Рассеяние и диффузия поллютантов в депонирующих средах (почве и донных осадках)

Почва и донные осадки, в принципе, являются твердыми фазами, поэтому в них перемешивание практически всегда отсутствует. Следовательно, рассеяние загрязнителей в этих средах строго описывается уравнением с использованием молекулярных коэффициентов диффузии:

Если имеется постоянный выброс загрязнителя, концентрация которого в выбросе постоянна и равна С₀, а концентрация С в начальный момент в любых точках, кроме точки выброса, равна нулю, то граничные условия имеют вид: 1) С = 0 при t = 0; 2) при х = 0, С = С₀ = const и не зависят от времени. При этом второй член уравнения (14), стоящий в скобках — интеграл вероятностей (трансцендентная функция Крампа), определяется по специальным таблицам.

Естественно, что отсутствие перемешивания (ветра, течения и т. п.) в депонирующих природных средах явление достаточно редкое, поэтому и расчеты по уравнению (14) с использованием коэффициентов молекулярной диффузии имеют ограниченное значение. На практике применяются другие, значительно более сложные расчеты, приводимые далее.

Согласно большому массиву экспериментальных данных, молекулярные коэффициенты диффузии различных веществ в газовой фазе составляют примерно п • 10^-1 см²/с, в жидкой фазе — п • 10~⁵ см²/с, а в твердой фазе — п • 10^-10 см²/с.

В соответствии с этим согласно уравнению:

среднее смещение границы загрязнения за несколько суток в атмосфере будет определяться метрами, в водной среде — сантиметрами, а в почве и донных осадках — долями миллиметров.

Однако реально почвы часто, а донные осадки никогда не являются истинно твердыми фазами, так как первые часто, а вторые всегда содержат воду, т. е. оказываются влажными. Эта вода находится в порах и трещинах твердых фаз, и в этой жидкой составляющей почв и донных осадков диффузия загрязнителей протекает со скоростями, которые определяются коэффициентами диффузии в жидкостях, на несколько порядков большими, чем коэффициенты диффузии в твердой фазе.

Поэтому коэффициент диффузии не реагирующего с твердой основой загрязнителя в осадке или почве определяется по уравнению.

где D — коэффициент диффузии загрязнителя в осадке или почве, D₀ — коэффициент диффузии в свободном растворе, наполняющем осадок, Ф — пористость и 0 — извилистость осадка, или по уравнению.

где L_s — электропроводность водонасыщенного осадка, L_w — электропроводность поровой воды.

Так как электропроводность экспериментально определяется проще и быстрее, чем пористость и извилистость, использование уравнения (16) часто более предпочтительно.

Отношение —для морских глубоководных осадков лежит в пределах.

L_w

от 1,6 до 13,6.

При экологическом контроле и изучении депонирующих сред широко используются показатели для оценки межфазных переносов загрязнителей: коэффициент донной аккумуляции КДА и коэффициент накопления в гидробионтах К_н.

Они рассчитываются по уравнениям:

где С_д 0 и С_в — концентрации загрязняющих веществ соответственно в донных отложениях и воде; С_г — концентрация загрязняющих веществ в гидробионтах.

Санитарно-гигиеническое нормирование развивается в рамках экотоксикологии. Это методически наиболее глубокое направление, насчитывающее более шести десятков лет. К основному объекту нормирования относится толерантность людей по отношению к вредным и опасным факторам жизненной и производственной среды. Другой, более общий вариант санитарно-гигиенического нормирования включает в себя оценку качества окружающей среды и ее компонентов через систему индексов (ИЗА, СИ, ИХЗ и др.).

Поэтому для всех природных сред в качестве нормативных санитарно-гигиенических показателей используют величины предельно допустимых концентраций (ПДК) или индекс химического загрязнения (ИХЗ), предельно допустимый выброс (ПДВ), предельно допустимый сброс (ПДС), предельно допустимый уровень (ПДУ) для физических факторов (например, электромагнитное воздействие, шум, вибрация, радиация), предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) и др.

Эти нормативы начали разрабатываться впервые в нашей стране с 1949 г., вначале для водных объектов, исходя из требований экологической безопасности населения. Сейчас нормируются в воде около 1500, в атмосферном воздухе населенных мест более 450, в почвах более 100, в воздухе рабочей зоны более 100 величин.

В случаях, когда величина ПДК в различных средах еще не установлена, применяют временный гигиенический норматив (ОБУВ) — временно допустимая концентрация (ориентировочно безопасный уровень воздействия), устанавливающийся обычно на 2—3 года.

Все вредные вещества в зависимости от степени их негативного влияния делятся на классы опасности. При этом одно и то же вещество или химический элемент могут иметь разные классы вредности в зависимости от вмещающей среды (атмосферный воздух, вода разного назначения, почва, сырье, продукты питания и т. п.), что обусловлено их физико-химическими свойствами и активностью проявления опасных свойств. Такое понимание соответствует принятому нормативу — ГОСТ 12.1.007—76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса:

• • 1-й класс — чрезвычайно опасные;
• • 2-й класс — высокоопасные;
• • 3-й класс — умеренно опасные;
• • 4-й класс — малоопасные.

Класс опасности устанавливается в зависимости от норм и показателей, представленных в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Нормы для классов опасности вредных веществ.

Отнесение вредного вещества к классу опасности производится по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

К санитарно-гигиеническому типу нормирования также относятся нормы: санитарно-защитных зон (СЗЗ), источников водоснабжения, высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) и зеленых зон городов.

В качестве инновационного вида выделяется нормирование: индивидуального и группового риска при разного рода (химических, физических, включая ионизирующее излучение) чрезвычайных ситуациях и в зонах экологического бедствия, а также для разработки предпроектной и проектной документации (ОВОС) для обоснования градостроительной документации и иных проектных решений по снижению негативного воздействия на окружающую среду и население, а также обоснование инвестиций в строительство и системы экологического мониторинга территории (СП 11−102—97. Инженерно-экологические изыскания для строительства).

Российская система санитарно-гигиенических критериев качества окружающей среды обладает четко выраженной спецификой, значения критериев в нашей стране особенно для наиболее опасных токсикантов примерно на порядок меньше, чем в Европе и в США. Это объясняется различием методологического подхода к определению самих критериев.