Предисловие

Современное промышленное производство оказывает на окружающую среду (ОС) многообразное, часто негативное, воздействие. Это - загрязнение ОС вредными (токсичными) веществами, истощение ресурсов, изменение природных и возникновение техногенных ландшафтов.

В настоящем учебно-методическом пособии (далее по тексту - пособие) рассматриваются вопросы, связанные с загрязнением атмосферы (работа № 1), водных объектов (работа № 2), а также классификация твердых отходов предприятия по опасности для ОС с целью размещения их на полигонах твердых бытовых отходов (работа № 3).

Наиболее значимым показателем, характеризующим воздействие вредных (опасных) химических веществ на окружающую среду вообще и человека, в частности, является предельно допустимая концентрация этих веществ - ПДК.

При нормировании концентраций загрязняющих веществ в атмосфере используют принцип лимитирующего показателя. Согласно этому принципу, нормирование проводится по наиболее чувствительному показателю. Например, если запах вещества ощущается при концентрациях, которые не оказывают вредного влияния на человека и окружающую среду, то нормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения. Если же вещество оказывает на объекты окружающей среды (животных или растения) вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из действия вещества на природные объекты. В настоящее время для оценки загрязнения воздуха населенных мест используют два норматива. Первый - разовая или максимально разовая предельно допустимая концентрация – ПДК_мр, второй – среднесуточная концентрация – ПДК_сс.

Максимально разовая ПДК устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин), а среднесуточная – с целью предупреждения их токсического влияния (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др.).

Величина максимально разовой ПДК устанавливается в результате экспериментов с людьми, кратковременно (от 5 до 20 мин) вдыхающими воздух, содержащий малые концентрации изучаемого вещества. Содержание этих веществ в воздухе безопасно для человека. В качестве критерия предельно допустимого содержания загрязняющих веществ в атмосфере принимается, прежде всего, отсутствие запаха. Минимальная ощутимая концентрация для наиболее чувствительных лиц принимается за пороговую концентрацию по обонятельному ощущению. Установив ее, приступают к поиску пороговых и подпороговых концентраций по рефлекторным реакциям.

Для установления среднесуточных ПДК проводят токсикологический эксперимент на животных. Результаты, полученные в хроническом опыте на животных, переносят на людей.

Наряду с ПДК веществ в воздухе населенных мест (ПДК_нм) токсичность (опасность) вещества может быть охарактеризована ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны - ПДК_рз. Это такая концентрация вещества, которая при ежедневной (кроме выходных) работе в пределах 8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Вредные (опасные) вещества, содержащиеся в сточных водах промышленных предприятий и организаций (например, научно-исследовательских), сбрасываемых в водные объекты (водоемы), так же могут быть охарактеризованы ПДК (допустимыми концентрациями - ДК). Среди этих показателей рассмотрим два: ПДК_в и ПДК_рх.

ПДК_в (мг/л) - предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования – концентрация химического вещества в воде, при превышении которой вода становится непригодной для этого вида водопользования.

ПДК_рх (мг/л) - предельно допустимая концентрация вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения – экспериментально установленное максимально допустимое содержание в водном объекте вредного вещества, при котором не возникают последствия, снижающие его рыбохозяйственную ценность или затрудняющие его рыбохозяйственное использование.

Из остальных многочисленных показателей, характеризующих отрицательное воздействие химических веществ на объекты окружающей среды (и, в первую очередь, человека) рассмотрим только показатели, используемые в работе № 3, которые приведены ниже:

• ПДК_п, мг/кг – предельно допустимое количество вещества в почве – количество, которое не должно вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой окружающую среду, здоровье человека, а также самоочищающую способность почвы;

• ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия – временный гигиенический норматив содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе населенных мест, воде водоемов, продуктах питания. Используется для целей предупредительного санитарного надзора. Устанавливается расчетным методом по физико-химическим свойствам для химических веществ, на которые ПДК не установлены и обосновывается каждые 2 года для воздуха и каждые 3 года – для воды;

• LD₅₀, мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном пероральном введении в унифицированных условиях;

• LD₅₀^к, мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном нанесении на кожу в унифицированных условиях;

• LC₅₀, мг/м³ – средняя смертельная концентрация вещества, вызывающая гибель 50% подопытных животных при ингаляционном поступлении действующего вещества в виде паров или аэрозолей в унифицированных условиях.

Курсовая работа № 3

Оценка опасности твердых отходов предприятия для окружающей среды

Цель работы

1. Используя классификационную модель ЕРА, оценить опасность шламов очистных сооружений машиностроительного предприятия.

2. Отнести конкретные отходы производства к классу опасности для ОС с целью определения возможности их размещения на полигонах твердых бытовых отходов.

Введение

На любом производстве создание полезной (целевой) продукции сопровождается образованием значительного количества разнообразных отходов (рис.3.1). Такие отходы называются производственными.

Рис. 3.1. Схема образования отходов на производстве

При современном наращивании темпов материального производства наряду с отходами производства образуются и отходы потребления, иногда называемые бытовыми отходами.

По видам вредных воздействий на природную среду и человека выделяют токсичные, радиоактивные, пожаровзрывоопасные, коррозионно-активные (агрессивные) и отходы, вызывающие инфекционные заболевания.

Правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения вредного воздействия этих отходов на здоровье человека и окружающую среду, а также вовлечения таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья изложены в Федеральном законе Российской Федерации «Об отходах производства и потребления».

В Статье 1 «Основные понятия» (Редакция ФЗ от 29.12.2000 № 169-ФЗ) указано:

отходы производства и потребления (далее - отходы) - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства;

опасные отходы - отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, либо которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами;

обращение с отходами - деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению отходов;

паспорт опасных отходов - документ, удостоверяющий принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасности, содержащий сведения об их составе;

вид отходов - совокупность отходов, которые имеют общие признаки в соответствии с системой классификации отходов.

Статья 14 «Требования к обращению с опасными отходами» дана в следующей редакции:

1. Опасные отходы в зависимости от степени их вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека подразделяются на классы опасности в соответствии с критериями, установленными специально уполномоченными федеральными органами исполнительной власти в области обращения с отходами в соответствии со своей компетенцией.

2. Индивидуальные предприниматели и юридические лица, в процессе деятельности которых образуются опасные отходы, обязаны подтвердить отнесение данных отходов к конкретному классу опасности в порядке, установленном специально уполномоченными федеральными органами исполнительной власти в области обращения с отходами.

3. На опасные отходы должен быть составлен паспорт. Паспорт опасных отходов составляется на основании данных о составе и свойствах опасных отходов, оценки их опасности. Порядок паспортизации определяет Правительство Российской Федерации.

4. Деятельность индивидуальных предпринимателей и юридических лиц, в процессе которой образуются опасные отходы, может быть ограничена или запрещена в установленном законодательством Российской Федерации порядке при отсутствии технической или иной возможности обеспечить безопасное для окружающей среды и здоровья человека обращение с опасными отходами.

3.1. Оценка опасности отходов в рамках классификационной модели ЕРА

Рис. 3.2. Блок-схема оценки опасности отходов в рамках классификационной модели ЕРА

В мировой практике существует несколько методов оценки опасности промышленных отходов. Одним из наиболее удобных является метод, разработанный Environmental Protection Agency (EPA)¹, идеология которого представлена в виде блок-схемы на рис.3.2.

При смешивании различных отходов количество опасных отходов определяется общим количеством отходов, содержащих опасные вещества.

3.2.Отнесение опасных отходов к классу опасности для окружающей среды расчетным методом

Основные положения статьи 14 явились основой разработки специальных критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды (далее по тексту - Критерии). Такие критерии были разработаны Министерством природных ресурсов Российской Федерации и введены в 2001 году. Критерии представлены в таблице 3.1.

Отнесение отходов к классу опасности для ОС может осуществляться расчетным или экспериментальным методами. В настоящей работе представлен только расчетный метод.

Как правило, степень опасности отходов зависит не только от класса и концентрации токсичных веществ, содержащихся в отходах, но и от их способности мигрировать в окружающую среду, попадая из твердых отходов в воздух и воду.

Отнесение отходов к классу опасности для ОС осуществляется на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на ОС, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ, составляющих отход (далее – компоненты отхода), для ОС.

Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливается по составу исходного сырья и технологическим процессам его переработки или по результатам количественного химического анализа.

Компоненты отходов, состоящие из таких химических элементов, как кислород, азот, углерод, фосфор, сера, кремний, алюминий, железо, натрий, калий, кальций, магний, титан в концентрациях, не превышающих их содержание в основных типах почв, относятся к практически неопасным компонентам с относительным параметром опасности (X_i), равным 4 и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОС (W_i) равным 10⁶.

Таблица 3.1.

Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для ОС

Степень вредного воздействия опасных отходов	Состояние экологической системы. Период восстановления	Класс опасности отхода для ОС
Очень высокая	Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует	I класс – чрезвычайно опасные
Высокая	Экологическая система сильно нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника вредного воздействия	II класс – высоко опасные
Средняя	Экологическая система нарушена. Период восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника	III класс – умеренно опасные
Низкая	Экологическая система нарушена. Период самовосстановления не менее трех лет	IV класс – малоопасные
Очень низкая	Экологическая система практически не нарушена	V класс – практически неопасные

Компоненты отходов природного органического происхождения, состоящие из таких соединений, как углеводы (клетчатка, крахмал и иное), белки, азотсодержащие органические соединения (аминокислоты, амиды и иное), то есть веществ, встречающихся в живой природе, относятся к классу практически неопасных компонентов с относительным параметром опасности (X_i), равным 4 и, следовательно, коэффициентом степени опасности для ОС (W_i) равным 10⁶.

Для остальных компонентов отходов показатель степени опасности для ОС рассчитывается по формулам 3.1-3.6.

Показатель степени опасности отхода (отходов) К для ОС рассчитывают по следующей формуле:

_n

К = ∑ К_i (3.1)

ⁱ⁼¹

где К_i – показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для ОС.

Показатель степени опасности i-того компонента отхода для ОС К_i рассчитывается по формуле:

К_i = C_i / W_i (3.2)

где C_i – концентрация i-того компонента в отходе, мг/кг отхода;

W_i – коэффициент степени опасности i-того компонента отхода, который представляет собой условный показатель, численно равный количеству компонента отхода, ниже значения которого он не оказывает негативных воздействий на ОС. Размерность коэффициента степени опасности для ОС условно принимается как мг/кг.

Коэффициент W_i рассчитывается по значению его логарифма по одной из следующих формул:

Lg W_i = 4 – (4 / Z_i) при 1 ≤ Z_i £ 2 (3.3)

Lg W_i = Z_i при 2 < Z_i £ 4 (3.4)

Lg W_i = 2 + (4 / (6 – Z_i) при 4 < Z_i £ 5 (3.5)

где Z_i – вспомогательный показатель, определяемый по формуле:

Z_i = 4 X_i / 3 – 1 / 3 = (4 X_i – 1) / 3 (3.6)

где X_i – относительный параметр опасности компонента отхода для ОС, который определяется как среднее арифметическое баллов степени опасности для ОС в различных природных средах в соответствии с таблицей 3.2 и с учетом показателя информационного обеспечения.

Таблица 3.2.

Степень опасности каждого компонента отхода для ОС

№	Показатели опасности	Степень опасности компонента отхода
Балл степени опасности		1	2	3	4
	ПДКп, мг/кг	< 1	1 – 10	10,1 – 100	> 100
	Класс опасности в почве	1	2	3	4
	ПДКв (ОБУВ), мг/л	< 0,01	0,01 – 0,1	0,11 – 1	> 1
	Класс опасности в воде хозяйственно-питьевого использования	1	2	3	4
	ПДКрх (ОБУВ), мг/л	< 0,001	0,001–0,1	0,011–0,1	> 0,1
	Класс опасности в воде рыбохозяйственного использования	1	2	3	4
	ПДКсс (ПДКмр, ОБУВ), мг/м3	< 0,01	0,01 – 0,1	0,11 – 1	> 1
	ПДКрз, мг/м3	< 0,1	0,1 – 1,0	1,1 – 10	> 10
	Класс опасности в атмосферном воздухе

1

2

3

4

LD₅₀, мг/кг

< 15

15 – 150

151–5000

> 5000

LD₅₀^кожн, мг/кг

< 100

100 – 500

501–2500

> 2500

LC₅₀, мг/м³

< 500

500–5000

5001–50000

> 50000

LC₅₀^водн, мг/л / 96ч

< 1

1 – 5

5,1 – 100

> 100

В перечень показателей, используемых для расчета W_i, включается показатель информационного обеспечения J для учета недостатка информации по первичным показателям степени опасности компонентов отхода для ОС.

Величина показателя информационного обеспечения J соответствует количеству установленных (известных) показателей опасности компонента отхода. Баллы присваиваются различным диапазонам изменения показателя информационного обеспечения, в соответствии с таблицей 3.3.

Таблица 3.3.

Диапазоны изменения показателя информационного обеспечения J

Количество установленных показателей n	Балл
< 6	1
6 – 8	2
9 – 10	3
> 10	4

Отнесение отходов к классу опасности расчетным методом по показателю степени опасности отхода для ОС осуществляется в соответствии с таблицей 3.4.

Таблица 3.4.

Класс опасности отхода по показателю степени опасности отхода для ОС

Класс опасности отхода	Степень опасности отхода для ОС
I	106 ³ K > 104
II	104 ³ K >103
III	103 ³ K > 102
IV	102 ³ K > 10
V (подтверждается экспериментально)	10 ³ K

Отметим, что отходы I и II классов опасности размещаются на специальных полигонах, в то время как отходы III и IV классов опасности могут быть размещены на полигонах твердых бытовых отходах (ТБО), санитарных или контролируемых свалках.

Порядок выполнения работы

1. Вариант задания соответствует № студента по журналу кафедры ПЭ и БТ.

2. Оценить опасность отходов (шламов очистных сооружений машиностроительного предприятия) по классификационной модели ЕРА, приведенной на рис.3.2. Для этого используют данные, приведенные в приложении 3.1. Результаты оценки представить в виде таблицы 3.5.

Таблица 3.5.

Оценка опасности шламов очистных сооружений машиностроительного мероприятия по модели ЕРА

Вопросы модели ЕРА	Поток отходов, содержащий:
	Cu	Ni	Zn	Cd	Cr3+
Содержат ли отходы радиоактивные вещества в концентрациях, превышающих ПДК?
Подвержены ли отходы биоконцентрированию?
Существует ли опасность возникновения пожара?
Существует ли опасность возникновения взрыва?
Содержат ли отходы опасные вещества, вызывающие летальный исход?
Существует ли ингаляционная токсичность отходов в виде газа, тумана, пыли?
Существует ли опасность летального исхода при проникновении отходов через кожу?
Существует ли реакция раздражения кожи отходами?
Вызывают ли отходы генетические изменения?

3. Определить относительный параметр опасности компонента отхода для ОС Х_i, используя данные таблиц 3.2, 3.3, 3.8. Результаты расчета Хi представить в виде таблицы 3.6.

Таблица 3.6.

Расчет относительного параметра опасности компонента отхода для ОС Х_i

Компонент отхода	Cu		Ni		Zn		Cd		Cr3+
Показатель	Величина	Балл	Величина	Балл	Величина	Балл	Величина	Балл	Величина	Балл
ПДКп, мг/кг
КО в почве
ПДКв, мг/л
КО в воде хоз.-пит.
ПДКрх, мг/л
КО в воде рыб.хоз.
ПДКсс, мг/м3
ПДКмр, мг/м3
ПДКрз, мг/м3
КО в воздухе
LD50, мг/кг
Инф. обеспеч. J
Показатель Хi

4. Рассчитать вспомогательный показатель Z_i, коэффициент степени опасности отхода для ОС W_i и показатель степени опасности отхода для ОС К_i i-того компонента, содержащегося в отходах, по формулам 3.2-3.6, используя данные таблицы 3.9. Результаты расчетов оформить в виде таблицы 3.7.

Таблица 3.7.

Результаты расчетов показателей степени опасности компонентов отхода, подлежащих захоронению на полигонах

компонент отхода	Cu	Ni	Zn	Cd	Cr3+
Сi, мг/кг
Xi
Zi
Lg Wi
Wi
Кi

5. Рассчитать показатель степени опасности отхода К для ОС по формуле 3.1.

6. Установить класс опасности отходов, используя данные таблицы 3.4 и сделать вывод о возможности размещения шламов на полигонах ТБО.

7. Для получения зачета по работе № 3 студент письменно (или устно, по указанию преподавателя) отвечает на заданные ему контрольные вопросы.

Задание к работе № 3

Показатели опасности компонентов отходов приведены в таблице 3.8. Расчет проводится для шламов очистных сооружений машиностроительного предприятия (табл.3.9).

Таблица 3.8.

Показатели опасности компонентов отходов

Показатель	Cu	Ni	Zn	Cd	Cr3+
ПДКп, мг/кг*1	3,0	4	23	-	0,05
КО*2 в почве*3	2	2	1	1	1
ПДКв, мг/л*4	1	0,1	5	0,001	0,5
КО в воде хозяйственно-питьевого использования*4	3	3	3	2	3
ПДКрх, мг/л*5	0,001	0,01	0,05	0,005	0,07
КО в воде рыбохозяйственного использования*5	3	3	3	2	3
ПДКсс, мг/м3	0,002	0,001	0,05	0,0003	0,0015
ПДКмр, мг/м3	-	-	-	-	0,0015
ПДКрз, мг/м3	1	0,05	0,5	0,05	2
КО в атмосферном воздухе	2	2	3	1	1
LD50, мг/кг	-	150	1500	15	15

*¹ СанПиН 6229-91 Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве

*² КО – класс опасности

*³ Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94

*⁴ СанПиН 4630-88 Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения

*⁵ Перечень ПДК и ОБУВ вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М. – 1995.

Таблица 3.9.

Содержание вредных веществ в шламах очистных сооружений С_т, % масс.*

№ по журналу	Состав шлама
	Cu	Ni	Zn	Cd	Cr3+
1	1,11	1,20	1,15	0,35	0,85
2	0,43	1,40	1,33	0,43	0,77
3	0,35	0,87	1,26	0,24	0,63
4	0,38	0,94	0,85	0,29	0,93
5	0,39	1,36	0,93	0,37	0,97
6	0,41	0,77	0,97	0,45	0,67
7	0,63	0,83

	1,09	0,15	0,83
8	0,36	1,12	1,22	0,24	1,11
9	0,41	0,96	1,12	0,33	0,99
10	0,64	0,78	0,95	0,19	0,96
11	0,79	0,91	0,99	0,28	0,95
12	0,94	0,86	1,11	0,41	1,14
13	0,34	0,99	1,21	0,33	0,76
14	0,77	1,32	1,15	0,27	0,95
15	0,95	1,42	1,32	0,34	1,08
16	0,53	1,06	1,16	0,42	1,21
17	0,59	0,84	0,99	0,23	0,92
18	0,76	0,77	1,12	0,32	0,86
19	0,90	0,87	1,32	0,27	1,04
20	0,70	0,98	0,87	0,30	0,89
21	0,33	1,08	1,05	0,27	1,11
22	0,59	1,33	0,88	0,33	1,42
23	0,42	0,97	1,31	0,27	1,54
24	0,80	0,98	0,93	0,18	0,97
25	0,91	1,14	1,25	0,36	0,81

* Массовая концентрация C_i (мг/кг отхода) i-того компонента в шламах очистных сооружений рассчитывается по формуле:

С_i = 10⁴ С_{т i} (3.7)

где 10⁴ – коэффициент пересчета.

Приложение 3.1

Характер действия некоторых металлов на теплокровных животных и человека

Медь (Cu) и ее соединения. Медь относится к группе высокотоксичных металлов, способных вызывать острое отравление, обладающих широким спектром токсического действия с многообразными клиническими проявлениями. Решающую роль в механизме токсического действия меди играет способность ее ионов блокировать SH-группы белков, в особенности ферментов.

При хронической интоксикации медью и ее солями возможны функциональные расстройства нервной системы, печени и почек, изъязвление и перфорация носовой перегородки, обнаружено сродство меди к симпатической нервной системе.

Цинк (Zn) и его соединения.