Тема лекции 4: Нормирование ЗВ в воздухе
Научно обоснованные нормы ПДК в приземном слое атмосферы должны обеспечиваться контролем нормативов для всех источников выбросов – от стационарных до передвижных (транспортных). Такими нормативами являются предельно допустимые выбросы- ПДВ. Это максимальные выбросы в единицу времени для данного природопользователя по данному компоненту с учетом присутствующих примесей, т.е. присутствуют выбросы нескольких веществ, то сумма отношений концентраций загрязняющих веществ к их ПДК (с учетом Сф) не должна превышать единицы:
j = 
( 4.1 )
где Сi – концентрация i–го вещества; ПДКi – предельно допустимая концентрация i-го вещества; Сфi – фоновая концентрация i-го вещества; n - число суммируемых веществ.
В расчетах при определении опасности загрязнения атмосферы, например, промышленным предприятием, за приземный слой атмосферы принимают пространство до 2 м над поверхностью земли – т.е. с человеческий рост.
Расчет ПДВ и максимальной приземной концентрации производится в соответствии с «Методикой расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86). В основу расчета положено использование следующей формулы: например, для случая нагретых выбросов из близкорасположенных между собой труб
(4.2)
где ПДК – максимально разовая ПДК, мг/м3;
Сф – фоновая концентрация этого же вещества в воздухе данного населенного пункта, мг/м3;
Н – высота труб, м;
A – коэффициент стратификации –120 (для Казахстана 200);
V1 – объем дымовых газов, выбрасываемых в единицу времени, м3/с;
Т – перегрев газов относительно окружающего воздуха, °С;
F – безразмерный коэффициент, определяющий скорость осаждения примесей в атмосфере (для газов и мелкодисперсных аэрозолей F =1);
т и n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника;
– коэффициент, характеризующий соответственно неблагоприятные климатические условия и влияние рельефа (для ровной местности = 1).
Расчет ПДВ для источников холодных выбросов производится по формуле ПДВх= [8V1(ПДК – Сф)Н4/3] AFnD (4.3.)
где D – диаметр источника выброса, м.
Задача 1. Расчет ПДВ.
Определить предельно допустимый выброс диоксида серы и его максимальную приземную концентрацию из дымовой трубы котельной высотой Н = 40 м, диаметром устья В = 1,4 м. Мощность выброса диоксида серы М = 12 г/с, средняя скорость выхода дымовых газов из трубы 0 = 7 м/с, температура дымовых газов Т = 120°С, температура окружающей среды T0 = 20°С, ПДКSO2 в атмосферном воздухе = 0,5 мг/м3, фоновая его концентрация = 0,05 мг/м3.
Решение. Расчет ПДВ для одиночного стационарного источника с круглым устьем определяем по формуле (10)
Значение коэффициентов m и n определяется в зависимости от параметров f и vm.
где 0 – средняя скорость выхода дымовых газов из устья трубы, м/с.
При значении f
Коэффициент n при значениях f V1 и vm.
м/с.
При 0,5 vmn = 0,532 vm2 – 2,13vm + 3,13 = 0,532 · 1,952– 2,13· 1,95 + 3,13 = 1.
Таким образом, для диоксида серы
г/с.
Максимальная приземная концентрация диоксида серы для данного источника в атмосферном воздухе определяется по следующей формуле:
мг/м3.
Основная литература: 1 [404-416].
Контрольные вопросы:
1). Назовите нормативные требования к качеству газовых выбросов?
2)Представьте себе ситуацию, в которой, кроме уже имеющегося в районе металлургического комбината, построен еще один комбинат. Подумайте над изложенными ниже вопросами и выберите правильный ответ:
а) Что произойдет в этом случае с ПДК? Ответы: 1) возрастет, т. е. допустимое содержание какого-либо загрязняющего вещества, например двуокиси серы в воздухе, увеличится; 2) снизится; 3) останется неизменным.
б) Как изменится ПДВ двуокиси серы для первого комбината? Ответы: 1) увеличится; 2) снизится; 3) останется неизменным.
3). Как рассчитать ПДВ?
4) Как производят расчет максимальной приземной концентрации вредного вещества от холодного и нагретого источника?
5) Как можно сократить выбросы кислотообразующих веществ с угольных электростанций? Какие методы осуществимы в ближайшем будущем? В долгосрочной перспективе?
Тема лекции 5: Нормирование ЗВ в водных объектах.
Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК,) —это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.
^ Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКрыб) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь, промысловых.
^ Нормирование качества воды состоит в установлении для водного объекта совокупности допустимых значений показателей ее состава и свойств, в пределах которых надежно обеспечиваются здоровье населения, благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта. Правила охраны поверхностных вод устанавливают нормы качества воды водоемов и водотоков для условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды, называют загрязняющим веществом.
^ Виды водопользования
Виды водопользования на водных объектах определяются органами Министерства природных ресурсов РФ и подлежат утверждению органами местного самоуправления субъектов РФ.
^ К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для снабжения предприятий пищевой промышленности. В соответствии с Санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.1074—01, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства.
К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от других видов водопользования на этих участках.
^ Рыбохозянственные водные объекты могут относиться к одной из трех категорий:
• к высшей категории относят места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого типа для разведения и выращивания рыб, других водных животных и растений;
• к первой категории относят водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода;
• ко второй категории относят водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей.
К сожалению, результаты многочисленных исследовательских работ, свидетельствующие о необходимости учета биохимических особенностей водосборов при нормировании качества вод, не нашли отражения в действующей системе подходов.
Предельно допустимая концентрация вещества в воде устанавливается:
• для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК,) с учетом трех показателей вредности:
— органолептического;
— общесанитарного;
— санитарно-токсикологического;
• для рыбохозяйственного водопользования (ПДК,р) с учетом пяти показателей вредности:
— органолептического;
— санитарного;
— санитарно-токсикологического;
— токсикологического;
— рыбохозяйственного.
^ Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды.
Общесанитарный показатель определяет влияние вещества на процессы естественного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием естественной микрофлоры.
^ Санитарно-токсикологический показатель характеризует вредное воздействие на организм человека, а токсикологический — показывает токсичность вещества для живых организмов, населяющих водный объект.
Рыбохозяиственный показатель вредности определяет порчу качеств промысловых рыб.
Наименьшая из безвредных концентраций по трем (пяти) показателям вредности принимается за ПДК с указанием лимитирующего показателя вредности.
Рыбохозяйственные ПДК должны удовлетворять ряду условий, при которых не должны наблюдаться:
• гибель рыб и кормовых организмов для рыб;
• постепенное исчезновение видов рыб и кормовых организмов;
• ухудшение товарных качеств обитающей в водном объекте рыбы;
• замена ценных видов рыб на малоценные.
На качество природных вод влияют природные и антропогенные факторы.
Формирование химического состава природных вод
Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:
• прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворенными соединениями или, наоборот, выделять их из воды), — состав горных пород, живые организмы, хозяйственная деятельность человека;
^ Таблица 5.1. Факторы формирования химического состава природных вод
Факторы формирования и результаты их воздействия
Виды природных вод
Атмосферные осадки (дождь, снег, иней, град)
Поверхностные воды суши (реки, ручьи, озера, болота)
Подземные воды
Прямые факторы формирования
Почвы, породы, растения, соли солончаков, соли с поверхности льда, деятельность человека, космическая пыль, разряд атмосферного электричества (оксиды азота), вулканические газы, пыль
Атмосферные осадки, почвы, породы, растения, подземные поды, сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные, хозяйственно-бытовые)
Поверхностные воды, почвы, породы, физико-химические процессы (растворение—осаждение, сорбция—десорбция и др.)
Результаты воздействия прямых факторов на состав воды
Переход в растворимое состояние солей: поступление в атмосферу и образование в ней твердых и жидких аэрозолей и газов
Поступление химических веществ в различных формах: взвешенные, коллоидные, растворенные (ионы, комплексные, недиссоциированные соединения)
Поступление химических веществ в растворенной форме, осаждение в результате физико-химических процессов
Косвенные факторы формирования
Климат
Климат, рельеф, растительность, водный режим
Климат, рельеф, геологические условия, глубина залегания, температура и давление
Результат воздействия косвенных факторов на состав воды
Обогащение атмосферных осадков химическими веществами в различных концентрациях в зависимости от климатических условий и интенсивности антропогенного воздействия
Дифференциация поступления химических веществ в поверхностные воды в пространстве (географическая, климатическая зональность) и во времени (гидрохимический режим)
Изменение химического состава воды по концентрации (минерализация) и соотношению компонентов (относительный состав)
• косвенные факторы, определяющие условия, при которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.
По характеру своего воздействия факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, целесообразно разделить на следующие группы:
• физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);
• геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);
• физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);
• биологические (деятельность растений и живых организмов);
• антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека).
Классификация вод по интегральным показателям качества
К категории наиболее часто используемых показателей для оценки качества водных объектов относят гидрохимический индекс загрязнения воды.
^ Индекс загрязнения воды (ИЗВ) и гидробиологический индекс сапробности S, как правило, рассчитывают по шести—семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК;) является обязательной.
ИЗВ =
где Сi— концентрация компонента (в ряде случаев — значение параметра);
N — число показателей, используемых для расчета индекса;
ПДКi — установленная величина для соответствующего типа
водного объекта.
В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 5.2). Индекс загрязнения воды используют для оценки изменения качества вод во времени, по течению, в зонах влияния крупных источников воздействия, но делать это целесообразно в границах одной биогеохимической провинции и для однотипных водных объектов.
^ Таблица 5.2. Классификация качества воды в зависимости от значения индекса загрязнения
Воды
Значения ИЗВ
Классы качества вод
Очень чистые
До 0,2
1
Чистые
0,2-1,0
2
Умеренно загрязненные
1,0-2,0
3
Загрязненные
2,0-4,0
4
Грязные
4,0-6,0
5
Очень грязные
6,0-10,0
6
Чрезвычайно грязные
>10,0
7
Из гидробиологических показателей качества в России наибольшее применение нашел так называемый индекс сапробности (S) водных объектов. Его рассчитывают, исходя из индивидуальных характеристик сапробности видов, представленных в различных водных сообществах (фитопланктоне, перифитоне):
S = 
где Si — значение сапробности гидробионта, которое задается специальными таблицами;
hi, — относительная встречаемость индикаторных организмов (в поле зрения микроскопа);
N — число выбранных индикаторных организмов.
Каждому виду исследуемых организмов присвоено некоторое условное численное значение индивидуального индекса сапробности, отражающее совокупность его физцолого-биохимических свойств, обусловливающих способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Для статистической достоверности результатов необходимо, чтобы в пробе содержалось не менее двенадцати индикаторных организмов с общим числом особей в поле наблюдения не менее тридцати.
В табл. 5.3 приведена классификация водных объектов по значению индекса сапробности Si, которые также нормируются.
^ Таблица 5.3. Классификация качества вод в зависимости от индексов сапробности
Уровень загрязненности
Зоны
Индексы сапробности S
Классы качества вод
Очень чистые
Ксеносапробная
До 0,50
1
Чистые
Олигосапробная
0,50-1,50
2
Умеренно загрязненные
a-мезосапробная
1,51-2,50
3
Тяжело загрязненные
b-мезосапробная
2,51-3,50
4
Очень тяжело загрязненные
Полисапробная
3,51-4,00
5
Очень грязные
Полисапробная
>4,00
6
Индекс загрязнения воды и индекс сапробности следует отнести к интегральным характеристикам состояния. Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей (табл. 5.4).
^ Таблица 5.4. Классификация качества воды по микробиологическим показателям
Уровень загрязненности и класс качества вод
Общее число бактерий,
106 клеток/см3
Число сапрофитных бактерий,
1000 клеток/см3
Отношение общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий
Микробиологические показатели
Очень чистые, I
Чистые, II
0,5-1,0
0,5-5,0
>1000
Умеренно загрязненные, III
1,1-1,3
5,1-10,0
1000-100
Загрязненные, IV
3,1-5,0
10,1-50,0
Грязные, V
5,1-10,0
50,1-100,0
Очень грязные, VI
>10,0
>1000
Основная литература: 20 [349-355] .
Контрольные вопросы:
Перечислите нормативные требования к качеству воды.
Назовите основные виды загрязнений гидросферы?
Как рассчитать ПДС?
Назовите основные методы очистки промышленных сточных вод?
Как рассчитать индекс загрязнения поверхностных вод?
6). Почему создание совершенных очистных сооружений не решает проблему загрязнения ОС?
