Тема: Расчет предельно допустимых концентраций

В соответствии с раздельным нормированием уровней загрязнения воздуха в рабочих зонах и населенных пунктах устанавливаются 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.).

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 учетом уже присутствующих в воздухе примесей. Их содержание рассматривается в качестве фоновой концентрации – С ф. Если имеется несколько источников выбросов вредных веществ, то требования к качеству воздуха определяются следующим образом:

на территории предприятия

, (4.3.)

для воздуха населенного пункта

, (4.4.)

где С i – концентрация вредного вещества, поступающего от i-го источника;

С mi – наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника, N – число источников, через которые 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

. (4.5.)

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, уменьшения допустимой концентрации для веществ, входящих в группы суммации, при их одновременном присутствии в воздухе. С учетом сказанного ПДК для целого ряда веществ уменьшилось от 2 до 10 раз. И хотя эта 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

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 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, ЛК 50 – 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 х 1 – порог обоняния для наиболее чувствительных людей, мг/м 3 ;

х 2 – порог световой чувствительности глаза, мг/м 3 ;

х 3 – порог действия на биоэлектрическую активность коры головного мозга, мг/м 3 .

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

где х 4 – пороговые данные по наиболее чувствительному рефлекторному тесту, мг/м 3 .

Среднесуточные ПДК атмосферных загрязнений предусматривают такие концентрации загрязняющих веществ, которые безвредны даже при их круглосуточном вдыхании с воздухом. Для расчета ПДК с.с. малотоксичных веществ с выраженным рефлекторным действием можно использовать простое линейное уравнение, где в качестве переменной величины использован порог обонятельного 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 (r=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.

Загрязнители могут обладать:

1) сходным токсическим действием;

2) усиливать свою токсичность в присутствии друг друга;

3) ослаблять свою токсичность в присутствии других.

ПДК – предельно-допустимая концентрация – та концентрация вредного вещества в почве, воздухе или водной среде, которая при постоянном воздействии практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у потомства. ПДК устанавливается с учетом ЛД 50 , устойчивости загрязнителя в окружающей среде, и с некоторым запасом.

ПДК загрязняющих веществ устанавливается в законодательном порядке либо Министерством здравоохранения.

Для нормирования воздушной среды ПДК подразделяют на :

1. ПДК рабочей зоны (ПДК рз)

2. ПДК максимально разовая (ПДК мр)

3. ПДК среднесуточная (ПДК сс).

ПДК рз – (выражается в мг/м 3) – концентрация, которая не должна вызывать у рабочих при ежедневном вдыхании в течение всего времени работы (8 ч) отклонений в здоровье. Рабочая зона – пространство до 2 м от пола.

ПДК мр – максимально разовая концентрация вещества (в воздухе населенных мест – при вдыхании в течение 30 минут не должна вызывать рефлекторных реакций со стороны организма человека).

ПДК сс – среднесуточная ПДК – не должна причинять здоровью человека прямого или косвенного вреда при неограниченно долгом воздействии.

Основным недостатком при использовании ПДК является невозможность учета кумуляции загрязнений – суммирования вредных эффектов от различных загрязнителей. При этом различают:

¾ аддитивное воздействие – если общий эффект равен сумме эффектов всех загрязнителей в отдельности (например – табачный дым в помещении с уже загрязненным воздухом);

¾ антагонистическое воздействие – если общий эффект меньше суммы отдельных эффектов от загрязнителей (продукт реакции: аммиак + хлороводород → хлорид аммония – менее токсичен, чем оба исходных вещества по отдельности);

¾ синергетическое воздействие – если общий эффект больше суммы эффектов (продукт реакции: пропилен + оксиды азота + свет → n-ацетнитрил – самый токсичный компонент фотохимического смога).

Следует отметить, что при наличии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия с концентрациями С, расчет допустимого содержания веществ проводится по формуле:

С 1 /ПДК 1 + С 2 / ПДК 2 + ... + С n /ПДК n < 1,

где С 1 , С 2 .....С n - фактические концентрации веществ в атмосфере, мг/м 3 ;

ПДК 1 , ПДК 2 , .... ПДК n - соответствующие ПДК для этих веществ, мг/м 3 .

Эффектом суммации действия обладают следующие сочетания вредных веществ: ацетон и фенол, диоксид серы и фенол, диоксид серы и диоксид азота, диоксид серы и аэрозоль серной кислоты, диоксид серы и сероводород, циклогексан и бензол, аммиак и оксиды азота и др.

В случае отсутствия значений ПДК для населенных мест могут применяться ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Они определяются путем расчета концентраций по физико-химическим свойствам или путем интерполяций и экстраполяции в рядах близких по строению соединений, или по показателям острой опасности. Величины ОБУВ должны пересматриваться через 2 года после их утверждения или заменяться ПДК с учетом накопленных данных о соотношении здоровья работающих и условий труда.

Среднемесячная концентрация - это концентрация примеси в атмосфере, определяемая как среднее значение из среднесуточных концентраций или из разовых концентраций, измеряемых по полной программе контроля (не реже 4 раз в сутки) не менее 20 сут в месяц.

Среднегодовая концентрация - это концентрация примеси в атмосфере, определяемая как среднее значение из среднесуточных концентраций или из разовых концентраций, измеряемых по полной программе контроля не менее 200 сут в год.

Пороговая концентрация острого действия – при однократном ингаляционном воздействии.

Пороговая концентрация хронического действия – при длительном ингаляционном воздействии по 6 ч ежедневно, мг/м 3 .

Если для человека принять летальную концентрацию в 2,5 раза меньше, чем для животных:

ЛД 50 /Сmin = z – зона однократного действия вещества.

Величина ПДК зависит от степени токсичности вещества, характеризующейся классом опасности. В зависимости от степени воздействия на организм человека все нормируемые вещества подразделяются на 4 класса опасности :

1-й класс - чрезвычайно опасные вещества, значение ПДК которых в воздухе рабочей зоны не превышает 0,1 мг/м 3 (z ≤ 6);

2-й класс - высокоопасные со значением ПДК рз от 0,1 до 1 мг/м 3 (z = 16-18);

3-й класс - умеренно опасные со значением ПДК р5 от 1 до 10 мг/м 3 (z ≥ 55);

4-й класс - малоопасные со значением ПДК > 10 мг/м 3 .

ПДК некоторых загрязнителей атмосферы мг/м 3:

Вещество	Класс опасности	ПДК мр	ПДК сс
1. Пыль неорганическая 20-70% SiO 2		0,3	0,1
2. Диоксид серы (SO 2)		0,5	0,05
3. Диоксид азота (NO 2)		0,085	0,04
4. Оксид азота (NO)		0,6	0,6
5. Оксид углерода (СО)
6. Диоксид углерода (СО 2)
7. Формальдегид Н 2 СО		0,035	0,003
8. Бензол С 6 Н 6		1,5	0,1
9. Фенол С 6 Н 5 ОH		0,01	0,003
10. Аммиак NH 3		0,2	0,04
11. Сероводород H 2 S		0,008	-
12. Хлор Cl 2		0,1	0,03
13. Свинец		0,01	0,0003
14. Ртуть металлическая		0,01	0,0003
15. Бензапирен C 20 H 12		–	0,00001
16. Диоксин		0,5	–
17. Ацетон		0,35	0,35
18. П-ксилол		0,2	0,2
19. Сажа		0,15	0,05
20. Сероуглерод		0,03	0,005
21. Толуол		0,6	0,6
22. Дихлорэтан		3,0	1,0
23. Пропилен		3,0	3,0
24. Винилацетат		0,15	0,15
25. Стирол		0,04	0,002

ЛПВ – ограничительный норматив для водных объектов, используемый одновременно с ПДК – лимитирующий показатель вредности .

ЛПВ – не имеет количественной характеристики, а отражает приоритетность требований к качеству воды.

Три вида ЛПВ для поверхностных вод, согласно санитарным правилам и нормам:

1) Санитарно-токсикологический (характеризует токсическое действие вещества на организм человека и водных животных);

2) Общесанитарный (характеризует влияние вещества на общесанитарное состояние водного объекта, в частности, на скорость протекания процессов самоочищения);

3) Органолептический (способность вещества менять органолептические свойства воды – запах, вкус, цвет, появление пены и др.)

Сущность ЛПВ – загрязнитель воды (какой-либо) может оказывать на водные системы и здоровье человека неблагоприятное воздействие нескольких видов. То из воздействий, безопасная концентрация по которому данного вещества минимальна, и является лимитирующим.

ПДВ – предельно-допустимые выбросы (в атмосферу);

ПДС – предельно-допустимые сбросы (в водоем);

ПДВ и ПДС рассчитывают на основании величин ПДК для каждого конкретного предприятия данной территории. При этом учитываются как характеристики источников, так и условия распространения загрязнителей. Расчет ПДВ и ПДС представляет собой довольно сложную задачу, решаемую для каждого конкретного случая. Например, чтобы в жилом квартале содержание загрязнителя не превышало ПДК, нужно ограничить ПДВ. Концентрация же загрязнителя кроме ПДВ зависит от положения жилого квартала, силы ветра и других факторов.

ПДВ и ПДС – уже, в отличие от ПДК, не гигиенические, а экологические нормативы, которые непосредственно регулируют, регламентируют интенсивность и качество технологических процессов – источников загрязнений. Если предприятия превышают ПДВ (ПДС) – следуют экономические и административные санкции (соблюдение ПДВ и ПДС подкреплено законодательно). Однако:

1) Часто Предприятие не может соблюдать предписанные ему ПДВ (ПДС) по техническим причинам, санкции безрезультатны, а остановка производства по мнению власти чревата экономическими и социальными издержками ® вводятся ВСВ и ВСС!!!

– ВСВ – «временно согласованные» выбросы;

– ВСС – «временно согласованные» сбросы.

Введение ВСВ и ВСС производится обычно на уровне фактических выбросов и стоков, что является свидетельством отказа от нормирования и приводит к ухудшению экологической и гигиенической обстановки.

2) Существуют серьезные сомнения в самой пригодности ПДК как основы экологического нормирования (через ПДВ и ПДС), так как:

– далеко не для всех реальных загрязнителей установлены ПДК;

– нет ПДК для множества сочетаний различных загрязнителей; возможные взаимодействия между загрязнителями, образование вторичных продуктов и совмещенные эффекты не позволяют рассчитать «комплексы» ПДВ.

– ПДК веществ для некоторых ценных растений и животных могут быть ниже чем для человека ® проблема выбора?

– расчет большинства ПДВ делается на основании максимально-разовых ПДК, которые могут быть на порядок выше среднесуточных ПДК.

Для расчета ПДВ используют значение С – нормативно-предельная концентрация загрязнителя, причем:

С+С ф ≤ α·ПДК мр,

где α – безразмерный коэффициент,

α =1 для ПДВ,

α > 1 для ВСВ.

Расчет ПДВ ведется:

– по каждому загрязняющему веществу;

– при наличии нескольких загрязнителей однонаправленного действия – с соблюдением условия суммирования ПДК таких загрязнителей;

– для всех проектируемых и действующих предприятий данной территории;

– отдельно и по различным методикам для стационарных источников и передвижных (автотранспорт и др.), для загрязнителей атмосферы и водной среды;

– с учетом:

Параметров технологического процесса;

Фактического времени работы оборудования;

Эффективности работы очистных сооружений и др.

Основным нормативным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов и величин ПДВ для промышленных предприятий является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», 1986. Расчет по этой методике ведется на основе ПДК мр, с учетом факторов, таких как:

– высота трубы;

– расход газовоздушной смеси;

– разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха;

– температурный градиент атмосферы, определяющий условия перемешивания примесей;

– скорость оседания вредных веществ из атмосферы;

– условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

– влияние рельефа местности.

Формулы для расчета – сложные, полуэмпирические, с большим количеством коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов из вышеперечисленных. Похожим образом (с учетом особенностей водной среды в сравнении с воздушной) рассчитываются ПДС.

ПДВ суммируются:

– для предприятия в целом;

– для территории с несколькими предприятиями.

Недостатки такого нормирования аналогичны использованию ПДК для санитарно-гигиенического нормирования. Но пока законодательно мы имеем именно такое нормирование.

Предприятия должны иметь санитарно-защитные зоны (СЗЗ) – ширина территории вокруг предприятия, отделяющая ее от жилых застроек.

(С ф < [ПДК]), где С ф – фактическая концентрация вредного вещества.

Предприятия разделены на 5 классов по ширине СЗЗ (м):

К санитарному классу I относятся предприятия связанного азота (про­изводства аммиака, азотной кислоты, удобре­ний); вискозного волокна и целлофана; органических растворителей и ма­сел (бензола, толуола, ксилола и др.); суперфосфата, серной кислоты, оле­ума, сероуглерода; предприятия по переработке нефти и др.

К санитарному классу II относятся производства мочевины, искусст­венных и химических волокон, искусственной кожи, аммиачной селитры, шин и др.

Производства битума, гудрона и других продуктов из остатков пере­гонки нефти, пластических масс, полистирола и т. д. относятся к классу III .

К санитарному классу IV относятся производства готовых лекарствен­ных форм, искусственного каракуля, обуви, обувных картонов и пр.

Предприятия по переработке пластмасс и синтетических смол (только механическая обработка), по вулканизации резины без применения серо­углерода относятся к классу V .

Санитарно-защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена по следующим причинам: использование неэффективных методов очистки выбросов в атмосферу; отсутствие эффективных способов очистки выбросов; необходимость размещения жилой зоны с подветренной стороны по отношению к предприятию, в зоне возможного загрязнения атмосферы; в зависимости от розы ветров и других неблагоприятных метеорологических условий (частые штили, туманы и др.); строительство новых, еще недостаточно изученных в санитарном отношении производств.

Территория санитарно-защитной зоны должна быть озеленена и благоустроена. В санитарно-защитной зоне допускается размещать предприятия, их отдельные здания и сооружения с производствами меньшего класса вредности, чем производство, для которого установлена санитарно-защитная зона (при условии аналогичного характера вредности): пожарные депо, бани, прачечные, гаражи, склады, здания управления, конструкторских бюро, учебные заведения, магазины, предприятия общественного питания, поликлиники, научно-исследовательские лаборатории, связанные с обслуживанием данного производства, помещения для дежурного персонала и охраны предприятия, стоянки общественного и индивидуального транспорта, коммуникации, линии электропередач, нефте- и газопроводы, сооружения для подготовки технической воды и т. д.

ПДС – максимальное количество загрязняющего вещества в единицу времени, которое может быть выброшено предприятием в воздух (выброс) или водоем (сброс), которое не вызывает при этом неблагоприятных экологических последствий.

ПДС = q ст · С ст

Где q ст – расход сточных вод, м 3 /ч

С ст – концентрация вредного вещества в сточной воде, г/м 3 .

ПДС устанавливается санэпидемстанцией.

ПДН – максимально возможное антропогенное воздействие на природные ресурсы (комплексы), которые не приводят к нарушению устойчивости экологических систем.