Разработка ПДК для воздуха, водной среды, почв, продуктов питания

Экологическое нормирование включает: научное обоснование ПДК веществ в водоемах, официальное установление ПДК и контроль за соблюдением ПДК строящихся и действующих предприятий. ПДК веществ имеют право устанавливать организации, имеющие соответствующие сертификаты.

Сведения о токсичных веществах включают в Российский регистр потенциально токсичных химических веществ (РосРПТХВ) при Госкомитете по Санэпиднадзору (гигиенические нормативы), Международный регистр потенциально токсических веществ (ЮНЭП при ООН) и Экологический регистр (институт прикладной экологии) - ПДК веществ для вод рыбохозяйственных водоемов.

ПДК веществ в воздушной среде. Для санитарной оценки воздушной среды используется несколько видов предельно допустимых концентраций вредных веществ, в т. ч. ПДК для рабочей зоны (р. з), максимальная разовая (м. р.) и среднесуточная (с. с.), которые установлены на основе рефлекторных реакций организма человека на присутствие в воздухе токсикантов.

- предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья, которые могли бы быть обнаружены современными методами исследования непосредственно во время работы или в отдаленные сроки. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места постоянного или временного пребывания работающих.

- максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест (мг/м), которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

- среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м³. Эта концентрация вредного вещества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе устанавливают, как правило, экспериментально, с использованием подопытных животных. Для оценки действия токсикантов на живые организмы приняты следующие величины:

- летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50 % подопытных животных, мг/л. Значения выражают также в миллиграмм-молях на литр (ммоль/л).

- пороговая концентрация острого действия, установленная на лабораторных животных при однократном ингаляционном воздействии, мг/л.

- пороговая концентрация хронического действия, установленная на лабораторных животных при длительном ингаляционном воздействии по 6 ч ежедневно, мг/л.

Установление ПДК каждого отдельного вещества требует продолжительных экспериментальных исследований, тогда как новые химические соединения и их комбинации получают, синтезируют и внедряют в производство значительно быстрее. Для устранения этого разрыва во времени используют расчетные методы определения ПДК, которые позволяют прогнозировать токсическое действие химических соединений, исходя из их физико-химических характеристик и результатов простейших токсикологических исследований. Для многих веществ, загрязняющих воздух, ориентировочные значения ПДК, рассчитанные с помощью регрессионного анализа, оказались весьма близки к нормативным, определенным экспериментально.

Для расчета ПДК вредных веществ в воздухе производственных помещений рекомендованы формулы, выведенные на основании регрессионного анализа с использованием показателей их токсичности и некоторых физико-химических констант этих веществ.

Для обеспечения охраны воздушной среды установлена еще одна нормативная величина, характеризующая объем вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу отдельными источниками загрязнения - предельно допустимый выброс (ПДВ). Предельно допустимый выброс - это объем (количество) загрязняющего вещества, выбрасываемого отдельным источником за единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК в среде, окружающей источник загрязнения, и, как следствие, к неблагоприятным последствиям в окружающей среде и риску для здоровья людей.

Разработка нормативов ПДК для водной среды. ПДК примеси в воде - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий водопользования.

В течение длительного времени разрабатывались и использовались два вида нормирования ПДК - гигиенические и рыбохозяйственные.

Гигиеническая ПДК химического вещества в воде - это максимальная концентрация, которая не влияет прямо или опосредованно на состояние здоровья настоящего и последующих поколений человека при воздействии на организм и не ухудшает гигиенические условия водопользования.

Рыбохозяйственная ПДК - наибольшая допустимая (недействующая) концентрация токсичного вещества для наиболее слабого (чувствительного) звена среди всего набора используемых тест-объектов (бактерии, водоросли, моллюски, ракообразные, рыбы).

ПДК рыбохозяйственные разрабатывают на основании [7].

ПДК санитарно-гигиенические разработаны более чем для 960 соединений, а ПДК рыбохозяйственные - для 521 веществ (сведения устаревшие).

Нормативы ПДК для рыбохозяйственных водоемов, как правило, более жесткие, чем санитарно-гигиенические нормативы (для этих же веществ) (таблица 3.3).

Таблица 3.3 - Примеры отличия ПДК санитарно-гигиенических и рыбохозяйственных

Показатель	ПДК, мг/дм^3
эколого-рыбохозяйственные	санитарно-гигиенические
Аммиак	0,05	2,0
ДДТ		0,02
Атразин	0,005	0,5
Zn	0,01	1,0

При разработке ПДК вещества в водной среде в настоящее время требуется охватить следующие моменты:

1) процессы самооочищения водных объектов, которые осуществляют преимущественно бактерии-редуценты;

2) состояние автотрофного звена продуцентов (водоросли, высшая водная растительность);

3) влияние вещества на деятельность животных-фитофагов;

4) воздействие на хищников (консументы).

Пример. В серии экспериментов устанавливаются безопасные (недействующие) концентрации испытуемого вещества для каждого отдельного звена. Ниже приведены недействующие концентрации для четырех групп тестов (мг/дм³):

1. 0,1

2. 0,01

3. 0,001

4. 0,01

В нашем примере самыми чувствительными оказались водоросли (3 звено), эта величина недействующей концентрации и используется для дальнейших расчетов при разработке норматива ПДК.

ПДК санитарно-гигиенические и ПДК рыбохозяйственные разработаны для сохранения водных объектов, сохранность экосистемы водного объекта как такового, вне его хозяйственного использования эти нормативы чаще всего не обеспечивают. Для сохранности водных объектов (особенно уникальных, например, Байкал) стали разрабатываться ПДК водоемов.

ПДК для водоема - экспериментально установленное и утвержденное постоянное содержание химического вещества и его метаболитов в водоеме, не вызывающее изменения экосистемы.

При разработке любого вида ПДК вещества для водной среды изучают: поведение вещества в растворах, влияние его на процессы самоочищения проводят тесты (испытания) на водорослях, простейшие животных (инфузории), водных беспозвоночных - рачки (дафния), коловратки, хирономиды (личинки комаров-звонцов), прудовиках, различных видах рыб на всех стадиях их развития, учитывают мутагенное действие изучаемого соединения.

Основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах - соблюдение установленных предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, т. е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние окружающей среды в целом. Однако принятые нормативы все еще далеки от совершенства. Изучая влияние веществ на процессы самоочищения водной среды (по показателям БПК и нитрификации), гигиенисты основное внимание уделяют не самим процессам самоочищения, а тому, насколько они в состоянии обеспечить отмирание патогенных микроорганизмов, поступающих с хозяйственно-бытовыми стоками, и процессы минерализации органических веществ. Ихтиологи же в первую очередь оценивают эффективность процессов формирования необходимого для рыбохозяйственных целей качества воды, при этом интересы сохранения целостности внутриводоемных систем затрагиваются в большей степени, чем при установлении гигиенических ПДК.

В целом система критериев на основе ПДК не учитывает синергизма и антагонизма различных загрязняющих веществ. Вне поля зрения этих критериев оказываются и такие процессы, как кумуляция этих веществ водными организмами, например водорослями, с последующим высвобождением их во время массового (сезонного) отмирания водорослей. Для большинства загрязняющих веществ, нормативы ПДК которых установлены, нет надежных аналитических методов контроля. Зачастую нормируются одни формы веществ, а в воде присутствуют и другие, с иными ПДК. Наконец, токсичность загрязняющих веществ зависит от конкретной гидрохимической ситуации, на фоне которой она проявляется. Действие токсичных веществ связано с такими показателями, как температура, растворенный кислород, рН, комплекс органических веществ и др. Кроме того, процессы трансформации загрязняющих веществ в водных экосистемах включает целый ряд стадий, причем промежуточные продукты нередко оказываются более токсичными, чем исходные вещества.

Принятые в нашей стране рыбохозяйственные ПДК выведены для пресноводных бассейнов. Распространение таких ПДК на морские воды дает иногда «парадоксальные» выводы. Например, ПДК цинка равна 10 мкг/л, что ниже средней концентрации этого элемента в Мировом океане, а если учесть повышенное содержание микроэлементов в шельфовых зонах и морях, то может сложиться впечатление о загрязнении Мирового океана цинком до опасных пределов. На самом деле этого нет.

Согласно основным положениям биогеохимии и геохимической экологии, организмы и биоценозы эволюционно адаптировались к химическим факторам среды. Поэтому есть основания утверждать, что существующие в настоящее время средние концентрации металлов в Мировом океане оптимальны для его биотического населения, а крайние пределы отражают соответственно критические уровни недостаточного (если элемент нужен для жизнедеятельности) или избыточного (если элемент токсичен) содержания металлов в морской воде. Последний уровень является естественной, эволюционно обусловленной границей зоны максимально допустимого содержания металла для всего населения Мирового океана [14].

Разработка ПДК для почв. Фитотоксичность. Используемые в настоящее время ПДК соединений в почве являются санитарно-гигиеническими, т. е. содействующими сохранению почв в том состоянии, чтобы это не сказывалось на здоровье человека.

При превышении ПДК соединений в почвах происходит их накопление в растительной продукции, что опасно для человека. Установление ПДК для почв сложно, что связано со следующими их особенностями.

Особенности почв:

- почва - менее подвижная среда по сравнению с атмосферой и водой, аккумуляция поступающих соединений может происходить в течение длительного времени, постепенно приближаясь к предельным концентрациям;

- в почве происходят активные микробиологические и физико-химические процессы трансформации токсикантов.

ПДК токсикантов в почве определяется не только химической природой и токсичностью соединения, но и особенностями самих почв. В отличие от атмосферного воздуха и воды, почвы зонально-генетического ряда отличаются по химическому составу (концентрация органических и минеральных компонентов и т. п.) и для них невозможно разработать унифицированные уровни ПДК.

Разработка ПДК соединений в почве. При разработке безопасных концентраций веществ в почве оценивают:

1) воздействия токсикантов на процесс минерализации органических соединений (СО₂), активности ферментов (по восстановлению оксидов 3-валентного железа), концентрации АТФ);

2) токсическое воздействие (острое, хроническое, накопление в организме животных, фитотоксичность) на растения и животных;

3) трансформацию, миграцию и устойчивость соединения (переход вещества в сельхозпродукцию, воду, летучесть соединения - миграция в воздушную среду).

Принципы нормирования соединений в почвах отличаются от воды и атмосферы - в данном случае практически полностью исключается прямое поступление токсиканта в организм человека. Поступление происходит опосредованнно, через субстраты, контактирующие с почвой, - воду, воздух, растения. Поэтому особое внимание уделяется соединениям, которые мигрируют в атмосферу, грунтовые воды, накапливаются в растениях (в первую очередь речь идет о тяжелых металлах и пестицидах).

Показатели вредного воздействия (ЛПВ) для почв:

- транслокационный (накопление в растениях);

- миграционный воздушный (передача в атмосферу);

- миграционный водный (переход в водную среду);

- общесанитарный (влияние на способность почвы к самоочищению, влияние на биоту почвы).

Для ряда тяжелых металлов (ртуть, свинец, марганец, мышьяк и т. п.) используют ориентировочно-безопасные концентрации (ОДК) их содержания в почвах, утвержденные приказами органов здравоохранения (вместо ПДК) [11].

Фитотоксичность. Среди большого набора химических загрязняющих веществ наиболее изучено токсическое воздействие тяжелых металлов на растения, или фитотоксичность. Токсическое воздействие тяжелых металлов на растения проявляется в следующем:

- в изменении проницаемости клеточных мембран ();

- реакции тиольных групп с катионами ();

- конкуренции с жизненно важными метаболитами ();

- сродстве к фосфатным группам и активным центрам в АДФ и АТФ (;

- замещении жизненно важных ионов (преимущественно макроэлементов – ();

- захвате в молекулах позиций, занимаемых жизненно важными функциональными группами типа фосфата и нитрата (арсенат, фторид, борат, селенат, теллурат, вольфрамат).

Предложен следующий убывающий ряд фитотоксичности: . Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых увеличивается с возрастанием атомной массы.

Примечание: ряды токсичности для металлов у разных авторов отличаются (не указываются соединения, влияние кислотности среды и т.п.).

В случае комплексного загрязнения почв тяжелыми металлами используют критерии оценки потенциальной опасности. К таким критериям относится условная величина, характеризующая суммарную фитотоксичность металлов в среде, и ее «цинковые» единицы (сравнение фитотоксичности элемента с фитотоксичностью цинка).

Дата добавления: 2014-01-05