Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

Рассмотрим следующий  пример. Допустим, что в воздухе  населенного пункта одновременно присутствуют диоксид азота и диоксид серы в концентрациях 0,06 и 0,04мг/м³ соответственно. Установленные для них  ПДК составляют 0,085 и 0,05мг/м³ соответственно. Следовательно концентрация каждого вещества отвечает нормативу ПДК. Но их суммарная концентрация составляет 0,06+0,04=0,1 мг/м³, т.е. превыщает ПДК для каждого из них в отдельности, а, следовательно, их уровень загрязнения воздуха превышает допустимую норму.

Поэтому известное условие: С ≤ ПДК следует записать в  иной форме,  которая учитывает  эффект суммации: С/ПДК ≤ 1. Совершенно очевидно что, сколько бы вредных  веществ ни присутствовало в воздухе: одновременно, последнее условие  должно строго соблюдаться.

Таким образом, качество воздуха  будет отвечать установленным нормативам, если

                    

где С₁, С₂,....С_п - концентрация вредных веществ, обладающих эффектом суммации; ПДК₁, ПДК₂, ... ПДК_п - соответствующие им предельно допустимые концентрации.

Уравнение (4.1) показывает, что  сумма отношений концентраций вредных  веществ, обладающих эффектом суммации, к соответствующим им ПДК не должна превышать единицы.

Поэтому в приведенном  выше примере в соответствии с  уравнений (4.1) концентрация NО₂  не должна превышать 0,045 мг/м³, SO₂ – 0,023мг/м³.

Только в этом случае сумма  отношений С/ПДК для этих соединений кажется меньше единицы:

 

 

И качество воздуха  будет  соответствовать установленным  нормативам. Анологичным образом  эффекты суммации учитывают и  для водных объектов.

Вместе с тем, следует  заметить, что суммарные ПДК не отражают реальную форму эффекта, вызываемого воздействием тех же токсичныхвеществ на организм человека, поскольку они вычисляются расчетным путем, исходя из соотношения наблюдаемой концентрации загрязнителей и принятыми для них ПДК.

Для исправления этого  недостатка предлагают использовать другие показатели. Так, для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:

 где q₁ - средняя за год концентрация і-го вещества в воздухе;

А_і - коєффициент опасности і-го вещества, обратный ПДК этого вещества:

А_і=1/ПДК_і;

С_і - коєффициент, зависящий от класса опасности вещества: C_і =l,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов опасности (сведения о классах опасности веществ приведены в разделе 7).

Индекс І_m является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для m = 5 - т.е. наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других входят твкие вещества, как диоксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, 3,4 - бензпирен, пыль. Значение индекса Im изменяется от долей единицы до 15 … 20  - чрезвычайно опасных уровней загрязнения. Высокий индекс загрязнения имеют такие города Украины, как Кривой Рог, Мариуполь, Запорожье, Днепродзержинск, Алчевск.

Кроме того, чтобы определить состояние загрязнения воздуха  несколькими веществами, которые  действуют одновременно, очень часто  используют  комплексный показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Для его расчета, нормированные на соответствующие значения ПДК средние концентрации примесей с помощью расчетов приводят к концентрации SО₂

                                                 

А полученные  значения К _і складывают. Полученный таким образом показатель ИЗА указывает, в сколько раз суммарный уровень загрязненности  атмосферы несколькими веществами превышает ПДК двуокиси серы.

Для каждого населенного  пункта определен конкретный перечень пяти приоритетных примесей, по которым  рассчитывается индекс загрязнения  атмосферы ИЗА 5.

 

4.4. Раздельное  нормирование и классификация  ПДК

В соответствии с раздельным нормированием уровней загрязнения  воздуха в рабочих зонах и  населенных пунктах устанавливается  различные требования к уровню загрязнения  в пределах площадок  предприятий  и в районах жилой застройки. С учетом рассеивания  концентрации вредных веществ не должны превышать:

а) в воздухе на территории предприятия 30% от ПДК_Р.З. (ПДК_П.П. ≤ 0,3 ПДК_Р.З. );

б) в воздухе населенных пунктов – ПДК_М.Р. и ПДК_С.С.;

в) в воздухе населенных пунктов с населением более 200 тыс. чел.и  в курортных зонах - 80% от ПДК_М.Р (рис. 4.1.).

               ПДК

ПДК_Р.З.

макс. раз.

Макс. раз. на терр. предпр.

 ПДК_П.П. = 0,3 ПДК _Р.З.

В атмос. возд. нас.

пункта  ПДК _А.В.

Макс. Раз.

(ПДК  _М.Р.)

Среднесут. ПДК_С.С.

Макс. Раз. для курорт. городов и курортов 0,8 ПДК_М.Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        

                                   Рис. 4.1 - Классификация ПДК

 

При проектировании предприятий  в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других, ранее построенных и действующих  предприятий, необходимо нормировать  их выбросы с учет уже присутствующих в воздухе примесей. Их содержание рассматривавается в качестве фоновой концентрации - Сф. Если имеется несколько источников выбросов вредных веществ, то требования к качеству воздуха определяется  следующим образом:

на территории предприятия

для воздуха населенного  пункта

где C_і концентрация вредного вещества, поступающего от і -го источника; С_mi наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от і -го источника, N - число источников, через которое данное вредное вещество поступает в воздушный бассейн.

Если в атмосферном  воздухе присутствуют выбросы нескольких (К) веществ обладающих эффектом суммации, то необходимо переходить к безразмерным концентрациям q_i. Условия санитарных норм будут выполнены, если

Анализ изменения ПДК  за длительный период показывает, что  они постоянно ужесточаются в  результате установления более низких ПДК для отдельных веществ, расширения групп суммации и, следовательно, уменьшение допустимой концентрации для веществ, входящих в группы суммации при их одновременном присутствии в  воздухе. С учетом сказаного ПДК  для целого ряда веществ уменьшилось  от 2 до 10 раз. И хотя тенденция достаточно устойчива, вряд ли она будет  способствовать прогрессу в области нормирования и управления качеством природной  среды. В ряде случаев (т.е. в отдельных  технологических процессах!) определенный уровень выбросов неизбежен и  ужесточение  норм ПДК никакого практического  эффекта не даст.

 

4.5. Расчетные  методы определения ПДК

Установленные 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 значение ПДК, рассчитанные с помощью регрессивного анализа, оказались весьма близки к нормативным, определенным экспериментально.

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

Для расчета ПДК_Р.З. летучих органических веществ Лойт (1964)  предложил формулу

 

где М - молярная масса вещества,  ЛК₅₀ - летальная концентрация вещества, вызывающая при вдыхании гибель 50% подопытных животных мг/л.

Ближе к указанным значениям  ПДК их ориентировочные величины рассчитанные по формуле Люблиной и  Голубева (1970), полученной при использовании  физико-химических констант:

При расчете ПДК_Р.З. неорганических газов и паров можно воспользоваться другой формулой

Разумеется, расчетные методы не могут заменить экспериментальные  величины ПДК, в особенности для  веществ обладающих выраженным специфическим  действием, но  совершенствование  математических методов установления ПДК и привлечение к регрессивному  анализу большего числа исходных показателей повысит его роль в прогнозировании допустимых пределов  содержания в воздушной среде  опасных для здоровья химических ингредиентов.

Для атмосферного воздуха  населенных мест существующий принцип  нормирования предусматривает установление двух типов ПДК максимальных разовых  и среднесуточных (ПДК_М.Р. и ПДК_С.С. соответственно). Для первой из этих величин Кротов предложил уравнения простой линейной регрессии, позволяющие на основании знания порогов обонятельного ощущения, светочувствительности глаза и биоэлектрической активности коры головного мозга рассчитывать ориентировочные значения ПДК_М.Р. атмосферных загрязнений:

                               

                              

                              

 где х₁- порог обоняния для наиболее чувствительных людей, мг/м³;

х₂ - порог световой чувствительности глаза, мг/м³;

х_з - порог действия на биоэлектрическую активность коры головн мозга, мг/м³.

Данные, полученные при сопоставлении  наиболее чувствительного из порогов, позволили вывести суммирующее  уравнение:

           

 где х₄ -  пороговые данные по наиболее чувствительному рефлекторному

тесту мг/м³.

 

Среднесуточные  ПДК атмосферных  загрязнений предусматривают такие  концентрации загрязняющих веществ, которые  безвредны даже при их  круглосуточном вдыхании с воздухом.  Для расчета  ПДК_С.С.  мало токсичных веществ с выраженным рефлекторным действием можно использовать простое  линейное уравнение, где в качестве переменной величины использован порог обоятельного ощущения х:

                             

Полученные по этой формуле  величины ПДК_С.С. хорошо совпадают с установленными экспериментально.

Спыну  и Иванова, сопоставили  ПДК_Р.З. и ПДК_С.С. для 30 токсичных веществ главным образом, пестицидов, и предложили уравнение

      

с достаточно  высоким  коэффициентом корреляции (г = 0,69).

Кротов выполнил аналогичные  исследования для 75 веществ и получил  близкое уравнение:

          

Приведенные выше уравнения  могут быть использованы для предварительной  оценки токсичности химического  загрязнения атмосферы.

 

4.6. ПДК  загрязнений для растений

Растение -  фотосинтетики, открывающие пищевые цепи в экосистемах, как и другие живые организмы, чувствительны к присуствию загрязняющих веществ в окружающей среде. Многочисленные факты снижения продуктивности и  гибели древесных, кустарниковых и  травянистых растений вследствие загрязнения  воздуха хорошо известны. Поэтому  нормирование содержания загрязняющих веществ применительно к растениям - важная, трудная и до конца пока нерешенная задача.

Трудности заключаются в  том, что разные виды совместно произрастающих растений в разной степени устойчивы  к одним и тем же веществам. Поэтому в экосистеме диапазон общей  устойчивости данного трофического уровня достаточно широк. Во-вторых, устойчивость зависит от условий  места обитания, т.е. от режимов экологических фактов (например, увлажнения, освещенности, минерального питания). В-третьих, одно и тоже  растение в разной степени устойчиво к тем или иным веществам  в разные периоды своего развития: распускания листьев, бутонизации  и цветения, созревания семян. В-четвертых, разные физиологические процессы у растения неодинаково уязвимы для загрязняющих веществ, и необходимо в качестве теста выбирать наиболее демонстративное свойство.

Таким наиболее чувствительным к помехам процессом считается  фотосинтез, определяющий продукцию  экосистемы. Метод определений  допустимых норм загрязнений воздуха основан  на определении минимальных изменений  фотосинтеза у растений. Для этого  используются чувствительные биофизические  методы определения изменения спонтанного  сверхслабого свечения и свободных  радикалов в клетках под  влиянием низких концентраций газов. Интенсивность  фотосинтеза определяют методом  электрохемилюминесценции.