Текст книги "Экология"

Норматив предельно допустимого выброса (ПДВ). Норматив предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферу – это допустимая масса выброса вещества в единицу времени (г/с или т/г), создающая с учетом перспектив развития расположенных рядом предприятий и рассеивания вещества в атмосфере приземную концентрацию, не превышающую его ПДК для населения, растительного и животного мира, если нет иных, более жестких экологических требований или ограничений (с усреднением в любой 20-минутный период времени).

Система производственно-хозяйственного нормирования пока ориентирована на санитарно-гигиенические нормативы (см. разд. 10.4.2.1). Общеэкологические (или комплексные) нормативы ПДК – нормативы, ориентированные на реакцию наиболее чувствительных организмов биоценоза, а не только человека, являются значительно более жесткими. Повсеместная переориентация сложившейся системы нормирования на ПДК растительного (табл. 10.7) и животного мира вызовет значительно большие экологические и экономические ограничения хозяйственной деятельности, что в конце XX в. признавалось нерациональным и нереальным, но с принятием Федерального закона от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране ОС» существующий подход может быть вскоре изменен.

Таблица 10.7

Значения отечественных нормативов ПДК^{атм. в}_{м. р} вредных веществ, установленные для разных организмов (по B. C. и Т. В. Николаевским, 1988)

В настоящее время норматив ПДВ устанавливается для:

• каждого источника загрязнения (рис. 10.11) отдельно;

• группы или совокупности источников загрязнения объекта (предприятия, промплощадки, населенного пункта и т. п.) в целом;

• каждого индивидуального вещества отдельно;

• каждой группы веществ, обладающих эффектом суммации [см. формулу (10.21)].

При этом исходят из требования, что максимальное содержание вредного вещества С_м в любом месте приземного слоя атмосферы (0–2 м от поверхности Земли) с учетом его фоновой концентрации С_ф не должно превышать нормы качества воздуха, т. е.

См + Сф ≤ ПДК. (10.23)

Метод расчета концентраций в атмосферном воздухе веществ С, содержащихся в выбросах предприятий, основан на модели рассеивания веществ в атмосфере, изложенной в «Общесоюзном нормативном документе ОНД-86». Модель учитывает состояние атмосферы (т. е. метеорологические условия) в месте расположения предприятия, характер местности (особенности рельефа), физические свойства выбросов, параметры источника выбросов и т. д.

Рис. 10.11. Классификация источников загрязнения атмосферы

При выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем приземная концентрация вредного вещества С (мг/м³) при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях достигает максимального значения С_м на расстоянии Х_м (м) от источника (рис. 10.12), которые определяются по формулам:

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации[167]167
  Стратификация атмосферы – уменьшение температуры в нижней атмосфере с высотой. Средний градиент ее снижения в тропосфере – 0,6 °C на 100 м высоты.


[Закрыть] атмосферы в данной географической местности (A=140–250); М – масса выбрасываемого вредного вещества в единицу времени, г/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества в атмосфере (F = 1 – для газов; F = 2; 2,5; 3 – для аэрозолей в зависимости от степени их очистки перед выбросом); m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы (определяются по формулам или графикам-номограммам методики ОНД-86); П – коэффициент рельефа местности (для ровной и слабопересеченной местности п = 1); H – высота источника выброса над уровнем Земли, м; V₁ – объемный расход газовоздушной смеси, м³/с; AT – разность температур выбрасываемой смеси и средней максимальной наружного воздуха в наиболее жаркий месяц года по данным многолетних наблюдений (по климатологическим справочникам), °C; d – безразмерный коэффициент (определяется по формулам методики ОНД-86).

Рис. 10.12. Распределение приземной концентрации вредного вещества в атмосфере на оси факела выброса одиночного точечного источника (в виде трубы или вентиляционной шахты)

Приземные концентрации вредного вещества С (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях на различных расстояниях Х (м) от источника выброса (рис. 10.13) определяются по формуле

С = S₁ C_м, (10.26)

где S₁ – безразмерый коэффициент, зависящий от отношения Х / Х_м и F (определяется по формулам или графикам-номограммам методики ОНД-86).

Рис. 10.13. Схема размещения расчетных точек при определении приземной концентрации вредного вещества в атмосфере под факелом выброса одиночного точечного источника

Приземная концентрация вредного вещества в атмосфере С_у (мг/м³) на расстоянии Y (м) по перпендикуляру (рис. 10.13) к оси факела выброса определяется по формуле:

С_у = S₂ C, (10.27)

где S₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от отношения Y/Х и скорости ветра (определяется по формулам или графикам-номограммам методики ОНД-86).

Методика ОНД-86 позволяет также рассчитать вертикальное распределение концентрации С_г на различных высотах Z (м) над Землей.

Расчеты приземных концентраций вредного вещества для различных расстояний Х и Y выполняются с фиксированными шагами АХ и AY (например, 20, 50, 100, 500 м и т. д.). При этом проводится последовательный перебор всех направлений ветра (обычно с шагом в 10°) и учитывается роза ветров для конкретной географической точки расположения источника загрязнения.

Поскольку расчет рассеивания загрязняющих (вредных) веществ, выбрасываемых промышленными (транспортными или иными) объектами в атмосферу достаточно объемен, он проводится на ЭВМ по одной из специально отобранных и аттестованных универсальных программ. Такими, в частности, являются специализированные программы экологических расчетов серий «Эколог» и «Гарант».

Результаты расчета получают отдельно для каждого вещества в виде таблиц и графического изображения (рис. 10.14) территории анализируемого объекта с окрестностями и с санитарно-защитной зоной, на котором нанесены изолинии равных расчетных концентраций вещества в приземном слое атмосферы, с учетом преобладающих направлений и наиболее неблагоприятных скоростей ветра.

Для каждого источника радиус зоны влияния рассчитывается как наименьшее из двух расстояний от источника Х₁ и где Х₁ = 10 Х_м, а Х₂ определяется как расстояние от источника, начиная с которого выполняется условие С ≤ 0,05ПДК. За пределами зоны влияния расчеты не проводятся.

Если на границе нормативной СЗЗ предприятия выполняется условие

С = ПДК^{атм. в}_{м. р} – С_ф, (10.28)

а на его территории – условие

С = 0,3.ПДКM^{раб. з}_{м. р} – С_ф, (10.29)

то масса выброса М может быть квалифицирована как ПДВ.

Для одиночного источника ПДВ = М, а С_м = (ПДК – Сф), и формула (10.24) может быть преобразована в зависимость

Рис. 10.14. Пример графической формы представления результатов расчета на ЭВМ приземной концентрации оксида углерода: 1 – граница территории; 2 – граница СЗЗ; 3 – изолинии равных приземных концентраций CO; 0,1; 0,2; 0,3 – (0,1; 0,2; 0,3) пДк CO; + – источники выброса

Процесс рассеивания веществ в атмосфере зависит и от наличия в соответствующих местах крупных зданий и сооружений. Ветровой поток обтекает препятствия, а в образующихся зонах завихрений вещества могут скапливаться и оседать, поэтому у стен создаются зоны повышенной концентрации. В этих случаях говорят об образовании ветровых теней различных размеров и конфигураций (рис. 10.15).

При определенном соотношении высот здания и источника выброса в атмосферу, а также расстояния между ними застройка существенно влияет на результаты расчетов, поэтому ОНД-86 содержит специальную методику учета этого дополнительного фактора. Последние версии программ экологических расчетов серий «Эколог» и «Гарант» позволяют выполнить расчеты с учетом влияния застройки в виде одного – трех одиночно стоящих зданий (учесть влияние всего комплекса застройки на заданной территории с достаточной точностью пока не удается).

В случае, когда расчеты показывают, что при существующей мощности выброса в контрольных точках значение С_м превышает ПДК, но по объективным причинам положение не может быть исправлено в короткий срок (порядка месяца), при этом предприятие (или его часть) не может быть ни остановлено, ни перепрофилировано, тогда используется метод поэтапного снижения выбросов вредных веществ. До 2002 г. существовало правило, в соответствии с которым на это время (до момента достижения условий, когда выброс может быть квалифицирован как допустимый), но не более чем на 3 года для источника (или для отдельного вещества), устанавливали норматив временно согласованного выброса (ВСВ) с соответствующими экономическими санкциями в виде значительно (в 25 раз) большей платы за выбросы в атмосферу (см. разд. 10.3).

Временно согласованный выброс, также как описанные далее лимиты и временно согласованный сброс, – явное, хотя и временное отступление от жестких принципов нормирования.

Рис. 10.15. Ветровые тени (застойные зоны) около зданий: 1 – на крыше (зона обтекания); 2 – подветренная (теневая зона); 3 – наветренная (зона подпора)

Федеральным законом от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране ОС» введено новое положение (статья 23, п. 3), которое гласит, что «…при невозможности соблюдения нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов могут устанавливаться лимиты на выбросы и сбросы на основе разрешений, действующих только в период проведения мероприятия по охране окружающей среды, внедрения наилучших существующих технологий и (или) реализации других природоохранных проектов, с учетом поэтапного достижения установленных нормативов выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов». Таким образом, термины ВСВ и ВСС заменяются термином «лимит на выброс и сброс веществ», что соответствует терминологии, уже несколько лет применяющейся при расчетах платежей за загрязнение природной среды (см. разд. 10.3.4).

Норматив предельно допустимого сброса (ПДС). Норматив предельно допустимого сброса загрязняющего вещества в поверхностный водоем – это максимально допустимая масса вещества в воде, возвращаемой в водный объект в данном его пункте в единицу времени, при которой не происходит нарушение (превышение) норм качества воды в контрольном створе.[168]168
  Створ (применительно к водному объекту) – участок водоема или водотока, отвечающий определенным, наперед заданным требованиям.


[Закрыть]

Для водотока (рис. 10.16, а) контрольный створ (вертикальное сечение) должен быть отдален с достаточным запасом от места непосредственного водопользования (места забора воды для водоснабжения, купания, организованного отдыха, территории населенного пункта и т. п.). Он должен отстоять вверх по течению на расстоянии 500 м для рыбохозяйственного назначения; 1000 м для нужд населения.

Для непроточного водоема (рис. 10.16, б) вода в контрольной зоне должна соответствовать нормативам качества в радиусе 1000 м от пункта водопользования.

Предельно допустимый сброс – расчетный научно-технический норматив, величина которого устанавливается отдельно для каждого вещества с учетом фоновой[169]169
  Фоновая концентрация вещества характеризует его присутствие в створе водного объекта, в данном случае непосредственно перед местом сброса. Она свидетельствует о влиянии всех источников сброса вещества, без учета того, для которого производится расчет ПДС.


[Закрыть] концентрации, норм качества воды (в зависимости от вида водопользования) и ассимиляционной[170]170
  Ассимиляционная способность – способность объекта к «самоочищению».


[Закрыть] способности водного объекта. Наиболее верным подходом к установлению нормативов ПДС является бассейновый принцип, согласно которому решать задачу ограничения сброса загрязняющих веществ необходимо с учетом загрязнения всей совокупности водных объектов, формирующих единый бассейн реки, озера, моря. Таким образом, норматив ПДС должен быть установлен для бассейна в целом, а конкретным предприятиям следует выделять дифференцированные квоты.

Рис. 10.16. Схемы расположения контрольного створа в водотоке (а) и контрольной зоны в непроточном водоеме (б) при нормировании содержания загрязняющих веществ в воде (по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову)

Вещества, загрязняющие сточные воды, попадая в природные водные объекты и взаимодействуя друг с другом, образуют новые соединения, нередко более токсичные, чем исходные.

Особенно плохо то, что при подобных трансформациях¹ получаются вещества, не поддающиеся не только количественной оценке, но и идентификации (качественному определению).

Трансформация веществ происходит как в химических, так и в биологических процессах, при этом в водном объекте резко сокращается количество растворенного кислорода, что ведет к нежелательным процессам, в том числе к гибели рыбы.

В соответствии с материальным балансом процесса смешения в водотоке основное расчетное уравнение в общем случае имеет вид

qC_{ст. в} + γQC_ф = (q + γQ)C_{к. ст}, (10.31)

где q и Q – расход сточных вод и расход воды в водном объекте; С_{ст в}, С_{к ст}, С_ф – концентрации вещества в сточных водах, контрольном створе и фоновая; γ – коэффициент смешения – интегральный показатель, учитывающий особенности водотока.

При заданных и известных характеристиках водотока для прогноза его санитарного состояния в контрольном створе достаточно уравнение (10.31) преобразовать в следующий вид:

Если рассчитанная концентрация i-й примеси в контрольном створе не превышает ПДК, т. е. С_i = ПДК_i, то ситуация признается допустимой; если С_i > ПДК_i, сброс таких вод недопустим и требуется снижение интенсивности сброса (очистка или уменьшение количества стоков).

При предварительном выборе места выпуска сточных вод в водный объект одним из показателей допустимости того или иного решения является степень разбавления сточных вод, достигаемая у ближайшего пункта водопользования. Она называется «кратностью разбавления» n и вычисляется по формулам:

в контрольном створе водотока

n = (γQ + q)/q; (10.33)

1[171]171
  Одним из наиболее безобидных является следующий пример. Азотосодержащие вещества, присутствующие в сточных водах, последовательно трансформируются по схеме: азот растворенного органического вещества (РОВ) под воздействием бактерий Heterotrophs превращается в NH⁺₄, который бактериями Nitrosomonas переводится в NO^-₂, а далее бактериями Nitrosobacter – в NO^-₃. Последний потребляется в звене пищевой цепи совместно с азотом РОВ, что замыкает часть естественного круговорота азота, и т. д. (см. также 6.3.1).


[Закрыть]

в контрольной зоне непроточного водоема

Зная (либо задавая) величину кратности разбавления, можно рассчитать максимально допустимую концентрацию вещества в сточных водах по формуле

С ^доп_{ст. в} = (n – 1)(ПДК – С_ф) + ПДК. (10.35)

Допустимая масса i-го загрязняющего вещества в воде (в г/с), сбрасываемого в водоток, определяется по формуле

ПДС_i = qC_ПДСi, (10.36)

где С_пдсi – допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточной воде, г/м³.

В свою очередь максимально допустимая концентрация вещества в стоках, по одной из принятых для водотоков методик, рассчитывается по следующим формулам:

Спдс = n(ПДКе^kt– С_ф) + С_ф; (10.37)

n = Q/q, (10.38)

где k – коэффициент, характеризующий степень разрушения примеси в воде, 1/сут; t – время добегания сточных вод от места выпуска до контрольного створа, сут.

При сбросе сточных вод в непроточный водоем (озеро, водохранилище и т. п.) считается, что полное их разбавление (п_полн) – это результат начального разбавления (п_нач), происходящего рядом с местом выпуска воды, за счет скорости и турбулентности струи и основного (п_осн) разбавления за счет диффузии:

n_полн = n_нач n_осн. (10.39)

Дальнейший расчет производят по дополнительным формулам и графикам-номограммам нормативных документов, не рассматриваемым здесь.

Выполнение требований нормативов ПДС достигается за счет различных специальных инженерно-технических мероприятий, в число которых входят оборотное водоснабжение, очистка, обезвреживание и обеззараживание сточных вод и т. п., причем чем выше предъявляемые требования, тем дороже необходимые мероприятия.

Стремление оптимизировать весьма дорогостоящие водоохранные мероприятия ведет к тому, что прежде всего используются естественные резервы водных экосистем – их способность рассеивать и ассимилировать вредные вещества, так называемая способность «самоочищения» водоемов. Заботы при таком подходе сводятся к обеспечению степени разбавления стоков, достаточной для достижения показателей качества воды в местах или створах ее использования, поскольку, согласно действующим правилам, санитарно-гигиенические требования к качеству воды не относятся ко всей акватории водного объекта.

Фактически при любом варианте разбавления загрязненных сточных вод цели охраны ОС от загрязнения не достигаются.

Необходимую степень очистки (п) сточных вод определяют как

Чем выше расчетное значение необходимой кратности разбавления и (или) ниже допустимая концентрация вещества в стоках, тем сложнее и дороже технические мероприятия для их достижения. При проектировании и обосновании строительства новых объектов это серьезный довод для поиска иного района размещения с более благоприятными гидрологическими условиями.

При сбросе сточной воды в черте населенного пункта к содержанию в ней i-й примеси предъявляют такие же нормативные требования, что и к воде самого водного объекта, а именно

ПДС_i < ПДK_ig. (10.41)

Столь жесткое требование предъявляется к водным объектам и при условии С_фi > ПДК_i

Когда на уже действующем предприятии невозможно быстро снизить до рассчитанного значения ПДС интенсивность сброса в водоем какого-либо загрязняющего вещества, то разрабатывается план мероприятий поэтапного снижения сбросов, а на время его реализации устанавливается норматив временно согласованного сброса (ВСС).

Как отмечалось выше, ВСС, по сути, является прямым нарушением жестких принципов нормирования, поэтому

для проектируемых или еще только строящихся предприятии устанавливать нормативы ВСС запрещено.

Помимо запрета сбрасывать сточную воду, в которой загрязняющие вещества содержатся с недопустимо высокими концентрациями, в водные объекты также не разрешается сброс «условно чистой» воды в следующих случаях:

• при содержании в ней вредных веществ, для которых не установлены значения ПДК;

• при содержании в ней ценных отходов, которые могут быть утилизированы;

• при возможности ее повторного использования;

• при возможности использования для орошения. Нормативы образования отходов производства и потребления и лимитов на размещение отходов (ЛРО) на территории объекта (предприятия). Оценка количества образующихся отходов проводится двумя методами: 1) по материальному балансу; 2) по удельным показателям. В первом случае при устойчивых повторяющихся данных баланса между используемым сырьем и получаемой по определенной технологии продукцией суммарная масса n видов отходов Q^отх определяется как

где M^c– масса сырья i-типа; М^пр – масса продуктов j-го типа.

По второму методу проводится косвенный расчет с использованием сведений о потреблении сырья (или выпуске продукции), а также удельных показателей (нормативов) образования отходов по одной из следующих формул:

где k_i – удельный показатель образования отхода n-го вида в расчете на единицу потребляемого сырья i-го типа.

Хотя первый метод более точен, второй более удобен на практике.

Лимит на размещение отходов – предельно допустимое количество отходов конкретного вида, которое разрешается размещать определенным способом на определенный срок в объектах размещения отходов с учетом экологической обстановки на данной территории (ст. 1 Закона от 24.06.98 № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления»).

Размеры накопления токсичных отходов на территории предприятия связаны с площадью территории складирования,

токсичностью и химической активностью соединений, входящих в состав отходов. Принципы данного нормирования зависят от почвенных и климатических условий в конкретном регионе.

Обычно устанавливают нормативы:

• предельного количества временного хранения отходов на территории предприятия;

• предельного содержания токсичных соединений в промышленных отходах.

Лимиты на размещение отходов устанавливают в соответствии с нормативами предельно допустимых вредных воздействий на ОС. Так, предельное количество отходов на территории – это такое их количество, которое, в частности, можно разместить при условии, что возможное выделение вредных веществ в воздух не превысит 30 % от ПДК^{раб. з}. Предел (лимит) накопления отходов по данному критерию определяют инструментальными измерениями концентрации вредных веществ в воздухе.

Наиболее опасные вещества, даже хранимые в герметичной таре, так же как и токсичные отходы очистных сооружений, должны быть удалены с территории предприятия в течение суток. Деятельность по обращению с опасными отходами подлежит лицензированию.

Содержание токсичных соединений (в г/кг или мг/кг) в отходах, значения их летальных доз,[172]172
  Доза – количество ядовитого вещества, поступившего в организм, соотнесенное с массой его тела, мг/кг. Летальная доза – концентрация (количество), которая вызывает отравление, заканчивающееся смертью животного. Наиболее объективную оценку токсичности, позволяющую сравнивать разные вещества, дает значение дозы, вызывающей гибель половины (50 %) всех подопытных организмов при вдыхании (пероральное введение) или при нанесении на кожу – ЛДОТ. В специальной литературе и нормативных документах иногда используются обозначения DL50 и CL50 – средняя смертельная концентрация ксенобиотика (чужеродное для организма соединение; например, пестицид) при ингаляционном поступлении или в воде для гидробионтов (организмов водных экосистем).


[Закрыть] растворимость, летучесть и ряд других промежуточных показателей влияют на класс опасности отходов, который определяют одним из следующих способов:

• экспериментально по результатам замеров, проводимых в течение достаточно ограниченного времени (6 мес);

• экспериментально по результатам длительного модельного опыта с элементами мониторинга;

• расчетом, основанным на наличии предварительно установленного значения ПДК^почвы;

• расчетом, основанным на иных исходных показателях при отсутствии значения ПДК^почвы.

Все виды отходов производства, потребления и быта (металлолом, макулатура, древесные отходы, ветошь, ртутьсодержащие люминесцентные лампы и т. п.) разделены на пять классов[173]173
  I класс – чрезвычайно опасные отходы; II класс – высоко опасные; III класс – умеренно опасные; IV класс – мало опасные вещества; V класс – практически неопасные.


[Закрыть] опасности, для которых разработаны нормативы образования и размещения на территории предприятий, а также существуют стандартизованные рекомендации по оборудованию мест хранения, срокам и правилам вывоза (транспортировки) на специализированные предприятия для их дальнейшей переработки, обезвреживания и захоронения.

В России создан и ведется государственный реестр объектов размещения отходов – составная часть государственного кадастра отходов. В соответствии со ст. 51, п. 2 Закона «Об охране ОС» и ст. 17 Закона «Об отходах производства и потребления»

ввоз опасных отходов и радиоактивных отходов на территорию Российской Федерации в целях захоронения и обезвреживания запрещается.

Такой запрет действовал еще с момента принятия Закона РСФСР от 19.12.91 № 2060-1 «Об охране окружающей природной среды», однако после длительной дискуссии в 2000–2001 гг. новый Федеральный закон от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» был принят в редакции, включающей ст. 48 п. 4, которая при определенных условиях и с учетом экономических интересов нашей страны разрешает «…ввоз в Российскую Федерацию из иностранных государств облученных тепловыделяющих сборок ядерных реакторов для осуществления временного технологического хранения и (или) их переработки… принимая во внимание приоритетность права возвратить образовавшиеся после переработки радиоактивные отходы в государство происхождения ядерных материалов…».

Порядок и условия трансграничного перемещения отходов регулируются Базельской конвенцией, ратифицированной нашей страной Федеральным законом от 25.11.94 № 49-ФЗ.

Технические и технологические нормативы выброса загрязняющих веществ. Эти нормативы являются достаточно новыми в практике отечественного нормирования, они введены Федеральными законами от 04.05.99 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» и от 10.01.02 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (см. также разд. 10.1.7).

Нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды. Они устанавливаются для ограничения изъятия в целях сохранения природных и природно-антропогенных объектов, обеспечения устойчивого функционирования естественных экологических систем и предотвращения их деградации.

Предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве. Эти нормы устанавливаются для минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и им подобных химических веществ в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания (ПДК^{пр. пит}), охрану здоровья, сохранение генофонда человека, растительного и животного мира.