Вопрос 2. Нормирование загрязняющих веществ в окружающей среде

Определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические нормативы, направленные в первую очередь на профилактику неблагоприятного воздействия загрязняющих веществ на здоровье человека.

Санитарно-гигиенические нормативы- это устанавливаемые в законодательном порядке, обязательные для исполнения всеми ведомствами, органами и организациями допустимые уровни содержания химических и других соединений в объектах окружающей среды.

Схема гигиенического нормирования содержания химических веществ в объектах окружающей среды представлена на рисунке 16.21.

Норматив качества окружающей среды носит конкретный характер и основан на определенных признаках. К ним относятся:

- объект защиты, например, древесные растения, технологическое оборудование, человек и т.д.;

- среда, в которой нормируется и контролируется содержание вещества (воздух, вода, почва, биосубстраты человека (кровь, моча, волосы и т. д.);

- критерий вредности (появление заболеваний в разных формах у человека, включая потомство; снижение продуктивности, пи­щевой ценности растений; выход из строя технологического оборудования и т. д.);

- регламентируемая временная характеристика (воздействие в течение всей жизни человека, в течение его рабочего стажа, в короткий промежуток времени, например, в аварийных ситуациях);

- последствия или «цена» норматива, к которым может привести отсутствие или превышение допустимого уровня.

Санитарно-гигиенические нормативы в течение длительного времени оставались единственными критериями качества окружающей среды. В настоящее время наряду с гигиеническими ПДК нормируются содержание вредных веществ в кормах, химический состав ирригационных вод, устанавливаются ПДК химических соединений в сточных водах, подаваемых на сооружения по биологической очистке, разрабатываются ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Однако до настоящего времени гигиенические ПДК являются основным критерием качества окружающей среды и используются для оценки опасности экологической обстановки, расчета предельно допустимых выбросов и сбросов (ПДВ и ПДС), установления связи загрязнения окружающей среды с риском развития нарушения здоровья населения.

Гигиенические нормативы в связи со специфичностью и изменчивостью физико-химических свойств атмосферного воздуха, воды, почвы, пищевых продуктов растительного и животного происхождения, а также особенностями их воздействия на организм устанавливаются отдельно для каждого объекта или используется принцип разделения объектов санитарной охраны. Воздействие химических соединений может быть не только прямым, но и косвенным, например, вследствие отказа населения от контролируемого водоисточника, ограничения водопользования и т.д. Следовательно, при нормировании химических соединений в тех или иных объектах должны учитываться различные виды неблагоприятных воздействий: влияние на органолептические показатели (внешний вид, запах, привкус и др.), рефлекторное действие, влияние на общесанитарные показатели (изменение численности сапрофитной микрофлоры, ее состав и др.), возможность миграции из одной среды в другую (переход вещества или его метаболита из почвы в воду, воздух, растения), санитарно-бытовой (изменение прозрачности атмосферы, бытовых условий проживания и т.д.), санитарно-токсикологический.

Установление окончательной величины ПДК проводится на основе принципа лимитирующего показателя вредности, в соответствии с которым величина норматива выбирается на уровне меньшей из значений концентрации, установленных по различным критериям вредности или используется принцип учета «слабого звена».

В реальных же условиях человек подвергается не изолированному воздействию какого-либо вещества, а сложному многофакторному воздействию. Отсюда необходимость учета всего многообразия воздействий отражена в принципе комплексного (единого, интегрального) гигиенического нормирования. Особенности комбинированного действия в настоящее время учитываются при гигиеническом нормировании вредных веществ во всех средах. Для атмосферного воздуха населенных мест установлены 56 коэффициентов комбинированного действия (для 36 бинарных смесей, 20 смесей из 3-5 компонентов).

Формирование загрязняющих веществ в воздухе.Методологические основы гигиенического нормирования атмосферных загрязнений включают следующие положения:

1. Допустимой признается только та концентрация химического вещества в атмосфере, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного либо неприятного действия, не влияет на самочувствие и работоспособность.

2. Привыкание к вредным веществам, находящимся в атмосферном воздухе, рассматривается как неблагоприятный эффект.

3. Концентрация химических веществ в атмосфере, которые неблагоприятно действуют на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения, считается недопустимой (табл. 16.11).

В России ПДК, как правило, соответствует самым низким значениям, которые рекомендованы Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ). Устанавливаются два значения норматива: максимально разовая и среднесуточная ПДК.

Максимальная разовая ПДК, где время осреднения пробы составляет 20-30 минут, направлена на предупреждение рефлекторных реакций (ощущение запаха, насморк и др.), связанных с пиковыми, кратковременными подъемами концентраций вредного вещества.

Среднесуточная ПДК предназначена для предотвращения хронического воздействия атмосферных загрязнителей, вызывающих общетоксический или специфический эффект.

Для регулирования выбросов вредных веществ в атмосферу используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы предельно допустимых выбросов, которые учитывают количество источников, высоту расположения их, распределение выбросов во времени и пространстве и другие факторы (ГОСТ 17.2.3.02-78).

Следует учитывать, что для ²/₃всех нормированных веществ ПДК в атмосферном воздухе установлены на основе их рефлекторного действия (пороги запаха или рефлекторного действия). Последствия превышения ПДК некоторых веществ могут ограничиваться появлением жалоб населения на посторонние запахи, а риск развития токсических воздействий при этом будет незначительным.

Атмосферные загрязнители по классификации вредных веществ по степени токсичности и опасности (табл. 16.13) относятся к 4 классам опасности.

Для веществ I и II классов опасность достижения токсических концентраций при превышении ПДК наиболее высока. Существует правило: если раздражающее (рефлекторное) действие токсиканта начинается при более низкой концентрации, т.е. раньше, чем резорбтивное, то максимально разовая предельно допустимая концентрация (ПДКм.р.) равняется среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДКс.с.). При более низкой же концентрации начинается отравляющее (токсическое) действие, а ПДКм.р. превышает ПДКс.с. в 2-10 раз. Для особо опасных веществ, а также для веществ, порог токсического воздействия которых на организм пока неизвестен, существуют только максимальные разовые ПДК. Для всех нормируемых веществ только максимальные разовые ПДК устанавливаются для условий производственных помещений.

Нормирование уровней загрязнения воздуха в рабочих зонах и населенных пунктах.

Экологическая ниша человека как совокупность его требований к факторам внешней среды неизменна, где бы он ни находился, и, следовательно, должно соблюдаться в любых местах пребывания человека условие, при котором концентрация (С) ≤ ПДК. Известно, что содержание примесей в воздухе рабочего помещения неизбежно выше, чем на площадке предприятия и особенно за ее пределами (в населенных пунктах), куда примеси в той или иной мере доходят рассеянными (рис. 16.22).

В данном случае нереально иметь единую ПДК для того или иного загрязняющего вещества. В связи с этим разработаны принципы раздельного нормированиязагрязняющих веществ в воздухе. Для каждого вредного вещества устанавливается несколько (как минимум две) максимальных разовых предельно допустимых концентраций в воздушной среде. Например, одно значение ПДК устанавливается в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.), под которой понимают пространство в двух метрах от пола, где находятся места постоянного или временного пребывания работающих, другое - в атмосферном воздухе населенного пункта (ПДКа.в.). ПДКр.з. - концентрация, которая при ежедневной, кроме выходных дней, работе в течение 8 час. или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа, не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Как показано на рисунке 16.22, при нормировании загрязняющих веществ учитывается экспозиция или время пребывания людей в зоне загрязнения, а это связано с возможностью хронических и острых отравлений. Содержание примесей на территории предприятия принимается равным 0,3 от ПДКр.з. На территории предприятия снижение нормы содержания примесей втрое по сравнению с ПДКр.з. вызывается тем, что воздух территории предприятия используется для вентиляции производственных помещений, где концентрация примесей периодически может быть высокой, превышать ПДКр.з. Отсюда приточный воздух, который используется для проветривания рабочих помещений, должен быть значительно менее загрязненным.

ПДКа.в. - максимальная концентрация примеси, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния, в том числе и на отдаленные последствия, на окружающую среду в целом. Таким образом, разница в определениях существенная, ПДКр.з. безвредна только дня ограниченного пребывания человека в загрязненной зоне, например, 8 часов и только в течение рабочего стажа, а ПДКа.в. не должна лимитировать состояние организма в течение всей жизни человека при неограниченном по времени вдыхании загрязняющего вещества. На предприятии в течение рабочего дня загрязненным воздухом дышат практически здоровые люди, прошедшие медицинское освидетельствование, в населенных же пунктах круглосуточно находятся не только взрослые, но и пожилые люди, дети, беременные и кормящие женщины, люди, страдающие заболеваниями дыхательной, сердечнососудистой систем. Поэтому ПДКр.з.>ПДКа.в. Так, для диоксида серы ПДКр.з. = 10, а ПДКа.в. = 0,5 мг/м³. На основании раздельного нормирования уровней загрязнения воздуха в рабочих зонах и населенных пунктах устанавливаются различные требования к уровню загрязнения на территориях предприятий и в районах жилой застройки. Концентрации вредных веществ с учетом рассеивания не должны превышать (рис. 16.23):

- в воздухе на территории предприятия 30% от ПДКр.з. (ПДКп.п. ≤ 0,3 ПДКр.з.);

- в воздухе населенных пунктов - ПДКм.р. и ПДКс.с.;

- в воздухе населенных пунктов с населением более 200 тыс. человек и в курортных зонах - 80% от ПДКм.р.

При проектировании предприятий там, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами действующих предприятий, нормировать их выбросы необходимо с учетом присутствующих в воздухе примесей.

Нормирование загрязняющих веществ в водной среде.

Особенности нормирования химических веществ в водной среде обусловлены следующими факторами:

1. С гигиенических позиций оценивается уровень загрязнения воды, предназначенной для хозяйственно-питьевого и культурно- бытового назначения.

2. Нормативы качества воды распространяются не на весь водный объект, а только на пункты водопользования населения.

3. Вода используется населением не только для питья, приготовления пищи, личной гигиены, но и для хозяйственно-бытовых и рекреационных целей. Отсюда при нормировании учитывается непосредственное влияние химических загрязнителей на организм (санитарно-токсикологический показатель вредности), а также их влияние на органолептические свойства воды и процессы самоочищения воды водоемов (органолептический и общесанитарный показатель вредности).

4. Для водных объектов, используемых населением (поверхностные и подземные воды, питьевая вода, вода систем горячего водоснабжения), устанавливаются единые гигиенические нормативы (ПДК, ОДУ, ПДН).

Основным нормативным требованием к качеству воды в водном объекте является соблюдение установленных предельно допустимых концентраций или группы экологических стандартов, оценивающих состояние водной экосистемы и качество воды с точки зрения ее опасности или безопасности для здоровья людей.

ПДК вредных веществ в водном объекте - это такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования (ГОСТ 17403-72).

Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе или поперечном сечении, заложенном на водотоках - в 1 км выше (рис. 16.25) ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно-питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.), а на непроточных водоемах - в радиусе 1 км от пункта водопользования (рис. 16.26).

Для веществ, загрязняющих воду, так же, как для примесей в атмосферном воздухе, установлено раздельное нормирование качества воды. Однако принцип разделения здесь иной и связан с приоритетным назначением водного объекта или категориями водопользования (рис. 16.27).

Одновременно с ПДК для обеспечения чистоты водных объектов используется другой ограничительный норматив - лимитирующий показатель вредности, не имеющий количественной характеристики, но отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет полуфункциональное назначение.

В основу приоритетности нормирования в водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в рыбохозяйственных - токсикологический и отчасти органолептический.

Загрязнение воды связано не только с присутствием в ней токсичных или дурнопахнущих веществ, но и с изменением ряда других физикохимических показателей, таких, как содержание взвешенных веществ, минеральный состав, растворенный кислород, температура, рН и др. В створах водопользования состав и свойства воды ни по одному из названных показателей не должны превышать установленный норматив. При использовании водного объекта для различных нужд приоритетными являются более жесткие требования в ряду одноименных показателей. Главным с гигиенических позиций требованием к качеству питьевой воды является ее безопасность в эпидемическом отношении. Классификация воды по качеству приведена в таблице 16.17.

Нормирование загрязняющих веществ в почве.

Основные положения теории и практики гигиенического нормирования содержа­ния вредных веществ в почве заключаются в следующем:

1. Поступление экзогенных химических веществ в почву не всегда следует рассматривать как опасное для здоровья человека и окружающей среды.

2. Безопасность поступления химических веществ в почву определяется недопустимостью превышения адаптационной возможности самых чувствительных групп населения или порога самоочищающей (экологической) способности почвы.

3. Нормативы основываются на данных, полученных в экстремальных почвенно-климатических условиях (максимальная миграция вещества в контактирующие с почвой среды) с учетом влияния на процессы самоочищения и микробиоценоза.

4. Гигиенические нормативы устанавливаются с учетом лимитирующего показателя вредности: общесанитарного, миграционного водного, воздушного (переход из почвы в воздух или воду), органолептического, фитоаккумуляционного (переход и накопление в растениях) и санитарно-токсиколотческош. Санитарно-токсикологический норматив учитывает возможность поступления веществ, содержащихся в почве, в организм человека одновременно несколькими путями: с пылью, вдыхаемым атмосферным воздухом, питьевой водой, продуктами питания и др.

5. Учитывая чрезвычайную вариабельность климатогеографических условий формирования почв, экспериментально обоснованную ПДК рассматривают как эталонную величину отсчета, используемую для оценки опасности загрязнения почвы в конкретных почвенно-климатических условиях.

Нормирование загрязняющих веществ в почве проводят по трем направлениям:

1. Нормирование содержания пестицидов (химических средств защиты растений) в пахотном слое почвы сельскохозяйственных угодий.

2. Нормирование накопления токсичных веществ на территории предприятия.

3. Нормирование загрязненности почвы в жилых районах, главным образом в местах временного хранения бытовых отходов.

Загрязняющие вещества в пахотном слое почвы нормируются по двум показателям: предельно допустимым(ПДКп) и временно допустимым концентрациям(ВДКп).

Предельнодопустимые концентрации загрязняющего вещества в почве - это максимальное его количество (мг/кг пахотного слоя абсолютно сухой почвы), установленное в экстремальных почвенно-климатических условиях, которое гарантирует отсутствие отрицательного прямого или опосредованного через контактирующие с почвой среды воздействия на здоровье человека, его потомство и санитарные условия жизни.

ПДКп устанавливают, используя данные о фоновых концентрациях загрязняющих веществ, их физико-химических свойствах, параметрах стойкости, токсичности. На основе эксперимента устанавливают:

- допустимую концентрацию загрязняющего вещества в почве, при которой его содержание в пищевых и кормовых растениях не превысит некоторых допустимых остаточных количеств (ДОК) или ПДК в продуктах питания (ПДКпр);

- допустимую (для летучих веществ) концентрацию, при которой поступление вещества в воздух не превысит установленных ПДК для атмосферного воздуха (ПДКа.в.);

- допустимую концентрацию, при которой поступление веще­ства в грунтовые воды не превысит ПДК для водных объектов;

- допустимую концентрацию, которая не влияет на микроорганизмы и процессы самоочищения почвы.

Гигиеническое нормирование предусматривает обоснование пороговых концентраций загрязняющих веществ по шести показателям вредности: органолептическому(изменение запаха, привкуса, пищевой ценности фитотест-растений, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха воды); общесанитарному(влияние на процессы самоочищения почвы); фитоаккумуляционному (транслокационному); водно-миграционному, воздушно-миграционному, санитарно-токсикологическому.

Санитарное состояние почвы оценивается по ряду гигиенических показателей, среди них такие, как санитарное число (отношение содержания белкового азота к общему органическому), наличие кишечной палочки (коли-титр), личинок мух, яиц гельминтов (табл. 16.22).

По комплексу данных показателей почва оценивается как чистая или загрязненная.

Существует ряд дополнительных показателей санитарного состояния почвы, определяемых как на территории производственных предприятий, так и населенных пунктов. К ним относятся:

- санитарно-физико-химические оценки, относящиеся в основном к почвенным фильтратам (санитарное число, кислотность, биохимическое потребление кислорода, окисляемость, содержание хлоридов, сульфатов и др.);

- санитарно-энтомологические оценки - синангропных (связанных с жильем и бытом) насекомых, в первую очередь мух, во всех фазах их развития (взрослые особи, личинки куколок);

- санитарно-гельминтологические оценки, характеризующие наличие в почве в местах, посещаемых населением, гельминтов (червей, паразитирующих в органах человека, животных и растений, и т. д.);

- санитарно-бактериологические оценки, включая наличие бактерий кишечной группы, а также других микроорганизмов, вызывающих заболевания человека и домашних животных.

Нормирование загрязняющих веществ в продуктах питания человека.

К загрязняющим веществам в пищевых продуктах относятся тяжелые металлы, синтетические химические соединения, пестициды, нитраты и нитриты, радионуклиды, токсины микроорганизмов и лекарственные средства.

Загрязняющие вещества могут поступать в продукты питания, а далее в организм человека, разными путями: из воздуха - через вегетирующие органы растений; из почвы - через корневые системы растений. Пищевые продукты могут быть загрязнены и биологическими контаминантами, в том числе и прижизненно для продуктов животного происхождения. Биологическими контаминантами выступают вирусы, бактерии, риккетсии, грибы, простейшие и паразиты.

В Российской Федерации осуществляется контроль за содержанием 14 химических элементов, среди них наиболее опасными - кадмием, ртутью и свинцом.

Загрязнение кадмиемпищевых продуктов и пищевого сырья происходит, главным образом, вместе со сточными водами и другими отходами промышленных предприятий, которые связаны с производством и применением специальных сплавов, автоматики, полупроводников, атомной и ракетной техники, антикоррозийных покрытий, полимеров и т.д. Загрязнение атмосферного воздуха кадмием происходит при сжигании отходов пластмассы. Существует прямая связь между количеством обнаруженных в воде и почве кадмия, свинца, мышьяка и уровнями заболеваемости злокачественными новообразованиями различных форм среди населения экологически неблагополучных районов.

Другой биоцид, относящийся к тяжелым металлам, ртутьимеет два типа кругооборота в природе. Первый связан с естественным природным обменом неорганической (элементарной) ртути, второй - локальный,обусловленный процессами метилирования неорганической ртути, которая поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. Ртуть применяется при производстве каустической соды, синтезе пластмасс, в электротехнической промышленности. До 90-х годов XX в. ртутьсодержащие соединения находили широкое применение в сельском хозяйстве в качестве протравителей семян зерновых культур. До 80 тыс. тонн ртути в виде паров и аэрозолей ежегодно выбрасывается в атмосферу, а дальше она и ее соединения мигрируют в почву с ее растительностью и в водоемы с их гидробионтами. В водной среде в результате деятельности микроорганизмов происходит метилирование ртути, а в дальнейшем в виде метилртути она включается в продвижение по трофическим цепям водных и наземных экосистем, вызывая тяжелые заболевания человека (расстройство речи, понижение слуха и зрения и т.д.), а нередко и смерть.

Основным источником загрязнения окружающей среды соединениями свинцав современных условиях является использование этилированного бензина, а следовательно, и наибольшие концентрации свинца обнаруживаются в атмосферном воздухе вдоль крупных автострад, зеленой массе растений, плодах. При включении в пищевые цепи свинец может поступать в организм человека с продуктами растительного и животного происхождения. Первые симптомы свинцового отравления характеризуются повышенной активностью и бессонницей, сменяющимся в дальнейшем утомляемостью, депрессией, нарушениями деятельности кишечника, расстройствами кровеносной системы, заболеваниями периферической нервной системы.

Опасными для окружающей среды и здоровья человека являются химические средства защиты растений или пестициды. Характер действия пестицидов определяется их химической структурой и такими свойствами, как стойкость к воздействию климатообразующих факторов и способность к кумуляции.

Опасно для здоровья человека употребление в пищу продуктов растительного и животного происхождения с повышенным содержанием нитратов и нитритов. При взаимодействии нитратов и нитритов с гемоглобином нарушается процесс обратного связывания кислорода, отчего образующийся метгемоглобин не может выполнять функции переносчика кислорода. Возникает явление кислородного голодания с признаками цианоза, одышки, асфикции. В тяжелых случаях отравление заканчивается летальным исходом. Установлено, что нитраты обладают мутагенным и эмбриотоксическим действием.

По способности накапливать нитраты овощи можно разделить на группы:

1 - больше 5 г нитратов на 1 кг продукции (виды салата, включая и кресс-салат, петрушка, редис);

2 - до 5 г на 1 кг (зеленый лук, капуста, кольраби, редька, столовая свекла, шпинат);

3 - до 4 г на 1 кг (белокачанная капуста, морковь, репчатый лук);

4 - до 3 г на 1 кг (лук-порей, ревень, укроп);

5 - до 2 г на 1 кг (тыква);

6 - менее 1 г на 1 кг (арбузы, дыни, баклажаны, огурцы, помидоры, картофель).

Стойкими в экологических цепях являются радионуклиды, поступающие в организм человека с продуктами питания. Продукты расщепления урана (стронций-90 и цезий-13 7) имеют период полураспада не менее 30 лет. Мигрируя по пищевым цепям, они становятся потенциально опасными, особенно на территориях, загрязненных при производстве и испытаниях ядерного оружия, техногенных авариях на атомных электростанциях.