Комплексный анализ влияния АО "Костанайские минералы" на состояние природного района

дипломная работа

1.3 Предельно допустимые концентрации химических загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды

В числе мероприятий по охране природы важное место принадлежит проблеме предупреждения повышения содержания загрязняющих веществ в природных средах. Контрольными показателями при этом являются предельно допустимые концентрации (количества) -- ПДК.

Обеспечение регламентируемых значений ПДК может быть достигнуто двумя путями -- рассеиванием химических веществ в воздушной или водной среде или строгим контролем за их выбросами. Первый путь упрощает задачи производственников, так как не требует совершенствования технологии производства и строительства дорогостоящих очистных сооружений, а сводится к строительству высотных труб и разбавлению сбрасываемых стоков поверхностными водами. Современное состояние окружающей среды требует полностью отказаться от подобных методов «защиты» биосферы от химических загрязнений и перейти к ограничению выбросов, а в дальнейшем для многих объектов -- к их полному прекращению [8].

Проблема сохранения окружающей среды в каждой стране решается в соответствии с особенностями ее социального устройства и уровня развития производства. Даже в экономически развитых странах в подавляющем большинстве современных производственных процессов пока еще используют открытые технологические циклы, которые не исключают выбросов вредных веществ в окружающую среду. Если в стратегическом плане максимальное внимание отраслевой науки должно быть уделено разработке безотходных технологий с комплексной переработкой сырья в замкнутых производственных циклах, то сохранение качества окружающей среды при использовании технологий сегодняшнего дня требует разработки эффективных сооружений для очистки и обезвреживания промышленных стоков, выбросов и отходов и строгого нормирования поступления в биосферу тех или иных токсикантов [9,10,11] .

Нижние слои атмосферы состоят из смеси газов (табл.1). Кроме приведенных в таблице, в виде небольших примесей в воздухе присутствуют и другие газы: озон, метан, такие вещества, как оксид углерода (СО), оксиды азота и серы, аммиак.

Таблица 1. Состав воздуха (основные компоненты), %

Высота (км)

Кислород

Азот

Аргон

Гелий

Водород

Давление (мм рт.ст)

0

20,94

78,09

0,93

-

0,01

760

5

20,94

77,89

0,94

-

0,01

450

10

20,99

78,02

0,94

-

0,01

168

20

18,10

81,24

0,59

-

0,04

41

100

0,11

2,97

-

0,56

96,31

0,0067

В высоких слоях атмосферы состав воздуха меняется под воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит к распаду молекул кислорода на атомы. Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы. Наконец, в наиболее удаленных от поверхности Земли слоях атмосферы главными компонентами становятся самые легкие газы - водород и гелий. Поскольку основная масса вещества сосредоточена в нижних слоях (до 30 км), то изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы. [5,6]

Воздушная оболочка Земли содержит значительное количество различных примесей. По происхождению их разделяют на естественные и искусственные (антропогенные). Основные вещества, загрязняющие атмосферу, делят на две группы - газообразные и твердые частицы (табл. 2). Газы составляют примерно 90 %. Основную роль в загрязнении атмосферы играет сжигание ископаемого топлива - угля и нефти [7].

Загрязняющих веществ в атмосферный воздух от станционных и передвижных источников загрязнения в Костанайской области за 2006 год составили 367,231 тыс. тонн, в том числе:

Твердые вещества - 95,48 тыс. тонн

Диоксид серы - 53,87 тыс. тонн

Оксид углерода - 157,831 тыс. тонн

Диоксид азота - 23,98 тыс. тонн

Углеводороды - 19,68 тыс. тонн

Прочие - 16,39 тыс. тонн

Более чем 49% от общего объема составляют выбросы от автотранспорта. В 2009 году автотранспортом области выброшено 179,944 тыс. тонн загрязняющих веществ.

Рассмотрим основные загрязнители атмосферы и их соединения [7,8].

Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серо содержащего топлива или переработки сернистых руд. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты

По данным областного управления охраны окружающей среды выбросы в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты.

Таблица 2. Основные загрязняющие вещества и источники загрязнения атмосферы

Загрязняющие веществ

Источник загрязнения

Газы

Углекислый газ

Вулканическая деятельность

Дыхание живых организмов

Сжигание ископаемого топлива

Оксид углерода

Вулканическая деятельность

Работа двигателей внутреннего сгорания

Органические соединения

Химическая промышленность

Сжигание отходов

Сжигание топлива

Сернистый газ и другие производные серы

Вулканическая деятельность

Морские бризы

Бактерии

Сжигание ископаемого топлива

Производные азота

Бактерии

Горение

Радиоактивные вещества

Атомные электростанции

Ядерные взрывы

Частицы

Тяжелые металлы Минеральные соединения

Вулканическая деятельность

Космическая пыль

Ветровая эрозия

Водная пыль

Промышленное производство

Работа двигателей внутреннего сгорания

Органические вещества, естественные и синтетические

Лесные пожары

Химическая промышленность

Сжигание топлива

Сжигание отходов

Сельское хозяйство (пестициды)

Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.

Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектам. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

Частицы, взвешенные в воздухе, еще одно загрязнение атмосферы. Они о разнородны по своему химическому составу. В воздухе могут находиться в виде взвеси, твердых и жидких компонентов, весьма различные по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов - все эти источники дают вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами. При сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные в воздухе, причем не только частицы золы (силиката кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы окислов металлов, таких, как окислы кальция и железа. Частицы окислов металлов могут реагировать с частицами кислотных туманов, состоящих из капелек серной кислоты. В результате образуются частицы сульфатов металлов. Капли серной кислоты сами по себе - продукт реакции трехокиси серы с парами воды. Таким образом, значительную долю загрязнений, образующихся при сгорании угля, составляют капельки кислоты и частицы сульфатов металлов.

Для предотвращения негативных последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды необходимо знать их предельные уровни, при которых возможна нормальная жизнедеятельность и функционирование организмов. Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК -- это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. При определении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом [8,12,13].

ПДК загрязняющих веществ для воздуха, воды, почвы, для пищевых продуктов и кормов устанавливаются в законодательном порядке или рекомендуются компетентными учреждениями. В настоящее время установлены ПДК большого количества вредных веществ для воздушной и водной среды и сравнительно недавно начаты исследования по разработке ПДК загрязняющих веществ для почвы.

Для санитарной оценки воздушной среды используется несколько видов предельно допустимых концентраций вредных веществ, в том числе ПДК для рабочей зоны (р. з.), максимальная разовая (м. р.) и среднесуточная (с. с.) ПДК, которые установлены на основе рефлекторных реакций организма человека на присутствие в воздухе токсикантов [14].

ПДК р.з. -- предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м3. 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 [15,16].

ПДКм.р.-- максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3, которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДКс.с. -- 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.

В настоящее время действуют нормативные документы: «ПДК вредных газов, паров и аэрозолей в воздухе рабочей зоны», установленные для 445 загрязняющих веществ, и «ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест», включающие 109 загрязняющих веществ [14].

Многие токсичные вещества обладают эффектом суммированного действия, т. е. их смеси оказывают более токсичное воздействие на живые организмы, чем отдельные компоненты. Это можно сказать о смесях ацетона и ацетофенона; триоксида и диоксида серы и оксидов азота; сильных минеральных кислот (НС1, HNO3, H2SO4); валериановой, капроновой и масляной кислот; диоксида серы и фтороводорода; диоксида серы и фенола и многих других [17].

В последнее время многие ученые пришли к выводу, что для канцерогенных веществ и ионизирующей радиации не существует нижних пределов безопасности и любые их количества, превышающие природный фон, опасны для живых организмов, если не непосредственно, то генетически, в цепи последующих поколений.

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:

ЛК50 -- летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50 % подопытных животных, мг/л. Значения ЛК50 выражают также в миллиграмм-молях на литр (ммоль/л);

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

ПКхр -- 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 [18]. 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.

При установлении ПДВ для каждого предприятия принимается во внимание перспектива развития промышленного производства в этом районе, расположение уже действующих предприятий и жилой застройки, географические и климатические условия местности, расположение санитарно-защитных и рекреационных зон [19].

Если в воздухе города концентрации вредных веществ превышают ПДК, а их выбросы по причинам объективного характера не могут быть в данный момент снижены до уровня ПДВ, в городе может быть введено поэтапное снижение выбросов вредных веществ действующими предприятиями до значений, обеспечивающих ПДК вредных веществ, или до полного прекращения выбросов. На каждом этапе до обеспечения величин ПДВ устанавливают так называемые временно согласованные выбросы (ВСВ) по аналогии с предприятиями, близкими по мощности и типу производства, с наиболее прогрессивной технологией [20,21,22].

Наряду с ПДК для контроля за промышленными выбросами пользуются рядом дополнительных характеристик, в том числе ДОК (допустимое остаточное количество), ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия), ОДК (ориентировочная допустимая концентрация) [23].

1.4 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в водной среде

В нашей стране нет единых общегосударственных норм качества воды, поскольку ее пригодность определяется конкретными требованиям отдельных видов водопользования.

Качество поверхностных вод нормировано для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Для воды установлены предельно допустимые концентрации более чем 960 химических соединений, которые объединены в три группы по следующим показателям вредности (ЛПВ -- лимитирующий показатель вредности): санитарно-токсикологическому (с.-т.); общесанитарному (общ.); органолептическому (орг.) [24].

Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде. Государственный стандарт на воду, используемую для питья и в пищевой промышленности определяет благоприятные для человека органолептические показатели воды: вкус, запах, цвет, прозрачность, а также безвредность ее химического состава и эпидемиологическую безопасность. Одни и те же требования предъявляются к воде из любого источника водоснабжения независимо от способа ее обработки и конструкции водозабора и водопровода. Вкус воды обусловлен растворимыми в ней веществами. Нередко неприятный привкус и запах сообщают воде продукты разложения животных и растительных организмов, например сероводород. Напротив, кислород, диоксид углерода, небольшое количество гидрокарбоната кальция, растворенные в воде, придают ей приятный, освежающий вкус.

Очень малая минерализованность воды (ниже 100 мг/л тоже ухудшает ее вкус, а вода, вообще лишенная солей (дистиллированная), вредна для здоровья, так как ее употребление нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции. Иногда по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается содержание сухого остатка до 1500 мг/л.

Запах воды также зависит от химического состава примесей и от растворенных в ней газов. Различают запахи естественного происхождения (от живущих и отмирающих в воде организмов, воздействия почв и фунтов, срубов колодцев) и искусственного происхождения (от случайного попадания сточных вод, от реагентов, используемых для обработки воды). Запах воды, подвергнутой хлорированию, определяют через 30 мин после введения хлора. Государственный стандарт устанавливает также цвет и прозрачность питьевой воды. Цветность воды определяют колориметрически, сравнивая ее с эталонной шкалой (платинокобальтовой или кобальтодихроматной), имитирующей эту цветность. Окраска питьевой воды по этим шкалам не должна превышать 20 условных градусов.

Степень прозрачности (или, напротив, мутности) воды зависит от количества содержащихся в ней взвешенных частиц. Взвеси, содержащиеся в воде, не только портят ее вкус, но и служат благоприятной средой для развития болезнетворных бактерий. Поэтому стандарт строго ограничивает их содержание: в водопроводной воде концентрация взвешенных веществ не должна превышать 1,5 мг/л.

Разумеется, питьевая вода не должна содержать токсических химических веществ в концентрациях, вредных для человеческого организма. Строго регламентированы реакция среды, которая в питьевой воде должна быть близка к нейтральной (рН 6,5--8,5), и температура питьевой воды в водопроводных сетях. Содержание в питьевой воде большого количества растворимых солей магния и кальция не только ухудшает ее вкус, но и обусловливает жесткость воды. Жесткая вода неприменима в ряде отраслей промышленности, в теплотехнике и неблагоприятна при ее бытовом использовании. В ней труднее развариваются многие продукты и их питательная ценность уменьшается, резко ухудшается моющая способность и возрастает расход мыла. Употребление жесткой воды способствует развитию ряда заболеваний. Допускается жесткость питьевой воды не выше 7 ммоль и лишь в отдельных случаях по согласованию с санитарно-эпидемиологической службой допускается использование в водопроводных сетях воды с жесткостью до 10 ммоль.

Вопрос доброкачественности питьевой воды решают путем определения количества кишечной палочки в 1 л воды. Кишечная палочка -- это микроб, постоянно обитающий в кишечнике человека и животных и, следовательно, безвредный. Однако ее присутствие в воде свидетельствует о наличии в ней выделений людей или животных и о возможности загрязнения воды болезнетворными бактериями. Согласно нормам, в 1 л питьевой воды может содержаться не более трех бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Это число называется коли-индексом воды; обратная величина, т. е, количество миллилитров воды, в котором находится одна кишечная палочка, называется коли-титром. Питьевая вода, безупречная в бактериальном отношении, должна иметь коли-титр не менее 333.

Угроза поступления болезнетворных бактерий может исходить не только от питьевой воды, но и от воды, используемой для купания, занятий спортом и т. п. Пригодность водных объектов для этих целей регламентирует группа Государственных стандартов [25,26].

Для водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, также установлены нормативы качества воды применительно к двум категориям:

I-- использование водных объектов для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;

II-- использование водных объектов для других рыбохозяйственных целей.

ПДК вредных веществ для рыбохозяйственных водоемов и водотоков установлены для 521 ингредиента, объединенных в группы по следующим показателям: токсикологическому, органолептическому, рыбохозяйственному и общесанитарному.

Необходимо отметить, что используемые в настоящее время методы оценки качества воды с помощью системы ПДК загрязняющих веществ не дают полного представления о состоянии природных вод и не являются достаточной гарантией их охраны от загрязнения.

Сами Правила рассчитаны на обеспечение чистоты реки или водоема лишь в створах пунктов питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования. Такой подход уже привел к тому, что многие реки нашей страны загрязнены локально или непрерывно почти на всем протяжении. В непроточных и слабопроточных водоемах процессы самоочищения протекают еще медленнее и нередко возникают аварийные ситуации. Все современные очистные сооружения построены с использованием деструктивных методов очистки, которые сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления, восстановления, гидролиза, разложения и т. п., причем продукты распада частично удаляются из воды в виде газов или осадков, а частично остаются в ней в виде растворимых минеральных солей. В результате так называемые нетоксичные минеральные соли поступают в природные воды в количествах, соответствующих ПДК, но во много раз превышающих их естественные концентрации в водной среде. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, фосфора, серы и других элементов, тем не менее, повышает содержание в воде растворимых сульфатов, нитратов, фосфатов и других минеральных солей, вызывающих эвтрофикацию водоемов, их «цветение» за счет бурного развития синезеленых водорослей; последние, отмирая, поглощают массу кислорода и лишают воду способности к самоочищению.

Современная промышленность ежегодно синтезирует много новых веществ; установление их ПДК неизбежно запаздывает, тем более что, попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные комбинации соединений с неизвестными свойствами.

Таким образом, существующие ПДК, разработанные санитарно-гигиенической службой, далеко не полностью отражают влияние чужеродных веществ на водные экосистемы. Необходима разработка экологических ПДК и оценка состояния природных вод не только по общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по биохимическим и микробиологическим характеристикам, отражающим уровень жизни гидробионтов [17,19].

Делись добром ;)