единства и требуемой точности измерений, определенных Федеральным законом Российской Федерации от 26.06.2008 №102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».

Общие требования к компетентности лабораторий в проведении испытаний и/или калибровки, включая отбор образцов, испытания и калибровку, проводимые по стандартным методам, нестандартным методам и методам, разработанным лабораторией, установлены в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025—2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий».

Одним из самых серьезных требований к лабораториям, осуществляющим аналитическое исследование отходов и биотестирование их водных вытяжек, во многих случаях является обеспечение юридической силы результатов измерений в связи с тем, что они являются основанием для начисления платежей, штрафов, возбуждения исков и др.

Для того чтобы результаты экоаналитических измерений удовлетворяли перечисленным требованиям, необходимо обеспечить соблюдение норм и требований, регламентирующих использование средств измерений, вспомогательного и испытательного оборудования, разработку, аттестацию и применение методик выполнения измерений.

К средствам измерений, применяемым при экоаналитических работах, предъявляются достаточно жесткие требования. Средства измерений включаются в установленном порядке в Государственный реестр средств измерений (ПР 50.2.011—94 «ГСИ. Порядок ведения Государственного реестра средств измерений»). Сертификат на средство измерения установленного типа выдается на определенный срок, но не более 5 лет.

При эксплуатации средства измерения необходимо соблюдать установленную в его техническом паспорте область применения. От этого зависит как долговечность работы прибора, так и юридическая обоснованность результатов, получаемых с его помощью.

Нормативными документами установлен нижний предел обнаружения загрязняющего вещества в объектах окружающей среды – обычно он составляет от 0,1 ПДК (для почвы) до 0,8 ПДК (для атмосферного воздуха). При выборе средства измерения этот факт также необходимо учитывать. Особое внимание следует уделить соблюдению в процессе измерений установленных нормативными документами норм погрешности измерений.

Для средств измерений универсального назначения (спектрофотометры, полярографы, хроматографы и т. д.) большое значение имеет их обеспеченность аттестованными методиками выполнения измерений.

К вспомогательному оборудованию относят устройства и приспособления, которые не применяются непосредственно для получения аналитического сигнала, но используются в процессе отбора проб и подготовки их к анализу. В качестве желательных характеристик можно указать долговечность, надежность в работе, невысокое водо– и энергопотребление, легкость монтажа, отсутствие побочных эффектов при работе, компактность, безопасность для персонала.

Испытательное оборудование – оборудование, воспроизводящее какие-либо внешние воздействия на анализируемый образец или пробу, если величины этих воздействий определены методиками. Примером внешних воздействий, воспроизводимых с помощью испытательного оборудования, может служить нагревание образца при определенной температуре и влажности, облучение ультрафиолетовым излучением определенной длины волны и т. д.

В отличие от вспомогательного лабораторного оборудования, требования к испытательному оборудованию достаточно четко сформулированы ГОСТ Р 8.568—2017.

К средствам метрологического обеспечения экоаналитического контроля относятся: стандартные образцы, эталоны сравнения, поверочные газовые смеси, различные генераторы, разбавители веществ и т. д. Требования к ним установлены ГОСТ Р 8.315—2019 «Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения». Поверочные газовые смеси и стандартные образцы должны быть внесены в соответствующий раздел Государственного реестра средств измерений.

Особые требования, предъявляемые к средствам пробоотбора, связаны с необходимостью обеспечения репрезентативности и воспроизводимости при отборе проб объектов окружающей среды, а также с возможностью потери части информации при транспортировке и хранении проб. Требования к средствам пробоотбора установлены действующими нормативными документами.

Комплексная оценка состояния измерений в структурных подразделениях, осуществляющих аналитический контроль с учетом всех вышеперечисленных требований, проводится в ходе процедур подтверждения технической компетентности лабораторий, выполняющих химико-аналитические работы.

В настоящее время в РФ существует два вида оценки технической компетентности аналитических и испытательных лабораторий: аккредитация испытательных и аналитических лабораторий и оценка состояния измерений.

Аккредитация испытательной лаборатории – это официальное признание полномочным органом компетентности (способности) лаборатории проводить конкретные испытания или конкретные виды испытаний в определенной области деятельности. После проведения процедуры аккредитации предприятие получает документ – аттестат аккредитации, выданный аккредитующим органом, который регистрирует факт официального признания компетентности испытательной лаборатории в определенной области аккредитации (один или несколько видов работ, на выполнение которых лаборатория аккредитована). Лаборатория вносится в государственный реестр аккредитованных лабораторий и с этого момента она имеет право проводить заявленные виды испытаний.

Приказом Росстандарта от 21.11.2023 №2421 «О внесении изменений в рекомендуемые предельные значения интервалов между поверками средств измерений, утвержденные приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 2 июля 2019 г. №1502» закреплены предельные значения интервалов между поверками в отношении некоторых средств измерения.