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 фуппе 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:

ПДК_мр — максимальная разовая предельно допустимая кон­центрация вещества в воздухе населенных пунктов;

ПДК_рз — 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;

ПДК_сс — среднесуточная предельно допустимая концентра­ция в воздухе населенных пунктов. Она устанавливается из учета непрерывного воздействия вещества на все население, включая стариков и детей.

Значение ПДК_рз, определяют в пробах воздуха, отобранного в течение 20 мин (ПДК_рз > ПДК_сс).

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

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂+ С₃/ПДК₃ +... С_n/ПДК_n ≤1, (3.10)

где С₁ С₂,..., С_n — концентрации вредных веществ в атмосфер­ном воздухе, мг/м³; ПДК₁ ПДК₂,..., ПДК_n — соответствующие значения ПДК.

Подобное 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 смеси веществ отмечают такие явления, как аддитивность, си­нергизм и антагонизм.

Аддитивность указывает, что токсикологическое действие какого-либо вещества в смеси пропорционально его концентрации.

Синергизм отвечает состоянию суммирования токсикологиче­ских свойств отдельных представителей. В этом случае токсическое действие смеси усиливается по отношению к индивидуальным веществам.

Антагонизм наблюдается в случае, когда присутствие одного из 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(IV);

оксид серы(IV) + оксид азота(IV);

оксид серы(IV) + аэрозоль серной кислоты;

оксид серы(IV) + фторид водорода;

оксид серы(IV) + сероводород;

оксид серы(IV) + оксид серы(VI) + аммиак + оксиды азота;

оксид серы(IV) + 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 ррт_об = 1 см³/м³, ррm_масс = 1 мг/кг и ppb_o6 = = 1 мм³/ м³.

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

1 ppm_o6 = 1 см³/м³ = M/V_m, мг/м³ =0,0409М, мг/м³, (3.11)

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

Ниже приведены данные пересчета значений ppm_о6 в концентра­ции, выраженные в мг/м³, для ряда газов, имеющих промышлен­ное значение:

S0₂: 1 ppm_о6 ……………………………………………2,93

H₂S: 1 ppm_о6 …………………………………………... 1.54

N0₂: 1 ppm_о6 ……………………………………………2,05

NO: 1 ppm_о6 ……………………………………………1,34

С0₂: 1 ppm_о6 ……………………………………………1,25

С1₂: 1 ppm_о6 …………………………………………….З.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 отхо­дов, 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». Определяется воздействие вещества:

• на органолептические показатели воды (запах, цвет, прозрач­ность, мутность, появление осадка и взвешенных веществ, опалесценция);
• гидрохимические показатели воды (рН, содержание 0₂, NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^-, биологическое потребление кислорода за 5 сут (БПК₅));
• изменение численности сапрофитовой микрофлоры;
• изменение численности простейших организмов (инфузо­рий);
• изменение численности фитопланктона (тест-объект — од­ноклеточные зеленые водоросли Scenedesmus quadricauda (Turh);
• выживаемость и размножение зоопланктона (тест-объекты — дафния Daphnia magna Staus);
• показатели жизнедеятельности бентоносных организмов (тест- объекты — хирономиды Chironomus phumosus);
• различные стадии онтогенеза 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 (ЛК₅₀), 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:

«Токс» — токсикологический, что означает прямое токсиче­ское воздействие вещества на организмы;

«Сан» — санитарный. Означает, что при внесении вещества в водоемы происходит нарушение экологических условий. Возмож­но изменение трофности водоемов, гидрохимических показате­лей (содержание кислорода, азота, фосфора, рН), нарушение

Таблица 3.1. Экологические показатели для некоторых химических веществ

Вещество	ЛПВ	ПДК, мг/л	Класс опасности
Алюминия сульфат (алюминий сернокислый) A12(S04)3	«Токс»	0,5 по веществу, 0,04 в пересчете на А1^+3
ДЦТ, 2,2-бис (пара-дихлорфенил)- 1,1,1-трихлорэтан, С14Н9С15 Инсектицид	«Токс»	0,00001 (отсутствие)
Нефть и нефтепродукты в растворен­ном и эмульгированном состоянии	«Рыбохоз»	0,05

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:

• величиной ПДК;
• стабильностью вещества;
• степенью аккумуляции вещества.

Выявляют четыре класса опасности веществ, загрязняющих водоемы и опасных для гидробионтов:

· 1-й (1К) класс — чрезвычайно опасные загрязняющие веще­ства, лимитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному ЛПВ.

Они выделяются по следующим признакам:

· ПДК ниже 0,00001 мг/л;

· материальная кумуляция высокая или сверхвысокая (коэф­фициент накопления К„ > 200);

· 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, лимитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному ЛПВ.

Они характеризуются следующими признаками:

• ПДК от 0,0001 до 0,00001 мг/л;
• материальная кумуляция умеренная (K_н = 51—200). В отдель­ных случаях слабовыраженная (К_н = 10 — 50). Но при этом у орга­низма, накопившего токсикант, или у организма следующего пи­щевого звена наблюдаются патологические изменения;
• 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:

• ПДК от 0,01 до 0,0001мг/л;
• материальная кумуляция слабовыраженная (А"_н = 1,1 — 50), вещества не вызывают видимых патологических явлений и легко выводятся из организма;
• 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:

• ПДК выше 0,01 мг/л;
• не обладают кумулятивными свойствами;
• 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 для 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 со­вершенства технологии и работы очистных сооружений. Его ис­пользуют во многих европейских странах. Критерии концентра­ции могут представлять как массовые, так и объемные отношения. В первом случае используют отношение массы выделившегося за­грязняющего 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 к общему объему отходящего газа.

В соответствии с требованиями Международного стандарта ИСО 4226 предпочтительно концентрации как газообразных, так и твер­дых выбросов выражать в мг/м³.

Коэффициент выброса, или удельный выход выброса [кг/т, кг/(кВтч), кг/ГДж] — отношение массы выделившегося загряз­няющего вещества к массе или другой величине, выражающей количество продукции промышленного производства. Это крите­рий производственно-технического характера, поскольку коли­чество выброса связано с количеством производимой продукции или переработанного сырья.

Определение коэффициента выброса для различных предпри­ятий, производящих одинаковую продукцию, позволяет выделить те из них, которые используют более совершенную технологию. Он 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 с прямоугольной сеткой координат, то сумма выбросов относится не к 1 км², а к суммарной площади данной сетки. Так, для Европейской сетки площадь соответствует примерно 150х 150 км, т.е. 22 500 км². В этом случае возможно определить региональный выброс загрязня­ющего вещества в расчете на 1 км² площади Европы.

Методы расчета массовых выбросов. Массовый поток выброса М [кг/ч] определяют по формуле

М = cV* 10^-6, (3.12)

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:

М = cvF = с V, (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:

М= с_τ(1 - Q/100)P (3.14)

где с_τ — 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

с = M/V. (3.15)

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

Удельный производственный выброс Л/_уд определяют из соотно­шения:

М_уд = М/Р, (3.16)

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 кгДкВт ч); 1 МВт ориентировоч­но соответствует 2,5 — 3,5 т/ч пара.

Если известны объемный расход Vw производительность Р, то по любым двум базовым параметрам выбросов можно определить третий параметр.

Дата добавления: 2014-01-11