Нормирование качества окружающей среды

Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. В основу всех природоохранных мероприятий положен принцип нормирования качества окружающей среды. Этот термин означает установление нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий человека на окружающую среду.

Соблюдение экологических нормативов, т. е. нормативов, которые определяют качество окружающей среды, обеспечивает:

 экологическую безопасность населения;

 сохранение генетического фонда человека, растений и животных;

 рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития.

Чем меньше пороговая величина экологических нормативов, тем выше качество окружающей среды. Однако более высокое качество требует, соответственно, больших затрат, эффективных технологий и высокочувствительных средств контроля. Поэтому нормативы качества окружающей среды по мере подъема уровня развития общества имеют тенденцию к ужесточению.

Основные экологические нормативы качества и воздействия на окружающую среду:

 санитарно-гигиенические:

 предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);

 допустимый уровень физических воздействий (шума, вибрации, излучений и др.);

 производственно-хозяйственные:

 допустимый выброс вредных веществ;

 допустимое изъятие компонентов природной среды;

 допустимый сброс вредных веществ;

 норматив образования отходов производства и потребления;

 допустимая антропогенная нагрузка на окружающую среду;

 экологическая емкость территории.

Предельно допустимые концентрации (ПДК)  это такие концентрации вредного вещества в почве, воздушной и водной среде, которые не оказывают негативного воздействия на здоровье человека и его потомство. В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнения на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнений на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

В настоящее время в нашей стране действует более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.

ПДК устанавливаются на основании комплексных исследований и постоянно контролируются органами гидрометеорологической службы Госкомсанэпиднадзора.

ПДК не остаются постоянными, их периодически пересматривают и уточняют. После утверждения норматив становится юридически обязательным.

Для нормирования содержания вредного вещества в атмосферном воздухе установлены два норматива  разовый и среднесуточный ПДК. Максимально разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м. р.)  это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна вызывать при вдыхании его в течение 30 мин. рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др). Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с. с.)  это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) воздействии.

Значения ПДК наиболее часто встречающихся загрязнителей атмосферного воздуха представлены в табл. 20.1.

Таблица 20.1

Предельно допустимые концентрации вредных веществ
в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг/м³

При содержании в воздухе нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом), например, диоксидов серы и азота; озона и формальдегида, сумма их концентраций не должна превышать при расчете единицы:

где С ₁, С ₂, …, С_n  фактические концентрации вредных веществ в воздухе или воде;

ПДК₁, ПДК₂… ПДК _n  максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые установлены для их изолированного присутствия, мг/м³.

Под предельно допустимой концентрацией вредного вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимают такую максимальную концентрацию, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающую способность почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека (Защита окружающей…, 1993).

Для водной среды ПДК загрязняющих веществ означает такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод (табл. 20.2) и рыбохозяйственных водоемов.

Таблица 20.2

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в питьевых водах, мг/л

Требования к качеству воды в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем таковые для водных объектов хозяйственно-бытового назначения. Так, рыбохозяйственные ПДК ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов  в шесть раз, а тяжелых металлов (цинка)  даже в сто раз (К. П. Митрюшкин и др., 1987). Объяснить это ужесточение требованй к качеству воды в рыбохозяйственных водоемах нетрудно, если вспомнить, что при переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи происходит их биологическое накопление до опасных для жизни количеств.

Допустимый уровень радиационного воздействия на окружающую среду  это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. Определяется он на основании норм радиационной безопасности (НРБ-76/87), основных санитарных правил (ОСП-72/87) и санитарных норм проектирования СН-254-71.

Установлены также допустимые уровни воздействия шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий.

Допустимый выброс, или сброс, это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени может быть выброшено данным конкретным предприятием в атмосферу или сброшено в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Нормативами установлено, что если в воздухе городов или других населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения допустимых выбросов по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выброса вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. При этом могут быть установлены временно согласованные выбросы (ВСВ) на уровне выбросов предприятий с наиболее совершенной или аналогичной ей технологией.

К началу 1988 г. в бывшем СССР были установлены допустимые выбросы более чем для 20 тыс. предприятий. В настоящее время в России на нормативах допустимых выбросов работают лишь 1520% загрязняющих производств, на ВСВ (временно согласованных выбросах вредных веществ)  4050%, а остальные загрязняют среду на основе лимитных выбросов и сбросов, которые определяют по фактическому выбросу на определенном отрезке времени.

Основным комплексным нормативом качества окружающей среды является предельно допустимая норма антропогенной нагрузки.

Допустимые нормы нагрузки на природную среду  это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

Для оценки общей устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям используют следующие показатели: 1) запасы живого и мертвого органического вещества; 2) эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие (Государств. доклад…, 1994).

Ученые-экологи установили, что стабильность среды обитания не только растительности, но и животного мира, а в конечном счете и человека определяется в первую очередь массой живого органического вещества и его основной части  фитомассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем значительнее эта масса, тем стабильнее среда. Главенствующее значение при этом имеют фотосинтезирующие организмы, так как они являются основным источником биомассы, а также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев экосистемы и в значительной мере состав атмосферного воздуха.

Способность экосистем в минимальные сроки восстановиться в случае антропогенного нарушения определяется другим показателем  эффективностью образования продукции растительного покрова в результате вторичной сукцессии. Чем выше структурное и видовое разнообразие экосистем, тем большее число комбинаций структурных элементов может создать она в ответ на внешнее антропогенное воздействие. Структурное разнообразие экосистемы можно оценить, сравнивая запасы фитомассы (древесина, травянистая растительности и др.) и зоомассы (хищники, копытные, грызуны и т. д.).

Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды», или экологическая емкость территории.

Понятие о предельно допустимой антропогенной нагрузке на природную среду, по мнению П. Г. Олдака (1983), должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим он различает экстенсивное и равновесное природопользование. Экстенсивное (расширяющееся) природопользование  когда рост производства осуществляется за счет возрастающей нагрузки на природные комплексы, причем эта нагрузка растет быстрее, чем увеличивается масштаб производства; равновесное природопользование  когда общество контролирует все стороны своего развития, добиваясь того, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на среду не превышала самовосстановительного потенциала природных систем.

Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование качества природной среды должно начинаться с определения нагрузок, допустимых с экологической точки зрения, а региональное природопользование должно соответствовать экологической «выносливости» территории.

Пренебрежение основным экологическим комплексом нормативов в инженерно-хозяйственной практике чревато серьезными экологическими просчетами. В 1990 г. тогдашний руководитель Госкомприроды Н. Н. Воронцов сетовал на то, что «такие понятия, как экологическая емкость территории, вообще не использовались до недавних пор. Есть, скажем, в Донбассе залежи угля? Есть неподалеку руды Кривого Рога? Будем наращивать там металлургию на донецких углях, не разбирая, выдержит земля и люди или нет». И далее он отмечал: «Конечно же, нужно улучшить фильтры пыле- и газоуловителей, очищать сточные воды. Но не было у нас до сих пор главного  идеологии ресурсосбережения, определения экологической емкости, биосферного подхода».

При формировании территориально-производственных комплексов, развитии промышленности, строительства, реконструкции городов и т. д., применение допустимых норм антропогенной нагрузки предусматривается ныне в обязательном порядке.

Региональные нормы устанавливают предельную хозяйственную нагрузку на территориальные природные комплексы. Отраслевые  на отдельные виды природных ресурсов, например, предельное число домашнего скота на единицу пастбищных угодий, предельное число посетителей в национальном парке и т. д.

Защита атмосферы

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры:

 экологизацию технологических процессов;

 очистку газовых выбросов от вредных примесей;

 рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

 устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения  экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Экологизация технологических процессов предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических процессов производства, замену местных котельных установок на централизованное тепло, предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на природный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на электропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др. Все шире применяют частичную рециркуляцию, т. е. повторное использование отходящих газов.

Учитывая исключительную актуальность охраны атмосферного воздуха от загрязнения отработанными газами (ОГ) автомобилей, первоочередной проблемой является создание экологически «чистых» видов транспорта.

В настоящее время ведется активный поиск более «чистого» топлива, чем бензин. В качестве его заменителя рассматриваются экологически чистое газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный аммиак и идеальное топливо  водород. Продолжаются интенсивные разработки по замене карбюраторного двигателя на более экологичные типы  дизельный, паровой, газотурбинный и др.

В опытно-конструкторских бюро созданы пробные модели автомобилей, работающих на энергии электрических аккумуляторов в черте города, а за его пределами переходящих на работу на обычных карбюраторных двигателях. Продолжаются работы по созданию идеального с точки зрения экологических требований вида транспорта  автомобиля на солнечных элементах.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов, внедрения замкнутых технологических циклов и т. д. недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO₂, SO₂, SO₃ и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы  оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок (рис. 20.2), далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда периодически удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

Рис. 20.2. Схема устройства циклона:
1  корпус; 2  входной патрубок; 3  выхлопная труба; 4  сборник пыли

Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные, газопромыватели и др.) требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения. Наибольшее практическое применение получили скрубберы Вентури (рис. 20.3), которые обеспечивают 99% очистки от частиц размером более 2 мкм и как все мокрые пылеуловители незаменимы при очистке от пыли взрывоопасных и горючих газов.

Рис. 20.3. Схема устройства скруббера Вентури:
1  труба Вентури; 2  скруббер-каплеуловитель

Фильтры (тканевые, зернистые) способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из синтетических волокон повышенной термостойкости (250300 С) типа «сульфон-Т», фильтровальные металлические ткани (до 800 С), а также фильтры из тканей типа ФПП и ФПА, дающие высокую степень очистки (99,9%).

Электрофильтры  наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки газов (99,099,5%). Принцип работы всех типов электрофильтров основан на ионизации пылегазового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, обратный заряду коронирующего электрода. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сборник пыли (рис. 20.4). Электроды требуют большого расхода электроэнергии  это их основной недостаток.

Рис. 20.4. Схема устройства трехпольного электрофильтра:
1  корпус; 2  электрод осадительный; 3  электрод коронирующий; 4  механизм встряхивания
коронирующих электродов; 5  механизм встряхивания осадительных электродов;
6  газораспределительная решетка; 7  сборник пыли; 8  изолятор

Наиболее эффективны комбинированные методы очистки от пыли. Например, отличные результаты дает очистка агломерационных газов в батарейных циклонах с последующей доочисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах. (Защита окружающей среды…, 1993).

Способы очистки выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO₂, SO₂ и др.) подразделяют на три основные группы: 1) поглощение примесей путем применения каталитического превращения; 2) промывка выбросов растворителями примеси (абсорбционный метод) и 3) поглощение газообразных примесей твердыми телами с ультрамикроскопической структурой (адсорбционный метод).

С помощью каталитического метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Широко применяют палладийсодержащие и ванадиевые катализаторы. С их помощью происходит каталитическое досжигание оксида углерода до диоксида и диоксида серы до оксида. Возможно также восстановление оксидов азота аммиаком до элементарного азота.

Одна из разновидностей этого метода  дожигание вредных примесей с помощью газовых горелок (факельное сжигание) широко используется на нефтеперерабатывающих заводах.

Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента используют воду, растворы щелочей (соды), аммиака и др. Газообразные цианистые соединения абсорбируют, например, 5%-ным раствором железного купороса. Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции, называют абсорбером.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов  твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества). Например, на АЭС широко применяется метод очистки технологических газов путем сорбции радиоактивных продуктов на угольных фильтрах  адсорбентах, которые позволяют надежно предотвратить загрязнение атмосферы при всех режимах работы АЭС (Защита окружающей среды…, 1993).

Рассеивание газовых примесей в атмосфере. Используют для снижения их опасных концентраций. Как показывает опыт в приземном слое атмосферы вблизи крупных энергетических установок (ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС) и других предприятий, концентрация вредных веществ в отходящих газах может превышать предельно допустимые нормы, несмотря на все применяемые меры по очистке газов и экологизацию технологических процессов.

С помощью снижения опасных концентраций примесей до уровня, соответствующего ПДК, применяют рассеивание пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. На ряде предприятий высота дымовых труб достигает более 300 м. Так, на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) высота трубы 407 м. Значительную высоту (не менее 100 м) имеют вентиляционные (выбросные) трубы на АЭС для рассеивания радиоактивных выбросов. Следует признать, что рассеивание газовых примесей в атмосфере  это далеко не самое лучшее решение проблемы, связанной с загрязнением воздушного бассейна. По мнению Э. Гора (1993), «применение высоких дымовых труб хотя и помогло уменьшить локальное дымовое загрязнение, осложнило в то же время региональные проблемы выпадения кислотных дождей. Чем выше от поверхности земли происходит выброс загрязняющих газов, тем дальше от своего источника они распространяются. То, что было когда-то дымной мглой над Питтсбургом, становилось кислотным снегопадом в Лабрадоре. Примеси, досаждающие лондонцам в виде смога, губят листву в лесах Скандинавии».

Рассеивание вредных веществ в атмосфере  это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется при отсутствии надежных методов очистки для того или иного вещества, а также вследствие того, что существующие очистные устройства не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предприятий в значительной степени связана с устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными мероприятиями.