Нормативно допустимые уровни воздействия на различные среды

Используя изложенные выше принципы, можно определить уровни воздействия на природные среды, при которых эти компоненты окружающей природной среды смогут сохранять необходимые для поддержания жизнедеятельности параметры. Основные природные среды — атмосфера, гидросфера и литосфера.

Основным каналом негативного воздействия на атмосферу является поступление загрязнителей в виде газообразных веществ и аэрозолей. При этом важно соблюдать норматив предельно допустимого выброса, который рассчитывается таким образом, чтобы при самых неблагоприятных условиях рассеивания выбросов величины ПДК по каждому компоненту выбросов не было превышено ни в одной точки по так называемой оси факела выброса. Под рассеиванием понимают процесс перемешивания компонентов выбросов с атмосферным воздухом. Чем лучше условия перемешивания, тем большее количество вредных веществ может быть выброшено в атмосферы без риска, что уровень ПДК по какому-либо из компонентов будет перемешан, туг действует принцип разбавления, согласно которому при невозможности задержать вредное вещество и исключить его попадание в атмосферу, следует обеспечить такое перемешивание вредных компонентов с атмосферным воздухом, при котором концентрация вредностей в атмосферном воздухе будет гарантированно понижена до уровней, не превышающих нормы ПДК.

Определить максимальную допустимую мощность выброса (г/с) и соответствующий этой мощности норматив предельно допустимого выброса (т/год) по каждому загрязняющему веществу позволяет официально принятая в нашей стране методика расчета максимальной приземной концентрации вредного вещества, называющаяся ОНД-86. По ней рассчитывают концентрации загрязняющих веществ не только вокруг точечных источников выбросов, но и в случаях линейных, площадных и групп точечных источников, а также в разнообразных условиях рассеивания выбросов, во многом зависящих от географического положения источника и рельефа ландшафта. Наибольший интерес в связи с этим представляют так называемые неблагоприятные метеоусловия, при которых перемешивание вредных выбросов с атмосферным воздухом происходит хуже всего. Таким условиями являются, как правило, полный или почти полный штиль и температурное состояние атмосферы, называемое инверсией, при которой с увеличением высоты наблюдается не понижение, как обычно, а повышение температуры. В результате дымовые выбросы не имеют возможности подниматься в более высокие слои атмосферы, и концентрация вредных примесей в приземном слое воздуха резко возрастает.

Основными параметрами, по которым в ОНД-86 определяются значения максимальных приземных концентраций, являются высота источника над поверхностью земли, температура отходящих газов, мощность выброса, географическое положение источника выбросов, тип источника (точечный, линейный, площадной, группа точечных). С их помощью методика ОНД-86 позволяет установить максимальные приземные концентрации в приземном слое воздуха по каждому компоненту выбросов на различном удалении от источника.

По этим данным обычно строится график зависимости значения максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от расстояния до источника выбросов, примерный вид которого представлен на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Пример графика зависимости значения максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от расстояния до источника выбросов.

На некотором расстоянии от источника выбросов (Х_м) наблюдается максимум значения максимальной приземной концентрации, что определяется характером оседания выбросов. С увеличением расстояния от источника выбросов концентрация вредных веществ в воздухе, связанная с влиянием рассматриваемого источника, постепенно снижается в связи с процессами оседания загрязнителей и процессами перемешивания с незагрязненным воздухом. Как можно видеть из графика на рис. 7.2, в непосредственной близости от источника выбросов концентрация вредных примесей в приземном слое воздуха, связанных с выбросами рассматриваемого источника, минимальна, что объясняется высотой источника выбросов. Если труба имеет достаточную высоту, то дым успевает улететь на некоторое расстояние от источника, прежде чем начинается процесс оседания компонентов и концентрация загрязнителей в приземном слое повышается.

Если оказывается, что значение максимальной приземной концентрации по какому-либо из компонентов выбросов превышает уровень ПДК, то необходима предварительная очистка отходящих газов. Используя сведения о величине фоновой концентрации данного компонента выбросов в атмосфере, по методике ОНД-86 устанавливают необходимую степень очистки отходящих газов по соответствующему компоненту или подбирают необходимую высоту трубы, при которой рассеивание будет обеспечивать непревышение величины ПДК ни по одному из компонентов выбросов. По методике также можно определить величину опасной скорости ветра, при которой возможно образование максимальной приземной концентрации вредностей в приземном слое атмосферы.

Многолетняя практика использования методики расчета рассеивания дымовых выбросов показывает, что результаты, полученные с ее помощью, весьма точно коррелируют с фактическими концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. По методике ОНД-86 можно сравнительно надежно определить нормативно допустимый уровень выбросов, обеспечивающий соблюдение нормативов ПДК и, соответственно, сохранить приемлемое качество атмосферного воздуха в районе выбросов.

Определение НДС загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты основано на расчетах процессов перемешивания загрязненных стоков с водой водного объекта, в результате чего концентрация вредных примесей по сравнению с исходной сточной водой снижается. Существует достаточно большое количество методик, помогающих рассчитать процессы разбавления при попадании сточных вод в поверхностные водные объекты. Среди них наибольшую известность получила методика, основанная на расчете разбавления вредных примесей по методу В. А. Фролова — И. Д. Родзиллера. Метод Фролова — Родзиллера разработан для условия сброса сточных вод в средние и большие реки, т. е. когда в водоприемнике наблюдается устойчивое течение. Метод позволяет оценить концентрацию загрязняющего вещества в струе сточных вод, которые по мере удаления от точки сброса постепенно перемешиваются с речной водой вплоть до так называемого створа полного перемешивания, а также определить НДС, при котором концентрация загрязняющего вещества в расчетном створе не будет превышать нормативного значения, соответствующего действующим нормам ПДК. Расчетным створом обычно считается такое расстояние от точки сброса, на котором требуется установить концентрацию загрязняющих веществ в воде водного объекта. Часто расчетный створ принимают в местах водозаборов, в зонах массового отдыха населения, т. е. там, где соблюдение нормативных параметров качества воды имеет первостепенное значение.

Для расчета разбавления необходимо использовать довольно много исходных параметров, характеризующих водоприемник и условия сброса сточных вод. К таким параметрам в первую очередь относятся скорость течения воды в реке, расход воды в реке, глубина водоприемника, расход сточной воды в трубе, через которую производится сброс, концентрация загрязняющего вещества в сточной воде, коэффициент извилистости русла, фоновая концентрация данного вещества в воде водоприемника, коэффициент шероховатости русла и некоторые другие параметры. Важным для определения параметров разбавления сточных вод водами водоприемника является место сброса. В большинстве случаев используются два варианта сброса — прибрежный сброс и так называемый сброс в стрежень. С точки зрения перемешивания наиболее эффективен сброс стоков в стрежень, т. е. в наиболее глубокое место реки, где наблюдается наибольшая скорость течения, обеспечивающая наилучшие условия разбавления стоков. Метод Фролова — Родзиллера позволяет определить максимальное количество стоков, которое можно сбросить в водный объект, и при этом соблюсти нормативы качества воды в поверхностном водном объекте по всем контролируемым параметрам.

Если в ходе расчетов оказывается, что при запланированном количестве сбросов сточных вод концентрации отдельных загрязняющих веществ в контрольном створе реки окажутся выше нормативов ПДК, то рассчитывают необходимую степень очистки стоков, при которой нормативы ПДК в контрольном створе будут соблюдаться.

В настоящее время не существует единой методики для определения допустимого уровня воздействия на почвенный покров. Как правило, в каждом конкретном случае вопросы, связанные с допустимым уровнем антропогенного воздействия на почву, рассматриваются индивидуально. Наиболее разработаны вопросы химического загрязнения корнеобитаемого слоя почвы. В настоящее время установлены значения ПДК в почве для нескольких десятков веществ, которые чаще других выступают в качестве загрязнителей корнеобитаемого слоя почвы. К таким веществам в первую очередь относятся химикаты, используемые в сельском хозяйстве, например минеральные удобрения и ядохимикаты. Эти вещества способны поглощаться корнями растений и включаться в состав их тканей. В результате указанные химические соединения входят в пищевую цепь и могут попасть в организм человека, приводя к тем или иным патологиям. Трудность определения допустимого уровня содержания загрязняющих веществ в почве связана с большим разнообразием видов почв с точки зрения гранулометрического и химического состава, а также с разнообразием по ряду других показателей, например плотности, воздухопроницаемости и водопроницаемости. В результате одинаковый уровень содержания вредного компонента в разных почвах может иметь совершенно разные последствия.

Помимо химического состава необходимо нормирование прочих видов воздействия на почвы, что также затруднено большим разнообразием видов почв и условий рельефа. Наибольшее значение тут можно отвести механическому воздействию на почвы. Например, если в процессе обработки почвы используется сельскохозяйственная техника с чрезмерно высоким уровнем удельного давления на почву, то это может привести к чрезмерно высокому уплотнению почвы, потере воздухопроницаемости и, как следствие, снижению почвенного плодородия. Механическое воздействие также влияет на устойчивость почвенного покрова. Если механическая обработка производится на склоне, то важно направление борозд. Если борозды направлены вдоль склона, то это может привести к сосредоточению поверхностного стока в бороздах, выносу частиц почвы с водными потоками и размыву территории с образованием оврагов. Аналогичное механическое воздействие, но с направлением борозд поперек склона, как правило, не имеет указанных негативных последствий.

Воздействие на растительный и животный мир проявляется в разрушении мест обитания, изменениях условий среды обитания, чрезмерном изъятии особей из популяций и целом ряде прочих факторов. ПДУ воздействия определяется в первую очередь масштабами и типом самого воздействия, а также уровнем толерантности как отдельных организмов, так и гомеостатическими возможностями сообществ в целом.

Наиболее масштабный тип воздействия, проявляющийся на биосферном уровне, — климатические изменения, вызванные деятельностью человека. Они приводят к изменению сезонных ритмов проявления климатических факторов среды и к нарушениям функционирования природных биотических сообществ. Глобальное потепление вызывает изменения не только температурного режима целых регионов, но и гидрологические изменения. На 2017 г. повышение среднегодовой температуры атмосферы в глобальном масштабе составило приблизительно 0,8 °С. Наблюдения показали, что результатом этого стали такие явления, как резкие температурные колебания, увеличение силы штормов, перераспределение осадков по территории суши и целый ряд других изменений. Наиболее опасны резкие температурные колебания, влияющие на сезонные биоритмы животных и растений. Например, чрезмерно теплая погода в зимний период может стать причиной аномально раннего выхода из зимнего анабиоза многих животных и растений, что чревато массовой гибелью этих организмов и дестабилизацией биоценоза. По мнению многих экспертов, уровень глобального потепления в 0,8 °С является предельным для адаптационных возможностей значительного числа организмов. В свою очередь, данная ситуация показывает, что дальнейшее увеличение содержания в атмосфере нашей планеты парниковых газов может привести к превышению допустимого уровня воздействия на природные биотические сообщества и их дестабилизации в глобальных масштабах.

Рассматривая воздействие на объекты растительного и животного мира на уровне отдельных популяций и особей, величину нормативно допустимого воздействия можно связать с наличием в окружающей среде мест обитания тех или иных загрязняющих веществ, с уровнем физических воздействий на компоненты среды обитания, с интенсивностью эксплуатации популяций. Допустимые уровни химического и физического загрязнения мест обитания непосредственно зависят от пределов толерантности особей каждого отдельного биологического вида, обитающих на соответствующей территории. Правильным считается такой подход к нормированию воздействия, согласно которому предельно допустимый уровень химического и физического загрязнения определяется пределами толерантности особей биологического вида, наиболее чувствительного к изменениям параметров окружающей среды. Этот принцип заложен в основу широко применяемых методов биоиндикации и биотестирования, которые подразумевают наблюдение за состоянием особо чувствительных организмов индикаторов или искусственное внесение в среду обитания таких чувствительных организмов соответственно. Например, о качестве водоподготовки или очистки сточных вод на предприятиях водоканала позволяют судить раки, которых в этом случае используют как тест-объекты. Правильность подхода к установлению предельного уровня допустимого воздействия на природные биотические сообщества, который основан на принципе слабого звена, заключается в том, что все организмы в биоценозе связаны прямыми и косвенными взаимодействиями. Если при определении допустимых уровней воздействия руководствоваться пределами толерантности лишь наиболее ценных в хозяйственном отношении представителей биотического сообщества, то может сложиться ситуация, когда оказываемое воздействие будет пагубным для представителей биологических видов, имеющих в сообществе тесные пищевые связи с хозяйственно значимыми видами. В результате угнетения первых по цепочке могут быть дестабилизированы популяции, для которых непосредственное влияние дестабилизирующего фактора не представляет опасности.