Экологические показатели производства и порядок их нормирования

Экологические критерии производства широко используются в промышленности для оценки состояния окружающей среды и совершенства технологических процессов.

Различают экологические показатели, определяемые опытным путем, и показатели, которые получают расчетом.

К первой группе показателей относятся ПДК (предельно допустимая концентрация) и ОБУВ (ориентировочно безопасные уровни воздействия). После разработки и утверждения этих показателей они приобретают законодательную силу и обязательны к применению на всей территории Российской Федерации. В некоторых случаях эти величины могут быть скорректированы (например, в регионах с аномальными природными условиями). Но в любом случае изменения закрепляют в законодательных документах с четким ограничением границ ареала.

К расчетным экологическим критериям относят ПДВ (предельно допустимый выброс) и ПДС (предельно допустимый сброс). Эти критерии учитывают многочисленные факторы, действующие на ограниченной территории региона или предприятия, такие как природные условия, климат, географическое положение, насыщенность региона промышленными предприятиями. Они рассчитываются местными экологическими службами, имеют ограниченную область применения и могут многократно изменяться.

Основными критериями оценки состояния природной среды (атмосферного воздуха, водоемов) являются стандартные нормативные показатели: ПДК химических веществ и ОБУВ.

Применительно к водным объектам понятие ПДК трактуется как «концентрация вещества в воде, выше которой вода не пригодна для одного или нескольких видов водопользования» (ГОСТ 17403—72 «Гидрохимия. Основные понятия. Термины и определения») или «совокупность допустимых значений показателей состава и свойств воды, в пределах которых надежно обеспечиваются благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта» («Правила охраны поверхностных вод от загрязнений», 1991).

Ориентировочно безопасный уровень воздействия вещества представляет собой временный норматив, действующий до двух лет. Установление ОБУВ необходимо для решения вопросов о допустимости закупки вещества за рубежом, организации его производства в стране, использования того или иного препарата в экономике.

Многочисленными исследованиями установлено, что непрерывное воздействие экотоксикантов более вредно для организма человека, чем кратковременное, поэтому для воздушной среды принимают несколько значений ПДК: ПДКмр — максимальная разовая предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных пунктов; ПДКр, — предельно допустимая концентрация в рабочих зонах производственных помещений, при этом исходят из того, что в цехах работают здоровые люди в течение 7 —8 ч в сутки на протяжении 5 — 6 дней в неделю; ПДКСС — среднесуточная предельно допустимая концентрация в воздухе населенных пунктов. Она устанавливается из учета непрерывного воздействия вещества на все население, включая париков и детей.

Значение ПДКр, определяют в пробах воздуха, отобранного в н-чение 20 мин (ПДК.рз gt; ПДКсД.

При наличии в атмосфере нескольких вредных веществ их концентрации в сумме не должны быть больше 1:

С./ПДК, + С2/ПДК2+ С3/ПДК3 + ... С„/ПДК„ lt;1, (3.10)

I к; С,, С2,..., С„ — концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3; ПДК1; ПДК2,..., ПДКИ — соответствующие начсния ПДК.

11одобное положение справедливо для веществ однонаправленного действия. К таким веществам относятся химические соединения, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на живой организм.

Одновременно при изучении токсикологического воздействия меси веществ отмечают такие явления, как аддитивность, синергизм и антогонизм.

Аддитивность указывает, что токсикологическое действие ка- | нго-либо вещества в смеси пропорционально его концентрации.

Синергизм отвечает состоянию суммирования токсикологиче- к их свойств отдельных представителей.

Антагонизм наблюдается в случае, когда присутствие одного и I компонентов смеси снижает токсичную активность другого компонента.

В настоящее время введены нормативы на ряд сочетаний вредных веществ, которые обладают суммирующим действием, например: озон + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + аэрозоль серной кислоты; оксид серы(1У) + фторид водорода; оксид серы(1У) + сероводород; оксид серы(1У) + оксид серы(У1) + аммиак + оксиды азота; оксид серы(1У) + фенол.

Из этих сочетаний наибольшее значение для энергетики и химической промышленности имеет вторая композиция, поскольку при горении топлива всегда совместно выделяются оксиды серы и азота. Одновременное присутствие на химических предприятиях цехов по производству серной и азотной кислот также приводит к совместному выделению этих веществ в атмосферу.

В то же время известно, что суммарное присутствие в атмосфере ряда веществ приводит к образованию менее токсичных соединений. Например, сероводород снижает в воздухе токсичность озона и сам при этом переходит в менее токсичное вещество. Бенз(а)пирен под воздействием солнечного света за 2 сут разрушается на 24 %. Процесс его разрушения ускоряется в присутствии кислорода.

В соответствии с Международным стандартом ИСО 4226 для оценки количества загрязняющих веществ в атмосфере и водных объектах в качестве критерия используют их массовую концентрацию, выраженную в мг/л или в мкг/м3.

В иностранной литературе в качестве объемных критериев применяют величины рргпоб = 1 см3/м3, ppmMacc = 1 мг/кг и ррЬоб = = 1 мм3/ м3.

Для идеального газа при 298 К (25 °С) и давлении 101,325 кПа справедливо отношение:

(3.11)

где М — молекулярная масса вещества; Ут — молекулярный объем.

Ниже приведены данные пересчета значений ppm^ в концентрации, выраженные в мг/м3, для ряда газов, имеющих промышленное значение:

S02: 1 рршо6              2,93

H2S: 1 ррШоб              1,54

N02: 1 ррШоб              2,05

NO: 1 ppmo6              1,34

С02: 1 ррШоб              1,25

С12: 1рршоб              3,22

Для водной среды выделяют две основные группы нормативов, которые регламентируют соответственно: качество среды, воспринимающей отходы (экологические нормы, критерии и стандарты); качество (состав и свойства) отходов, предназначенных к сбросу (технологические стандарты и нормы).

Экологические нормы устанавливают пределы допустимых изменений выбранных абиотических и биотических параметров среды. Для этих целей используют химические показатели допустимого содержания в окружающей среде отдельных природных и антропогенных веществ. Наборы таких регламентов (ПДК, стандарты качества и др.) включают обычно десятки и сотни различных веществ.

Методология данного нормирования отличается в разных странах, но содержит такие экспериментальные процедуры, как изучение хронического действия токсикантов на организмы, оценку биоаккумуляции и устойчивости в среде, выявление мутагенных свойств и других эффектов, которые позволяют судить о «допустимых» пределах содержания вещества в окружающей среде. Эти же оценки используются для расчетов ПДС загрязняющих веществ с учетом ассимилирующей способности экосистем воспринимать внесенный материал без нарушения их структуры и функций.

В нашей стране использование экологических показателей установлено законодательно.

Технологические нормы служат для регламентации состава, свойств и объема отходов перед их сбросом в окружающую среду. Эту группу нормативов называют иногда «стандартами для конца трубы». При обосновании технологических норм обычно исходят из принципа использования наилучших из имеющихся в данное время технологий производства основного продукта. По мере совершенствования техники и технологий нормы пересматривают и, как правило, ужесточают. Основное преимущество технологических норм — относительная простота их определения и возможность оперативного использования для контроля при сбросе отхо- лов, поэтому они доминируют в современной мировой практике работы и обращения с отходами.

Экспериментальное установление ПДК представляет собой многоплановое комплексное химико-биологическое (токсикологическое, гидрохимическое и др.) исследование, учитывающее влияние вещества на все объекты жизнедеятельности живых организмов. Определение максимально допустимых концентраций для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, проводится на стандартных тест-объектах всех трофических уровней по схеме «от бактерий до рыб».

Оценивается также стабильность вещества в воде, его токсичность на генном и хромосомном уровнях, мутагенный эффект.

Токсичность исследуемого вещества для гидробионтов анализируется в острых опытах (24—96 ч) в широком диапазоне концентраций. В этом случае определяется 50%-я гибель организмов (ЛК5о), которая служит основанием для отнесения вещества по степени острой токсичности к одной из пяти групп — от очень слаботоксичного до особо токсичного вещества.

При анализе экспериментальных данных определяют лимитирующее звено по наименьшей из полученных недействующих концентраций. С учетом коэффициента запаса эту величину уменьшают и предлагают в качестве ПДК. Правила установления и принятия ПДК, а также ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ) регулируются законодательством. После утверждения нормативов они являются обязательными для соблюдения на всей территории Российской Федерации.

В справочных изданиях, помимо значений ПДК или ОБУВ, дается дополнительная информация о методах их определения, лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) и класс опасности.

В табл. 3.1 приведены данные по экологическим нормативам для трех веществ.

Лимитирующий показатель вредности имеет пять значений: «Токе» — токсикологический, что означает прямое токсическое воздействие вещества на организмы; «Сан» — санитарный.

Таблица 3.1. Экологические показатели для некоторых химических веществ

процессов самоочищения воды (изменение БПК5, численности сапрофитной микрофлоры); «Сан-токс» — санитарно-токсикологический. Показывает, что вещество влияет одновременно на водные организмы и санитарные показатели водоема; «Орг» — органолептический. При внесении вещества изменяются органолептические свойства водоема. На поверхности воды образуется пленка или пена, возможно появление неприятных и посторонних привкусов и запахов; «Рыбохоз» — рыбохозяйственный. При попадании вещества в водные объекты происходит порча товарных качеств промысловых водных организмов, появляются посторонние привкусы и запахи.

Класс опасности вещества устанавливается: в целях определения степени экологической опасности вещества в связи с его появлением в водной экосистеме; для установления приоритета при контроле веществ, загрязняющих водную среду;

—для обоснования рекомендаций о замене использования высокоопасных веществ на менее опасные препараты.

Класс опасности вещества характеризуется тремя показателями: о величиной ПДК; о стабильностью вещества; о степенью аккумуляции вещества.

Выявляют четыре класса опасности веществ, загрязняющих водоемы и опасных для гидробионтов: 1-й (1К) класс — чрезвычайно опасные загрязняющие веще- ¦ I ва, лимитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному лпв.

Они выделяются по следующим признакам: о ПДК ниже 0,00001 мг/л;

о материальная кумуляция высокая или сверхвысокая (коэффициент накопления КИ gt; 200);

о стабильность вещества или продуктов его распада более 180 сут. К данному классу относятся вещества исключительно антропогенного происхождения, не имеющие аналогов в природе; 2-й (2К) класс — высокоопасные загрязняющие вещества, шмитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному ЛИВ.

Они характеризуются следующими признаками: о ПДК от 0,0001 до 0,00001 мг/л;

о материальная кумуляция умеренная (Кн = 51 — 200). В отдельных случаях слабовыраженная (КИ = 10—50). Но при этом у организма, накопившего токсикант, или у организма следующего пищевого звена наблюдаются патологические изменения;

о стабильность вещества или продуктов его распада — 60 — 180 сут при 20 °С.

К данному классу относятся вещества исключительно антропогенного происхождения (ксенобиотики, не имеющие аналогов в природе); 3-й (ЗК) класс — опасные загрязняющие вещества, лимитируемые в основном по токсикологическому, иногда по рыбохозяйственному (в том числе и органолептическому) ЛПВ.

Выделяются по следующим признакам:

о ПДК от 0,01 до 0,0001мг/л;

о материальная кумуляция слабовыраженная (А'н = 1,1 — 50), вещества не вызывают видимых патологических явлений и легко выводятся из организма;

о стабильность вещества или продуктов его распада менее 60 сут при 20 °С.

К данному классу относятся как ксенобиотики, так и вещества природного происхождения (например, сероводород, сульфиды); 4-й (4К) класс — умеренно опасные загрязняющие вещества, лимитируемые по любому ЛПВ.

Характеризуются признаками:

о ПДК выше 0,01 мг/л;

о не обладают кумулятивными свойствами;

о стабильность вещества или продуктов его распада менее 10 сут при 20 °С.

Представлены в значительной степени веществами природного происхождения. Санитарно-токсикологические показатели являются обязательными, но недостаточными критериями для оценки влияния химических веществ на окружающую среду.

В ряде случаев решающее значение приобретают количественные характеристики содержания отдельных соединений в атмосфере. Особенно это утверждение относится к веществам, оказывающим глобальное влияние на изменение климата Земли. Наиболее опасными загрязнителями считаются диоксид углерода, мелкодисперсные частицы твердых и жидких веществ и в качестве дополнительного компонента — озон.

В связи с этим создана система критериев, нормирующих абсолютное количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду (для газов — ПДВ, для жидких стоков — ПДС).

Устанавливается система экономических показателей, предусматривающая плату за выбросы, и вводятся ужесточающие санкции за превышение лимитов, что повышает ответственность производителей и способствует разработке технических мероприятий по улучшению технологии производимых продуктов и совершенствованию системы очистки.

В качестве критериев количества выбросов как в России, так и зарубежных странах применяют несколько количественных показателей.

Массовый поток выброса [кг/с, кг/ч, т/год] — масса выделяющихся загрязняющих веществ в единицу времени. Этот показатель дает сведения об общем количестве выбросов и является гигиеническим и балансовым критерием. Он применяется преимущественно пая определения суммарной степени загрязнения атмосферы.

Массовая концентрация выброса [г/кг, мг/кг, мг/м3] — масса выделяющихся загрязняющих веществ, отнесенная к единице объема продукции, чаще всего газа. Критерий полезен для оценки со- иерщенства технологии и работы очистных сооружений. Его используют во многих европейских странах. Критерии концентрации могут представлять как массовые, так и объемные отношения. И нервом случае используют отношение массы выделившегося за- ipnзияющего вещества к массе отходящего газа. Это выражение полезно при оценке содержания твердых частиц (пыли) в отходящих газах, поскольку оба компонента — твердое вещество и газ — имеют массовые показатели, и количественные данные о них не меняются при изменении состояния газа.

Для выражения концентраций газообразных загрязняющих веществ используют отношение объема выделившегося загрязнения | общему объему отходящего газа.

1} соответствии с требованиями Международного стандарта ИСО I ’26 предпочтительно концентрации как газообразных, так и твер- 1ых выбросов выражать в мг/м3.

Коэффициент выброса, или удельный выход выброса [кг/т, |/(кВт ч), кг/ГДж[ — отношение массы выделившегося загрязняющего вещества к массе или другой величине, выражающей ' оличество продукции промышленного производства. Это критерий производственно-технического характера, поскольку колике i во выброса связано с количеством производимой продукции п я и переработанного сырья.

Определение коэффициента выброса для различных предпри- яшй, производящих одинаковую продукцию, позволяет выделить и- из них, которые используют более совершенную технологию. (gt;i I создает рациональную основу для установления более низких пределов выбросов для других предприятий.

Удельный региональный выброс применяют для региональной оценки загрязнения. Если удельный региональный выброс соотнесен прямоугольной сеткой координат, то сумма выбросов относится не I I км2, а к суммарной площади данной сетки. Так, для Европейской к|ки площадь соответствует примерно 150х 150 км, т.е. 22 500 км2, п ном случае возможно определить региональный выброс загрязняющего вещества в расчете на 1 км2 площади Европы.

Методы расчета массовых выбросов. Массовый поток выброса М |м/ч[ определяют по формуле

М= cV• 10 6,

где с — концентрация загрязняющего вещества в общем потоке выброса, мг/м3; V — объем выброса, м3/ч.

Если известна площадь сопла, через которое происходит выброс, формулу (3.12) можно переписать в виде:

(3.13)

где v — линейная скорость для газового потока, м/с; F — площадь выходного сопла, м2.

Значение массового выброса может быть выражено через величины концентрации экотоксиканта на входе в аппарат очистки и КПД очистного оборудования:

(3.14)

где с\ — концентрация загрязняющего вещества перед входом в очистную установку (является функцией технологического процесса и зависит от совершенства технологии); Q — КПД сепаратора (выражение в скобках характеризует работу очистного оборудования и определяет степень очистки); Р — мощность, или производительность, производства.

Массовая концентрация выброса с [мг/м3] может быть рассчитана по формуле

При проведении расчетов объем газа должен быть приведен к стандартным условиям.

Удельный производственный выброс МуД определяют из соотношения:

где М — массовый поток (кг/ч, кг/мес, кг/год); Р — характеристический показатель производства, чаще всего количество продукции, произведенное за единицу времени (час, месяц, год).

На электростанциях, теплоцентралях и печных установках характеристическим параметром является теплопроизводительность [ГДж/ч, кВт/ч]; 1 кг/ГДж = 3,6 кг/(кВт ч); 1 МВт ориентировочно соответствует 2,5 —3,5 т/ч пара.

Если известны объемный расхол V и производительность Р, то по любым двум базовым параметрам выбросов можно определить третий параметр.