Раздел 3. Нормирование качества геологической среды и методы изучения ее экологического состояния

Нормирование качества окружающей и геологической среды.

Нормирование качества окружающей среды определяется законом ООПС. От показателей качества окружающей природной среды зависят и реализация экологических прав человека, и проведение экологических экспертиз, и степень эколого-правовой ответственности, и оценка экологического риска, и многое другое. Конечная цель нормирования – обеспечение научно обоснованного сочетания экономических и экологических интересов как основы общественного прогресса – своего рода компромисс между экономикой и экологией.

Норматив становится юридически обязательным с момента его утверждения компетентными органами: Госкомсанэпиднадзором РФ и Министерством природных ресурсов РФ.

Разработка нормативов ведется в трех основных направлениях:

1 – гигиеническое нормирование;

2 – экологическое нормирование;

3 – регламентация объемов загрязнений, поступающих в окружающую природную среду.

Нормирование качества окружающей природной среды – это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу. Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящая изменения в природную среду. Наиболее распространенным видом отрицательного воздействия является загрязнение, причиняющее вред жизни и здоровью человека, растительному и животному миру и экосистемам. Разумеется, воздействие человека шире загрязнения: истощение ресурсов, уничтожение природных экосистем, нарушение стандартов на качество продукции вследствие превышения нагрузок на окружающую среду и др.

Нормирование загрязняющих веществ в воздухе. Воздух – среда, непосредственно окружающая человека, и поэтому прямо воздействующая на его здоровье. Еще в 20-е годы XX века начали вводить ПДК вредных веществ в рабочих помещениях. Однако содержание примесей в воздухе рабочего помещения больше, чем на площадке предприятия и тем более за ее пределами.

Поэтому для каждого вредного вещества в воздухе устанавливают по крайней мере два нормативных значения: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.) и ПДК в атмосферном воздухе ближайшего населенного пункта (ПДК а.в.).

ПДК р.з. – это концентрация, которая при работе не более 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний у работающих и их детей.

На территории предприятия содержание примесей принимается равным 0,3 ПДК р.з., т.к. этот воздух используется для проточной вентиляции.

ПДК а.в. – это предельная концентрации, которая на протяжении всей жизни человека не должна оказывать на него вредного влияния, включая отдаленные последствия на окружающую среду в целом.

Необходимость такого раздельного нормирования определяется тем, что на предприятиях работают здоровые люди, а в населенных пунктах находятся круглосуточно также дети, пожилые и больные люди. Поэтому ПДК р.з.>ПДК а.в. (диоксид серы соответственно 10 мг.м³, и 0,5 мг.м³).

Гигиенические нормативы – наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества окружающей природной среды.

Они установлены в интересах охраны здоровья человека и сохранения генетического фонда некоторых популяций растительного и животного мира. Установленные и утвержденные нормативы обязательны на всей территории РФ.

Для питьевой воды ПДК утверждены еще в 1939 году. В настоящее время число установленных ПДК для водных объектов различного назначения приблизилось к 2000.

Для атмосферного воздуха в 1951 году были введены ПДК по 10 веществам, теперь их уже около 500.

Для почвы ПДК впервые установлены в 1980 году, в настоящее время нормативов более 100.

ПДК – это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных воздействий последствий у его потомства.

Методологической основой для разработки санитарно-гигиенических и санитарно-эпидемиологических стандартов послужили методы, используемые в медицинской и ветеринарной токсикологии.

Токсикант – ядовитое, вредное для здоровья вещество.

Для оценки токсичности веществ проводятся опыты на животных, с последующей экстраполяцией экспериментальных данных на человека.

В зависимости от степени токсичности ядовитых веществ выделяют 4 класса опасности:

I. As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F, бенз (а) пирен.

II. B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr.

III. Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон.

При проектировании или строительстве предприятий в районах, где воздух уже загрязнен, необходимо выбросы предприятий нормировать с учетом присутствующих примесей, т.е. фоновой концентрации (С_ф). Если в атмосферном воздухе присутствуют выбросы нескольких веществ, то сумма отношений концентраций загрязняющих веществ к их ПДК (с учетом С_ф) не должна превышать единицы:

.

ЛЕКЦИЯ 7.

Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах.

Вода, в отличие от атмосферы, является средой, в которой возникла жизнь и в которой обитает большая часть видов живых организмов. Поэтому при нормировании качества природных вод необходимо заботиться не только о воде как ресурсе, потребляемом человеком, но и беспокоиться о сохранении водных экосистем как важнейших регуляторов условий жизни планеты.

Требования потребителей к качеству воды зависят от целей использования. Выделяются три вида водопользования:

Хозяйственно-питьевое – использование водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;

культурно-бытовое – использование водных объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К этому виду водоемов относятся и участки водных объектов, находящиеся в черте населенных мест, независимо от их использования;

водоемы рыбохозяйственного назначения, которые, в свою очередь, делятся на три категории (высшая, первая, вторая).

Поскольку требования к качеству воды зависят от вида водопользования, необходимо определять этот вид для каждого водного объекта или его участков.

Под ПДК природных вод подразумевается концентрация индивидуального вещества в воде, при превышении которой она непригодна для установленного вида водопользования.

При концентрации вещества равной или меньше ПДК вода так же безвредна для всего живого, как и вода, в которой полностью отсутствует данное вещество.

Методологические принципы разработки ПДК различны, т.к. характер воздействия загрязняющих веществ на человека и водные экосистемы может быть разным.

1. Многие химические вещества могут тормозить естественные процессы самоочищения, в основном биохимическое окисление органических веществ, что часто приводит к ухудшению общего санитарного состояния водоема (дефициту кислорода, гниению, появлению сероводорода, метана и т.д.). В этом случае устанавливают ПДК по общесанитарному признаку вредности.

2. Во-вторых, промышленные стоки и содержащиеся в них вредные вещества могут изменять органолептические свойства воды (мутность, запах, привкус, температуру), что приводит к отказу потребителя от ее использования. В этом случае устанавливаются также предельные концентрации, которые не воспринимаются органами чувств человека. Такой подход несколько субъективен, но, поскольку чувствительность физиологических акцепторов человека очень высока (часто выше, чем у самой точной аппаратуры). ПДК, установленные по органолептическому признаку вредности, часто являются наиболее жесткими (более низкими), чем установленные по другим признакам вредности.

3. В-третьих, вредные вещества могут оказывать токсическое воздействие при непосредственном контакте или попадании в организм. Поэтому для вредных веществ устанавливают ПДК и по токсикологическому признаку вредности.

Т.о., для одного и того же вещества могут устанавливаться разные предельные концентрации по перечисленным признакам вредности. Например, ионы Cu оказывают токсическое воздействие при концентрации 10мг·л^-1, нарушают процессы самоочищения в водоеме при концентрации 5 мг·л^-1, а придают привкус воде при концентрациях 1,0 мг·л^-1.

Выбирается в данном случае при нормировании качества воды (ЛПВ – лимитирующий признак вредности – наименьшая пороговая концентрация - 1,0 мг·л^-1).

Нормирование загрязняющих веществ в почве.

Загрязняющие вещества нормируются: 1) в пахотном слое почвы сельскохозяйственных угодий; 2) в почве территорий предприятий; 3) в почвах жилых районов и местах хранения бытовых отходов.

Допустимая концентрация вещества в почвенном слое (ПДК_п) устанавливается с учетом его фоновой концентрации, стойкости и токсичности.

ПДК почв устанавливается экспериментально в зависимости от допустимой остаточной концентрации (ДОК) в пищевых, кормовых растениях и в продуктах питания. ДОК – максимальное количество вещества в продуктах питания, которое, поступая в организм в течение всей жизни, не вызывает никаких нарушений в здоровье людей.

Для летучих веществ от ПДК_п устанавливаются в зависимости от ПДК этого вещества в атмосферном воздухе, т.е. при поступлении этого вещества в воздух ПДК а.в. не должно быть превышено. Кроме того, учитывается поступление загрязняющих веществ из почвы в грунтовые воды, в которых не должны быть превышены ПДК веществ в водных объектах.

С учетом всех этих признаков вредности в качестве ПДК_п принимается наиболее жесткая концентрация.

В РФ они самые жесткие.

В почвах нормируется в основном содержание пестицидов, т.е. ядохимикатов, используемых для борьбы с вредителями, болезнями, сорняками, паразитами, грызунами: инсектицидов (лат. insektum - насекомые), фунгицидов (akari - клещ) и др. Нормируется содержание и многих других химических веществ: тяжелых металлов, галогенов (хлор, бром, фтор), микроэлементов.

Предельно-допустимое количество отходов на территории предприятия – это такое их количество, которое можно разместить при условии, что выделение вредных веществ в воздух не превысит 0,3 ПДК этих веществ, установленных для воздуха рабочей зоны.

Содержание ядовитых веществ в отходах определяет класс их опасности. При расчетах учитывают дозу, растворимость и летучесть токсичного компонента. Под контролем санитарных служб находятся не только сбор, но и транспортировка, место захоронения и переработки опасных отходов (включая осадки станций отчистки сточных вод).

Кроме перечисленных ПДК, Законом ООПС предусмотрено нормирование предельно-допустимых уровней (ПДУ) шума, магнитных полей, радиационного воздействия, применение химикатов в сельском хозяйстве, остаточных количеств химических веществ в продуктах питания и другой продукции (ст. 28-32).

ЛЕКЦИЯ 8. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ:

КАРТИРОВАНИЕ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ,

ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве нормативных документов для оценки состояния ГС используются «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия», утвержденные Министром охраны окружающей среды РФВ.И. Даниловым–Данильяном 30.11.1992 г., а также «Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами», утвержденный В.И. Даниловым-Данильяном и председателем комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству В.В.Котовым в ноябре 1993 г.

Эколого-геологические карты различных масштабов – конечный результат проведения ЭГИК – являются основным источником информации для выявления фонового состояния геологической среды (ГС), ее техногенных нарушений и тенденций изменений в целях выявления опасных геологических процессов и явлений, районирования территории для обоснования размещения хозяйственных объектов и т.д. Карты предназначены для использования региональными и местными органами власти, природоохранными, геологическими и проектными организациями.

Экологические исследования проводятся в соответствии с «Требованиями к геолого-экологическим исследованиям и картографированию масштаба 1:200000-1:100000»(ВСЕГИНГЕО, 1990) и «Методическими рекомендациями по составлению эколого-геологических карт масштаба 1:200000 – 1:100000» (В.Н.Островский, Л.А.Островский, ВСЕГИНГЕО, 1995). В соответствии с ними экогеологические карты составляются в двулистном варианте. Первый лист – экогеологическая карта, отражающая основные показатели и параметры геологической среды и происходящие в ней природные и техногенные процессы. Второй лист – карта экологической оценки состояния геологической среды, на которой приводится экспертная оценка воздействия ГС на здоровье человека и условия его обитания.

Экогеологические карты составляются в границах одного или нескольких листов топографических карт международной разграфки.

На экологических картах отражаются:1)информация о естественном состоянии ГС (типы рельефа, литогенная основа ландшафта, геохимические особенности почв и пород, гидрогеологические условия и т.д.; 2) техногенные системы и объекты;3) данные об изменении природных сред;4) экологическая оценка состояния ГС и ее компонентов.

Легенды экогеологических карт включают три блока: естественное состояние ГС, техногенные системы и объекты, изменения ГС (результат взаимодействия ГС с техногенными системами).

Понятие «естественное состояние ГС» является условным, т.к. в настоящее время на территории РФ трудно найти районы, которые в той или иной степени не испытали бы техногенного воздействия. В соответствии с «Методическими рекомендациями по составлению эколого-геологических карт масштаба 1:1000000 – 1: 500000» к районам с нарушенной ГС относятся территории, где техногенные изменения ландшафтов произошли на площади не менее 10%.

Картографирование естественной и нарушенной экогеологической обстановки производится на основе типизации ландшафтных систем и их литогенной основы. Наиболее крупные таксоны - ландшафтные зоны и подзоны, дальнейшая детализация проводится по генезису и формам рельефа, морфологическим характеристикам и особенностям литогенной основы ландшафтов.

Техногенные объекты территории оцениваются по степени как фактически выявленной, так и потенциальной опасности. Характер техногенных изменений ГС отображается на картах с необходимой детальностью.

Оценка экологического состояния среды проводится двумя путями:

1. с помощью интегральной оценки по максимальным значениям частных показателей;

2. с помощью системы оценочных баллов. Оцениваются следующие экологические показатели: опасные воздействия на организм человека, угроза гибели людей, истощение водных ресурсов, опасность деформаций и разрушений зданий и сооружений, нежелательные изменения компонентов ландшафта. Наиболее высокие баллы обычно принимаются для показателей первой группы.

Проведение полевых геоэкологических работ

Полевые работы проводятся с целью получения исходных данных, необходимых для решения задач ЭГК путем площадного опробования территории.

Основой для ЭГК является картографирование распределения тяжелых металлов и некоторых других ингредиентов в почве, снежном покрове, донных отложениях, растительности, т.е. в природных средах, концентрирующих (депонирующих) загрязнения. По состоянию последних можно судить об уровне загрязнения наиболее динамичных природных сред - воздуха и воды, одновременно являющихся главными жизнеобеспечивающими средами.

Полевые работы проводятся с обязательным отбором проб из почв, пород зоны аэрации и поверхностных водотоков (донные осадки и воды). Дополнительно могут опробоваться снежный покров, растительность, атмосферная пыль и подземные (грунтовые) воды, а при необходимости - приземная атмосфера, водные мхи и др.

В проводимых геохимических исследованиях для выявления загрязнения среды выделяются три этапа, различающихся задачами и методами:

• рекогносцировочные исследования;

• геохимическое картирование (выделение на местности техногенных ореолов рассеивания);

• детальные эколого-геохимические исследования в пределах выделенных зон загрязнения.

Рекогносцировочные работы проводятся с целью выявления основных источников загрязнения и геохимической специфики зон их воздействия, а также для установления природных условий формирования техногенных ореолов рассеяния и особенностей распределения фоновых параметров.

Опробование объектов окружающей среды на этапе геохимического картирования позволяет не только составить ландшафтно-геохимические карты изучаемой территории, но и дать количественную характеристику основных очагов загрязнения. В первую очередь объектом исследований на этом этапе выступают депонирующие среды - снежный покров, почвы и донные отложения, растительность.

Снежный покров обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения природной окружающей среды, т.к. концентрации загрязняющих веществ в нем обычно на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе.

Сеть опробования должна равномерно покрывать всю исследуемую территорию, при этом густота сети опробования определяется детальностью работ.

Пробы отбираются из шурфов, вскрывающих снеговой покров на всю мощность, в полиэтиленовый кулек, в котором производится оттаивание снега (при комнатной температуре). Твердая нерастворимая фракция выделяется путем фильтрования, просушивается и взвешивается. Масса пыли в снеговой пробе служит основой для определения пылевой нагрузки (Р_п) в мг/м в сутки. Расчет ведется по формуле:

Р_п =m/St,

где т - масса пыли в пробе, г;

S - площадь шурфа, м²;

t - время от начала снегостава, сутки.

Высушенная пыль озоляется в муфельной печи при температуре 450-500° С для удаления органических примесей и отправляется на спектральный анализ.

Снеговая вода, полученная при оттаивании, после фильтрования подвергается полному химическому анализу с определением растворимых форм металлов.

Опробование почв. Опробованию подвергается самый верхний почвенный горизонт (0,0-0,2 м), где наблюдается максимальная интенсивность геохимических процессов. Особую сложность вызывает опробование в населенных пунктах, где строгую регулярную сеть разбить обычно не удается, пробы отбираются на улицах, во дворах, на газонах, в скверах, парках.

Пробы отбираются методом «конверта»: на каждой точке с площади около 10 м² берут по 5 проб почвы (четыре по углам, одну в центре) весом около 200 г, тщательно перемешивают сборную пробу, квартуют ее и отправляют четвертую часть на спектральный анализ.

Поверхностные воды и донные отложения из поверхностных водоемов отбираются сопряженно, главным образом, в межень. Отбор воды производится с глубины 0,2-0,5 м от поверхности. Объем пробы не менее 3 литров.

В пробу донных отложений отбирается илисто-глинистая или песчанистая фракция с поверхности или с глубины до 60 см. Масса пробы должна обеспечить получение из нее 500 г фракции менее 1 мм.

Кроме того, опробованию подлежат и все источники, колодцы и скважины для изучения подземных вод. При проведении полевых работ ведется полевая документация (дневники, журналы опробования) по всем видам работ. Источники первичной геохимической информации и их основные характеристики отражаются на обязательной карте фактического материала геохимического опробования.

Эколого-аналитические исследования

Основные требования к результатам аналитических исследований определяются необходимостью экспрессного получения данных по максимально широкому комплексу химических элементов и базируются на следующих положениях:

• сохранение преобладающей роли полуколичественного атомно- эмиссионного спектрального анализа;

• применение количественных и специальных аналитических методов определений, необходимых для проведения специфических поисковых, экологических и агрохимических задач.

Составление эколого-геологических карт

На эколого-геологической карте отражаются: 1 - естественное состояние геологической среды (типизация ландшафтных систем и их основы, геолого-тектонические условия, геохимические особенности почв, пород зоны аэрации); 2 -техногенные системы и объекты; 3 - изменения геологической среды (изменения геохимических условий, гидрогеологических условий, геодинамической ситуации, техногенные образования и месторождения).

1. Естественное состояние геологической среды показывается путем типизации ГС, разработанной ВСЕГИИГЕО с необходимой детальностью на основе типизации ландшафтных систем и их литологической основы. Ландшафтные зоны и подзоны определяют основные закономерности геохимической миграции элементов, ее интенсивность, потенциал самоочищения почв от загрязняющих веществ.

Морфогенетические типы и подтипы рельефа выделяются с использованием «Геоморфологической карты СССР масштаба 1:250000» (М.: ГУГК, 1981 г., под ред. И.П.Герасимова).

Наиболее важным является отражение на этой основе геохимических особенностей почв, пород зоны аэрации, донных осадков. Это фон, на котором проявляются процессы техногенного загрязнения. Однако, в районах рудных месторождений, фоновые концентрации сами могут быть повышенными и негативно сказываться на здоровье человека.

Обработка результатов аналитических исследований может производиться по методике ИМГРЭ, где одной из главных характеристик загрязнения является степень накопления вещества - загрязнителя по сравнению с природным фоном, определяемая коэффициентом концентрации.

К_с=C_i/C_ф;

где C_t - содержание элемента в исследуемом объекте, С_ф - фоновое его содержание.

Поскольку техногенные аномалии имеют обычно многоэлементный состав, для них рассчитываются суммарные показатели загрязнения и нагрузки, по формулам Ю.Е.Саета.

где п - число учитываемых аномальных элементов.

Можно, однако, считать, что для составления геоэкологических карт преимуществом должны пользоваться моноэлементные карты элементов-загрязнителей, построенные в изолиниях содержаний, что позволяет непосредственно определять фоновые участки и участки аномальных концентраций.

Гидрогеологические условия отражаются на карте в виде информации по двум горизонтам: верхнему грунтовому (безнапорному) и нижезалегающему субнапорному, которые в большинстве случаев являются основными для водоснабжения. На карте должны быть выделены площади распространения вод с минерализацией менее 1 г/л, т.е. вод хозяйственного питьевого назначения.

Геодинамические процессы должны быть показаны на карте в том случае, если они имеют экологическое значение, при этом они оцениваются по активности и интенсивности (пораженности территории). Для этого используются результаты дешифрирования аэро-фотоснимков и полевые наблюдения.

2. Техногенные системы и объекты. На карте должны показываться только те системы и объекты, которые негативно фактически влияют или потенциально могут влиять на экологическое состояние ГС. Выбор таких объектов производится по результатам проведения ЭГИК путем анализа сведений о технологии производства, потребляемом сырье, выбросах токсичных веществ и т.д.

3. Изменения геологической среды. Картируется загрязнение почв (с учетом основных уровней загрязнения), пород зоны аэрации, донных осадков под влиянием хозяйственной деятельности. Основной способ отображения информации - сплошная закраска широких полос на карте.

Показываются изменения гидрогеологических (гидрогеодинамических гидрогеохимических, геотермических) условий. Картографируются изменения уровней подземных вод, вызванных хозяйственной деятельностью (зон депрессий). Загрязнение подземных вод показывается для двух водоносных горизонтов.

Особенно важным является отражение на карте техногенных пород, включающих и техногенные месторождения.

Составление карты оценки экологического состояния геологической среды

Под экологическим состоянием ГС понимается ее качество, благоприятность для проживания людей, их хозяйственной деятельности, функционирования экосистем.

Оценка состояния ГС дается по четырем градациям: благоприятное, условно благоприятное, неблагоприятное, весьма неблагоприятное.

Экологическое состояние отдельных компонентов ГС оценивается интегрально с помощью системы баллов.

Основной картографируемый показатель (экологическое состояние ГС) показывается цветом от зеленого до красного с использованием принципа «светофора».

Составленные карты сопровождаются «Объяснительной запиской», где включаются следующие основные разделы:

1. Природные (естественные) экогеологические условия.

2. Техногенные системы и объекты.

3. Влияние хозяйственной деятельности на ГС и поверхностные воды.

4. Оценка экологического состояния ГС и поверхностных вод.

5. Практические рекомендации, пути разработки мероприятий по рациональному использованию и охране ГС (ограничение хозяйственной деятельности).

Особенности проведения работ по экологическому аудиту

Выполнение работ по экологическому аудиту - независимой экспертной оценки состояния территорий, в частности нефтяных месторождений, а также техногенных объектов, должно выполняться комплексно, с использованием современной аналитической базы.

Основой для проведения экологического аудита могут являться принципы и методы геоэкологического картирования.

На первом этапе проведения аудита необходимо провести сбор и анализ всех имеющихся геологических и экологических материалов по территории и объекту, что дает возможность проследить динамику неблагоприятных процессов и явлений, определить круг основных элементов-загрязнителей для последующего более детального опробования.

Второй этап - опробование территории месторождений проводится согласно «Методическим рекомендациям по эколого-геологическому картированию и составлению эколого-геологических карт масштаба 1:200000-1:100000» и аналитические исследования.

На последнем этапе составляется необходимый комплект карт, отражающих экологическую оценку состояния геологической и окружающей среды и отчет по экологическому аудиту, содержащий все результаты выполненных работ и рекомендации по принятию управленческих решений по экологическому состоянию объектов.