Промышленной токсикологии
 Скачать 2.49 Mb.
|
Сдоп.=Снорм.–Сфакт..Согласно действующим правилам охраны поверхностных вод данный водный объект считается загрязненным, если показатели состава и свойств воды в нем изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового пользования населением и стали частично или полностью непригодными хотя бы для одного из видов водопользования. Если же примеси (загрязняющие вещества) присутствуют в воде в пределах нормативов, то водный объект загрязненным не считается. Таким образом, загрязненность воды – не абсолютное понятие: оно относится только к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Поэтому водный объект не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие сброса вредных веществ. Такое положение является объективно вынужденным, так как полностью прекратить сбросы загрязняющих веществ и их разбавление в природных водах пока нереально, однако с экологических позиций оно совершенно неприемлемо, ибо из него следует, что вне места водопользования водная экосистема, даже полностью разрушенная, загрязненной не считается. Поэтому экологически грамотные инженеры производства должны независимо от того, обеспечена или нет допустимая нагрузка на водный объект, принимать все технически доступные меры для минимизации сброса в него загрязняющих веществ. Под загрязненностью водного объекта понимают такое его состояние в официально установленном месте использования воды, при котором наблюдается уклонение от нормы в сторону увеличения содержания тех или иных нормируемых компонентов. Отсюда: загрязняющим воду веществом считается не любая примесь и не в любом количестве, а лишь избыточная, которая проводит к нарушению нормативов качества воды. Водоохранными мероприятиями называют комплекс мероприятий, осуществление которых обеспечивает соблюдение норм качества воды в местах водопользования. Это положение правил охраны поверхностных вод, как и все предыдущие, с позиций экологии и охраны природы совершенно неправомерно ибо просто невозможно охранять водную (единую!) экосистему, проводя охранные мероприятия только в местах пользования водой. Основным нормативным требованием к качеству воды в водном объекте является соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т.е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние водной экосистемы и качества воды с точки зрения ее опасности (или безопасности) для здоровья. ПДК примеси в воде водного объекта (реке, озере, море, подземных водах) – это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования. Иными словами, ПДК вредных веществ в водном объекте – это такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе (поперечном сечении!), заложенном на водотоках – в 1км выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно-питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.д.), а на непроточных водоемах – в радиусе 1км от пункта водопользования.  В дополнение к приведенному рисунку следует добавить, что при наличии организованного сброса сточных вод на водотоках устанавливают два створа и более. Один из них располагают выше источника загрязнения (вне влияния рассматриваемых сточных вод), другие – ниже источника загрязнения, в месте полного смешения. Химический состав воды в пробе, отобранной в створе выше источника загрязнения, характеризует фоновые показатели качества воды водотока в данном пункте (см. рис.). Как и в случае нормирования загрязнения воздуха, так и для воды наблюдается определенная ограниченность концепции ПДК, не позволяющая при наличии известных ПДК считать, что состояние данного объекта водопользования успешно контролируется. Например, считается, что в воде может содержаться не более 250 мг/л хлоридов и 0,1 мг/л хроматов. Первое ограничение. Указанные нормативы разработаны для воды только с хлоридами или только с хроматами, а если в воде «компот»? Если в ней одновременно находятся и сульфаты, и железо, и никель, и нефть? Что чаще всего и бывает! Безопасна ли вода, если даже каждый из этих компонентов в концентрации ниже своей нормы ПДК? Можно ли пить (или употреблять для других целей) такую воду? А ведь у нас почти вся загрязненная вода (и загрязненный воздух тоже) – именно «компоты», в которых норма ПДК теряет 9/10 своего высокого смысла.Второе обстоятельство: а как часто мы замеряем ПДК? Практика обычная – раз в месяц, в неделю и очень редко – раз в сутки. Стало быть, через 10 мин после отбора очередной пробы можно смело превысить норму ПДК хоть в 1000 раз: до следующего отбора река унесет всю грязь. Можно ночью выбрасывать в атмосферу то, за что днем чревато штрафом. И наивно полагать, что производственники не знают всех этих маленьких хитростей и не пользуются ими. И третье. По идее, доказательством научной проработки нормы ПДК должна быть ее одинаковость во всем мире: ведь американский или китайский живой организм должен реагировать на хлориды, никель или хром так же, как украинский, русский и т.д. Но стоит открыть справочник и легко можно убедиться, что отечественные нормы в массе своей – самые суровые в мире. В дополнение к уже отмеченным недостаткам использования системы ПДК для оценки качества воды следует указать тот факт, что ПДК загрязняющих примесей определяют не в очищенных сточных водах, а в воде рек и водоемов. При этом требуемая норма концентрации достигается не только очисткой, но и благодаря самоочищающей способности водотоков и водоемов и разбавления сброшенных стоков чистой водой. Разумеется, необходимая кратность разбавления не может быть достигнута непосредственно в местах сброса, и «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» разрешают сброс стоков «с учетом степени возможного смешения и разбавления сточных вод водой водоема на пути от места выпуска сточных вод до створа ближайшего пункта питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного водопользования». Практически это означает, что река или водоем должны быть чистыми не на всем их протяжении, а лишь на отдельных участках, главным образом в местах водозабора. Это допущение приводит к тому, что речные воды становятся непригодными или ограниченно пригодными на десятки и сотни километров. Еще хуже обстоит дело с непроточными или слабопроточными водоемами: здесь процессы самоочищения протекают медленнее и нередко возникают уже необратимые загрязнения. И, наконец, современная промышленность синтезирует ежегодно тысячи новых веществ; определение их ПДК неизбежно запаздывает, тем более что, попадая в воду, эти вещества могут создавать новые, неисследованные комбинации соединений с неизвестными свойствами. Что же касается давно известных и нетоксичных минеральных солей, то предусматриваемые санитарными требованиями ПДК этих соединений во много раз превышают их естественные концентрации в природных водах. Поэтому сброс в реки и водоемы сточных вод, прошедших глубокую очистку от органических соединений азота, серы, фосфора и других элементов, может приводить к повышению в воде концентраций растворимых нитратов, сульфатов, фосфатов, которое стимулирует рост водорослей, вызывает «цветение» и эвтрофирование водоемов. Водоросли, отмирая, поглощают массу кислорода, лишая воду способности к самоочищению. Разработанные гигиенистами ПДК не отражают в должной мере влияние чужеродных веществ на водные экосистемы, что может привести к недопустимым биологическим сдвигам. Назрела необходимость разработки экологических ПДК: оценивать качество воды следует не только по общесанитарным, органолептическим и химическим показателям, но и по показателям, характеризующим уровень жизни водных объектов. 5.1. Раздельное нормирование качества воды Как и для примесей в атмосферном воздухе, для веществ, загрязняющих воду, используется раздельное нормирование качества воды, хотя принцип разделения здесь иной и связан он с приоритетным назначением водного объекта, т.е. с категориями водопользования (см. схему категорий водопользования). К качеству воды каждой категории водопользования предъявляются различные требования: в одних случаях более, в других – менее жесткие. Например, присутствие хлорорганических ядохимикатов (ДДТ, гексахлоран) в хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых водных объектах допускаются в весьма ограниченных количествах: концентрации соответственно 0,02 и 0,1 мг/л. В воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается (т.е. вещества не должны определяться существующими методами анализа), что объясняется закономерностью прогрессивного накопления токсикантов в пищевых цепях.  Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, другие опасны, кроме того, и при контактном воздействии. Соответственно, присутствие первых ограничивает возможности для купания и умывания (санитарное ограничение), а вторых – лимитирует использование воды для питья и приготовления пищи (санитарно-токсикологические ограничения). Некоторые вещества являются вредными в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном воздействии или при воздействии на органы чувств, и поэтому их ПДК в водных объектах I категории имеют высокие значения с общесанитарной точки зрения. Однако в водных объектах II категории они оказываются токсичными для ихтиофауны (рыб), и здесь на первое место выдвигается их токсическое действие. Соответственно ПДК на эти вещества ужесточаются. Например, если в водных объектах I категории ПДК для аммиака (по азоту) составляет 2 мг/л, то для II категории – она в 40 раз ниже. Есть вещества малоядовитые, но обладающие резким стойким запахом, например, нефтепродукты. В водных объектах I категории преимущественное значение имеет запах, и поэтому в основе ограничения – органолептические свойства воды, загрязненной этими продуктами (ПДК=0,3 мг/л). Однако ткани рыб, обитающих в водоемах рыбохозяйственного назначения, приобретают резкий запах, а, кроме того, нефть губительна для икры, личинок, молоди рыб. Поэтому в рыбохозяйственных водных объектах присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю, и ПДК снижается до 0,05 мг/л. Таким образом, для обеспечения чистоты водных объектов одновременно с ПДК используется другой ограничительный норматив: лимитирующий показатель вредности (ЛПВ), не имеющий количественной характеристики, а отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет полифункциональное назначение. Для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения для нормирования их качества устанавливаются ПДКв вредных веществ с учетом трех показателей вредности: органолептического, общесанитарного, санитарно-токсикологического. Для вод рыбохозяйственного назначения (водопользования) ПДКвр устанавливаются с учетом пяти показателей вредности: органолептического, общесанитарного, санитарно-токсикологического, токсикологического, рыбохозяйственного. Органолептический показатель вредности характеризует способность вещества изменять органолептические свойства воды (запах, вкус, цвет). Общесанитарный показатель определяет влияние вещества на процессы природного самоочищения вод за счет биохимических и химических реакций с участием природной микрофлоры. Санитарно-токсикологический показатель характеризует вредное воздействие вещества на организм человека. Токсикологический показатель вредности характеризует токсичность вещества для живых организмов, обитающих в водном объекте (планктон и др.) Рыбохозяйственный показатель вредности характеризует влияние вещества на качество промысловых рыб. Наименьшая из безвредных концентраций по трем (или пяти) показателям вредности принимается за ПДК с указанием ЛПВ. Значения ПДК вредных веществ в водных объектах различны для разных категорий водопользования и их перечни также различны: для водных объектов I категории установлены ПДК для 1717 вредных веществ, второй категории – 952, причем лишь немногие из них повторяются в обоих перечнях. Понятно, что различные вещества при одинаковом ЛПВ могут иметь различные значения ПДК. Нормирование загрязняющих веществ в воде учитывает 3 главных критерии: – влияние вещества на общий санитарный режим водного объекта; – влияние на органолептические свойства воды; – влияние на здоровье населения. Первый критерий связан с влиянием загрязняющих веществ на процессы самоочищения воды от органических загрязнений в сточных водах. В первую очередь определяется, какое количество кислорода необходимо для окисления органики и развития водной микрофлоры. Критериальной характеристикой воды в этом случае является биохимическое потребление кислорода (БПК). Следует добавить, что процессы самоочищения в водоемах, кроме окисления органических примесей, включают также: коагуляцию взвешенных частиц, окисление минеральных примесей растворенным в воде кислородом, нейтрализацию кислот и оснований, гидролиз солей тяжелых металлов с образованием нерастворимых гидроксидов и выделением их из воды. Пороговые значения второго критерия устанавливаются на группах людей – добровольцев, отобранных по способности к восприятию запахов. Порог запахового ощущения для самых чувствительных индивидуумов принимается в качестве ПДКв для данного вещества. Более сложно исследовать влияние вредных веществ на здоровье людей. Для этого проводятся санитарно-токсикологические исследования с целью установления максимальной недействующей дозы (концентрации) вещества (МНД или МНК). Минимальная концентрация, которая вызывает незначительные, но достоверные изменения в организме или в водной среде (по любому показателю вредности), считается пороговой (минимально действующей). Наибольшая концентрация, которая еще не вызывает никаких изменений, считается МНК. Эксперименты осуществляются на крысах, морских свинках или других теплокровных животных, причем диапазон исследуемых концентраций вредных веществ довольно широк: они различаются в 5…10 раз, а опыт длится в течение 6 месяцев и более. Для того чтобы выявить так называемые минимальные эффекты, используют метод условных рефлексов, т.е. реакции тест-объектов на присутствие в воде загрязняющих веществ. При этом наблюдаются большие различия в чувствительности у разных видов тест-организмов, поэтому выявляют самое слабое звено среди всех использованных организмов и устанавливают МНК по тому или иному ЛПВ. Если вещество не обладает кумулятивным эффектом, эту концентрацию принимают за основу в расчетах ПДК. При наличии кумулятивных свойств вносят поправку на степень кумуляции. Вещества в водном объекте претерпевают различные превращения, включаясь в круговорот веществ и энергии, поэтому ПДК принимают с запасом прочности, для чего вводят коэффициент безопасности. Сравнительно недавно в практику контроля рыбохозяйственных водоемов введены нормативные требования по биотестовым показателям. Согласно этим требованиям вода контрольного створа (природная вода) не должна оказывать на тест-организмы (дафнии) хронического токсического действия, а сами сточные воды не должны быть остротоксичными. Эксперимент длится 5 суток при температуре воды 17–200С. Критерием токсичности водной среды служит состояние (поведение) дафний либо их выживаемость, которую оценивают по условной шкале в баллах: 1 балл – вода крайне остро токсичная (100% дафний погибает в течение 1 суток либо за меньший отрезок времени); 2 балла – вода остро токсичная (100% дафний гибнет в течение 5 суток); 3 балла – вода токсичная (70% дафний гибнет в течение 5 суток); 4 балла – вода мало токсичная (за 5 суток гибнет не более 30% дафний); 5 баллов – вода условно нетоксичная (выживает 100% дафний и все они по внешнему виду и поведению не отличаются от контрольных особей). Принадлежность того или иного химического соединения к определенной группе по ЛПВ необходимо учитывать для соблюдения требований «Правил об оценке качества воды», исходя из суммарного содержания всех веществ одного и того же ЛПВ. Это требование записывается в следующем виде:  ,где Сi – средняя концентрация (мг/л) одного вещества, принадлежащего к рассматриваемой группе ЛПВ; ПДКi – предельно допустимая концентрация того же вещества, мг/л; n – общее количество веществ данной группы ЛПВ, находящихся в воде исследуемого водного объекта. Поэтому при наличии в воде нескольких веществ одной и той же группы по ЛПВ отсутствие загрязнения определяется приведенным выше условием. Таким образом, химический состав воды может характеризоваться значительным числом показателей, определяющих качество воды применительно к рассматриваемому виду водопользования. Репрезентативные показатели. В условиях интенсивного антропогенного воздействия разнообразие состава промышленных сточных вод, сбрасываемых в водотоки и водоемы, затрудняет получение полной и надежной информации об уровне загрязненности последних. В связи с этим при использовании гидрохимического материала для интегральной оценки большое значение приобретает выделение ограниченного числа репрезентативных показателей (представительных, показательных), с помощью которых можно получить достаточно объективную характеристику качества воды, имеющую генетическую связь с источником загрязнения. Интегральная оценка загрязненности предусматривает использование гидрохимических показателей, характеризующих присутствие веществ как неорганического, так и органического характера. В последнем случае репрезентативные групповые показатели характеризуют соответствующие группы органических химических веществ (одного или нескольких классов), превалирующих в химическом составе сточных вод рассматриваемых производств вместе с тем специфичных для фонового загрязнения водныхобъектов и наиболее токсичных для установленных категорий водопользования. Наряду с установлением таких лимитирующих веществ, представляет интерес выделение репрезентативных показателей, помогающих выявлять загрязнение, обусловленное сбросом конкретных видов сточных вод (по их происхождению). Особенно важно это при расчетах и прогнозах уровня загрязнения водных объектов с использованием расчетных методов и математических моделей. Выбор гидрохимических показателей, репрезентативных для оценки изменения качества воды под влиянием антропогенных факторов, является одним из сложных методических вопросов. При его решениях необходимо учитывать различие между двумя основными типами загрязнения водных объектов: загрязнение вызвано сосредоточенными сбросами сточных вод; нарушение естественного качества вод в результате влияния мелких притоков загрязненных вод или выпадения загрязняющих веществ из атмосферы и вымывания их из различных слоев почвенно-грунтовой толщи водосбора. В первом случае для выбора репрезентативных показателей необходимо располагать данными о составе сточных вод, поступающих в водный объект. Проработки по выбору репрезентативных показателей, выполненные на примере сточных вод ряда отраслей промышленности, показывают возможность реализации такого подхода. Например, для сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности можно выделить в качестве специфических ингредиентов (показателей) лигнин (в форме сульфатного лигнина или лигносульфонатов) и группу сернистых органических соединений (диметилсульфид, метилмеркаптан и др.). Остальные компоненты не являются достаточно специфическими и в больших концентрациях могут поступать с хозяйственно-бытовыми и другими видами сточных вод. Наряду с этим определенное значение в качестве индикационного признака могут иметь соотношения между значениями некоторых групповых показателей, например между перманганатной окисляемостью и ХПК, между БПК и ХПК. Указанные соотношения для сточных вод разных типов колеблются в достаточно определенных интервалах, что позволяет их использовать в качестве характерных коэффициентов. Аналогичный подход к выявлению репрезентативных показателей применим и к другим видам сточных вод. Так, специфичным компонентом сточных вод коксохимпроизводства является фенол и его гомологи, а бытовых – СПАВ. Общие принципы выбора репрезентативных показателей, основанные на учете состава сточных вод и трансформации загрязняющих веществ, можно сформировать следующим образом. Выбираемые из объема гидрохимичекой информации ингредиенты (показатели) должны отличаться: – специфичностью относительно состава сточных вод, преобладающих в общем стоке сброса; – максимальным превышением содержания над уровнем ПДК; – наименьшей скоростью трансформации после выброса в водный объект; – наибольшим превышением над ПДК среди веществ, лимитируемых по общесанитарному показателю вредности. Последнее обосновывается тем, что присутствие в воде веществ этой группы подавляет процессы самоочищения водного объекта. Во втором случае, когда нарушение естественного качества воды не связано с сосредоточенными выпусками сточных вод, а представляют собой результат влияния многочисленных мелких притоков загрязненных водных масс или вымывания загрязняющих веществ из различных слоев почвы водоемов, возникает задача оценки фоновой нагрузки водного объекта загрязняющими веществами. Выбор гидрохимических показателей, репрезентативных для оценки фонового состояния воды, должен базироваться на данных натурных гидрохимических наблюдений, проводимых на участках рек выше городов или местных сосредоточенных выпусков сточных вод, и учитывать наличие нормативных критериев качества воды, установленных для различных видов водопользования. В перечень необходимых определений включаются следующие гидрохимические показатели, обычно достаточно чутко реагирующие на фоновое загрязнение: 1. биохроматная окисляемость, характеризующая общее содержание растворенных органических веществ по химическому потреблению кислорода (ХПК); 2. перманганатная окисляемость, характеризующая количество растворенных легкоокисляющихся органических веществ; 3. БПК, позволяющее оценивать общее содержание органических соединений, которые поддаются биохимическому окислению; 4. растворенный в воде кислород; 5. поверхностно-активные вещества (ПАВ); 6. ионы аммония; 7. фенолы, 8. нефтепродукты; 9. общая минерализация. По данным о лимитирующих и репрезентативных показателях, входящих в состав режимных сетевых гидрохимических наблюдений, можно получить такие важнейшие количественные характеристики степени загрязненности рек, как продолжительность периодов стока загрязненных (или чистых) речных вод и их объемы – в долях от годового стока или непосредственно в м3/год. Наличие сведений о расходах и составе сточных вод позволяет дополнительно рассчитать ряд интегральных показателей, характеризующих общую нагрузку реки загрязняющими веществами. К категории наиболее часто используемых интегральных показателей для оценки качества воды водных объектов относится гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗВ), который рассчитывают по шести-семи показателям; часть из них (концентрация растворенного кислорода, величина рН, БПК) является обязательной:  , ( 5.1)где Сі – концентрация компонента; ПДКі – установленная величина для соответствующего типа водного объекта; N – число показателей, используемых для расчета индекса. В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют по качеству воды на 7 классов: от очень чистых ( ИЗВ – до 0,2) до чрезвычайно грязных (ИЗВ–более 10). Индекс загрязнения используют для оценки изменения качества вод во времени, по течению, в зонах влияния крупных источников загрязнения. |