ПДК сточных вод
Нормативы ПДК водных обьектов
Одним из основных постулатов модели устойчивого развития цивилизации является обеспечение баланса между экономикой и экологией, т. е. скоординированное решение социально-экономических и экологических проблем. Мерой, обеспечивающей баланс экологических и экономических интересов, являются экологически допустимые уровни антропогенных воздействий, превышение которых создает опасность для природной среды и человека.
Рост населения, увеличение его потребностей и техногенной экспансии стали соизмеримы с предельными возможностями биосферы обеспечить эти потребности и компенсировать техногенные нагрузки. Однако большинство действующих санитарно-гигиенических и других правил и норм природопользования, рассредоточенных в тысячах международных, национальных, ресурсных и территориальных документах, носят в основном рекомендательный или чисто политический характер. Они направлены, как правило, только на охрану здоровья населения и создают лишь иллюзию нормативного обеспечения экологической безопасности природных ресурсов.
Так, в настоящее время в РФ условия отведения стоков нормируются величиной нормативно допустимых сбросов (НДС) загрязнителей. Эта величина служит также обоснованием степени и технологии очистки сточных вод, расчетов платы за сброс загрязнений и разработки мероприятий для достижения нормативных значений. Величина НДС рассчитывается на основе предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в воде водоемов. Теоретически она должна быть мерой, позволяющей соотносить уровень воздействия сточных вод с возможностями водоема переработать поступающие загрязнения.
В РФ и странах СНГ качество воды водоемов нормируется в контрольном створе водоисточника — приемника сточных вод. Этот подход ориентирован на обеспечение здоровья людей и воспроизводства рыбных запасов. Установленные нормативы дифференцированы в зависимости от вида водопользования: хозяйственно-питьевого, культурно-бытового или рыбохозяйственного.
Действующие стандарты очень жесткие и представляют собой идеал, к которому нужно стремиться, но который не может быть достигнут. Несмотря на внешнюю привлекательность, положительного опыта применения этого подхода к обеспечению экологической безопасности водных объектов практически нет. Состояние природных поверхностных вод продолжает ухудшаться. Требования к качеству воды водоемов столь жесткие (ПДК часто превышают фоновые концентрации веществ), что, по существу, провоцируют их несоблюдение. Ситуация усугубляется при множественном сбросе загрязняющих веществ, когда начинает действовать правило суммирования относительных концентраций.
В этом случае ПДК для отдельных веществ могут уменьшаться до неизмеримо малых величин. В таблице приведен пример допустимых концентраций некоторых загрязнителей в производственных сточных водах перед сбросом их в горколлектор (по сравнения с нормативами физико-химического состава питьевой воды и воды культурно-бытовых водоемов).
| Загрязняющее вещество | Допустимая концентрация в промышленных сточных водах, мг/л |
ПДК для питьевой воды* | ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования**, мг/л |
| Железо | 0,3 | 0,3-1 | 0,3 |
| Никель | 0,04 | 0,1 | 0,1 |
| Медь | 0,001 | 1 | 1 |
| Хром (III) | 0,008 | — | 0,5 |
| Хром (VI) | 0,03 | 0,05 | 0,05 |
| Цинк | 0,07 | 5 | 1 |
| Кадмий | Отс. | 0,001 | 0,001 |
| Алюминий | 0,02 | 0,5 | 0,5 |
| Сульфаты | 280 | 500 | 500 |
| Фториды | 0,2 | 1,2-1,5 | 0,7-1,5 |
| Азот аммонийный | 0,2 | — | 1 |
| *СанПин 2.1.4559-96 *СанПин 2.1.5.980-00 |
|||
Данные в таблице вынуждают сделать парадоксальный вывод: сброс городской водопроводной воды в систему водоснабжения должен быть запрещен, т.е. водопользователи должны очищать водопроводную воду до слива в водный объект. Очевидно, что это невозможно. Поэтому исполнительная власть на местном уровне фактически вынуждена произвольно принимать решения о той или иной степени отступления от ПДК. Таким образом утверждаются временно допустимые сбросы (ВДС). Сбросы загрязнений предприятиями при таких нормативах обречены быть сверхнормативными, за что им и начисляются огромные штрафы. Но штрафы не обеспечивают безопасность водоемов — экологическое состояние их продолжает ухудшаться, как следствие заводы часто разоряются.
В.Н. Кудрявцев, заведующий кафедрой «Технологии электрохимических производств» РХТУ им Д.И. Менделеева, по данному вопросу пишет: «Принципиальная невозможность исполнения нормативных требований к качеству сточных вод в регионах России даже в случае внедрения передовых технологий очистки воды, превращает практически все производственные предприятия в нарушителей законодательства и целиком лишает их мотивации добиваться улучшения экологической ситуации. Необоснованные технологически и невыполнимые требования, несправедливые плата за сброс очищенной воды, штрафы и санкции ставят заводы на грань банкротства. Вывод однозначен, — нужно конкретно менять систему управления качеством водными ресурсами на федеральном и региональных уровнях, как и водное законодательство в целом.»
Несовершенство действующих в России нормативов качества очистки воды осознается в научных кругах. Чаще всего инженеры предлагают перейти к нормированию по принципу снижения загрязнений до технологически возможного минимума и установления требований к сточным водам на выпуске их в водоемы. Данное решение существенно упростит расчеты требуемого качества водоочистки и подбор очистных сооружений промышленных сточных вод. Данный метод решения задачи зачастую реально приводит к хорошим результатам: в США предотвращена эвтрофикация Великих Американских озер, восстановлено качество воды в Рейне (Германия) и т.д. Однако такой подход не безупречен как по экологическим, так и по экономическим соображениям. Он может быть использован лишь на первом этапе достижения конечной цели предотвращения экологической и ресурсной деградации водных объектов.
С одной стороны, нормативы сброса загрязнений, определенные в соответствии даже с наилучшими доступными технологиями (НДТ), не дают полных гарантий безвредности для гидросферы. Даже очень низкие концентрации ртути (< 0,0001 мг/л), превращаясь в токсичную метилртуть, не исключают тяжелых экологических последствий.
С другой стороны, нормативы, установленные по принципу технологически возможных, могут оказаться излишне жесткими, а потому экономически нерентабельными. Например, в целях предотвращения эвтрофикации Балтийского моря Хельсинкская комиссия приняла единые для всех стран данного региона нормативы ПДК по фосфат-ионам — 0,5 мг/л. Однако, по результатам исследований, для некоторых районов принятые нормы недостаточно строги и не предотвращают цветение воды, для других — неоправданно жестки и приводят к излишним затратам.
Так, в Швеции на основании эмпирических данных и математической модели были спрогнозированы парадоксальные последствия очистки сточных вод. Перед началом строительства локальных очистных сооружений (ЛОС) вода в водоеме характеризовалась следующими показателями: рН=7,8; биологический индекс продуктивности 4,5. Это послужило основанием для строительства дорогостоящих очистных сооружений глубокого удаления биогенных элементов. Источники загрязнения: рассредоточенные выпуски от больниц и частных промышленных предприятий, сточные воды с городской ливневой канализации, содержащие соединения Hg. В донных отложениях произошла аккумуляция сульфида ртути, конц-я которого была ориентировочно 550 мг/кг грунта. Пресноводные рыбы аккумулировали ионы Hg+ в количестве 0,87 мг/кг собственного веса. Это высокие концентрации, но они не превышают норму в 1 мг/кг.
После ввода в эксплуатацию ЛОС конц-я фосфора снизились на 88%, азота — на 65%. Показатели качества воды в водоеме также изменились: концентрация хлорофилла уменьшилась с 16 до 4 мг/л, индекс биологической продуктивности упал с 4,5 до 2,8, что и было целью внедрения ЛОС.
С одной стороны, очистка сточных вод дала положительный эффект: повысилась прозрачность воды, биопродуктивность снизилась до уровня чистых водных объектов. Однако уменьшение биогенной нагрузки, повлекшее снижение эвтрофикации и скорости фотосинтеза, в то же время привело к снижению pH воды до 6,5 единиц. Изменение баланса КЩ привело к растворению соединений ртути и их накоплению в теле рыб в конц-х, превышающих ПДК. Т.О. результат очистки стоков по физико-химическим показателям в водном объекте обнаружилось превышение ПДК по ионам ртути. Что, в свою очередь подтверждает необходимость экологического обоснования строительства дорогостоящих ЛОС.
Чрезмерное удаление каких-либо загрязняющих соединений на практике может привести к тяжелым последствиям, т.к. недостающий химический элемент заменяется в процессе обмена веществ близким по свойствам, но вредным для биологических организмов (например, Ca2+ на Sr2+, K+ на Cs+, PO43- на AsO43- и пр.).
В целом же BAT IPPC (НДТ ЕС) принята и представлена в Федеральном законе No 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» от 10.01.02 г., при этом должна учитываться рентабельность очистных сооружений, поскольку когда качество очистки воды приближается к качеству исходного источника водоснабжения предприятия, стоимость ЛОС вырастает по экспоненте.
Технико-экономическое обоснование (ТЭО) технологий предлагаемых НДТ к внедрению показывает, что их применение не всегда экономически целесообразно. Также, требуется учитывать экологические воздействия внедряемых ЛОС. Выбранная технология водоочистки может привести к другим экологическим проблемам, перерасходу электроэнергии, загрязнению воздуха и почвы.
Разумно полагать, что эффективность очистки сточных вод необходимо рассчитывать исходя из способности водного объекта к самоочищению, иначе говоря БПК данного конкретного водоема. Это соответствует концепции «устойчивого развития» и прописано в законодательных актов РФ.
Основная причина низкой эффективности расчетов ПДК загрязняющих соединений по существующим аккредитованным методикам скрыта в методологии определения ПДК данных загрязнителей для водных объектов, на базе которых проводится калькуляция НДС.
ПДК в итоге становятся первоосновой, определяющей разработку мероприятий, расчеты издержек на охрану водных объектов, стоимость договоров водопользования и сброса загрязняющих веществ. Рассчитывая рентабельность взаимодействия экологии и экономики очень важно применять обоснованные научно и технологически реально достижимые нормы ПДК. Стремление приблизится к ПДК рыбхоз (невозможное на практике) по факту и не приводит к сохранению водных объектов. Как пример, ионы меди при их конц-и в воде на несколько порядков ниже норм СанПиН 2.1.3684-21. В других случаях, природные системы самостоятельно, потребляя кислород окисляют гораздо более высокие нагрузки, чем требуют гигиенические нормативы.
Вывод: требуются экологические нормативы, разработанные в соответствии с НДС водоочистки, защищающие интересы не только человека, но и саму экосистему. Разработка данных нормативов, — одно из ключевых направлений природоохранной деятельности.
Задача санитарных нормативов и регламентов — охрана здоровья населения и водных объектов. При этом экологическое нормирование следит за безопасностью водных объектов в целом, сохраняя устойчивое равновесие в природе в пределах возможной саморегуляции.
Нормы качества питьевой воды для человека не связаны с климатическими условиями, географическим расположением и сопутствующими особенностями. При этом функциональность экологических систем прямо пропорционально зависит от всех свойств природных факторов географического расположения водного объекта и наличия сброса промышленных с хозяйственно-бытовых сточных вод. Поэтому ПДК сточных вод необходимо разрабатывать на местном и государственном уровнях, в соответствии с наилучшими доступными технологиями, с учетом возможности самоочищения водоемов (БПК).
Аналог ПДК это — экологически допустимые концентрации (ЭДК) загрязняющих веществ в водных объектах, не нарушающие природные системы самоочищения водных экологических систем. На базе ЭДК мы можем рассчитать экологически допустимые нагрузки (ЭДН), без превышения возможности самоочищения водных объектов (БПК) и допустимые сбросы очищенных производственных сточных вод. Экологически допустимый уровень нагрузки — позволяет обеспечивать соответствие экологических интересов и технологических возможностей на настоящее время устойчивого развития социума.
Следовательно, основная ЭДК — поддержание в ноосфере равновесия и гомеостатических механизмов самоочищения водных объектов при антропогенных воздействиях. Применительно к гидросфере это, в первую очередь, относится к наиболее очевидному нарушению равновесия — сбросу промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод в водные объекты.
Примером разработки методологического подхода к определению экологических нормативов могут служить расчеты ЭДК биогенных элементов, выполненные для Москва-реки в целях предотвращения ее эвтрофикации. Разработанная методология базировалась на следующих теоретических положениях. Универсальными характеристиками экосистем в ноосфере, в том числе и водных систем, служит установившийся баланс фотосинтеза (автотрофных) процессов, аккумулирующих солнечную энергию, и деструктивных (гетеротрофных) процессов, сопровождающихся выделением энергии — биотический баланс.
При избыточном поступлении биогенных элементов в водные объекты равновесие смещается в сторону накопления органических веществ (в т.ч. фотосинтеза, приводящего к эвтрофикации, вторичному загрязнению воды и нарушению норм водопользования.
Скорость и степень эвтрофикации зависят от обеспеченности автотрофных организмов питательными веществами, которая, определяется нагрузкой органических веществ и гидродинамикой водного объекта, а также прочими абиотическими факторами. Согласно «закону минимума» Либиха, эвтрофикация лимитируется веществом, которые приближается к экологическому минимуму. Соответственно, для предотвращения эвтрофикации водных объектов необходимо минимизировать лишь один из биогенных элементов (в естественных условиях, лимитирующим веществом, как правило, является фосфор, конц-я которого в экологически чистых водных объектах составляет < 0,01 мг/л).
Регулирование ПДК должно соответствовать типам использования водных ресурсов. С целью контроля состояния биобаланса применяется интегральный показатель трофического статуса водоема — index of trophical state (ITS), точно оценивающий степень трофности и обладающий преимуществами в сравнении с традиционными данными, что подтверждено опытом его применения в РФ и странах ЕС.
Тем не менее сложность заключается в том, что, хотя экологический резерв Москва-реки превышает фактические нагрузки по загрязняющим соединения, точки сброса промышленных сточных вод находятся в прибрежных зонах, где ЭДК на порядок ниже резерва водного объекта в целом в силу различия расходов, гидродинамических и других условий.
Соответственно, сброс со сточными водами соединений азота и фосфора хотя и находится в пределах резервов самоочищения водного объекта, сброс биогенных элементов превышает компенсационные возможности прибрежных зон акватории реки, в которых накопление соединений азота и фосфора значительно превышен сбросами из других источников, что и приводит к угрожающей эвтрофикации прибрежных вод.
Вывод: Оценка экологического резерва водного объекта показывает, что можно избежать дополнительных затрат на очистку сточных вод от органических соединений. Экономический эффект от предотвращенного ущерба значительно выше, чем при использовании традиционных методов. ПДК должны быть основаны на современных наилучших доступных технологиях (НДТ РАВВ) с учетом рентабельности цепочки внедряемого на очистных сооружения оборудования.