Баннер 7

 

55. Контроль загрязнения окружающей среды

Редакторы глав: Джерри Шпигель и Люсьен Ю. Майстр


 

Содержание

Таблицы и рисунки

Контроль и предотвращение загрязнения окружающей среды
Джерри Шпигель и Люсьен Ю. Майстр

Управление загрязнением воздуха
Дитрих Швела и Беренис Гельцер

Загрязнение воздуха: моделирование рассеивания загрязняющих веществ в воздухе
Марион Вихманн-Фибиг

Мониторинг качества воздуха
Ганс-Ульрих Пфеффер и Петер Брукманн

Контроль загрязнения воздуха
Джон Элиас

Контроль загрязнения воды
Герберт С. Преул

Проект рекультивации сточных вод Данского региона: пример из практики
Александр Донаги

Принципы обращения с отходами
Люсьен Ю. Майстре

Управление твердыми отходами и их переработка
Нильс Йорн Хан и Пол С. Лауридсен

Практический пример: Канадский мультимедийный контроль и предотвращение загрязнения Великих озер
Томас Ценг, Виктор Шантора и Ян Р. Смит

Технологии более чистого производства
Дэвид Беннетт

таблицы

Щелкните ссылку ниже, чтобы просмотреть таблицу в контексте статьи.

1. Распространенные загрязнители атмосферы и их источники
2. Параметры планирования измерений
3. Процедуры ручного измерения неорганических газов
4. Автоматизированные процедуры измерения неорганических газов
5. Процедуры измерения взвешенных частиц
6. Процедуры измерения на большом расстоянии
7. Процедуры хроматографического измерения качества воздуха
8. Систематический мониторинг качества воздуха в Германии
9. Этапы выбора контроля за загрязнением
10. Стандарты качества воздуха для диоксида серы
11. Стандарты качества воздуха для бензола
12. Примеры наилучших доступных технологий управления
13. Промышленный газ: методы очистки
14. Примеры норм выбросов для промышленных процессов
15.  Операции и процессы очистки сточных вод
16. Список исследуемых параметров
17. Исследуемые параметры на добывающих скважинах
18. Источники отходов
19. Критерии выбора веществ
20. Сокращение выбросов диоксинов и фуранов в Канаде

цифры

Наведите курсор на миниатюру, чтобы увидеть подпись к рисунку, щелкните, чтобы увидеть рисунок в контексте статьи.

ЕПК020Ф1ЕПК30Ф1АЕПК30Ф1БEPC30F1CЕПК050Ф2ЕПК050Ф1ЕПК060Ф1ЕПК060Ф2ЕПК060Ф3ЕПК060Ф4ЕПК060Ф6ЕПК060Ф7ЕПК060Ф8ЕПК060Ф9ЕПК60Ф10ЕПК60Ф11ЕПК60Ф12ЕПК60Ф13ЕПК60Ф14ЕПК065Ф1ЕПК065Ф2

ЕПК070Ф1ЕПК070Ф2ЕПК100Ф1ЕПК100Ф2ЕПК100Ф3ЕПК100Ф4ЕПК100Ф5ЕПК100Ф6


Нажмите, чтобы вернуться к началу страницы

В течение двадцатого века растущее признание воздействия антропогенной деятельности на окружающую среду и здоровье населения (обсуждается в главе Опасности для здоровья из окружающей среды) побудил к разработке и применению методов и технологий для снижения последствий загрязнения. В этом контексте правительства приняли регулирующие и другие политические меры (обсуждаемые в главе Экологическая политика) для сведения к минимуму негативных последствий и обеспечения соблюдения стандартов качества окружающей среды.

Цель этой главы состоит в том, чтобы дать представление о методах, которые применяются для контроля и предотвращения загрязнения окружающей среды. Будут внедрены основные принципы устранения негативного воздействия на качество воды, воздуха или земли; будет рассмотрен вопрос о переносе акцента с контроля на профилактику; и будут изучены ограничения строительных решений для отдельных экологических сред. Например, недостаточно защитить воздух, удаляя следовые количества металлов из дымовых газов, чтобы перенести эти загрязняющие вещества на землю из-за неправильной практики обращения с твердыми отходами. Требуются комплексные мультимедийные решения.

Подход к контролю загрязнения

Экологические последствия быстрой индустриализации привели к бесчисленным случаям загрязнения земельных, воздушных и водных ресурсов токсичными материалами и другими загрязняющими веществами, что угрожает людям и экосистемам серьезным риском для здоровья. Более экстенсивное и интенсивное использование материалов и энергии создало кумулятивное давление на качество местных, региональных и глобальных экосистем.

До того, как были предприняты согласованные усилия по ограничению воздействия загрязнения, управление природопользованием мало выходило за рамки терпимости к невмешательству, смягчаемой удалением отходов, чтобы избежать разрушительных местных неприятностей, задуманных в краткосрочной перспективе. Необходимость возмещения ущерба признавалась в виде исключения в тех случаях, когда ущерб был признан неприемлемым. По мере интенсификации темпов производственной деятельности и роста понимания кумулятивных эффектов контроль загрязнения парадигма стала доминирующим подходом к управлению окружающей средой.

Две конкретные концепции послужили основой для подхода к управлению:

  • что собой представляет ассимиляционная способность концепция, утверждающая наличие определенного уровня выбросов в окружающую среду, не приводящего к неприемлемым последствиям для окружающей среды или здоровья человека
  • что собой представляет принцип контроля концепция, которая предполагает, что ущерба окружающей среде можно избежать, контролируя способ, время и скорость поступления загрязняющих веществ в окружающую среду.

 

При подходе к борьбе с загрязнением попытки защитить окружающую среду в основном основывались на выделении загрязняющих веществ из окружающей среды и использовании фильтров на конце трубы и скрубберов. Эти решения, как правило, сосредоточены на целевых показателях качества окружающей среды или предельных значениях выбросов для конкретных сред и в первую очередь направлены на сбросы из точечных источников в конкретные среды окружающей среды (воздух, воду, почву).

Применение технологий контроля загрязнения

Применение методов борьбы с загрязнением показало значительную эффективность в решении проблем загрязнения, особенно локального характера. Применение соответствующих технологий основано на систематическом анализе источника и характера рассматриваемого выброса или сброса, его взаимодействия с экосистемой и решаемой проблемой загрязнения окружающей среды, а также на разработке соответствующих технологий для смягчения и мониторинга воздействия загрязнения. .

В своей статье о контроле за загрязнением воздуха Дитрих Швела и Беренис Гельцер объясняют важность и последствия комплексного подхода к оценке и контролю точечных и неточечных источников загрязнения воздуха. Они также подчеркивают проблемы - и возможности - которые решаются в странах, переживающих быструю индустриализацию, не имевших сильного компонента борьбы с загрязнением окружающей среды, сопровождавшего более раннее развитие.

Марион Вичман-Фибиг объясняет методы, которые применяются для моделирования рассеивания загрязнителей воздуха, чтобы определить и охарактеризовать характер проблем загрязнения. Это формирует основу для понимания средств контроля, которые должны быть введены в действие, и для оценки их эффективности. По мере углубления понимания потенциального воздействия оценка воздействия расширилась с локального на региональный и глобальный масштабы.

Ханс-Ульрих Пфеффер и Петер Брукманн рассказывают об оборудовании и методах, которые используются для мониторинга качества воздуха, чтобы можно было оценить потенциальные проблемы загрязнения и оценить эффективность мер контроля и предотвращения.

Джон Элиас представляет обзор типов контроля загрязнения воздуха, которые могут применяться, и вопросов, которые необходимо решить при выборе соответствующих вариантов контроля загрязнения.

Проблема контроля за загрязнением воды рассматривается Гербертом Преулем в статье, в которой объясняется причина, по которой естественные воды Земли могут загрязняться из точечных, неточечных и периодических источников; основы регулирования загрязнения воды; и различные критерии, которые могут применяться при определении программ контроля. Преул объясняет, каким образом сбросы поступают в водоемы и могут быть проанализированы и оценены для оценки рисков и управления ими. Наконец, представлен обзор методов, применяемых для крупномасштабной очистки сточных вод и борьбы с загрязнением воды.

Тематическое исследование представляет собой яркий пример того, как можно повторно использовать сточные воды - тема, имеющая большое значение для поиска способов эффективного использования ресурсов окружающей среды, особенно в условиях дефицита. Александр Донаги кратко излагает подход, который применялся для очистки и пополнения подземных вод муниципальных сточных вод для 1.5-миллионного населения Израиля.

Комплексное управление отходами

С точки зрения контроля за загрязнением отходы рассматриваются как нежелательный побочный продукт производственного процесса, который необходимо локализовать, чтобы гарантировать, что почва, вода и воздушные ресурсы не будут загрязнены сверх уровней, которые считаются приемлемыми. Люсьен Майстр дает обзор проблем, которые необходимо решать при управлении отходами, обеспечивая концептуальную связь с все более важной ролью переработки и предотвращения загрязнения.

В ответ на обширные свидетельства серьезного загрязнения, связанного с неограниченным обращением с отходами, правительства установили стандарты приемлемой практики сбора, обработки и удаления для обеспечения защиты окружающей среды. Особое внимание было уделено критериям экологически безопасного захоронения посредством санитарных свалок, сжигания и обращения с опасными отходами.

Чтобы избежать потенциальной нагрузки на окружающую среду и затрат, связанных с утилизацией отходов, и способствовать более тщательному управлению ограниченными ресурсами, все большее внимание уделяется минимизации отходов и их переработке. Нильс Хан и Пол Лауридсен обобщают вопросы, которые решаются при использовании вторичной переработки в качестве предпочтительной стратегии обращения с отходами, и рассматривают последствия этого для потенциального воздействия на рабочих.

Смещение акцента на предотвращение загрязнения

Борьба с загрязнением в конце производственного процесса сопряжена с риском переноса загрязнения из одной среды в другую, где оно может либо вызвать не менее серьезные экологические проблемы, либо даже стать косвенным источником загрязнения той же среды. Несмотря на то, что это не так дорого, как реабилитация, устранение выбросов в конце производственного процесса может внести значительный вклад в стоимость производственных процессов, не принося никакой ценности. Это также обычно связано с режимами регулирования, которые добавляют другие наборы затрат, связанных с обеспечением соблюдения.

В то время как подход к контролю загрязнения достиг значительных успехов в краткосрочном улучшении местных проблем загрязнения, он оказался менее эффективным в решении кумулятивных проблем, которые все чаще признаются на региональном (например, кислотные дожди) или глобальном (например, разрушение озонового слоя) уровне. .

Целью ориентированной на здоровье программы контроля загрязнения окружающей среды является повышение качества жизни за счет снижения загрязнения до минимально возможного уровня. Программы и политика по борьбе с загрязнением окружающей среды, последствия и приоритеты которых варьируются от страны к стране, охватывают все аспекты загрязнения (воздух, вода, земля и т. д.) и предусматривают координацию между такими областями, как промышленное развитие, городское планирование, освоение водных ресурсов и транспорт. политики.

Томас Ценг, Виктор Шантора и Ян Смит приводят пример мультимедийного воздействия, которое загрязнение оказало на уязвимую экосистему, подверженную многочисленным нагрузкам, — Великие озера Северной Америки. Особо рассматривается ограниченная эффективность модели контроля загрязнения в отношении стойких токсинов, которые рассеиваются в окружающей среде. Сосредоточив внимание на подходе, используемом в одной стране, и последствиях, которые он имеет для международных действий, проиллюстрированы последствия для действий, направленных на предотвращение, а также контроль.

По мере того, как технологии борьбы с загрязнением окружающей среды становятся все более сложными и дорогими, растет интерес к способам включения предотвращения в разработку промышленных процессов с целью устранения вредного воздействия на окружающую среду при одновременном повышении конкурентоспособности отраслей. Среди преимуществ подходов к предотвращению загрязнения, чистых технологий и сокращения использования токсичных веществ можно отметить возможность устранения рисков для здоровья работников.

Дэвид Беннетт дает обзор того, почему предотвращение загрязнения становится предпочтительной стратегией и как оно соотносится с другими методами рационального использования окружающей среды. Этот подход имеет центральное значение для осуществления перехода к устойчивому развитию, который получил широкую поддержку с момента публикации Комиссией Организации Объединенных Наций по торговле и развитию в 1987 году и был подтвержден на Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (ЮНСЕД) в 1992 году.

Подход к предотвращению загрязнения направлен непосредственно на использование процессов, методов, материалов и энергии, которые позволяют избежать или свести к минимуму образование загрязняющих веществ и отходов в источнике, а не на «дополнительных» мерах по борьбе с загрязнением. В то время как корпоративная приверженность играет решающую роль в принятии решения о предотвращении загрязнения (см. Bringer and Zoesel в Экологическая политика), Беннетт обращает внимание на социальные преимущества снижения рисков для экосистемы и здоровья человека, в частности для здоровья рабочих. Он определяет принципы, которые могут быть с пользой применены при оценке возможностей применения этого подхода.

 

Назад

Управление загрязнением воздуха направлено на устранение или снижение до приемлемых уровней переносимых по воздуху газообразных загрязнителей, взвешенных твердых частиц, а также физических и, в определенной степени, биологических агентов, присутствие которых в атмосфере может оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека (например, раздражение, рост заболеваемости или распространенности респираторных заболеваний, заболеваемости, рака, избыточной смертности) или благосостояния (например, сенсорные эффекты, снижение видимости), пагубное воздействие на жизнь животных или растений, повреждение материалов, представляющих экономическую ценность для общества, и ущерб окружающей среде (например, климатические исполнения). Серьезные опасности, связанные с радиоактивными загрязнителями, а также специальные процедуры, необходимые для их контроля и удаления, также заслуживают пристального внимания.

Нельзя переоценить важность эффективного управления загрязнением наружного и внутреннего воздуха. При отсутствии надлежащего контроля умножение источников загрязнения в современном мире может привести к непоправимому ущербу окружающей среде и человечеству.

Цель этой статьи — дать общий обзор возможных подходов к управлению загрязнением атмосферного воздуха автомобильными и промышленными источниками. Однако следует с самого начала подчеркнуть, что загрязнение воздуха внутри помещений (в частности, в развивающихся странах) может играть даже большую роль, чем загрязнение атмосферного воздуха, в связи с наблюдением, что концентрации загрязняющих веществ в воздухе часто значительно выше, чем концентрации на открытом воздухе.

Помимо рассмотрения выбросов из стационарных или мобильных источников, управление загрязнением воздуха включает рассмотрение дополнительных факторов (таких как топография и метеорология, а также участие общественности и правительства и многие другие), все из которых должны быть интегрированы в комплексную программу. Например, метеорологические условия могут сильно повлиять на концентрации приземного воздуха в результате одного и того же выброса загрязняющих веществ. Источники загрязнения воздуха могут быть разбросаны по сообществу или региону, и их воздействие может ощущаться или контролироваться более чем одной администрацией. Кроме того, загрязнение воздуха не признает никаких границ, и выбросы из одного региона могут вызывать последствия в другом регионе путем переноса на большие расстояния.

Таким образом, управление загрязнением воздуха требует междисциплинарного подхода, а также совместных усилий частных и государственных организаций.

Источники загрязнения воздуха

Источники техногенного загрязнения атмосферы (или источники выбросов) в основном бывают двух типов:

  • стационарный, которые можно подразделить на территориальные источники, такие как сельскохозяйственное производство, горнодобывающая промышленность и разработка карьеров, промышленные, точечные и площадные источники, такие как производство химикатов, неметаллических минеральных продуктов, производство основных металлов, производство электроэнергии и коммунальные источники (например, отопление домов и зданий, установки для сжигания бытовых отходов и осадка сточных вод, камины, кухонные помещения, услуги прачечных и очистные сооружения)
  • мобильный, включая любые виды транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания (например, легковые автомобили с бензиновым двигателем, легкие и тяжелые автомобили с дизельным двигателем, мотоциклы, самолеты, включая линейные источники с выбросами газов и твердых частиц в результате движения транспортных средств).

 

Кроме того, существуют также естественные источники загрязнения (например, районы эрозии, вулканы, некоторые растения, выделяющие большое количество пыльцы, источники бактерий, спор и вирусов). Природные источники в этой статье не обсуждаются.

Типы загрязнителей воздуха

Загрязнители воздуха обычно подразделяются на взвешенные твердые частицы (пыль, дым, туман, дым), газообразные загрязнители (газы и пары) и запахи. Некоторые примеры обычных загрязнителей представлены ниже:

Взвешенные твердые частицы (SPM, PM-10) включает дизельные выхлопы, летучую угольную золу, минеральную пыль (например, угольную, асбестовую, известняковую, цементную), металлическую пыль и пары (например, цинка, меди, железа, свинца) и кислотные туманы (например, , серная кислота), фториды, красящие пигменты, туманы пестицидов, сажа и масляный дым. Взвешенные твердые загрязняющие вещества, кроме того, что они провоцируют респираторные заболевания, рак, коррозию, уничтожение растительной жизни и т. д., могут также причинять неудобства (например, скопление грязи), мешать солнечному свету (например, образование смога и дымки из-за светорассеяние) и действуют как каталитические поверхности для реакции адсорбированных химических веществ.

Газообразные загрязнители включают соединения серы (например, диоксид серы ( SO2) и триоксид серы ( SO3)), окись углерода, соединения азота (например, окись азота (NO), двуокись азота (NO2), аммиак), органические соединения (например, углеводороды (HC), летучие органические соединения (ЛОС), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), альдегиды), соединения галогенов и производные галогенов (например, HF и HCl), сероводород, сероуглерод и меркаптаны (запахи).

Вторичные загрязнители могут образовываться в результате термических, химических или фотохимических реакций. Например, при термическом воздействии диоксид серы может окисляться до триоксида серы, который при растворении в воде приводит к образованию сернокислотного тумана (катализируется оксидами марганца и железа). Фотохимические реакции между оксидами азота и химически активными углеводородами могут производить озон ( O3), формальдегид и пероксиацетилнитрат (ПАН); реакции между HCl и формальдегидом могут привести к образованию бисхлорметилового эфира.

В то время как некоторые запахи известно, что они вызваны конкретными химическими агентами, такими как сероводород ( H2S), сероуглерод (CS2) и меркаптаны (R-SH или R1-S-R2), другие трудно определить химически.

Примеры основных загрязнителей, связанных с некоторыми промышленными источниками загрязнения воздуха, представлены в таблице 1 (Economopoulos 1993).

Таблица 1. Распространенные загрязнители атмосферы и их источники

Категории

Источник

Выбросы загрязняющих веществ

Сельское хозяйство

Открытое горение

СПМ, CO, ЛОС

Горное дело и
разработка карьеров

Добыча угля

Сырая нефть
и добыча природного газа

Добыча цветных руд

Каменный карьер

СПМ, СО2НЕТx, ЛОС

SO2

СПМ, Pb

SPM

Производство

Еда, напитки и табак

Текстильная и кожевенная промышленность

Изделия из дерева

Бумажная продукция, полиграфия

СПМ, CO, ЛОС, H2S

СПМ, ЛОС

СПМ, ЛОС

СПМ, СО2, CO, ЛОС, H2С, Р-Ш

Производство
химических веществ

Фталевый ангидрид

Хлор-щелочной

соляная кислота

Плавиковая кислота

Серная кислота

Азотная кислота

Фосфорная кислота

Оксид свинца и пигменты

аммоний

Карбонат натрия

Карбид кальция

Адипиновая кислота

Алкил свинец

Малеиновый ангидрид и
терефталевая кислота

Удобрения и
производство пестицидов

Нитрат аммония

Сульфат аммония

Синтетические смолы, пластик
материалы, волокна

Краски, лаки, лаки

Мыло

Углеродная сажа и типографская краска

Тринитротолуол

СПМ, СО2, CO, ЛОС

Cl2

HCl

ВЧ, СиФ4

SO2, SO3

НЕТx

СПМ, Ф2

СПМ, Pb

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, NH3

СПМ, Нью-Хэмпшир3

SPM

СПМ, НЕТx, CO, ЛОС

Pb

CO, летучие органические соединения

СПМ, Нью-Хэмпшир3

СПМ, Нью-Хэмпшир3, ХНО3

ЛОС

СПМ, ЛОС, H2С, КС2

СПМ, ЛОС

SPM

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, H2S

СПМ, СО2НЕТx, SO3, ХНО3

Нефтеперерабатывающие заводы

Разные продукты
нефти и угля

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС

Неметаллический минерал
производство продукции

Стеклянные изделия

Изделия из структурной глины

Цемент, известь и гипс

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, F

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, F2

СПМ, СО2НЕТx, CO

Основная металлургическая промышленность

Железо и сталь

Цветная металлургия

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, Pb

СПМ, СО2, Ф, Рб

Выработка энергии

Электричество, газ и пар

СПМ, СО2НЕТx, CO, летучие органические соединения, SO3, Свинец

Оптом и
розничная торговля

Хранение топлива, заправочные работы

ЛОС

Транспорт

 

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, Pb

Коммунальные услуги

Муниципальные мусоросжигательные заводы

СПМ, СО2НЕТx, CO, ЛОС, Pb

Источник: Экономопулос, 1993 г.

Планы внедрения чистого воздуха

Управление качеством воздуха направлено на сохранение качества окружающей среды, устанавливая допустимую степень загрязнения, оставляя на усмотрение местных органов власти и загрязнителей разработку и осуществление мер, гарантирующих, что эта степень загрязнения не будет превышена. Примером законодательства в рамках этого подхода является принятие стандартов качества атмосферного воздуха, очень часто основанных на рекомендациях по качеству воздуха (ВОЗ, 1987 г.) для различных загрязнителей; это принятые максимальные уровни загрязняющих веществ (или индикаторы) в целевом районе (например, на уровне земли в определенной точке сообщества) и могут быть как первичными, так и вторичными стандартами. Первичные стандарты (ВОЗ, 1980 г.) представляют собой максимальные уровни, соответствующие достаточному запасу прочности и сохранению здоровья населения, и они должны соблюдаться в течение определенного срока; вторичные стандарты считаются необходимыми для защиты от известных или ожидаемых неблагоприятных воздействий, помимо опасностей для здоровья (главным образом на растительность), и должны соблюдаться «в разумные сроки». Стандарты качества воздуха представляют собой краткосрочные, среднесрочные или долгосрочные значения, действительные в течение 24 часов в сутки, 7 дней в неделю, и для ежемесячного, сезонного или годового воздействия на всех живых существ (включая чувствительные подгруппы, такие как дети, пожилые люди и люди старшего возраста). больные), а также неживые объекты; это отличается от максимально допустимых уровней профессионального облучения, которые относятся к частичному еженедельному облучению (например, 8 часов в день, 5 дней в неделю) взрослых и предположительно здоровых рабочих.

Типичными мерами по управлению качеством воздуха являются меры контроля у источника, например, принудительное использование каталитических нейтрализаторов в транспортных средствах или норм выбросов в мусоросжигательных заводах, планирование землепользования и закрытие заводов или сокращение движения транспорта во время неблагоприятных погодных условий. . Наилучшее управление качеством воздуха подчеркивает, что выбросы загрязнителей воздуха должны быть сведены к минимуму; в основном это определяется стандартами выбросов для отдельных источников загрязнения воздуха и может быть достигнуто для промышленных источников, например, с помощью закрытых систем и высокоэффективных коллекторов. Стандарт выбросов – это предел количества или концентрации загрязнителя, выбрасываемого из источника. Этот тип законодательства требует решения для каждой отрасли о наилучших средствах контроля ее выбросов (т. е. установление стандартов выбросов).

Основной целью управления загрязнением воздуха является разработка плана внедрения чистого воздуха (или плана борьбы с загрязнением воздуха) (Schwela and Köth-Jahr 1994), который состоит из следующих элементов:

  • описание территории с точки зрения топографии, метеорологии и социально-экономических аспектов
  • кадастр выбросов
  • сравнение с нормами выбросов
  • инвентаризация концентраций загрязняющих веществ в воздухе
  • смоделированные концентрации загрязняющих веществ в воздухе
  • сравнение со стандартами качества воздуха
  • инвентаризация воздействия на здоровье населения и окружающую среду
  • причинный анализ
  • меры контроля
  • стоимость контрольных мероприятий
  • стоимость воздействия на здоровье населения и окружающую среду
  • анализ затрат и результатов (затраты на контроль и затраты на усилия)
  • транспорт и планирование землепользования
  • план правоприменения; обязательство по ресурсам
  • прогнозы на будущее по населению, дорожному движению, промышленности и потреблению топлива
  • стратегии последующего наблюдения.

 

Некоторые из этих вопросов будут описаны ниже.

Инвентаризация выбросов; Сравнение со стандартами выбросов

Инвентаризация выбросов представляет собой наиболее полный перечень источников на данной территории и их отдельных выбросов, максимально точно оцененных от всех точечных, линейных и площадных (диффузных) источников выбросов. Когда эти выбросы сравниваются со стандартами выбросов, установленными для конкретного источника, сначала даются намеки на возможные меры контроля, если стандарты выбросов не соблюдаются. Инвентаризация выбросов также служит для оценки списка приоритетных важных источников в зависимости от количества выбрасываемых загрязняющих веществ и указывает относительное влияние различных источников, например, дорожного движения по сравнению с промышленными или бытовыми источниками. Инвентаризация выбросов также позволяет оценить концентрации загрязняющих веществ в воздухе для тех загрязнителей, для которых измерение концентрации в окружающей среде затруднено или слишком дорого для выполнения.

Инвентаризация концентраций загрязняющих веществ в воздухе; Сравнение со стандартами качества воздуха

Инвентаризация концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе обобщает результаты мониторинга загрязнителей атмосферного воздуха с точки зрения среднегодовых значений, процентилей и трендов этих величин. Соединения, измеренные для такой инвентаризации, включают следующее:

  • Диоксид серы
  • оксиды азота
  • взвешенные твердые частицы
  • угарный газ
  • озон
  • тяжелые металлы (Pb, Cd, Ni, Cu, Fe, As, Be)
  • полициклические ароматические углеводороды: бензо(a)пирен, бензо(e)пирен, бензо(a)антрацен, дибензо(а, з)антрацен, бензопривет)перилен, коронен
  • летучие органические соединения: n-гексан, бензол, 3-метилгексан, n-гептан, толуол, октан, этилбензол, ксилол (о-, м-, р-), n-нонан, изопропилбензол, пропилбензол, n-2-/3-/4-этилтолуол, 1,2,4-/1,3,5-триметилбензол, трихлорметан, 1,1,1-трихлорэтан, тетрахлорметан, три-/тетрахлорэтан.

 

Сравнение концентраций загрязнителей воздуха со стандартами или рекомендациями по качеству воздуха, если они существуют, указывает на проблемные области, для которых необходимо провести причинно-следственный анализ, чтобы выяснить, какие источники несут ответственность за несоблюдение. При выполнении этого причинного анализа необходимо использовать дисперсионное моделирование (см. «Загрязнение воздуха: моделирование дисперсии загрязнителей воздуха»). Приборы и процедуры, используемые в современном мониторинге загрязнения атмосферного воздуха, описаны в разделе «Мониторинг качества воздуха».

Моделируемые концентрации загрязнителей воздуха; Сравнение со стандартами качества воздуха

Начиная с инвентаризации выбросов, включающей тысячи соединений, которые невозможно контролировать в атмосферном воздухе из соображений экономии, использование моделирования рассеивания может помочь в оценке концентраций более «экзотических» соединений. Используя соответствующие метеорологические параметры в подходящей модели рассеяния, можно оценить среднегодовые значения и процентили и сравнить их со стандартами или рекомендациями по качеству воздуха, если они существуют.

Инвентаризация воздействия на здоровье населения и окружающую среду; Причинный анализ

Другим важным источником информации является инвентаризация эффектов (Ministerium für Umwelt 1993), которая состоит из результатов эпидемиологических исследований в данной местности и эффектов загрязнения воздуха, наблюдаемых в биологических и материальных рецепторах, таких как, например, растения, животные и строительные объекты. металлы и строительные камни. Наблюдаемые эффекты, связанные с загрязнением воздуха, должны быть проанализированы с точки зрения причинно-следственной связи компонента, ответственного за конкретное воздействие, например увеличение распространенности хронического бронхита в загрязненном районе. Если соединение или соединения были зафиксированы в причинно-следственном анализе (составно-причинный анализ), необходимо провести второй анализ, чтобы выяснить ответственные источники (источник-причинный анализ).

меры контроля; Стоимость мер контроля

Меры контроля для промышленных объектов включают адекватные, хорошо спроектированные, хорошо установленные, эффективно эксплуатируемые и обслуживаемые устройства для очистки воздуха, также называемые сепараторами или коллекторами. Сепаратор или коллектор можно определить как «устройство для отделения любого одного или нескольких из следующих веществ от газообразной среды, в которой они взвешены или смешаны: твердые частицы (фильтр и пылеуловители), жидкие частицы (фильтр и каплеуловитель) и газы (газоочиститель)». К основным типам оборудования для контроля за загрязнением воздуха (подробнее см. «Контроль за загрязнением воздуха») относятся следующие:

  • для твердых частиц: инерционные сепараторы (например, циклоны); тканевые фильтры (рукавные фильтры); электрофильтры; мокрые коллекторы (скрубберы)
  • для газообразных загрязнителей: мокрые коллекторы (скрубберы); адсорбционные установки (например, адсорбционные слои); дожигатели, которые могут быть прямыми (термическое сжигание) или каталитическими (каталитическое сжигание).

 

Мокрые коллекторы (скрубберы) могут использоваться для одновременного сбора газообразных загрязняющих веществ и твердых частиц. Кроме того, некоторые типы устройств сжигания могут сжигать горючие газы и пары, а также некоторые горючие аэрозоли. В зависимости от типа сточных вод может использоваться один коллектор или их комбинация.

Борьба с химически идентифицируемыми запахами основывается на контроле химического агента(ов), от которого они исходят (например, путем абсорбции, путем сжигания). Однако, когда запах не определяется химическим путем, или уровень продуцирующего агента находится в чрезвычайно низких количествах, могут использоваться другие методы, такие как маскировка (с помощью более сильного, более приятного и безвредного агента) или противодействие (с помощью добавки, которая нейтрализует или частично нейтрализует запах). нейтрализует неприятный запах).

Следует иметь в виду, что адекватная эксплуатация и техническое обслуживание необходимы для обеспечения ожидаемой эффективности коллектора. Это должно быть обеспечено на этапе планирования как с точки зрения ноу-хау, так и с финансовой точки зрения. Энергетические потребности не должны игнорироваться. Всякий раз, когда вы выбираете устройство для очистки воздуха, следует учитывать не только первоначальную стоимость, но и эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание. При работе с высокотоксичными загрязняющими веществами необходимо обеспечить высокую эффективность, а также специальные процедуры содержания и утилизации отходов.

К основным мерам контроля на промышленных объектах относятся:

Замена материалов. Примеры: замена высокотоксичных растворителей менее токсичными, используемыми в некоторых промышленных процессах; использование топлива с более низким содержанием серы (например, промытого угля), что приводит к меньшему количеству соединений серы и т.д.

Модификация или изменение производственного процесса или оборудования. Примеры: в сталелитейной промышленности переход от необработанной руды к окатышей из аглоруды (для уменьшения образования пыли при обработке руды); использование закрытых систем вместо открытых; замена топливных систем отопления на паровые, водогрейные или электрические; использование катализаторов на выходе отработанного воздуха (процессы горения) и т.д.

Изменения в процессах, а также в компоновке установки могут также облегчить и/или улучшить условия для рассеивания и сбора загрязняющих веществ. Например, другая планировка установки может облегчить установку местной вытяжной системы; выполнение процесса с более низкой скоростью может позволить использовать определенный коллектор (с ограничениями по объему, но в остальном адекватный). Модификации процесса, которые концентрируют различные источники сточных вод, тесно связаны с объемом обрабатываемых сточных вод, а эффективность некоторого оборудования для очистки воздуха увеличивается с концентрацией загрязняющих веществ в сточных водах. Как замена материалов, так и модификация процессов могут иметь технические и/или экономические ограничения, и их следует учитывать.

Правильный уход и хранение. Примеры: строгие санитарные нормы при переработке пищевых продуктов и продуктов животного происхождения; избегать открытого хранения химикатов (например, куч серы) или пылевидных материалов (например, песка), или, в противном случае, обрызгивание куч сыпучих частиц водой (если возможно) или нанесение поверхностных покрытий (например, смачивающих агентов, пластик) к грудам материалов, которые могут выделять загрязняющие вещества.

Адекватное удаление отходов. Примеры: недопущение простого накопления химических отходов (например, отходов из реакторов полимеризации), а также сброса загрязняющих веществ (твердых или жидких) в водные потоки. Последняя практика не только вызывает загрязнение воды, но также может создать вторичный источник загрязнения воздуха, как в случае с жидкими отходами заводов по производству сульфитной целлюлозы, которые выделяют газообразные загрязнители с неприятным запахом.

Обслуживание. Пример: хорошо обслуживаемые и хорошо настроенные двигатели внутреннего сгорания производят меньше угарного газа и углеводородов.

Практика работы. Пример: учет метеорологических условий, особенно ветра, при распылении пестицидов.

По аналогии с адекватной практикой на рабочем месте, передовая практика на уровне сообщества может способствовать контролю за загрязнением воздуха, например, изменения в использовании автотранспортных средств (более коллективный транспорт, малолитражные автомобили и т. д.) и контроль за отоплением (лучше теплоизоляция зданий для уменьшения потребности в отоплении, лучшего топлива и т.д.).

Мерами по контролю выбросов транспортных средств являются адекватные и эффективные программы обязательного осмотра и технического обслуживания, которые применяются к существующему автопарку, программы принудительного использования каталитических нейтрализаторов в новых автомобилях, агрессивная замена автомобилей, работающих на солнечных батареях / батареях, автомобилями, работающими на топливе. , регулирование дорожного движения, концепции транспорта и планирования землепользования.

Выбросы автотранспортных средств контролируются путем контроля выбросов на пройденную милю транспортного средства (VMT) и посредством контроля самого VMT (Walsh 1992). Выбросы в расчете на VMT можно уменьшить, контролируя характеристики автомобиля — аппаратное обеспечение, техническое обслуживание — как новых, так и бывших в употреблении автомобилей. Топливный состав этилированного бензина можно контролировать, уменьшая содержание свинца или серы, что также оказывает благотворное влияние на снижение выбросов углеводородов от транспортных средств. Снижение содержания серы в дизельном топливе как средство снижения выбросов дизельных частиц имеет дополнительный положительный эффект, заключающийся в повышении потенциала каталитического контроля выбросов дизельных частиц и органических углеводородов.

Еще одним важным инструментом управления для снижения выбросов в результате испарения и заправки топливом является контроль летучести бензина. Контроль летучести топлива может значительно снизить выбросы углеводородов в результате испарения автомобиля. Использование оксигенированных присадок в бензине снижает выбросы HC и CO до тех пор, пока не увеличивается летучесть топлива.

Снижение VMT является дополнительным средством контроля выбросов транспортных средств с помощью таких стратегий контроля, как

  • использование более эффективных видов транспорта
  • увеличение среднего количества пассажиров на автомобиль
  • распределение перегруженных пиковых нагрузок трафика
  • снижение спроса на поездки.

 

Хотя такие подходы способствуют экономии топлива, они еще не приняты населением в целом, и правительства серьезно не пытались их реализовать.

Все эти технологические и политические решения автомобильной проблемы, за исключением замены автомобилей на электромобили, все больше компенсируются ростом парка транспортных средств. Проблема транспортного средства может быть решена только в том случае, если проблема роста решается соответствующим образом.

Затраты на общественное здравоохранение и воздействие на окружающую среду; Анализ выгоды и затрат

Оценка затрат на общественное здравоохранение и воздействие на окружающую среду является наиболее сложной частью плана внедрения чистого воздуха, так как очень сложно оценить значение сокращения на протяжении жизни болезней, приводящих к инвалидности, показателей госпитализации и потерянных часов работы. Однако эта оценка и сравнение со стоимостью мер контроля абсолютно необходимы для того, чтобы сбалансировать затраты на меры контроля с затратами на отсутствие таких мер с точки зрения воздействия на здоровье населения и окружающую среду.

Транспорт и планирование землепользования

Проблема загрязнения тесно связана с землепользованием и транспортом, включая такие вопросы, как общественное планирование, проектирование дорог, управление дорожным движением и общественный транспорт; вопросам демографии, топографии и экономики; и к социальным проблемам (Venzia 1977). В целом быстро растущие городские агломерации сталкиваются с серьезными проблемами загрязнения из-за неэффективного землепользования и неэффективного транспорта. Транспортное планирование для борьбы с загрязнением воздуха включает средства контроля за транспортировкой, транспортную политику, расходы на общественный транспорт и заторы на автомагистралях. Транспортный контроль оказывает важное влияние на общественность с точки зрения справедливости, репрессивности и социальных и экономических потрясений, в частности, прямой транспортный контроль, такой как ограничения на использование транспортных средств, ограничения на бензин и сокращение выбросов автотранспортных средств. Сокращение выбросов за счет прямого контроля может быть надежно оценено и проверено. Косвенный транспортный контроль, такой как сокращение пробега транспортных средств за счет улучшения систем общественного транспорта, правила улучшения транспортных потоков, правила парковки, дорожные налоги и налоги на бензин, разрешения на использование автомобилей и стимулы для добровольных подходов, в основном основаны на прошлых испытаниях. опыт ошибок и включает много неопределенностей при попытке разработать жизнеспособный план транспортировки.

Национальные планы действий, предусматривающие косвенный контроль за транспортом, могут повлиять на планирование транспорта и землепользования в отношении автомагистралей, автостоянок и торговых центров. Долгосрочное планирование транспортной системы и территории, находящейся под ее влиянием, позволит предотвратить значительное ухудшение качества атмосферного воздуха и обеспечить соблюдение нормативов качества атмосферного воздуха. Общественный транспорт постоянно рассматривается как потенциальное решение проблемы загрязнения воздуха в городах. Выбор системы общественного транспорта для обслуживания района и различные режимы разделения между использованием автомагистралей и автобусным или железнодорожным сообщением в конечном итоге изменят модели землепользования. Существует оптимальное разделение, которое минимизирует загрязнение воздуха; однако это может быть неприемлемо, если учитывать факторы, не связанные с окружающей средой.

Автомобиль называют величайшим из когда-либо известных генераторов экономических внешних эффектов. Некоторые из них, такие как рабочие места и мобильность, являются положительными, но отрицательные, такие как загрязнение воздуха, несчастные случаи со смертельным исходом и травмами, материальный ущерб, шум, потеря времени и ухудшение состояния здоровья, приводят к выводу, что транспорт не является промышленность с уменьшающимися издержками в урбанизированных районах. Затраты на заторы на автомагистралях - еще один внешний фактор; однако потери времени и затраты на перегрузку трудно определить. Настоящая оценка конкурирующих видов транспорта, таких как общественный транспорт, не может быть получена, если транспортные расходы на рабочие поездки не включают стоимость пробок.

Планирование землепользования для борьбы с загрязнением воздуха включает в себя кодексы зонирования и стандарты эффективности, контроль за землепользованием, жилищное строительство и застройку земель, а также политику планирования землепользования. Зонирование землепользования было первоначальной попыткой обеспечить защиту людей, их собственности и их экономических возможностей. Однако вездесущий характер загрязнителей воздуха требовал большего, чем физическое разделение промышленных и жилых районов для защиты человека. По этой причине стандарты производительности, изначально основанные на эстетических или качественных решениях, были введены в некоторые кодексы зонирования в попытке количественно определить критерии для выявления потенциальных проблем.

Ограничения ассимиляционной способности окружающей среды должны быть определены для долгосрочного планирования землепользования. Затем можно разработать меры контроля за землепользованием, которые будут справедливо распределять пропускную способность между желаемыми местными видами деятельности. Контроль за землепользованием включает в себя системы разрешений на проверку новых стационарных источников, регулирование зонирования промышленных и жилых районов, ограничение права собственности на землю или покупку земли, контроль местоположения реципиентов, зонирование по плотности выбросов и правила распределения выбросов.

Жилищная политика, направленная на то, чтобы сделать владение жильем доступным для многих, кто в противном случае не мог бы себе этого позволить (например, налоговые льготы и ипотечная политика), стимулирует разрастание городов и косвенно препятствует жилой застройке с более высокой плотностью населения. Эта политика в настоящее время оказалась губительной для окружающей среды, поскольку не уделялось внимания одновременному развитию эффективных транспортных систем для удовлетворения потребностей множества новых развивающихся сообществ. Урок, извлеченный из этого развития, заключается в том, что программы, воздействующие на окружающую среду, должны координироваться, а всестороннее планирование должно осуществляться на уровне возникновения проблемы и в масштабе, достаточном для охвата всей системы.

Планирование землепользования должно быть рассмотрено на национальном, провинциальном или государственном, региональном и местном уровнях, чтобы должным образом обеспечить долгосрочную защиту окружающей среды. Государственные программы обычно начинаются с размещения электростанций, участков добычи полезных ископаемых, прибрежного зонирования и развития пустынь, гор или других рекреационных объектов. Поскольку множество местных органов власти в данном регионе не может адекватно решать региональные экологические проблемы, региональные органы власти или агентства должны координировать модели освоения земель и плотности, контролируя пространственное расположение и расположение нового строительства и использования, а также транспортных средств. Планирование землепользования и транспорта должно быть взаимосвязано с соблюдением правил для поддержания желаемого качества воздуха. В идеале контроль загрязнения воздуха должен планироваться тем же региональным агентством, которое занимается планированием землепользования, поскольку внешние факторы, связанные с обоими вопросами, частично совпадают.

План правоприменения, обязательство по ресурсам

План внедрения чистого воздуха всегда должен содержать план обеспечения соблюдения, в котором указывается, как можно обеспечить соблюдение мер контроля. Это подразумевает также обязательство по ресурсам, в котором, согласно принципу «загрязнитель платит», будет указано, что загрязнитель должен реализовать и как правительство поможет загрязнителю в выполнении обязательства.

Прогнозы на будущее

В смысле плана предосторожности план внедрения чистого воздуха должен также включать оценки тенденций в населении, дорожном движении, промышленности и потреблении топлива, чтобы оценить ответы на будущие проблемы. Это позволит избежать стрессов в будущем, применяя меры задолго до предполагаемых проблем.

Стратегии последующих действий

Стратегия последующих мер по управлению качеством воздуха состоит из планов и политик реализации будущих планов внедрения чистого воздуха.

Роль оценки воздействия на окружающую среду

Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) представляет собой процесс предоставления ответственным органом подробного заявления о воздействии предлагаемого действия на окружающую среду, существенно влияющего на качество окружающей человека среды (Lee 1993). ОВОС – это инструмент предотвращения, направленный на рассмотрение окружающей человека среды на ранней стадии разработки программы или проекта.

ОВОС особенно важна для стран, разрабатывающих проекты в рамках экономической переориентации и реструктуризации. ОВОС стала законом во многих развитых странах и в настоящее время все чаще применяется в развивающихся странах и странах с переходной экономикой.

ОВОС является интегративной в смысле комплексного экологического планирования и управления с учетом взаимодействия между различными средами окружающей среды. С другой стороны, ОВОС интегрирует оценку экологических последствий в процесс планирования и тем самым становится инструментом устойчивого развития. ОВОС также сочетает в себе технические и партисипативные свойства, так как собирает, анализирует и применяет научно-технические данные с учетом контроля качества и обеспечения качества, и подчеркивает важность консультаций перед процедурами лицензирования между природоохранными агентствами и общественностью, которые могут быть затронуты конкретными проектами. . План внедрения чистого воздуха можно рассматривать как часть процедуры ОВОС применительно к воздуху.

 

Назад

Целью моделирования загрязнения воздуха является оценка концентраций загрязняющих веществ на открытом воздухе, вызванных, например, промышленными производственными процессами, аварийными выбросами или дорожным движением. Моделирование загрязнения воздуха используется для определения общей концентрации загрязнителя, а также для выяснения причин чрезвычайно высоких уровней. Для проектов, находящихся на стадии планирования, можно заранее оценить дополнительный вклад в существующую нагрузку и оптимизировать условия выбросов.

Рисунок 1. Глобальная система мониторинга окружающей среды/Управление загрязнением воздуха

ЕПК020Ф1

В зависимости от стандартов качества воздуха, установленных для рассматриваемого загрязнителя, интерес представляют среднегодовые значения или кратковременные пиковые концентрации. Обычно концентрации приходится определять там, где люди активны, то есть вблизи поверхности на высоте около двух метров над землей.

Параметры, влияющие на рассеивание загрязняющих веществ

Два типа параметров влияют на рассеивание загрязняющих веществ: параметры источника и метеорологические параметры. Для параметров источника концентрации пропорциональны количеству выбрасываемого загрязняющего вещества. Если речь идет о пыли, необходимо знать диаметр частиц, чтобы определить седиментацию и осаждение материала (VDI 1992). Поскольку поверхностные концентрации ниже при большей высоте штабеля, этот параметр также необходимо знать. Кроме того, концентрации зависят от общего количества выхлопных газов, а также от их температуры и скорости. Если температура выхлопных газов превышает температуру окружающего воздуха, газ будет подвержен термической плавучести. Его скорость истечения, которая может быть рассчитана по диаметру внутренней трубы и объему выхлопных газов, вызовет динамическую плавучесть. Для описания этих особенностей можно использовать эмпирические формулы (VDI 1985; Venkatram and Wyngaard 1988). Следует подчеркнуть, что не масса рассматриваемого загрязняющего вещества, а масса всего газа отвечает за тепловую и динамическую плавучесть.

Метеорологическими параметрами, влияющими на рассеивание загрязняющих веществ, являются скорость и направление ветра, а также вертикальная тепловая стратификация. Концентрация загрязняющих веществ обратно пропорциональна скорости ветра. В основном это связано с ускоренным транспортом. Причем турбулентное перемешивание усиливается с ростом скорости ветра. Поскольку так называемые инверсии (т. е. ситуации, когда температура увеличивается с высотой) препятствуют турбулентному перемешиванию, максимальные поверхностные концентрации наблюдаются при высокоустойчивой стратификации. Наоборот, конвективные ситуации усиливают вертикальное перемешивание и поэтому имеют самые низкие значения концентрации.

Стандарты качества воздуха — например, среднегодовые значения или 98 процентилей — обычно основаны на статистике. Следовательно, необходимы данные временных рядов для соответствующих метеорологических параметров. В идеале статистика должна основываться на десятилетних наблюдениях. Если доступны только более короткие временные ряды, следует убедиться, что они репрезентативны для более длительного периода. Это можно сделать, например, путем анализа более длинных временных рядов с других точек наблюдения.

Используемые метеорологические временные ряды также должны быть репрезентативными для рассматриваемого участка, т. е. должны отражать местные характеристики. Это особенно важно в отношении стандартов качества воздуха, основанных на пиковых долях распределения, таких как 98 процентилей. Если таких временных рядов нет, можно использовать метеорологическую модель потока для расчета одного из других данных, как будет описано ниже.

 


 

Международные программы мониторинга

Международные агентства, такие как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), учредили мониторинговые и исследовательские проекты для выяснения вопросов, связанных с загрязнением воздуха, и содействия мерам по предотвращению дальнейшее ухудшение здоровья населения и эколого-климатических условий.

Глобальная система мониторинга окружающей среды GEMS/Air (ВОЗ/ЮНЕП, 1993 г.) организована и спонсируется ВОЗ и ЮНЕП и разработала комплексную программу предоставления инструментов рационального управления загрязнением воздуха (см. рис. 55.1. [EPC01FE] Ядро этой программы). представляет собой глобальную базу данных о концентрациях загрязнителей воздуха в городах, таких как двуокись серы, взвешенные твердые частицы, свинец, оксиды азота, окись углерода и озон. Однако столь же важной, как и эта база данных, является предоставление инструментов управления, таких как руководства по оперативной инвентаризации выбросов, программы для моделирования рассеивания, оценки воздействия на население, мер контроля и анализа затрат и результатов. В этом отношении GEMS/Air предоставляет справочники по обзору методологии (ВОЗ/ЮНЕП, 1994, 1995), проводит глобальные оценки качества воздуха, облегчает обзор и проверку оценок , выступает в качестве посредника данных/информации, выпускает техническую документацию в поддержку всех аспектов управления качеством воздуха, способствует установлению в целях мониторинга, проводит и широко распространяет ежегодные обзоры, а также создает или определяет региональные центры сотрудничества и/или экспертов для координации и поддержки деятельности в соответствии с потребностями регионов. (ВОЗ/ЮНЕП, 1992, 1993, 1995)

Программа Глобальной службы атмосферы (ГСА) (Миллер и Судин, 1994 г.) предоставляет данные и другую информацию о химическом составе и соответствующих физических характеристиках атмосферы, а также их тенденциях, с целью понимания взаимосвязи между изменением состава атмосферы и изменениями глобального и региональный климат, дальний атмосферный перенос и осаждение потенциально вредных веществ над наземными, пресноводными и морскими экосистемами, естественный круговорот химических элементов в глобальной системе атмосфера/океан/биосфера и антропогенное воздействие на них. Программа ГСА состоит из четырех областей деятельности: Глобальная система наблюдения за озоном (GO3OS), глобальный мониторинг фонового состава атмосферы, включая Сеть мониторинга фонового загрязнения воздуха (BAPMoN); рассеивание, перенос, химическое преобразование и осаждение атмосферных загрязнителей над сушей и морем в различных временных и пространственных масштабах; обмен загрязняющими веществами между атмосферой и другими компонентами окружающей среды; и интегрированный мониторинг. Одним из наиболее важных аспектов ГСА является создание центров научной деятельности по обеспечению качества для надзора за качеством данных, получаемых в рамках ГСА.


 

 

Концепции моделирования загрязнения воздуха

Как упоминалось выше, рассеивание загрязняющих веществ зависит от условий выброса, переноса и турбулентного перемешивания. Использование полного уравнения, описывающего эти особенности, называется эйлеровым дисперсионным моделированием (Pielke 1984). При таком подходе поступления и потери рассматриваемого загрязняющего вещества должны определяться в каждой точке воображаемой пространственной сетки и на отдельных временных шагах. Поскольку этот метод очень сложен и требует компьютерного времени, его обычно нельзя использовать в обычном порядке. Однако для многих приложений его можно упростить, используя следующие предположения:

  • отсутствие изменения условий эмиссии со временем
  • отсутствие изменения метеорологических условий во время транспортировки
  • скорость ветра более 1 м/с.

 

В этом случае упомянутое выше уравнение может быть решено аналитически. Полученная формула описывает шлейф с гауссовым распределением концентрации, так называемая модель гауссовского шлейфа (VDI 1992). Параметры распределения зависят от метеорологических условий и расстояния по ветру, а также от высоты штабеля. Их необходимо определять эмпирически (Venkatram and Wyngaard 1988). Ситуации, когда выбросы и/или метеорологические параметры значительно изменяются во времени и/или пространстве, могут быть описаны с помощью модели гауссовой затяжки (VDI 1994). При таком подходе отдельные затяжки испускаются через фиксированные временные интервалы, каждая из которых следует своим собственным путем в соответствии с текущими метеорологическими условиями. На своем пути каждая затяжка растет согласно турбулентному перемешиванию. Параметры, описывающие этот рост, опять-таки должны определяться на основе эмпирических данных (Venkatram and Wyngaard, 1988). Однако следует подчеркнуть, что для достижения этой цели входные параметры должны быть доступны с необходимым разрешением во времени и/или пространстве.

Что касается аварийных выбросов или исследований отдельных случаев, лагранжева модель или модель частиц (Руководство VDI 3945, Часть 3) рекомендуется. Таким образом, концепция состоит в том, чтобы рассчитать траектории многих частиц, каждая из которых представляет собой фиксированное количество рассматриваемого загрязняющего вещества. Отдельные пути состоят из переноса средним ветром и случайных возмущений. Из-за стохастической части траектории полностью не согласуются, а изображают смесь турбулентностью. В принципе, лагранжевы модели способны учитывать сложные метеорологические условия, в частности ветер и турбулентность; поля, рассчитанные с помощью описанных ниже моделей течения, можно использовать для моделирования лагранжевой дисперсии.

Моделирование рассеивания в сложной местности

Если необходимо определить концентрации загрязняющих веществ на структурированной местности, может оказаться необходимым включить в моделирование топографические эффекты рассеивания загрязняющих веществ. Такими эффектами являются, например, перенос, следующий за топографической структурой, или тепловые ветровые системы, такие как морской бриз или горный ветер, которые меняют направление ветра в течение дня.

Если такие эффекты имеют место в масштабе, значительно превышающем площадь модели, это влияние можно учитывать с использованием метеорологических данных, отражающих местные характеристики. Если таких данных нет, то трехмерную структуру, наложенную на поток топографией, можно получить, используя соответствующую модель течения. На основе этих данных может быть выполнено само моделирование дисперсии в предположении горизонтальной однородности, как описано выше в случае модели гауссового шлейфа. Однако в ситуациях, когда ветровые условия значительно меняются внутри моделируемой области, само моделирование рассеивания должно учитывать трехмерный поток, на который влияет топографическая структура. Как упоминалось выше, это можно сделать, используя гауссовский слой или лагранжеву модель. Другой способ - выполнить более сложное эйлерово моделирование.

Чтобы определить направление ветра в соответствии с топографически структурированной местностью, можно использовать согласованное с массой или диагностическое моделирование потока (Pielke 1984). Используя этот подход, поток подгоняется к топографии, варьируя начальные значения как можно меньше и сохраняя постоянство его массы. Поскольку это подход, который дает быстрые результаты, его также можно использовать для расчета статистики ветра для определенного участка, если нет доступных наблюдений. Для этого используется геострофическая статистика ветра (т. е. аэрологические данные, полученные с помощью зондов).

Однако, если необходимо более детально рассмотреть тепловые ветровые системы, следует использовать так называемые прогностические модели. В зависимости от масштаба и крутизны моделируемой области подходит гидростатический или еще более сложный негидростатический подход (VDI 1981). Модели этого типа требуют больших вычислительных мощностей, а также большого опыта применения. Эти модели, как правило, не позволяют определить концентрации на основе среднегодовых значений. Вместо этого можно провести исследования наихудшего случая, рассматривая только одно направление ветра и те параметры скорости ветра и стратификации, которые приводят к самым высоким значениям приземной концентрации. Если эти значения для наихудшего случая не превышают стандарты качества воздуха, в более подробных исследованиях нет необходимости.

Рис. 2. Топографическая структура модельного региона

ЕПК30Ф1А

На рис. 2, рис. 3 и рис. 4 показано, как можно представить перенос и распространение загрязняющих веществ в зависимости от влияния рельефа и климатологии ветра, полученных на основе учета частот приземного и геострофического ветра.

Рис. 3. Распределение поверхностной частоты, определенное по геострофическому распределению частоты.

ЕПК30Ф1Б

Рис. 4. Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ для гипотетического региона, рассчитанные по геострофическому частотному распределению неоднородных полей ветра.

EPC30F1C

Моделирование дисперсии в случае малых источников

Принимая во внимание загрязнение воздуха, вызванное низкими источниками (например, высота дымовых труб порядка высоты здания или выбросы от дорожного движения), необходимо учитывать влияние окружающих зданий. Выбросы от дорожного движения в определенной степени будут задерживаться в уличных каньонах. Для описания этого были найдены эмпирические формулировки (Ямартино и Виганд, 1986).

Загрязняющие вещества, выбрасываемые из низкой трубы, расположенной на здании, будут улавливаться в циркуляцию с подветренной стороны здания. Степень этой подветренной циркуляции зависит от высоты и ширины здания, а также от скорости ветра. Поэтому упрощенные подходы к описанию рассеивания загрязняющих веществ в таком случае, основанные исключительно на высоте здания, в целом не годятся. Вертикальная и горизонтальная протяженность подветренной циркуляции была получена в результате исследований в аэродинамической трубе (Hosker 1985) и может быть реализована в диагностических моделях, согласованных с массой. Как только поле течения определено, его можно использовать для расчета переноса и турбулентного перемешивания выбрасываемого загрязняющего вещества. Это можно сделать с помощью моделирования лагранжевой или эйлеровой дисперсии.

Более подробные исследования, например, в отношении аварийных выбросов, можно провести только с использованием негидростатических моделей потока и рассеивания вместо диагностического подхода. Поскольку это, как правило, требует высокой вычислительной мощности, перед полным статистическим моделированием рекомендуется использовать описанный выше подход для наихудшего случая.

 

Назад

Среда, Март 09 2011 15: 40

Мониторинг качества воздуха

Мониторинг качества воздуха означает систематическое измерение загрязнителей атмосферного воздуха, чтобы иметь возможность оценить воздействие на уязвимые реципиенты (например, людей, животных, растения и произведения искусства) на основе стандартов и руководств, основанных на наблюдаемых воздействиях, и/или установить источник загрязнения атмосферного воздуха (причинный анализ).

На концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе влияет пространственная или временная изменчивость выбросов вредных веществ и динамика их рассеивания в воздухе. Как следствие, возникают заметные суточные и годовые колебания концентраций. Определить единым образом все эти различные вариации качества воздуха (на статистическом языке — совокупность состояний качества воздуха) практически невозможно. Таким образом, измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе всегда носят характер случайных пространственных или временных выборок.

Планирование измерений

Первым шагом в планировании измерения является как можно более точная формулировка цели измерения. Важные вопросы и области деятельности по мониторингу качества воздуха включают:

Измерение площади:

  • репрезентативное определение экспозиции на одном участке (общий мониторинг воздуха)
  • репрезентативное измерение ранее существовавшего загрязнения в районе планируемого объекта (разрешение, TA Luft (Техническая инструкция, воздух))
  • предупреждение о смоге (зимний смог, высокая концентрация озона)
  • измерения в горячих точках загрязнения воздуха для оценки максимального воздействия на реципиенты (EU-NO2 руководство, измерения в уличных каньонах в соответствии с Федеральным законом Германии о контроле за выбросами)
  • проверка результатов мер по борьбе с загрязнением и тенденций с течением времени
  • скрининговые измерения
  • научные исследования - например, перенос загрязнителей воздуха, химические превращения, калибровка расчетов рассеивания.

 

Измерение объекта:

  • измерения в ответ на жалобы
  • установление источников выбросов, причинно-следственный анализ
  • измерения при пожарах и аварийных выбросах
  • проверка успешности мер по сокращению
  • мониторинг заводских неорганизованных выбросов.

 

Целью планирования измерений является использование адекватных процедур измерения и оценки для получения ответов на конкретные вопросы с достаточной определенностью и с минимально возможными затратами.

Пример параметров, которые следует использовать для планирования измерений, представлен в таблице 1 применительно к оценке загрязнения воздуха в районе планируемого промышленного объекта. Признавая, что формальные требования различаются в зависимости от юрисдикции, следует отметить, что здесь делается конкретная ссылка на немецкие процедуры лицензирования промышленных объектов.

Таблица 1. Параметры планирования измерений при измерении концентраций загрязнений атмосферного воздуха (с примером применения)

Параметр

Пример применения: Процедура лицензирования
промышленные объекты в Германии

Постановка вопроса

Измерение предшествующего загрязнения в процедуре лицензирования; репрезентативное случайное измерение зонда

Область измерения

Обведите вокруг места с радиусом, в 30 раз превышающим фактическую высоту дымохода (упрощенно)

Стандарты оценки (в зависимости от места и времени):
полученный из данных измерений

Пороговые пределы IW1 (среднее арифметическое) и IW2 (98-й процентиль) TA Luft (Техническая инструкция, воздух); расчет I1 (среднее арифметическое) и I2 (98-й процентиль) по измерениям на 1 км2 (поверхность оценки) для сравнения с IW1 и IW2

Заказ, выбор и плотность
мест измерения

Обычное сканирование 1 км2, что приводит к «случайному» выбору мест измерения

Период измерения

1 год, не менее 6 месяцев

Высота измерения

от 1.5 до 4 метров над землей

Частота измерения

52 (104) измерения газообразных загрязняющих веществ на площадь оценки в зависимости от высоты загрязнения

Продолжительность каждого измерения

1/2 часа для газообразных загрязнителей, 24 часа для взвешенной пыли, 1 месяц для осаждения пыли

Время измерения

Случайный выбор

Измеряемый объект

Загрязнение воздуха, выбрасываемое планируемым объектом

Порядок измерения

Национальная стандартная процедура измерения (рекомендации VDI)

Необходимая достоверность результатов измерений

High

Требования к качеству, контроль качества, калибровка, техническое обслуживание

Руководство по VDI

Запись данных измерений, проверка, архивирование, оценка

Расчет количества данных I1V и I2V для каждой области оценки

Расходы

Зависит от области измерения и целей

 

Пример в таблице 1 показывает случай измерительной сети, которая должна максимально репрезентативно контролировать качество воздуха в конкретной области для сравнения с установленными пределами качества воздуха. Идея, лежащая в основе этого подхода, заключается в том, что производится случайный выбор мест измерения, чтобы охватить одинаковые места в районе с разным качеством воздуха (например, жилые районы, улицы, промышленные зоны, парки, центры городов, пригороды). Этот подход может быть очень дорогостоящим на больших территориях из-за необходимого количества точек измерения.

Таким образом, другая концепция измерительной сети начинается с репрезентативно выбранных измерительных участков. Если измерения различного качества воздуха проводятся в наиболее важных местах и ​​известна продолжительность пребывания защищаемых объектов в этих «микросредах», то можно определить воздействие. Этот подход можно распространить на другие микроокружения (например, внутренние помещения, автомобили) для оценки общего воздействия. Моделирование диффузии или скрининговые измерения могут помочь в выборе правильных мест измерения.

Третий подход заключается в измерении в точках предполагаемого наибольшего воздействия (например, для NO2 и бензол в уличных каньонах). Если стандарты оценки соблюдены на этом сайте, существует достаточная вероятность того, что это будет иметь место и на всех других сайтах. Этот подход, основанный на сосредоточении внимания на критических точках, требует относительно небольшого количества точек измерения, но они должны быть выбраны с особой тщательностью. Этот конкретный метод рискует переоценить реальное воздействие.

Параметры периода времени измерения, оценки данных измерений и частоты измерений, по существу, задаются в определении стандартов оценки (пределов) и желаемого уровня достоверности результатов. Пороговые пределы и периферийные условия, которые следует учитывать при планировании измерений, взаимосвязаны. Используя непрерывные процедуры измерения, можно достичь практически непрерывного во времени разрешения. Но это необходимо только при мониторинге пиковых значений и/или для предупреждений о смоге; например, для мониторинга среднегодовых значений достаточно прерывистых измерений.

Следующий раздел посвящен описанию возможностей процедур измерения и контроля качества как дополнительного параметра, важного для планирования измерений.

Гарантия качества

Проведение измерений концентраций загрязнителей атмосферного воздуха может быть дорогостоящим, а результаты могут повлиять на принятие важных решений с серьезными экономическими или экологическими последствиями. Поэтому меры по обеспечению качества являются неотъемлемой частью процесса измерения. Здесь следует различать два направления.

Процедурно-ориентированные меры

Каждая полная процедура измерения состоит из нескольких этапов: отбор проб, подготовка проб и очистка; разделение, обнаружение (заключительный аналитический этап); сбор и оценка данных. В некоторых случаях, особенно при непрерывном измерении неорганических газов, некоторые этапы процедуры могут быть опущены (например, разделение). При проведении измерений следует стремиться к полному соблюдению процедур. Процедуры, которые стандартизированы и, таким образом, всесторонне задокументированы, должны соблюдаться в форме стандартов DIN/ISO, стандартов CEN или руководств VDI.

Меры, ориентированные на пользователя

Использование стандартизированного и проверенного оборудования и процедур для измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе само по себе не может обеспечить приемлемое качество, если пользователь не использует адекватные методы контроля качества. Серия стандартов DIN/EN/ISO 9000 (стандарты управления качеством и обеспечения качества), EN 45000 (определяет требования к испытательным лабораториям) и ISO Guide 25 (общие требования к компетентности калибровочных и испытательных лабораторий) важны для пользователей. целенаправленные меры по обеспечению качества.

Важные аспекты мер контроля качества пользователя включают:

  • принятие и применение содержания мер в смысле надлежащей лабораторной практики (GLP)
  • правильное обслуживание измерительного оборудования, квалифицированные мероприятия по устранению сбоев и обеспечению ремонта
  • проведение калибровок и регулярных проверок для обеспечения надлежащего функционирования
  • проведение межлабораторных испытаний.

 

Процедуры измерения

Процедуры измерения неорганических газов

Существует множество процедур измерения для широкого диапазона неорганических газов. Мы будем различать ручные и автоматические методы.

Ручные процедуры

В случае ручных процедур измерения неорганических газов измеряемое вещество обычно адсорбируется во время отбора проб в растворе или твердом материале. В большинстве случаев фотометрическое определение проводят после получения соответствующей цветовой реакции. Несколько ручных процедур измерения имеют особое значение в качестве эталонных процедур. Из-за относительно высоких затрат на персонал эти ручные процедуры сегодня редко проводятся для полевых измерений, когда доступны альтернативные автоматические процедуры. Наиболее важные процедуры кратко описаны в таблице 2.

Таблица 2. Процедуры ручного измерения неорганических газов

Материалы

Процедура

Типы

Комментарии

SO2

Процедура ТКМ

Абсорбция в растворе тетрахлормеркурата (промывной флакон); реакция с формальдегидом и парарозанилином до красно-фиолетовой сульфокислоты; фотометрическое определение

эталонная процедура измерения ЕС;
DL = 0.2 мкг SO2;
с = 0.03 мг/м3 при 0.5 мг/м3

SO2

Процедура с силикагелем

Удаление мешающих веществ концентрированным H3PO4; адсорбция на силикагеле; термодесорбция в H2-поток и приведение к H2С; реакция на молибден-синий; фотометрическое определение

DL = 0.3 мкг SO2;
с = 0.03 мг/м3 при 0.5 мг/м3

НЕТ2

Процедура Зальцмана

Абсорбция в реакционном растворе с образованием красного азокрасителя (промывной флакон); фотометрическое определение

Калибровка с нитритом натрия;
DL = 3 мкг/м3

O3

Йодистый калий
процедуры

Образование йода из водного раствора йодида калия (промывной флакон); фотометрическое определение

DL = 20 мкг/м3;
отн. s = ± 3.5% при 390 мкг/м3

F

Процедура с серебряными бусами;
вариант 1

Отбор проб пылеотделителем; обогащение F на серебряных шариках, покрытых карбонатом натрия; элюирование и измерение с помощью ионочувствительной цепочки электродов из фторида лантана

Включение неопределенной части иммиссии твердых частиц фтора

F

Процедура с серебряными бусами;
вариант 2

Отбор проб мембранным фильтром с подогревом; обогащение F на серебряных шариках, покрытых карбонатом натрия; определение электрохимическим (вариант 1) или фотометрическим (ализарин-комплексон) методом

Опасность снижения показателей из-за частичной сорбции газообразных фторидных выбросов на мембранном фильтре;
DL = 0.5 мкг/м3

Cl

роданид ртути
процедуры

Абсорбция в 0.1 н растворе гидроксида натрия (промывной флакон); реакция с роданидом ртути и ионами Fe(III) с образованием тиоцианатного комплекса железа; фотометрическое определение

DL = 9 мкг/м3

Cl2

Процедура с метилоранжем

Реакция отбеливания раствором метилового оранжевого (промывная бутылка); фотометрическое определение

DL = 0.015 мг/м3

NH3

Индофеноловая процедура

Поглощение в разбавленном H2SO4 (Импинджер/промывочная бутылка); конверсия фенолом и гипохлоритом в индофенольный краситель; фотометрическое определение

DL = 3 мкг/м3 (импинджер); частичный
включение соединений и аминов

NH3

Процедура Несслера

Поглощение в разбавленном H2SO4 (Импинджер/промывочная бутылка); перегонка и реакция с реактивом Несслера, фотометрическое определение

DL = 2.5 мкг/м3 (импинджер); частичный
включение соединений и аминов

H2S

Молибденово-синий
процедуры

Абсорбция в виде сульфида серебра на стеклянных шариках, обработанных сульфатом серебра и гидросульфатом калия (сорбционная трубка); выделяется в виде сероводорода и превращается в молибденовый синий; фотометрическое определение

DL = 0.4 мкг/м3

H2S

Процедура с метиленовым синим

Абсорбция в суспензии гидроксида кадмия с образованием CdS; преобразование в метиленовый синий; фотометрическое определение

DL = 0.3 мкг/м3

DL = предел обнаружения; с = стандартное отклонение; отн. s = относительное s.

Особым вариантом отбора проб, используемым в основном в связи с ручными процедурами измерения, является трубка для диффузионного разделения (денудер). Метод денудера направлен на разделение фаз газа и частиц за счет использования их различных скоростей диффузии. Таким образом, он часто используется для сложных задач разделения (например, аммиак и соединения аммония; оксиды азота, азотная кислота и нитраты; оксиды серы, серная кислота и сульфаты или галогениды/галогениды водорода). В классическом методе денюдера тестовый воздух всасывается через стеклянную трубку со специальным покрытием, в зависимости от собираемого(ых) материала(ов). Техника денюдера получила дальнейшее развитие во многих вариациях, а также частично автоматизирована. Он значительно расширил возможности дифференцированного отбора проб, но в зависимости от варианта может быть очень трудоемким, а правильное использование требует большого опыта.

Автоматизированные процедуры

На рынке существует множество различных мониторов непрерывного измерения диоксида серы, оксидов азота, монооксида углерода и озона. По большей части они используются, в частности, в измерительных сетях. Наиболее важные особенности отдельных методов собраны в таблице 3.

Таблица 3. Автоматизированные процедуры измерения неорганических газов

Материалы

Принцип измерения

Комментарии

SO2

Кондуктометрическая реакция SO2 с H2O2 в разбавленном H2SO4; измерение повышенной проводимости

Исключение помех селективным фильтром (KHSO4/AgNO3)

SO2

УФ флуоресценция; возбуждение SO2 молекулы с УФ-излучением (190–230 нм); измерение флуоресцентного излучения

Помехи, например, углеводородами,
должны быть устранены с помощью соответствующих систем фильтрации

НЕТ НЕТ2

хемилюминесценция; реакция NO с O3 НЕТ2; регистрация хемилюминесцентного излучения фотоумножителем

НЕТ2 измеряется только косвенно; использование преобразователей для восстановления NO2 на НЕТ; измерение NO и NOx
(=НЕТ+НЕТ2) в отдельных каналах

CO

Недисперсионное инфракрасное поглощение;
измерение ИК-поглощения с помощью
специальный детектор относительно эталонной ячейки

Ссылка: (а) ячейка с N2; (б) окружающий воздух после удаления СО; (c) оптическое удаление поглощения CO (корреляция газового фильтра)

O3

УФ-поглощение; ртутная лампа низкого давления в качестве источника излучения (253.7 нм); регистрация УФ-поглощения по закону Ламберта-Бера; детектор: вакуумный фотодиод, светочувствительный клапан

Ссылка: окружающий воздух после удаления озона (например, Cu/MnO2)

O3

хемилюминесценция; реакция О3 с этиленом в формальдегид; обнаружение хемилюминесцентного излучения с
фотоумножитель

Хорошая избирательность; этилен необходим в качестве газа-реагента

 

Здесь следует подчеркнуть, что все автоматические процедуры измерения, основанные на химико-физических принципах, должны быть откалиброваны с использованием (ручных) эталонных процедур. Поскольку автоматическое оборудование в измерительных сетях часто работает в течение длительных периодов времени (например, несколько недель) без непосредственного контроля со стороны человека, необходимо, чтобы их правильное функционирование регулярно и автоматически проверялось. Как правило, это делается с использованием нулевого и контрольного газов, которые могут быть получены несколькими способами (подготовка окружающего воздуха, газовые баллоны под давлением, проницаемость, диффузия, статическое и динамическое разбавление).

Методики измерения пылеобразующих загрязнителей воздуха и их состава

Среди твердых загрязнителей атмосферного воздуха выделяют пыль и взвешенные частицы (ВВ). Пыль состоит из более крупных частиц, которые оседают на землю из-за своего размера и толщины. SPM включает в себя фракцию частиц, которая рассеяна в атмосфере квазистабильным и квазигомогенным образом и поэтому остается во взвешенном состоянии в течение определенного времени.

Измерение взвешенных твердых частиц и соединений металлов в ВЗМ

Как и в случае с измерениями газообразных загрязнителей воздуха, можно различать непрерывные и периодические процедуры измерения SPM. Как правило, взвесь сначала отделяют на стекловолоконных или мембранных фильтрах. Это следует за гравиметрическим или радиометрическим определением. В зависимости от отбора проб можно провести различие между процедурой измерения общего количества взвешенных частиц без фракционирования по размеру частиц и процедурой фракционирования для измерения мелкодисперсной пыли.

Преимущества и недостатки измерения фракционированной взвешенной пыли оспариваются на международном уровне. В Германии, например, все пороговые значения и стандарты оценки основаны на общем количестве взвешенных частиц. Это означает, что по большей части выполняются только общие измерения SPM. В США, наоборот, очень распространена так называемая процедура PM-10 (твердые частицы £10 мкм). В эту процедуру включаются только частицы с аэродинамическим диаметром до 10 мкм (50-процентная часть включения), которые вдыхаются и могут попасть в легкие. План состоит в том, чтобы ввести процедуру PM-10 в Европейский Союз в качестве эталонной процедуры. Стоимость фракционированных измерений взвешенных частиц значительно выше, чем для измерения общей взвешенной пыли, поскольку измерительные устройства должны быть оснащены специальными, дорогостоящими пробоотборными головками, которые требуют дорогостоящего обслуживания. Таблица 4 содержит подробную информацию о наиболее важных процедурах измерения СЗМ.

Таблица 4. Процедуры измерения взвешенных твердых частиц (ВЧ)

Процедура

Принцип измерения

Комментарии

Небольшое фильтрующее устройство

нефракционированный отбор проб; расход воздуха 2.7–2.8 м3/час; диаметр фильтра 50 мм; гравиметрический анализ

Простота в обращении; контрольные часы;
устройство, работающее с ПМ-10
пресепаратор

LIB-устройство

нефракционированный отбор проб; расход воздуха 15-16 м3/час; диаметр фильтра 120 мм; гравиметрический анализ

Отделение крупной пыли
количества; выгодно для
анализ компонентов пыли;
контрольные часы

Пробоотборник большого объема

Включение частиц до прибл. диаметр 30 мкм; расход воздуха ок. 100 м3/час; диаметр фильтра 257 мм; гравиметрический анализ

Отделение крупной пыли
объемы, выгодные для
анализ компонентов пыли;
относительно высокий уровень шума

ФХ 62 я

Устройство непрерывного радиометрического измерения пыли; нефракционированная выборка; расход воздуха 1 или 3 м3/час; регистрация пылевой массы, отделившейся на фильтрующей ленте, путем измерения ослабления β-излучения (криптон 85) при прохождении через открытый фильтр (ионизационная камера)

Гравиметрическая калибровка путем запыления одиночных фильтров; устройство также работает с предсепаратором ПМ-10

Пылемер BETA F 703

Устройство непрерывного радиометрического измерения пыли; нефракционированный отбор проб; расход воздуха 3 м3/час; регистрация пылевой массы, отделившейся на фильтрующей ленте, путем измерения ослабления β-излучения (углерод-14) при прохождении через открытый фильтр (счетчик Гейгера-Мюллера)

Гравиметрическая калибровка путем запыления одиночных фильтров; устройство также работает с предсепаратором ПМ-10

ТЭОМ 1400

Устройство непрерывного измерения пыли; нефракционированный отбор проб; расход воздуха 1 м3/час; пыль, собранная на фильтре, являющемся частью саморезонирующей вибрационной системы, в боковом потоке (3 л/мин); регистрация снижения частоты за счет увеличения пылевой нагрузки на фильтр

Связь между частотой
опускание и масса пыли должны быть
установленный посредством калибровки

 

 

 

В последнее время также были разработаны автоматические устройства смены фильтров, которые вмещают большее количество фильтров и подают их в пробоотборник один за другим через определенные промежутки времени. Открытые фильтры хранятся в магазине. Пределы обнаружения для процедур фильтрации составляют от 5 до 10 мкг/м.3 пыли, как правило.

Наконец, следует упомянуть метод черного дыма для измерений SPM. Поступивший из Великобритании, он был включен в руководящие принципы ЕС для SO.2 и взвешенная пыль. В этой процедуре почернение фильтра с покрытием измеряется рефлекторным фотометром после отбора проб. Значения черного дыма, полученные таким образом фотометрически, переводятся в гравиметрические единицы (мкг/м3) с помощью калибровочной кривой. Поскольку эта калибровочная функция в значительной степени зависит от состава пыли, особенно от содержания в ней сажи, преобразование в гравиметрические единицы проблематично.

В настоящее время соединения металлов часто рутинно определяют в иммиссионных пробах взвешенной пыли. Как правило, за сбором взвешенной пыли на фильтрах следует химическое растворение отделенной пыли, поскольку наиболее распространенные конечные аналитические стадии предполагают преобразование металлических и металлоидных соединений в водном растворе. На практике наиболее важными методами являются атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) и спектроскопия с плазменным возбуждением (ИСП-ОЭС). Другими методами определения металлических соединений во взвешенной пыли являются рентгенофлуоресцентный анализ, полярография и нейтронно-активационный анализ. Хотя металлические соединения измеряются уже более десяти лет как компонент взвешенных частиц в наружном воздухе в определенных точках измерения, важные вопросы остаются без ответа. Таким образом, обычный отбор проб путем отделения взвешенной пыли на фильтрах предполагает, что отделение соединений тяжелых металлов на фильтре завершено. Однако в литературе были обнаружены более ранние указания, ставящие это под сомнение. Результаты очень неоднородны.

Еще одна проблема заключается в том, что при анализе металлических соединений во взвешенной пыли с использованием обычных методик измерения невозможно различить разные формы соединений или отдельные соединения соответствующих элементов. Хотя во многих случаях можно провести адекватные общие определения, желательно провести более тщательную дифференциацию с некоторыми особенно канцерогенными металлами (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). Часто существуют большие различия в канцерогенном действии элементов и их отдельных соединений (например, соединения хрома в степенях окисления III и VI - канцерогенными являются только соединения шестой степени). В таких случаях желательно конкретное измерение отдельных соединений (видовой анализ). Несмотря на важность этой проблемы, в измерительной технике предпринимаются лишь первые попытки видового анализа.

Измерение пылевых осадков и металлических соединений в пылевых осадках

Для сбора пыли используются два принципиально разных метода:

  • отбор проб в сборных сосудах
  • отбор проб на клейких поверхностях.

 

Популярной процедурой измерения выпадения пыли (осаждаемой пыли) является так называемая процедура Бергергофа. При этой процедуре все атмосферные осадки (сухие и влажные отложения) собираются в течение 30 ± 2 дней в сосуды на высоте от 1.5 до 2.0 м над землей (объемное отложение). Затем сосуды для сбора доставляют в лабораторию и готовят (фильтруют, выпаривают воду, сушат, взвешивают). Результат рассчитывается на основе площади поверхности собирающего сосуда и времени воздействия в граммах на квадратный метр и дня (г/м2г). Относительный предел обнаружения 0.035 г/м2d.

Дополнительные методы сбора пыли включают устройство Лизеганга-Лёбнера и методы сбора осевшей пыли на клейкой пленке.

Все результаты измерений пылепада являются относительными величинами, которые зависят от используемого устройства, поскольку на отделение пыли влияют условия потока на устройстве и другие параметры. Различия в значениях измерений, полученных с помощью различных процедур, могут достигать 50 %.

Немаловажным является и состав осажденной пыли, например содержание свинца, кадмия и других металлических соединений. Аналитические процедуры, используемые для этого, в основном такие же, как и для взвешенной пыли.

Измерение специальных материалов в виде пыли

Специальные материалы в виде пыли включают асбест и сажу. Сбор волокон в качестве загрязнителей воздуха важен, поскольку асбест классифицируется как подтвержденный канцерогенный материал. Волокна диаметром D ≤ 3 мкм и длиной L ≥ 5 мкм, где L:D ≥ 3, считаются канцерогенными. Процедуры измерения волокнистых материалов заключаются в подсчете под микроскопом волокон, которые были отделены на фильтрах. Только электронно-микроскопические методы могут рассматриваться для измерений в атмосферном воздухе. Волокна разделяются на пористых фильтрах с золотым покрытием. Перед исследованием в электронном сканирующем микроскопе образец освобождается от органических веществ путем плазменного сжигания прямо на фильтре. Волокна подсчитываются на части поверхности фильтра, выбираются случайным образом и классифицируются по геометрии и типу волокна. С помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDXA) волокна асбеста, волокна сульфата кальция и другие неорганические волокна можно дифференцировать по элементному составу. Вся процедура чрезвычайно дорогая и требует максимальной осторожности для достижения надежных результатов.

Сажа в виде частиц, выбрасываемых дизельными двигателями, стала актуальной, поскольку дизельная сажа также была отнесена к канцерогенным. Из-за ее изменяющегося и сложного состава, а также из-за того, что различные компоненты также выбрасываются из других источников, для дизельной сажи не существует специальной процедуры измерения. Тем не менее, чтобы сказать что-то конкретное о концентрациях в окружающем воздухе, сажу условно определяют как элементарный углерод, как часть общего углерода. Его измеряют после отбора проб и этапа экстракции и/или термической десорбции. Определение содержания углерода осуществляется сжиганием в токе кислорода и кулонометрическим титрованием или недисперсионным ИК-детектированием образующегося в процессе углекислого газа.

Так называемый эталометр и фотоэлектрический датчик аэрозолей также используются для измерения сажи, в принципе.

Измерение влажных отложений

Наряду с сухими отложениями, мокрые отложения в виде дождя, снега, тумана и росы представляют собой важнейшие средства, с помощью которых вредные вещества попадают из воздуха в почву, воду или поверхности растений.

Чтобы четко отличить влажные отложения во время дождя и снега (туман и роса представляют особую проблему) от измерения общего осаждения (объемное осаждение, см. выше раздел «Измерение пылевых осадков и металлических соединений») и сухих осаждений, отверстие для сбора прикрыто, когда нет дождя (мокрый пробоотборник), используются для отбора проб. В датчиках дождя, которые в основном работают по принципу изменения проводимости, крышка открывается, когда начинается дождь, и снова закрывается, когда дождь прекращается.

Образцы переносятся через воронку (открытая площадь около 500 см2 и более) в затемненный и по возможности изолированный сборный контейнер (из стекла или полиэтилена только для неорганических компонентов).

Как правило, анализ собранной воды на неорганические компоненты можно проводить без пробоподготовки. Воду следует отцентрифугировать или отфильтровать, если она заметно мутная. Электропроводность, значение pH и важные анионы (NO3 , SO4 2- Cl) и катионы (Ca2+К+Mg2+На+, NH4 + и так далее) регулярно измеряются. Нестабильные микроэлементы и промежуточные состояния, такие как H2O2 или HSO3 также измеряются в исследовательских целях.

Для анализа используются процедуры, которые обычно доступны для водных растворов, такие как кондуктометрия для определения проводимости, электроды для значений pH, атомно-адсорбционная спектроскопия для катионов (см. раздел «Измерение специальных материалов в виде пыли» выше) и все чаще ионообменная хроматография. с определением проводимости для анионов.

Органические соединения извлекаются из дождевой воды, например, дихлорметаном или выдуваются аргоном и адсорбируются с помощью трубок Tenax (только легколетучие вещества). Затем материалы подвергают газохроматографическому анализу (см. «Методики измерения органических загрязнителей воздуха» ниже).

Сухое осаждение напрямую связано с концентрацией в окружающем воздухе. Однако разность концентраций переносимых по воздуху вредных веществ во время дождя относительно невелика, поэтому для измерения влажных отложений достаточно широкоячеистых измерительных сетей. Примеры включают европейскую сеть измерений ЕМЕП, в которой данные о поступлении сульфатных и нитратных ионов, некоторых катионов и значений pH осадков собираются примерно на 90 станциях. В Северной Америке также существуют обширные измерительные сети.

Процедуры оптических измерений на больших расстояниях

В то время как методы, описанные до сих пор, улавливают загрязнение воздуха в одной точке, методы оптических измерений на больших расстояниях измеряют интегрированным образом на световых путях в несколько километров или определяют пространственное распределение. Они используют характеристики поглощения газов в атмосфере в УФ-, видимой или ИК-области спектра и основаны на законе Ламберта-Бера, согласно которому произведение пути света и концентрации пропорционально измеренному поглощению. Если отправитель и получатель измерительной установки меняют длину волны, то можно параллельно или последовательно измерять несколько компонентов одним прибором.

На практике системы измерения, указанные в таблице 5, играют наибольшую роль.

Таблица 5. Процедуры измерений на больших расстояниях

Процедура

Применение

Преимущества недостатки

Фурье
трансформировать
инфракрасный
спектроскопия (FTIR)

ИК-диапазон (около 700–3,000 см-1), световой путь в несколько сотен метров.
Мониторинг диффузных поверхностных источников (оптический забор), измерение индивидуальных органических соединений

+ Многокомпонентная система
+ dl несколько частей на миллиард
- Дорогие

Дифференциальный
оптический
поглощение
спектрометрия (ДОАС)

Легкий путь до нескольких км; меры ТАК2НЕТ2, бензол, HNO3; контролирует линейные и поверхностные источники, используемые в измерительных сетях

+ Простота в обращении 
+ Успешный тест производительности
+ Многокомпонентная система
– Высокий dl в условиях плохой видимости (egfog)

Длинная дистанция
лазерное поглощение
спектроскопия (TDLAS)

Зона исследований, в кюветах низкого давления для ОН-

+ Высокая чувствительность (до ppt)
+ Измеряет нестабильные микроэлементы
- Высокая стоимость
- Трудно обрабатывать

Дифференциальный
Поглощение
ЛИДАР (ЦИФРОВОЙ)

Мониторинг поверхностных источников, измерения иммиссионного излучения на больших поверхностях

+ Измерения пространственных
распределение
+ Меры недоступны
места (например, следы дымовых газов)
- Дорогие
– Ограниченный спектр компонентов (SO2,3НЕТ2)

LIDAR = Обнаружение света и определение дальности; DIAL = лидар с дифференциальным поглощением.

 

Процедуры измерения органических загрязнителей воздуха

Измерение загрязнения воздуха органическими компонентами осложняется, прежде всего, разнообразием материалов этого класса соединений. Несколько сотен отдельных компонентов с очень разными токсикологическими, химическими и физическими характеристиками охвачены общим названием «органические загрязнители воздуха» в реестрах выбросов и планах качества воздуха в густонаселенных районах.

В частности, из-за больших различий в потенциальном воздействии сбор соответствующих отдельных компонентов все больше и больше заменяет ранее использовавшиеся процедуры суммирования (например, пламенно-ионизационный детектор, метод общего содержания углерода), результаты которых не могут быть оценены токсикологически. Однако метод FID сохранил определенное значение в связи с короткой разделительной колонной для выделения метана, фотохимически не очень реакционноспособного, и для сбора прекурсоров летучих органических соединений (ЛОС) для образования фотоокислителей.

Частая необходимость разделения сложных смесей органических соединений на соответствующие индивидуальные компоненты превращает их измерение в практическую задачу прикладной хроматографии. Хроматографические процедуры являются методами выбора, когда органические соединения достаточно стабильны термически и химически. Для органических материалов с реакционноспособными функциональными группами отдельные процедуры, использующие физические характеристики функциональных групп или химические реакции для обнаружения, продолжают оставаться в силе.

Примеры включают использование аминов для превращения альдегидов в гидразоны с последующим фотометрическим измерением; дериватизация 2,4-динитрофенилгидразином и выделение образовавшегося 2,4-гидразона; или образование азокрасителей с p-нитроанилин для обнаружения фенолов и крезолов.

Среди хроматографических процедур газовая хроматография (ГХ) и жидкостная хроматография высокого давления (ВЭЖХ) чаще всего используются для разделения часто сложных смесей. Для газовой хроматографии сегодня почти исключительно используются разделительные колонки очень узкого диаметра (примерно от 0.2 до 0.3 мм и длиной от 30 до 100 м), так называемые капиллярные колонки высокого разрешения (HRGC). Доступен ряд детекторов для обнаружения отдельных компонентов после разделительной колонны, таких как вышеупомянутый FID, ECD (детектор захвата электронов, специально для электрофильных заменителей, таких как галоген), PID (детектор фотоионизации, который особенно чувствителен к ароматическим углеводородам и другим системам p-электронов) и NPD (термоионный детектор специально для соединений азота и фосфора). В ВЭЖХ используются специальные проточные детекторы, которые, например, выполнены в виде проточной кюветы УФ-спектрометра.

Особенно эффективным, но и особенно дорогим является использование в качестве детектора масс-спектрометра. Действительно достоверная идентификация, особенно с неизвестными смесями соединений, часто возможна только по масс-спектру органического соединения. Качественная информация о так называемом времени удерживания (времени пребывания материала в колонке), содержащаяся в хроматограмме с обычными детекторами, дополняется специфическим обнаружением отдельных компонентов масс-фрагментограммами с высокой чувствительностью обнаружения.

Отбор проб должен быть рассмотрен до фактического анализа. Выбор метода отбора проб определяется в первую очередь летучестью, а также ожидаемым диапазоном концентраций, полярностью и химической стабильностью. Кроме того, для нелетучих соединений необходимо выбирать между измерениями концентрации и осаждения.

В таблице 6 представлен обзор общих процедур мониторинга воздуха для активного обогащения и хроматографического анализа органических соединений с примерами их применения.

Таблица 6. Обзор распространенных хроматографических методик измерения качества воздуха органических соединений (с примерами применения)

Группа материалов

Концентрация
ассортимент

Отбор проб, подготовка

Заключительный аналитический шаг

Углеводороды С19

мкг/м3

Газовые мыши (быстрый отбор проб), газонепроницаемый шприц, холодовые ловушки перед капиллярной колонкой (фокусирование), термодесорбция

ГХ/ПИД

Низкокипящие углеводороды, высоко
летучие галогенированные углеводороды

нг/м3–мкг/м3

Вакуумированный, пассивированный цилиндр из высококачественной стали (также для измерения чистого воздуха)
Отбор проб через газовые петли, холодные ловушки, термическая десорбция

ГХ/ПИД/ДЗЭ/ФИД

Органические соединения при температуре кипения
диапазон С6-C30 (60–350 ºС)

мкг/м3

Адсорбция на активированном угле, а – десорбция CS2 (б) десорбция растворителями (в) парофазный анализ

капиллярный
ГХ/ПИД

Органические соединения при температуре кипения
диапазон 20–300 ºC

нг/м3–мкг/м3

Адсорбция на органических полимерах (например, Tenax) или молекулярном углеродном сите (карбопак), термическая десорбция с холодным улавливанием перед капиллярной колонкой (фокусирование) или экстракция растворителем

капиллярный
ГХ/ПИД/ДЗЭ/МС

Модификация для низкокипящих
соединения (от –120 ºC)

нг/м3–мкг/м3

Адсорбция на охлажденных полимерах (например, термоградиентная трубка), охлажденных до –120 ºC, использование карбопака

капиллярный
ГХ/ПИД/ДЗЭ/МС

Высококипящие органические соединения
частично прикреплены к частицам
(особенно ПАУ, ПХБ, ПХДД/ПХДФ),
большой объем выборки

фг/м3–нг/м3

Отбор проб на фильтры (например, маленькое фильтрующее устройство или пробоотборник большого объема) с последующими полиуретановыми картриджами для газовой части, десорбция растворителем фильтра и полиуретана, различные этапы очистки и подготовки, для ПАУ также сублимация

капиллярный
ГХ-ГХ-МС
(ПХДД/ПХДФ),
капиллярный ГХ-ПИД или
МС (ПАУ), ВЭЖХ
флуоресценция
детектор (ПАУ)

Высококипящие органические соединения,
особенно ПХДД, ПХДФ, ПБДД, ПБДФ,
малый объем выборки

фг/м3–нг/м3

Адсорбция на органических полимерах (например, цилиндр из пенополиуретана) с предварительными фильтрами (например, из стекловолокна) или неорг. адсорбировать (например, силикагель), экстракция растворителями, различные этапы очистки и подготовки (включая многоколоночную хроматографию), дериватизация хлорфенолов

HRGC/ECD

Высококипящие органические соединения
связаны с частицами, например, компонентами
органических аэрозолей, осаждение
образцы

нг/м3
нг–мкг/г
аэрозоль
пг–нг/м2 день

Разделение аэрозолей на фильтрах из стекловолокна (например, пробоотборник большого или малого объема) или сбор пыли на стандартных поверхностях, экстракция растворителями (также для осаждения оставшейся отфильтрованной воды), различные этапы очистки и подготовки

HRGC/МС
ВЭЖХ (для ПАУ)

ГХ = газовая хроматография; ГХ-МС = ГХ/масс-спектроскопия; ПИД = пламенно-ионизационный детектор; HRGC/ECD = ГХ/ECD высокого разрешения; ECD = детектор захвата электронов; ВЭЖХ = высокоэффективная жидкостная хроматография. ФИД = фотоионизационный детектор.

 

Измерения осаждения органических соединений с низкой летучестью (например, дибензодиоксинов и дибензофуранов (ПХДД/ПХДФ), полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)) приобретают все большее значение с точки зрения воздействия на окружающую среду. Поскольку пища является основным источником потребления человеком, большое значение имеет воздушно-капельный перенос веществ на пищевые растения. Однако есть свидетельства того, что перенос материала в виде осаждения твердых частиц менее важен, чем сухое осаждение квазигазообразных соединений.

Для измерения общего осаждения используются стандартные устройства для осаждения пыли (например, метод Бергергофа), которые были слегка модифицированы путем затемнения в качестве защиты от проникновения яркого света. Важные технические проблемы измерения, такие как ресуспендирование уже отделенных частиц, испарение или возможное фотолитическое разложение, в настоящее время систематически исследуются с целью улучшения неоптимальных процедур отбора проб органических соединений.

Ольфактометрические исследования

Ольфактометрические исследования иммиссии используются при мониторинге для количественной оценки жалоб на запах и для определения исходного уровня загрязнения в процедурах лицензирования. Они служат в первую очередь для оценки того, следует ли классифицировать существующие или ожидаемые запахи как значимые.

В принципе можно выделить три методологических подхода:

  • измерение концентрации эмиссии (количества единиц запаха) ольфактометром и последующее моделирование дисперсии
  • измерение отдельных компонентов (например, NH3) или смеси соединений (например, газовая хроматография газов со свалок), если они адекватно характеризуют запах
  • определение запаха путем осмотра.

 

Первая возможность сочетает измерение выбросов с моделированием и, строго говоря, не может быть отнесена к термину «мониторинг качества воздуха». В третьем методе в качестве детектора используется нос человека со значительно меньшей точностью по сравнению с физико-химическими методами.

Подробная информация об инспекциях, планах измерений и оценке результатов содержится, например, в правилах охраны окружающей среды некоторых земель Германии.

Процедуры скрининговых измерений

Упрощенные процедуры измерения иногда используются для подготовительных исследований (скрининг). Примеры включают пассивные пробоотборники, пробирки и биологические процедуры. При использовании пассивных (диффузионных) пробоотборников испытуемый материал собирается с помощью свободно протекающих процессов, таких как диффузия, проникновение или адсорбция, в простые формы коллекторов (трубки, пластины) и обогащается пропитанными фильтрами, сетками или другими адсорбционными средами. Таким образом, так называемый активный отбор проб (всасывание пробы воздуха насосом) не происходит. Обогащенное количество материала, определяемое аналитически по определенному времени выдержки, переводится в единицы концентрации на основе физических законов (например, диффузии) с помощью времени сбора и геометрических параметров коллектора. Методология основана на области гигиены труда (индивидуальный отбор проб) и измерения воздуха в помещениях, но она все чаще используется для измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Обзор можно найти в Brown 1993.

Детекторные трубки часто используются для отбора проб и быстрого предварительного анализа газов. Через стеклянную трубку, заполненную адсорбирующим реагентом, соответствующим поставленной задаче, всасывается определенный объем испытуемого воздуха. Содержимое трубки меняет цвет в зависимости от концентрации определяемого материала, присутствующего в исследуемом воздухе. Небольшие пробирки часто используются при мониторинге рабочих мест или в качестве быстрой процедуры в случае несчастных случаев, таких как пожары. Они не используются для рутинных измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе из-за, как правило, слишком высоких пределов обнаружения и слишком ограниченной селективности. Детекторные пробирки доступны для множества материалов в различных диапазонах концентраций.

Среди биологических процедур в рутинном мониторинге приняты два метода. При стандартизированной процедуре воздействия лишайника уровень смертности лишайника определяется в течение времени воздействия 300 дней. В другой процедуре французская пастбищная трава подвергается воздействию в течение 14 ± 1 дня. Затем определяется величина прироста. Обе методики служат для суммарного определения влияния концентраций загрязняющих веществ в воздухе.

Сети мониторинга качества воздуха

Во всем мире используются самые разнообразные типы сетей контроля качества воздуха. Следует проводить различие между измерительными сетями, состоящими из автоматических, управляемых компьютером измерительных станций (измерительных контейнеров), и виртуальными измерительными сетями, которые лишь определяют места измерения для различных типов измерений концентрации загрязняющих веществ в воздухе в виде заданной сетки. Задачи и концепции измерительных сетей обсуждались выше.

Сети непрерывного мониторинга

Постоянно действующие измерительные сети основаны на автоматических измерительных станциях и служат в основном для мониторинга качества воздуха в городских районах. Измеряются загрязнители воздуха, такие как диоксид серы ( SO2), пыль, монооксид азота (NO), диоксид азота (NO2), окись углерода (CO), озон (O3), и в некоторой степени также сумма углеводородов (свободный метан, CnHm) или отдельные органические компоненты (например, бензол, толуол, ксилолы). Кроме того, в зависимости от необходимости включаются метеорологические параметры, такие как направление ветра, скорость ветра, температура воздуха, относительная влажность, осадки, глобальная радиация или радиационный баланс.

Измерительное оборудование, используемое в измерительных станциях, обычно состоит из анализатора, блока калибровки и управляющей электроники, которая контролирует все измерительное оборудование и содержит стандартизированный интерфейс для сбора данных. В дополнение к измеренным значениям измерительное оборудование выдает так называемые сигналы состояния об ошибках и рабочем состоянии. Калибровка устройств автоматически проверяется компьютером через регулярные промежутки времени.

Как правило, измерительные станции подключаются стационарными линиями передачи данных, телефонными соединениями или другими системами передачи данных к компьютеру (технологическому компьютеру, рабочей станции или ПК, в зависимости от объема системы), в который вводятся, обрабатываются и отображается. Компьютеры измерительной сети и, при необходимости, специально обученный персонал постоянно контролируют превышение различных пороговых значений. Таким образом, критические ситуации с качеством воздуха могут быть распознаны в любое время. Это очень важно, особенно для мониторинга критических ситуаций со смогом зимой и летом (фотооксиданты) и для текущей информации населения.

Сети измерений для случайных выборок

Помимо сети телеметрических измерений, в различной степени используются и другие измерительные системы для мониторинга качества воздуха. Примеры включают (иногда частично автоматизированные) измерительные сети для определения:

  • пылеотложение и его компоненты
  • взвешенная пыль (ВП) и ее компоненты
  • углеводороды и хлорированные углеводороды
  • малолетучие органические вещества (диоксины, фураны, полихлорбифенилы).

 

Ряд веществ, измеренных таким образом, были классифицированы как канцерогены, такие как соединения кадмия, ПАУ или бензол. Поэтому мониторинг их особенно важен.

В качестве примера комплексной программы в таблице 7 приведены результаты мониторинга качества воздуха, систематически проводимого в земле Северный Рейн-Вестфалия, которая с населением 18 миллионов человек является самой густонаселенной землей Германии.

Таблица 7. Систематический мониторинг качества воздуха в Северном Рейне-Вестфалии (Германия)

Непрерывное измерение
система

Частично автоматизировано
измерительная система

Прерывистое измерение
система/многокомпонентная
размеры

Сернистый газ
Окись азота
Двуокись азота
Монооксид углерода
Взвешенные частицы
материя (СПМ)
Озон
углеводороды
Направление ветра
Скорость ветра
Температура воздуха
Давление воздуха
Относительная влажность
Радиационный баланс
Атмосферные осадки

Состав СЗМ:
Вести
Кадмий
Никель
Медь
Утюг
мышьяк
бериллий
Бензо[a]пирен
Бензо[e]пирен
Бензо[aантрацен
Дибензо[а, чантрацен
Бензо[GHI)перилен
коронен

Бензол и другие
углеводороды
Галогенированные углеводороды
Отложение пыли и
материальная композиция
Сажа
Полихлорированные бифенилы
Полигалогенированный
дибензодиоксины и
дибензофураны
(ПХДД/ПХДФ)

 

Назад

Управление загрязнением воздуха

Задача менеджера системы контроля загрязнения воздуха состоит в том, чтобы гарантировать, что чрезмерные концентрации загрязнителей воздуха не достигнут восприимчивой цели. Целями могут быть люди, растения, животные и материалы. Во всех случаях мы должны иметь дело с наиболее чувствительными из каждой из этих групп. Загрязнители воздуха могут включать газы, пары, аэрозоли и, в некоторых случаях, биологически опасные материалы. Хорошо спроектированная система предотвратит попадание на цель вредных концентраций загрязнителя.

Большинство систем контроля за загрязнением воздуха включают комбинацию нескольких методов контроля, обычно комбинацию технологических и административных мер контроля, а в более крупных или сложных источниках может применяться более одного типа технологического контроля.

В идеале выбор соответствующих элементов управления будет производиться в контексте решаемой проблемы.

  • Что выделяется, в какой концентрации?
  • Каковы цели? Какая цель наиболее чувствительна?
  • Каковы приемлемые уровни кратковременного воздействия?
  • Каковы приемлемые уровни долгосрочного воздействия?
  • Какую комбинацию средств контроля следует выбрать, чтобы гарантировать, что уровни краткосрочного и долгосрочного воздействия не превышаются?

 

В таблице 1 описаны этапы этого процесса.

 


Таблица 1. Этапы выбора контроля за загрязнением

 

 

Шаг 1:
определять
выбросы.

Первая часть — определить, что будет освобождено из стека.
Все потенциально вредные выбросы должны быть перечислены. Вторая часть
оценить, сколько каждого материала будет выпущено. Без этого
информации, менеджер не может приступить к разработке программы управления.

Шаг 2:
определять
целевые группы.

Все уязвимые цели должны быть идентифицированы. Сюда входят люди, животные, растения и материалы. В каждом случае необходимо определить наиболее восприимчивого члена каждой группы. Например, астматики возле завода, выделяющего изоцианаты.

Шаг 3:
Определять
приемлемый
уровни воздействия.*

Приемлемый уровень воздействия на наиболее чувствительную целевую группу должен
быть установлен. Если загрязнитель представляет собой материал, обладающий кумулятивным эффектом,
таких как канцерогены, то должны быть установлены долгосрочные уровни воздействия (годовые). Если загрязняющее вещество оказывает кратковременное воздействие, например раздражитель или сенсибилизатор, необходимо установить кратковременный или, возможно, пиковый уровень воздействия.**

Шаг 4:
Выберите
управления.

На шаге 1 определяются выбросы, а на шаге 3 определяются допустимые значения.
уровни экспозиции. На этом этапе проверяется каждое загрязняющее вещество, чтобы убедиться, что оно
не превышает допустимого уровня. Если он превышает допустимый уровень,
необходимо добавить дополнительные элементы управления и снова проверить уровни воздействия. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все воздействия не окажутся на приемлемом уровне или ниже его. Моделирование дисперсии можно использовать для оценки воздействия на новые предприятия или для проверки альтернативных решений для существующих предприятий.

* При установке уровней воздействия на шаге 3 следует помнить, что эти воздействия являются общими воздействиями, а не только воздействием растения. Как только допустимый уровень установлен, фоновые уровни и вклады от других предприятий просто вычитаются, чтобы определить максимальное количество, которое завод может выбрасывать, не превышая допустимый уровень воздействия. Если этого не сделать и трем заводам будет разрешено выбрасывать максимальное количество, целевые группы будут подвергаться воздействию в три раза превышающего допустимый уровень.

** Некоторые материалы, такие как канцерогены, не имеют порогового значения, ниже которого вредные воздействия не проявляются. Таким образом, пока часть материала попадает в окружающую среду, существует некоторый риск для целевых групп населения. В этом случае уровень отсутствия эффекта не может быть установлен (отличный от нуля). Вместо этого должен быть установлен приемлемый уровень риска. Обычно это устанавливается в диапазоне от 1 неблагоприятного исхода на 100,000 1,000,000 до XNUMX XNUMX XNUMX человек, подвергшихся воздействию.


 

Некоторые юрисдикции проделали часть работы, установив стандарты, основанные на максимальной концентрации загрязнителя, которую может получить восприимчивая цель. С этим типом стандарта менеджеру не нужно выполнять Шаги 2 и 3, так как это уже сделал регулирующий орган. В рамках этой системы менеджер должен установить только стандарты неконтролируемых выбросов для каждого загрязняющего вещества (этап 1), а затем определить, какие средства контроля необходимы для соблюдения стандарта (этап 4).

Имея стандарты качества воздуха, регулирующие органы могут измерять индивидуальное воздействие и, таким образом, определять, подвергается ли кто-либо воздействию потенциально вредных уровней. Предполагается, что стандарты, установленные в этих условиях, достаточно низкие, чтобы защитить наиболее восприимчивую целевую группу. Это не всегда безопасное предположение. Как показано в таблице 2, общие стандарты качества воздуха могут сильно различаться. Стандарты качества воздуха для диоксида серы варьируются от 30 до 140 мкг/м.3. Для менее часто регулируемых материалов этот разброс может быть еще больше (от 1.2 до 1,718 мкг/мXNUMX).3), как показано в таблице 3 для бензола. Это неудивительно, учитывая, что экономика может играть такую ​​же большую роль в установлении стандартов, как и токсикология. Если стандарт не установлен на достаточно низком уровне для защиты уязвимых групп населения, никто не получает должного обслуживания. Облученные группы населения имеют чувство ложной уверенности и могут неосознанно подвергаться риску. Эмитент может сначала почувствовать, что он выиграл от мягкого стандарта, но если влияние в сообществе потребует от компании перепроектировать свои средства контроля или установить новые средства контроля, затраты могут быть выше, чем при правильном выполнении в первый раз.

Таблица 2. Диапазон стандартов качества воздуха для обычно контролируемого загрязнителя воздуха (диоксид серы)

Страны и территории

Двуокись серы длительного действия
стандарты качества воздуха (мкг/м
3)

Австралия

50

Канада

30

Финляндия

40

Германия

140

Венгрия

70

Тайвань

133

 

Таблица 3. Диапазон стандартов качества воздуха для менее контролируемого загрязнителя воздуха (бензола)

Город / Штат

24-часовой стандарт качества воздуха для
бензол (мкг/м
3)

Коннектикут

53.4

Массачусетс

1.2

Мичиган

2.4

Северная Каролина

2.1

Невада

254

Город Нью-Йорк

1,718

Филадельфия

1,327

Виргиния

300

Уровни были стандартизированы для времени усреднения 24 часа, чтобы облегчить сравнение.

(Адаптировано из Calabrese and Kenyon 1991.)

 

Иногда этот поэтапный подход к выбору средств контроля за загрязнением воздуха не дает результатов, и регулирующие органы и проектировщики сразу переходят к «универсальному решению». Одним из таких методов является наилучшая доступная технология управления (BACT). Предполагается, что при использовании наилучшего сочетания скрубберов, фильтров и передовых методов работы с источником выбросов будет достигнут достаточно низкий уровень выбросов, чтобы защитить наиболее восприимчивую целевую группу. Часто результирующий уровень выбросов будет ниже минимума, необходимого для защиты наиболее уязвимых целей. Таким образом, все ненужные воздействия должны быть устранены. Примеры BACT приведены в таблице 4.

Таблица 4. Отдельные примеры наилучших доступных технологий контроля (BACT), показывающие используемый метод контроля и предполагаемую эффективность

Процесс

загрязнитель

способ управления

Расчетная эффективность

Рекультивация почвы

углеводороды

Термический окислитель

99

Завод по производству крафт-целлюлозы
котел-утилизатор

макрочастиц

электростатический
осадитель

99.68

Производство копченых
кремнезем

Монооксид углерода

Хорошая практика

50

Автомобильная покраска

углеводороды

Дожигатель печи

90

Электродуговая печь

макрочастиц

Рукавный фильтр

100

Нефтеперерабатывающий завод,
каталитический крекинг

Вдыхаемые частицы

Циклон + Вентури
скруббер

93

Медицинский мусоросжигатель

Хлорид водорода

Мокрая скруббер + сухая
скруббер

97.5

Угольный котел

Сернистый газ

Распылительная сушка +
поглотитель

90

Утилизация отходов
обезвоживание и
сжигание

макрочастиц

Циклон + конденсатор
+ Скруббер Вентури +
мокрый скруббер

95

Асфальтовый завод

углеводороды

Термический окислитель

99

 

BACT сама по себе не обеспечивает адекватных уровней контроля. Хотя это лучшая система управления, основанная на средствах управления очисткой газа и передовых методах эксплуатации, BACT может оказаться недостаточно эффективной, если источником является крупное предприятие или если оно расположено рядом с чувствительной целью. Следует протестировать наилучшую доступную технологию контроля, чтобы убедиться, что она действительно достаточно хороша. Полученные стандарты выбросов следует проверить, чтобы определить, могут ли они по-прежнему быть вредными даже при использовании наилучших средств контроля очистки газа. Если стандарты выбросов по-прежнему вредны, возможно, придется рассмотреть другие основные средства контроля, такие как выбор более безопасных процессов или материалов или перемещение в менее чувствительную зону.

Еще одно «универсальное решение», позволяющее обходить некоторые этапы, — стандарты производительности исходного кода. Многие юрисдикции устанавливают стандарты выбросов, которые не могут быть превышены. Стандарты выбросов основаны на выбросах в источнике. Обычно это работает хорошо, но, как и BACT, они могут быть ненадежными. Уровни должны быть достаточно низкими, чтобы поддерживать максимальные выбросы на достаточно низком уровне, чтобы защитить восприимчивые целевые группы населения от типичных выбросов. Однако, как и в случае с наилучшей доступной технологией контроля, этого может быть недостаточно для защиты всех, где есть крупные источники выбросов или близлежащие уязвимые группы населения. В этом случае необходимо использовать другие процедуры для обеспечения безопасности всех целевых групп.

И BACT, и стандарты выбросов имеют основную ошибку. Они предполагают, что при соблюдении определенных критериев на заводе целевые группы будут автоматически защищены. Это не обязательно так, но как только такая система принята законом, воздействие на цель становится второстепенным по сравнению с соблюдением закона.

В качестве минимальных критериев контроля следует использовать стандарты BACT и стандарты выбросов источников или критерии проектирования. Если BACT или критерии выбросов защитят восприимчивые цели, то их можно использовать по назначению, в противном случае необходимо использовать другие административные меры.

Контрольные меры

Контроль можно разделить на два основных вида контроля - технологический и административный. Технологический контроль определяется здесь как оборудование, установленное на источнике выбросов для снижения содержания загрязняющих веществ в газовом потоке до уровня, приемлемого для населения и обеспечивающего защиту наиболее чувствительной цели. Административный контроль определяется здесь как другие меры контроля.

Технологический контроль

Системы газоочистки размещаются у источника перед дымовой трубой для удаления загрязняющих веществ из газового потока перед его выбросом в окружающую среду. В таблице 5 приведены краткие сведения о различных классах систем газоочистки.

Таблица 5. Методы газоочистки для удаления вредных газов, паров и твердых частиц из промышленных технологических выбросов

способ управления

Примеры

Описание

Эффективность

Газы/пары

     

Конденсация

Контактные конденсаторы
Поверхностные конденсаторы

Пар охлаждается и конденсируется в жидкость. Это неэффективно и используется в качестве предобуславливателя для других методов.

80+% при концентрации >2,000 частей на миллион

Поглощение

Мокрые скрубберы (в упаковке)
или пластинчатые поглотители)

Газ или пар собираются в жидкости.

82–95% при концентрации <100 частей на миллион
95–99% при концентрации >100 частей на миллион

адсорбция

углерод
Оксид алюминия
Силикагель
Молекулярная решетка

Газ или пар собираются на твердом теле.

90+% при концентрации <1,000 частей на миллион
95+% при концентрации >1,000 частей на миллион

сжигание

Вспышки
Мусоросжигательная печь
Каталитический мусоросжигатель

Органический газ или пар окисляют, нагревая их до высокой температуры и выдерживая при этой температуре в течение некоторого времени.
достаточный срок.

Не рекомендуется, когда
концентрация <2,000 частей на миллион
80+% при концентрации >2,000 частей на миллион

макрочастиц

     

инерционный
сепараторы

Циклоны

Газы с твердыми частицами вынуждены менять направление. Инерция частиц заставляет их отделяться от газового потока. Это неэффективно и используется как
предобуславливатель к другим методам.

70-90%

Мокрые скрубберы

Вентури
Смоченный фильтр
Лоток или ситовый скруббер

Капли жидкости (воды) собирают частицы за счет столкновения, захвата и диффузии. Затем капли и их частицы отделяются от газового потока.

Для частиц размером 5 мкм 98.5% при массе 6.8 г;
99.99+% при 50 мкг
Для частиц размером 1 мкм 45 % при 6.8 масс. грамма; 99.95
при 50 кг

электростатический
осадители

Пластина-проволока
Плоская пластина
Трубчатый
Влажный

Электрические силы используются для перемещения частиц из газового потока на сборные пластины.

95–99.5 % для частиц размером 0.2 мкм
99.25–99.9+% для частиц размером 10 мкм

Фильтры

Рукавный фильтр

Пористая ткань удаляет твердые частицы из газового потока. Пористая лепешка пыли, которая образуется на ткани, фактически
делает фильтрацию.

99.9% для частиц размером 0.2 мкм
99.5% для частиц размером 10 мкм

 

Газоочиститель является частью сложной системы, состоящей из вытяжек, воздуховодов, вентиляторов, очистителей и дымовых труб. Конструкция, производительность и техническое обслуживание каждой части влияют на производительность всех других частей и системы в целом.

Следует отметить, что эффективность системы сильно различается для каждого типа очистителя в зависимости от его конструкции, подводимой энергии и характеристик газового потока и загрязняющего вещества. В результате эффективность выборки в таблице 5 является лишь приблизительной. Различия в эффективности мокрых скрубберов показаны в таблице 5. Эффективность улавливания мокрых скрубберов увеличивается с 98.5 % для частиц размером 5 мкм до 45 % для частиц размером 1 мкм при том же перепаде давления в скруббере (6.8 дюймов вод. )). Для частиц того же размера, 1 мкм, эффективность повышается с 45% при 6.8 вес. до 99.95 при 50 вес. Использование универсальных устройств не рекомендуется.

удаление отходов

При выборе и проектировании систем газоочистки необходимо уделить особое внимание безопасной утилизации собранного материала. Как показано в таблице 6, некоторые процессы производят большое количество загрязняющих веществ. Если большая часть загрязняющих веществ собирается газоочистным оборудованием, может возникнуть проблема утилизации опасных отходов.

Таблица 6. Примеры уровней неконтролируемых выбросов для выбранных промышленных процессов

Промышленный источник

Скорость выбросов

Электропечь на 100 тонн.

257 тонн твердых частиц в год

1,500 млн БТЕ/час масляная/газовая турбина

444 фунта / час SO2

Инсинератор 41.7 т/ч

208 фунтов/час НЕТx

100 грузовиков/день прозрачное покрытие

3,795 фунтов органических веществ в неделю

 

В некоторых случаях отходы могут содержать ценные продукты, которые могут быть переработаны, например, тяжелые металлы с плавильного завода или растворитель с покрасочной линии. Отходы можно использовать в качестве сырья для другого промышленного процесса — например, диоксид серы, собранный в виде серной кислоты, можно использовать в производстве удобрений.

Там, где отходы не могут быть переработаны или повторно использованы, удаление может быть непростым. Не только объем может быть проблемой, но они могут быть опасны сами по себе. Например, если серную кислоту, извлеченную из котла или плавильного завода, нельзя использовать повторно, перед утилизацией ее необходимо будет дополнительно обработать для нейтрализации.

Дисперсия

Рассеивание может снизить концентрацию загрязняющего вещества в мишени. Однако следует помнить, что дисперсия не снижает общего количества материала, покидающего растение. Высокий стек позволяет шлейфу только распространяться и растворяться до того, как он достигнет уровня земли, где, вероятно, существуют уязвимые цели. Если загрязняющее вещество в первую очередь неприятно, например, имеет запах, дисперсия может быть приемлемой. Однако, если материал стойкий или кумулятивный, например, тяжелые металлы, разбавление может не решить проблему загрязнения воздуха.

Дисперсию следует использовать с осторожностью. Необходимо учитывать местные метеорологические и земные условия. Например, в более холодном климате, особенно при наличии снежного покрова, могут возникать частые температурные инверсии, которые могут задерживать загрязняющие вещества близко к земле, что приводит к неожиданно высокому воздействию. Точно так же, если завод расположен в долине, шлейфы могут перемещаться вверх и вниз по долине или быть заблокированы окружающими холмами, так что они не распространяются и не рассеиваются, как ожидалось.

Административный контроль

В дополнение к технологическим системам существует еще одна группа элементов управления, которые необходимо учитывать при общем проектировании системы контроля загрязнения воздуха. По большей части они исходят от основных инструментов промышленной гигиены.

подмена

Одним из предпочтительных методов гигиены труда для контроля опасностей окружающей среды на рабочем месте является замена более безопасных материалов или процессов. Если можно использовать более безопасный процесс или материал и избежать вредных выбросов, тип или эффективность контроля становится академическим. Лучше избежать проблемы, чем пытаться исправить плохое первое решение. Примеры замещения включают использование более чистых видов топлива, покрытия для бестарного хранения и снижение температуры в сушилках.

Это относится как к мелким закупкам, так и к основным критериям проектирования завода. Если приобретаются только экологически безопасные продукты или процессы, не будет риска для окружающей среды, как внутри, так и снаружи. Если сделана неправильная покупка, оставшаяся часть программы состоит из попыток компенсировать это первое решение. Если приобретается недорогой, но опасный продукт или процесс, могут потребоваться специальные процедуры обращения и оборудование, а также специальные методы утилизации. В результате недорогостоящий товар может иметь только низкую цену покупки, но высокую цену его использования и утилизации. Возможно, более безопасный, но более дорогой материал или процесс были бы менее затратными в долгосрочной перспективе.

Местная вентиляция

Необходимы средства контроля для всех выявленных проблем, которых нельзя избежать путем замены более безопасных материалов или методов. Выбросы начинаются на отдельном рабочем месте, а не в штабеле. Система вентиляции, которая улавливает и контролирует выбросы в источнике, поможет защитить сообщество, если она правильно спроектирована. Вытяжки и воздуховоды вентиляционной системы являются частью общей системы контроля загрязнения воздуха.

Предпочтение отдается местной системе вентиляции. Он не разбавляет загрязняющие вещества и обеспечивает концентрированный газовый поток, который легче очистить перед выбросом в окружающую среду. Газоочистное оборудование более эффективно при очистке воздуха с повышенной концентрацией загрязняющих веществ. Например, улавливающий колпак над разливочным желобом металлической печи предотвратит попадание загрязняющих веществ в окружающую среду, а дымовые газы направит в систему газоочистки. В таблице 5 видно, что эффективность очистки для абсорбционных и адсорбционных очистителей увеличивается с концентрацией загрязнителя, а конденсационные очистители не рекомендуются для низких уровней (<2,000 частей на миллион) загрязняющих веществ.

Если загрязняющие вещества не улавливаются в источнике, а выходят через окна и вентиляционные отверстия, они становятся неконтролируемыми неконтролируемыми выбросами. В некоторых случаях эти неконтролируемые летучие выбросы могут оказать значительное влияние на ближайшие окрестности.

Isolation

Изоляция — расположение предприятия вдали от уязвимых целей — может быть основным методом контроля, когда технические меры сами по себе неадекватны. Это может быть единственным средством достижения приемлемого уровня контроля, когда необходимо полагаться на наилучшую доступную технологию контроля (BACT). Если после применения наилучших доступных мер контроля целевая группа все еще находится в группе риска, необходимо рассмотреть вопрос о поиске альтернативного места, где нет уязвимых групп населения.

Изоляция, как указано выше, является средством отделения отдельного растения от восприимчивых мишеней. Другая система изоляции — это когда местные власти используют зонирование, чтобы отделить классы отраслей от уязвимых целей. После того как предприятия отделены от целевых групп населения, им нельзя разрешать переселяться рядом с объектом. Хотя это кажется здравым смыслом, оно не используется так часто, как следовало бы.

Рабочие процедуры

Рабочие процедуры должны быть разработаны для обеспечения правильного и безопасного использования оборудования без риска для работников или окружающей среды. Сложные системы загрязнения воздуха должны правильно обслуживаться и эксплуатироваться, если они хотят выполнять свою работу должным образом. Важным фактором в этом является обучение персонала. Персонал должен быть обучен тому, как использовать и обслуживать оборудование, чтобы уменьшить или устранить количество опасных материалов, выбрасываемых на рабочее место или в общество. В некоторых случаях BACT полагается на передовую практику для обеспечения приемлемых результатов.

Мониторинг в реальном времени

Система, основанная на мониторинге в реальном времени, не популярна и не используется повсеместно. В этом случае непрерывный мониторинг выбросов и метеорологический мониторинг можно сочетать с моделированием рассеивания для прогнозирования воздействия с подветренной стороны. Когда прогнозируемые воздействия приближаются к допустимым уровням, информация используется для снижения производительности и выбросов. Это неэффективный метод, но он может быть приемлемым методом временного контроля для существующего объекта.

Наоборот, объявлять предупреждения для населения, когда условия таковы, что могут существовать чрезмерные концентрации загрязняющих веществ, чтобы население могло принять соответствующие меры. Например, если разослано предупреждение о том, что атмосферные условия таковы, что уровни диоксида серы с подветренной стороны от плавильного завода являются чрезмерными, восприимчивые группы населения, такие как астматики, будут знать, что им нельзя выходить на улицу. Опять же, это может быть приемлемым временным контролем, пока не будут установлены постоянные меры контроля.

Атмосферный и метеорологический мониторинг в режиме реального времени иногда используется, чтобы избежать или уменьшить крупные случаи загрязнения воздуха, когда могут существовать несколько источников. Когда становится очевидным, что вероятны чрезмерные уровни загрязнения воздуха, использование автомобилей в личных целях может быть ограничено, а основные предприятия, производящие выбросы, закрываются.

Техническое обслуживание/уборка

Во всех случаях эффективность средств контроля зависит от надлежащего обслуживания; оборудование должно работать по назначению. Необходимо поддерживать и использовать не только средства контроля загрязнения воздуха по назначению, но и процессы, генерирующие потенциальные выбросы, должны поддерживаться и должным образом эксплуатироваться. Примером промышленного процесса является сушилка для щепы с неисправным регулятором температуры; если сушилка работает при слишком высокой температуре, она будет выделять больше материалов и, возможно, другой тип материала из сушащейся древесины. Примером технического обслуживания газоочистки, влияющего на выбросы, может быть плохо обслуживаемый рукавный фильтр со сломанными рукавами, которые позволяют твердым частицам проходить через фильтр.

Ведение домашнего хозяйства также играет важную роль в контроле общих выбросов. Пыль, которая не удаляется быстро внутри установки, может повторно уноситься и представлять опасность для персонала. Если пыль выносится за пределы предприятия, она представляет опасность для населения. Плохое ведение хозяйства на заводском дворе может представлять значительный риск для общества. Непокрытые сыпучие материалы, растительные отходы или пыль, поднятая транспортными средствами, могут привести к тому, что загрязняющие вещества будут переноситься ветром в населенные пункты. Поддержание двора в чистоте, использование надлежащих контейнеров или складских площадок важно для снижения общего объема выбросов. Система должна быть не только правильно спроектирована, но и должным образом использоваться, если нужно защитить сообщество.

Наихудшим примером плохого технического обслуживания и уборки может быть установка по извлечению свинца со сломанным конвейером для свинцовой пыли. Пыли позволяли выходить из конвейера до тех пор, пока куча не стала настолько высокой, что пыль могла соскальзывать по куче и вылетать в разбитое окно. Затем местные ветры разнесли пыль по окрестностям.

Оборудование для отбора проб выбросов

Исходный отбор проб может выполняться по нескольким причинам:

  • Для характеристики выбросов. Чтобы разработать систему контроля загрязнения воздуха, нужно знать, что выбрасывается в атмосферу. Должен быть известен не только объем газа, но и количество, характер и, в случае твердых частиц, распределение по размерам выбрасываемого материала. Та же информация необходима для каталогизации общих выбросов в районе.
  • Для проверки работоспособности оборудования. После того, как система контроля загрязнения воздуха куплена, ее следует протестировать, чтобы убедиться, что она выполняет намеченную работу.
  • Как часть системы управления. Когда выбросы постоянно контролируются, данные можно использовать для точной настройки системы контроля загрязнения воздуха или работы самой установки.
  • Для определения соответствия. Когда нормативные стандарты включают предельные значения выбросов, можно использовать отбор проб выбросов для определения соответствия или несоответствия стандартам.

 

Тип используемой системы отбора проб будет зависеть от причины отбора проб, затрат, наличия технологий и подготовки персонала.

Видимые выбросы

Если есть желание уменьшить загрязняющую способность воздуха, улучшить видимость или предотвратить попадание аэрозолей в атмосферу, стандарты могут быть основаны на видимых излучениях.

Видимые выбросы состоят из мелких частиц или окрашенных газов. Чем непрозрачнее шлейф, тем больше материала выбрасывается. Эта характеристика очевидна с первого взгляда, и для оценки уровней выбросов можно использовать обученных наблюдателей. Использование этого метода оценки стандартов выбросов имеет несколько преимуществ:

  • Не требуется дорогостоящее оборудование.
  • Один человек может сделать много наблюдений за день.
  • Операторы предприятия могут быстро оценить влияние изменений процесса с минимальными затратами.
  • Нарушителей можно цитировать без трудоемкой проверки источника.
  • Сомнительные выбросы могут быть обнаружены, а фактические выбросы затем определены путем тестирования источника, как описано в следующих разделах.

 

Экстрактивный отбор проб

Гораздо более строгий метод отбора проб требует, чтобы образец газового потока был взят из дымовой трубы и проанализирован. Хотя это звучит просто, это не означает простой метод выборки.

Пробу следует отбирать изокинетически, особенно при сборе твердых частиц. Изокинетический отбор проб определяется как отбор проб путем втягивания образца в пробоотборный зонд с той же скоростью, с которой материал движется в штабеле или воздуховоде. Это делается путем измерения скорости газового потока с помощью трубки Пито и последующего регулирования частоты отбора проб таким образом, чтобы проба поступала в зонд с той же скоростью. Это важно при отборе проб твердых частиц, поскольку более крупные и тяжелые частицы не будут следовать за изменением направления или скорости. В результате концентрация более крупных частиц в пробе не будет репрезентативной для газового потока, и проба будет неточной.

Схема отбора проб диоксида серы показана на рис. 1. Она непростая, и для правильного отбора проб требуется обученный оператор. Если необходимо отобрать пробу, отличную от двуокиси серы, импинджеры и ледяную баню можно снять и вставить соответствующее устройство для сбора.

Рис. 1. Схема изокинетической линии отбора проб диоксида серы

ЕПК050Ф2

Экстрактивный отбор проб, особенно изокинетический отбор проб, может быть очень точным и универсальным и имеет несколько применений:

  • Это общепризнанный метод отбора проб с адекватным контролем качества, поэтому его можно использовать для определения соответствия стандартам.
  • Потенциальная точность метода делает его пригодным для проверки работоспособности нового контрольного оборудования.
  • Поскольку пробы могут быть собраны и проанализированы в контролируемых лабораторных условиях для многих компонентов, это полезно для характеристики газового потока.

 

Упрощенная и автоматизированная система отбора проб может быть подключена к непрерывному анализатору газа (электрохимический, ультрафиолетовый фотометрический или пламенно-ионизационный датчик) или анализатору твердых частиц (нефелометр) для непрерывного мониторинга выбросов. Это может предоставить документацию о выбросах и мгновенное рабочее состояние системы контроля загрязнения воздуха.

Отбор проб на месте

Выбросы также могут быть отобраны в стеке. На рис. 2 представлен простой трансмиссометр, используемый для измерения содержания материалов в газовом потоке. В этом примере луч света проецируется через стопку на фотоэлемент. Частицы или окрашенный газ будут поглощать или блокировать часть света. Чем больше материала, тем меньше света попадет на фотоэлемент. (См. рис. 2.)

Рис. 2. Простой трансмиссометр для измерения содержания твердых частиц в дымовой трубе

ЕПК050Ф1

Используя различные источники света и детекторы, такие как ультрафиолетовый свет (УФ), можно обнаружить газы, прозрачные для видимого света. Эти устройства могут быть настроены на конкретные газы и, таким образом, могут измерять концентрацию газа в потоке отходов.

An на месте Преимущество системы мониторинга перед экстракционной состоит в том, что она может измерять концентрацию по всей дымовой трубе или воздуховоду, в то время как экстракционный метод измеряет концентрацию только в точке, из которой была извлечена проба. Это может привести к значительной ошибке, если поток анализируемого газа плохо перемешан. Однако экстрактивный метод предлагает больше методов анализа и, следовательно, может использоваться в большем количестве приложений.

С на месте обеспечивает непрерывное считывание, его можно использовать для документирования выбросов или для точной настройки операционной системы.

 

Назад

Среда, Март 09 2011 16: 00

Контроль загрязнения воды

Эта статья предназначена для того, чтобы дать читателю представление о доступных в настоящее время технологиях борьбы с загрязнением воды, основываясь на обсуждении тенденций и случаев, представленных Хеспанхолем и Хелмером в главе Опасности для здоровья из окружающей среды. В следующих разделах рассматриваются проблемы борьбы с загрязнением воды, сначала под заголовком «Контроль за загрязнением поверхностных вод», а затем под заголовком «Контроль за загрязнением подземных вод».

Контроль загрязнения поверхностных вод

Определение загрязнения воды

Загрязнение воды относится к качественному состоянию загрязнения или нечистоты в гидрологических водах определенного региона, например водораздела. Это происходит в результате события или процесса, который вызывает снижение полезности земных вод, особенно в отношении воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Процесс загрязнения подчеркивает потерю чистоты из-за загрязнения, что также подразумевает вторжение или контакт с внешним источником в качестве причины. Термин «испорченный» применяется к чрезвычайно низким уровням загрязнения воды, например, к их первоначальному повреждению и распаду. Осквернение является результатом загрязнения и предполагает нарушение или осквернение.

Гидрологические воды

Природные воды Земли можно рассматривать как непрерывно циркулирующую систему, как показано на рис. 1, который дает графическую иллюстрацию вод в гидрологическом цикле, включая как поверхностные, так и подземные воды.

Рисунок 1. Гидрологический цикл

ЕПК060Ф1

В качестве эталона качества воды можно использовать дистиллированную воду (H2О) представляют собой высшее состояние чистоты. Воды в гидрологическом цикле можно рассматривать как естественные, но не чистые. Они загрязняются как в результате естественной, так и человеческой деятельности. Эффекты естественной деградации могут возникать из множества источников - от фауны, флоры, извержений вулканов, ударов молнии, вызывающих пожары и т. д., которые в долгосрочной перспективе считаются преобладающими фоновыми уровнями для научных целей.

Антропогенное загрязнение нарушает естественный баланс, накладывая друг на друга отходы, выбрасываемые из различных источников. Загрязняющие вещества могут попасть в воды гидрологического цикла в любой момент. Например: атмосферные осадки (дожди) могут быть загрязнены загрязнителями воздуха; поверхностные воды могут загрязняться в процессе стока с водосборов; нечистоты могут сбрасываться в ручьи и реки; а подземные воды могут загрязняться в результате инфильтрации и подземного загрязнения.

 

 

На рис. 2 показано распределение гидрологических вод. Загрязнение затем накладывается на эти воды и поэтому может рассматриваться как неестественное или несбалансированное состояние окружающей среды. Процесс загрязнения может протекать в водах любой части гидрологического цикла и более выражен на земной поверхности в виде стока с водосборов в ручьи и реки. Однако загрязнение подземных вод также оказывает серьезное воздействие на окружающую среду и обсуждается после раздела, посвященного загрязнению поверхностных вод.

Рисунок 2. Распределение осадков

ЕПК060Ф2

Водосборные источники загрязнения воды

Водоразделы являются источником загрязнения поверхностных вод. Водосборный бассейн определяется как участок земной поверхности, на который падают, накапливаются, используются, утилизируются и в конечном итоге сбрасываются в ручьи, реки или другие водоемы гидрологические воды. Он состоит из дренажной системы с окончательным стоком или сбором в ручье или реке. Водосборными бассейнами обычно называют водосборные бассейны крупных рек. На рисунке 3 представлен гидрологический цикл на региональном водоразделе. Для региона расположение различных вод может быть записано в виде простого уравнения, которое является основным уравнением гидрологии, написанным Виссманом, Льюисом и Кнаппом (1989); типичные единицы мм/год:

П - Р - Г - Э - Т = ±S

где:

P = осадки (т.е. дождь, снегопад, град)

R = сток или поверхностный сток водораздела

G = подземные воды

E = испарение

T = транспирация

S = поверхностное хранение

Рисунок 3. Региональный гидрологический цикл

ЕПК060Ф3

Осадки рассматриваются как инициирующая форма вышеуказанного гидрологического бюджета. Термин сток является синонимом течения реки. Под хранилищем понимаются резервуары или системы задержания, в которых собирается вода; например, искусственная плотина (заграждение) на реке создает резервуар для хранения воды. Подземные воды собираются как система хранения и могут перетекать из одного места в другое; он может быть входящим или выходящим по отношению к поверхностным водотокам. Испарение — это явление с поверхности воды, а транспирация связана с передачей от биоты.

 

 

 

 

 

 

 

Хотя водосборные бассейны могут сильно различаться по размеру, некоторые дренажные системы по определению загрязнения воды классифицируются как городские или негородские (сельскохозяйственные, сельские, неосвоенные) по своему характеру. Загрязнение, происходящее в этих дренажных системах, происходит из следующих источников:

Источники точек: сброс сточных вод в принимающий водный объект в определенном месте, например, в канализационной трубе или каком-либо концентрированном выпускном отверстии системы.

Неточечные (рассеянные) источники: загрязнение, поступающее в принимающий водный объект из рассредоточенных источников в водосборе; характерен слив несобранных дождевых стоков в ручей. Неточечные источники также иногда называют «рассеянными» водами; однако термин «рассредоточенный» рассматривается как более описательный.

Перемежающиеся источники: из точки или источника, который разряжается при определенных обстоятельствах, например, в условиях перегрузки; типичны комбинированные переливы канализационных стоков в периоды сильных ливневых стоков.

Загрязнители воды в ручьях и реках

Когда вредные отходы из вышеуказанных источников сбрасываются в ручьи или другие водоемы, они становятся загрязняющими веществами, которые были классифицированы и описаны в предыдущем разделе. Загрязнители или загрязняющие вещества, которые попадают в водоем, можно дополнительно разделить на:

  • разлагаемые (неконсервативные) загрязнители: примеси, которые со временем разлагаются на безвредные вещества или которые могут быть удалены методами очистки; то есть некоторые органические материалы и химические вещества, бытовые сточные воды, тепло, питательные вещества для растений, большинство бактерий и вирусов, некоторые отложения
  • неразлагаемые (консервативные) загрязнители: примеси, которые сохраняются в водной среде и не уменьшают концентрацию, если только не разбавлены или не удалены путем обработки; то есть некоторые органические и неорганические химические вещества, соли, коллоидные суспензии
  • опасные загрязнители воды: сложные формы вредных отходов, включая токсичные микроэлементы, некоторые неорганические и органические соединения.
  • радионуклидные загрязнители: материалы, подвергшиеся воздействию радиоактивного источника.

 

Правила контроля за загрязнением воды

Широко применимые правила контроля загрязнения воды обычно обнародуются национальными правительственными агентствами, а более подробные правила - штатами, провинциями, муниципалитетами, водными районами, заповедными районами, комиссиями по санитарии и другими. На национальном уровне и уровне штата (или провинции) эту ответственность обычно несут агентства по охране окружающей среды (EPA) и министерства здравоохранения. При обсуждении правил ниже формат и некоторые части следуют примеру стандартов качества воды, применяемых в настоящее время в штате Огайо США.

Обозначения использования качества воды

Конечной целью борьбы с загрязнением воды будет нулевой сброс загрязняющих веществ в водные объекты; однако полное достижение этой цели обычно экономически нецелесообразно. Предпочтительным подходом является установление ограничений на выбросы отходов для разумной защиты здоровья человека и окружающей среды. Хотя эти стандарты могут сильно различаться в разных юрисдикциях, обозначения использования для конкретных водоемов обычно являются основой, как кратко описано ниже.

Водоснабжение включает в себя:

  • общественное водоснабжение: вода, которая при обычной очистке будет пригодна для потребления человеком
  • сельскохозяйственное снабжение: воды, пригодные для орошения и водопоя скота без очистки
  • промышленное/коммерческое снабжение: воды, пригодные для промышленного и коммерческого использования, с очисткой или без нее.

 

Рекреационные мероприятия включают в себя:

  • воды для купания: воды, которые в определенные сезоны пригодны для купания, в соответствии с качеством воды, а также защитными условиями и сооружениями.
  • Важный контакт: воды, которые в определенные сезоны подходят для полного контакта с телом, такого как плавание, гребля на каноэ и подводное плавание с минимальной угрозой для здоровья населения из-за качества воды.
  • вторичный контакт: воды, которые в определенные сезоны подходят для отдыха с частичным контактом с телом, такого как, помимо прочего, переход вброд, с минимальной угрозой для здоровья населения из-за качества воды.

 

Общественные водные ресурсы классифицируются как водные объекты, которые находятся в пределах парковых систем, водно-болотных угодий, территорий дикой природы, диких, живописных и рекреационных рек и государственных озер, а также воды, имеющие исключительное рекреационное или экологическое значение.

Среда обитания водных обитателей

Типичные обозначения будут варьироваться в зависимости от климата, но относятся к условиям в водоемах для поддержки и поддержания определенных водных организмов, особенно различных видов рыб. Например, обозначения использования в умеренном климате в соответствии с положениями Агентства по охране окружающей среды штата Огайо (EPA) перечислены ниже без подробных описаний:

  • теплая вода
  • ограниченная теплая вода
  • исключительная теплая вода
  • модифицированная теплая вода
  • сезонный лосось
  • холодная вода
  • ограниченный ресурс воды.

 

Критерии контроля загрязнения воды

Природные воды и сточные воды охарактеризованы с точки зрения их физического, химического и биологического состава. Основные физические свойства, химические и биологические компоненты сточных вод и их источников составляют длинный список, приведенный в учебнике Меткалфом и Эдди (1991). Аналитические методы для этих определений приведены в широко используемом руководстве, озаглавленном Стандартные методы исследования воды и сточных вод Американской ассоциацией общественного здравоохранения (1995 г.).

Каждый назначенный водный объект должен контролироваться в соответствии с правилами, которые могут состоять как из основных, так и из более подробных числовых критериев, как кратко описано ниже.

Базовая свобода от загрязнения. Насколько это практически возможно, все водоемы должны соответствовать основным критериям «Пяти свобод от загрязнения»:

  1. не содержать взвешенных твердых частиц или других веществ, попадающих в воду в результате деятельности человека и оседающих с образованием гнилостных или иных нежелательных отложений ила или оказывающих неблагоприятное воздействие на водную флору и фауну
  2. свободными от плавающих обломков, нефти, накипи и других плавучих материалов, попадающих в воды в результате деятельности человека в количествах, достаточных для того, чтобы иметь неприглядный вид или вызывать деградацию
  3. свободным от материалов, попадающих в воду в результате деятельности человека, создающих цвет, запах или другие условия в такой степени, чтобы создавать неудобства
  4. свободные от веществ, попадающих в воды в результате деятельности человека, в концентрациях, токсичных или вредных для человека, животных или водных организмов и/или быстро летальных в зоне смешения
  5. свободны от питательных веществ, попадающих в воду в результате деятельности человека, в концентрациях, вызывающих неприятный рост водных сорняков и водорослей.

 

Критериями качества воды являются числовые ограничения и рекомендации по контролю химических, биологических и токсичных компонентов в водоемах.

Поскольку сегодня используется более 70,000 XNUMX химических соединений, нецелесообразно определять контроль каждого из них. Однако критерии для химических веществ могут быть установлены на основе ограничений, поскольку они в первую очередь относятся к трем основным классам потребления и воздействия:

Класс 1: Химические критерии защиты здоровья человека имеют первостепенное значение и должны устанавливаться в соответствии с рекомендациями государственных органов здравоохранения, ВОЗ и признанных организаций, занимающихся исследованиями в области здравоохранения.

Класс 2: Химические критерии контроля подачи сельскохозяйственной воды должны основываться на признанных научных исследованиях и рекомендациях, которые защитят от неблагоприятного воздействия на сельскохозяйственные культуры и домашний скот в результате орошения сельскохозяйственных культур и поения скота.

Класс 3: Химические критерии защиты водной флоры и фауны должны основываться на признанных научных исследованиях чувствительности этих видов к определенным химическим веществам, а также в связи с потреблением человеком рыбы и морепродуктов.

Критерии сточных вод связаны с ограничениями на загрязняющие компоненты, присутствующие в сточных водах, и являются еще одним методом контроля. Они могут быть установлены как в зависимости от водохозяйственного назначения водоемов, так и в связи с указанными выше классами по химическим признакам.

Биологические критерии основаны на условиях обитания в водоемах, которые необходимы для поддержания водной жизни.

Органическое содержание сточных вод и природных вод

Валовое содержание органического вещества наиболее важно для характеристики загрязняющей способности как сточных, так и природных вод. Для этой цели обычно используются три лабораторных теста:

Биохимическая потребность в кислороде (БПК): пятидневный БПК (БПК5) является наиболее широко используемым параметром; этот тест измеряет растворенный кислород, используемый микроорганизмами в биохимическом окислении органического вещества за этот период.

Химическая потребность в кислороде (ХПК): этот тест предназначен для измерения органических веществ в бытовых и промышленных отходах, которые содержат соединения, токсичные для биологической жизни; это мера кислородного эквивалента органического вещества, которое может быть окислено.

Общий органический углерод (TOC): этот тест особенно применим к небольшим концентрациям органических веществ в воде; это мера органического вещества, которое окисляется до двуокиси углерода.

Правила антидеградационной политики

Правила политики предотвращения деградации - это еще один подход к предотвращению распространения загрязнения воды за пределами определенных преобладающих условий. Например, политика предотвращения деградации стандартов качества воды Агентства по охране окружающей среды штата Огайо состоит из трех уровней защиты:

Tier 1: существующие виды использования должны поддерживаться и защищаться. Не допускается дальнейшее ухудшение качества воды, которое могло бы помешать существующим целевым видам использования.

Tier 2: Далее, качество воды должно быть лучше, чем то, которое необходимо для защиты использования, если только не будет доказано, что более низкое качество воды необходимо для важного экономического или социального развития, как это определено директором EPA.

Tier 3: Наконец, необходимо поддерживать и защищать качество водных ресурсов. Существующее качество окружающей воды не должно ухудшаться из-за каких-либо веществ, признанных токсичными или препятствующими любому использованию по назначению. Допускается сброс в водные объекты повышенных загрязняющих веществ, если они не приводят к снижению существующего качества воды.

Зоны смешивания сбросов загрязнителей воды и моделирование распределения сточных вод

Зоны смешивания — это области в водоеме, которые позволяют сбросу очищенных или неочищенных сточных вод достичь стабилизированных условий, как показано на рисунке 4 для текущего потока. Сток изначально находится в переходном состоянии, которое постепенно разбавляется от исходной концентрации до условий принимающей воды. Его не следует рассматривать как объект лечения, и он может быть очерчен с определенными ограничениями.

Рисунок 4. Зоны смешивания

ЕПК060Ф4

Как правило, зоны смешивания не должны:

  • препятствовать миграции, выживанию, размножению или росту водных видов
  • включают нерестилища или места нагула
  • включают водозаборы общего пользования
  • включать места для купания
  • составляют более 1/2 ширины ручья
  • составляют более 1/2 площади поперечного сечения устья ручья
  • простираться вниз по течению на расстояние, более чем в пять раз превышающее ширину потока.

 

Исследования по распределению нагрузки сточных вод стали важными из-за высокой стоимости контроля биогенных элементов в сбросах сточных вод, чтобы избежать эвтрофикации в русле (определение приведено ниже). В этих исследованиях обычно используется использование компьютерных моделей для моделирования условий качества воды в ручье, особенно в отношении питательных веществ, таких как формы азота и фосфора, которые влияют на динамику растворенного кислорода. Традиционные модели качества воды этого типа представлены моделью QUAL2E Агентства по охране окружающей среды США, которая была описана Брауном и Барнуэллом (1987). Более поздняя модель, предложенная Taylor (1995), представляет собой вседневную модель (ODM), которая включает моделирование воздействия корневой растительности на динамику питательных веществ и растворенного кислорода в потоке.

Положения об отклонении

Все правила контроля за загрязнением воды ограничены в совершенстве и поэтому должны включать положения, которые допускают оценочное отклонение на основе определенных условий, которые могут помешать немедленному или полному соблюдению.

Оценка и управление рисками, связанными с загрязнением воды

Вышеупомянутые правила контроля загрязнения воды являются типичными подходами правительства во всем мире для достижения соответствия стандартам качества воды и лимитам сброса сточных вод. Как правило, эти правила были установлены на основе факторов здоровья и научных исследований; там, где существует некоторая неопределенность в отношении возможных эффектов, часто применяются коэффициенты безопасности. Выполнение некоторых из этих правил может быть неразумным и чрезвычайно дорогостоящим как для общества в целом, так и для частного предприятия. Поэтому растет озабоченность по поводу более эффективного распределения ресурсов для достижения целей по улучшению качества воды. Как указывалось ранее при обсуждении гидрологических вод, первозданной чистоты не существует даже в природных водах.

Растущий технологический подход поощряет оценку и управление экологическими рисками при установлении правил загрязнения воды. Концепция основана на анализе экологических выгод и издержек при соблюдении стандартов или ограничений. Parkhurst (1995) предложил применять оценку водного экологического риска в качестве вспомогательного средства при установлении контрольных пределов загрязнения воды, особенно применительно к защите водной флоры и фауны. Такие методы оценки риска могут применяться для оценки экологических последствий химических концентраций для широкого диапазона условий загрязнения поверхностных вод, включая:

  • точечное загрязнение
  • загрязнение из неточечных источников
  • существующие загрязненные отложения в руслах рек
  • объекты опасных отходов, относящиеся к водным объектам
  • анализ существующих критериев контроля загрязнения воды.

 

Предлагаемый метод состоит из трех уровней; как показано на рисунке 5, который иллюстрирует этот подход.

Рисунок 5. Методы проведения оценки риска для последовательных уровней анализа. Уровень 1: уровень проверки; Уровень 2: Количественная оценка потенциально значительных рисков; Уровень 3: Количественная оценка риска для конкретного объекта

ЕПК060Ф6

Загрязнение воды в озерах и водохранилищах

Озера и водохранилища обеспечивают объемное накопление притока водосбора и могут иметь длительные периоды промывки по сравнению с быстрым притоком и оттоком на участке протекающего ручья. Поэтому они вызывают особую озабоченность в отношении удержания определенных компонентов, особенно питательных веществ, включая формы азота и фосфора, которые способствуют эвтрофикации. Эвтрофикация – это естественный процесс старения, при котором содержание воды обогащается органическими веществами, что приводит к доминированию нежелательной водной растительности, такой как водоросли, водяной гиацинт и так далее. Эвтрофический процесс имеет тенденцию к сокращению водной жизни и оказывает пагубное воздействие на растворенный кислород. Как естественные, так и культурные источники питательных веществ могут способствовать этому процессу, как это показано Преулом (1974) на рисунке 6, на котором схематично показаны источники и поглотители питательных веществ для озера Санапи в американском штате Нью-Гемпшир.

Рисунок 6. Схематический перечень источников и поглотителей питательных веществ (азота и фосфора) для озера Сунапи, штат Нью-Гэмпшир (США).

ЕПК060Ф7

Озера и водохранилища, конечно, могут быть отобраны и проанализированы для определения их трофического статуса. Аналитические исследования обычно начинаются с базового баланса питательных веществ, такого как:

(питательные вещества, поступающие в озеро) = (питательные вещества, выходящие из озера) + (задержание питательных веществ в озере)

Этот базовый баланс можно дополнительно расширить, включив в него различные источники, показанные на рисунке 6.

Время промывки является показателем относительной удерживающей способности озерной системы. Мелкие озера, такие как озеро Эри, имеют относительно короткое время промывки и связаны с усиленной эвтрофикацией, поскольку мелководные озера часто более благоприятны для роста водных растений. Глубокие озера, такие как озеро Тахо и озеро Верхнее, имеют очень длительные периоды промывки, которые обычно связаны с озерами с минимальной эвтрофикацией, поскольку до настоящего времени они не были перегружены, а также потому, что их крайние глубины не способствуют интенсивному росту водных растений. кроме эпилимниона (верхняя зона). Озера в этой категории обычно классифицируются как олиготрофные на том основании, что они относительно бедны питательными веществами и поддерживают минимальный рост воды, такой как водоросли.

Представляет интерес сравнить время промывки некоторых крупных озер США, как сообщает Pecor (1973), используя следующую основу расчета:

время промывки озера (LFT) = (объем водохранилища)/(отток из озера)

Некоторые примеры: озеро Вабеса (Мичиган), LFT = 0.30 года; Хоутон-Лейк (Мичиган), 1.4 года; Озеро Эри, 2.6 года; Озеро Верхнее, 191 год; Озеро Тахо, 700 лет.

Хотя взаимосвязь между процессом эвтрофикации и содержанием питательных веществ сложна, фосфор обычно считается ограничивающим питательным веществом. Основываясь на полностью смешанных условиях, Сойер (1947) сообщил, что цветение водорослей имеет тенденцию происходить, если значения азота превышают 0.3 мг/л, а фосфора превышает 0.01 мг/л. В стратифицированных озерах и водохранилищах низкий уровень растворенного кислорода в гиполиминионе является ранним признаком эвтрофикации. Vollenweider (1968, 1969) разработал критические уровни нагрузки по общему фосфору и общему азоту для ряда озер, исходя из нагрузки по питательным веществам, средней глубины и трофического состояния. Для сравнения работы по этому вопросу Диллон (1974) опубликовал критический обзор модели баланса питательных веществ Волленвейдера и других родственных моделей. Также доступны более современные компьютерные модели для моделирования азотно-фосфорных циклов при колебаниях температуры.

Загрязнение воды в эстуариях

Эстуарий — промежуточный проход воды между устьем реки и морским побережьем. Этот проход представляет собой участок устья реки с притоком реки (пресной воды) вверх по течению и сбросом воды вниз по течению в постоянно меняющийся нижний бьеф морской воды (соленой воды). Эстуарии постоянно подвергаются воздействию приливных колебаний и являются одними из самых сложных водоемов, с которыми приходится сталкиваться в борьбе с загрязнением воды. Доминирующими особенностями эстуария являются переменная соленость, соляной клин или граница между соленой и пресной водой, а также часто большие участки мелководья с мутной водой, лежащие над илистыми отмелями и солончаками. Питательные вещества в основном поступают в эстуарий из впадающей реки и в сочетании с морской средой обитания обеспечивают обильное производство биоты и морской жизни. Особенно желательны морепродукты, добытые в устьях рек.

С точки зрения загрязнения воды эстуарии по отдельности сложны и обычно требуют специальных исследований с использованием обширных полевых исследований и компьютерного моделирования. Для дальнейшего базового понимания читатель может обратиться к Reish 1979, посвященному загрязнению морской среды и эстуариев; и Reid and Wood 1976 по экологии внутренних вод и устьев рек.

Загрязнение воды в морской среде

Океаны можно рассматривать как конечное место приема воды или поглотителя, поскольку отходы, переносимые реками, в конечном итоге попадают в эту морскую среду. Хотя океаны представляют собой обширные массы соленой воды с, казалось бы, неограниченной способностью к ассимиляции, загрязнение, как правило, портит береговые линии и еще больше влияет на морскую жизнь.

Источники морских загрязнителей включают многие из тех, которые встречаются в наземных сточных водах, а также другие источники, связанные с морскими операциями. Ограниченный список приведен ниже:

  • бытовые сточные воды и ил, промышленные отходы, твердые отходы, судовые отходы
  • отходы рыболовства, отложения и питательные вещества из рек и поверхностного стока
  • разливы нефти, отходы морской разведки и добычи нефти, дноуглубительные работы
  • тепло, радиоактивные отходы, отходы химических веществ, пестициды и гербициды.

 

Каждое из вышеперечисленных требует особого обращения и методов борьбы. Сброс бытовых сточных вод и осадков сточных вод через стоки в океан, возможно, является основным источником загрязнения морской среды.

Чтобы узнать о современных технологиях по этому вопросу, читатель может обратиться к книге Bishop (1983) о загрязнении морской среды и борьбе с ним.

Методы снижения загрязнения при сбросе сточных вод

Крупномасштабная очистка сточных вод обычно осуществляется муниципалитетами, санитарными районами, промышленными предприятиями, коммерческими предприятиями и различными комиссиями по контролю загрязнения. Цель здесь состоит в том, чтобы описать современные методы очистки городских сточных вод, а затем дать некоторое представление об очистке промышленных отходов и более передовых методах.

В общем, все процессы очистки сточных вод могут быть сгруппированы по физическим, химическим или биологическим типам, и один или несколько из них могут использоваться для получения желаемого продукта сточных вод. Эта классификационная группировка является наиболее подходящей для понимания подходов к очистке сточных вод и представлена ​​в таблице 1.

Таблица 1. Общая классификация операций и процессов очистки сточных вод

Физические операции

Химические процессы

Биологические процессы

Измерение расхода
Отсеивание/удаление песка
Смешивание
флокуляция
седиментация
флотация
Фильтрация
Высушивание
Перегонка
Центрифугирование
Замораживание
Обратный осмос

Атмосферные осадки
Нейтрализация
адсорбция
Дезинфекция
Химическое окисление
Химическое восстановление
сжигание
Ионный обмен
электродиализ

Аэробное действие
Анаэробное действие
Аэробно-анаэробные комбинации

 

Современные методы очистки сточных вод

Охват здесь ограничен и предназначен для предоставления концептуального обзора современных методов очистки сточных вод во всем мире, а не подробных проектных данных. В отношении последнего читатель отсылается к Metcalf and Eddy 1991.

Муниципальные сточные воды вместе с некоторой примесью промышленных/коммерческих отходов очищаются в системах, обычно использующих первичную, вторичную и третичную очистку следующим образом:

Система первичной обработки: Предварительная обработка ® Первичное отстаивание ® Обеззараживание (хлорирование) ® Сточные воды

Система вторичной очистки: Предварительная обработка ® Первичное отстаивание ® Биологическая установка ® Вторичное отстаивание ® Дезинфекция (хлорирование) ® Сток в поток

Система третичной очистки: Предварительная обработка ® Первичное отстаивание ® Биологическая установка ® Вторичное отстаивание ® Третичная установка ® Обеззараживание (хлорирование) ® Сток в поток

На рис. 7 дополнительно показана схема традиционной системы очистки сточных вод. Далее следуют обзорные описания вышеуказанных процессов.

Рисунок 7. Принципиальная схема традиционной очистки сточных вод

ЕПК060Ф8

Первичное лечение

Основная цель первичной очистки муниципальных сточных вод, включая бытовые сточные воды, смешанные с некоторыми промышленными/коммерческими отходами, заключается в удалении взвешенных твердых частиц и осветлении сточных вод, чтобы сделать их пригодными для биологической очистки. После некоторой предварительной обработки, такой как просеивание, удаление песка и измельчение, основным процессом первичного осаждения является отстаивание неочищенных сточных вод в больших отстойниках на период до нескольких часов. Этот процесс удаляет от 50 до 75% всех взвешенных твердых частиц, которые удаляются в виде нижнего шлама, собираемого для отдельной обработки. Сливной сток из процесса затем направляется на вторичную очистку. В некоторых случаях для повышения степени первичной очистки могут применяться химические вещества.

Вторичная обработка

Та часть органического содержимого сточных вод, которая мелко взвешена или растворена и не удалена в ходе первичного процесса, подвергается вторичной очистке. Общепринятые формы вторичной очистки, которые обычно используются, включают капельные фильтры, биологические контакторы, такие как вращающиеся диски, активный ил, пруды для стабилизации отходов, системы аэрируемых прудов и методы обработки земли, включая системы водно-болотных угодий. Все эти системы будут признаны использующими биологические процессы в той или иной форме. Наиболее распространенные из этих процессов кратко обсуждаются ниже.

Биологические контакторные системы. Капельные фильтры являются одной из самых ранних форм этого метода вторичной очистки и до сих пор широко используются с некоторыми усовершенствованными методами применения. При этой очистке сточные воды из первичных резервуаров равномерно наносятся на слой наполнителя, такого как камень или синтетический пластик. Равномерное распределение обычно достигается за счет просачивания жидкости из перфорированного трубопровода, периодически или непрерывно вращающегося над слоем, в соответствии с желаемым процессом. В зависимости от уровня органической и гидравлической нагрузки капельные фильтры могут удалять до 95% органического содержимого, обычно анализируемого как биохимическая потребность в кислороде (БПК). Существует множество других более современных биологических контакторных систем, которые могут обеспечить удаление при очистке в том же диапазоне; некоторые из этих методов обладают особыми преимуществами, особенно применимыми в определенных ограничивающих условиях, таких как пространство, климат и т.д. Следует отметить, что последующий вторичный отстойник считается необходимой частью завершения процесса. При вторичном отстаивании некоторое количество так называемого гумусового шлама отводится как нижний сток, а верхний сток сбрасывается как вторичный сток.

Активированный ил. В наиболее распространенной форме этого биологического процесса первично очищенные сточные воды поступают в резервуар с активным илом, содержащий ранее существовавшую биологическую суспензию, называемую активным илом. Эта смесь называется взвешенными твердыми веществами в смешанной жидкости (MLSS), и период контакта обычно составляет от нескольких часов до 24 часов или более, в зависимости от желаемых результатов. В течение этого периода смесь сильно аэрируется и перемешивается для повышения аэробной биологической активности. По мере завершения процесса часть смеси (MLSS) отбирается и возвращается в приток для продолжения процесса биологической активации. После блока активного ила предусмотрено вторичное отстаивание с целью отстаивания взвеси активного ила и сброса осветленного стока в качестве стока. Процесс способен удалять до 95% входящего БПК.

Третичное лечение

Третий уровень очистки может быть обеспечен, если требуется более высокая степень удаления загрязняющих веществ. Эта форма очистки обычно может включать песчаную фильтрацию, стабилизационные пруды, методы захоронения, водно-болотные угодья и другие системы, которые дополнительно стабилизируют вторичные стоки.

Обеззараживание стоков

Дезинфекция обычно требуется для снижения количества бактерий и патогенов до приемлемого уровня. Хлорирование, диоксид хлора, озон и ультрафиолетовое излучение являются наиболее часто используемыми процессами.

Общая эффективность очистных сооружений

Сточные воды включают широкий спектр компонентов, которые обычно классифицируются как взвешенные и растворенные твердые вещества, неорганические компоненты и органические компоненты.

Эффективность системы очистки можно измерить с точки зрения процентного удаления этих компонентов. Общие параметры измерения:

  • БПК: биохимическая потребность в кислороде, измеренная в мг/л
  • Наложенный платеж: химическое потребление кислорода, измеренное в мг/л
  • TSS: общее количество взвешенных веществ, измеренное в мг/л
  • TDS: общее количество растворенных твердых веществ, измеренное в мг/л
  • формы азота: включая нитраты и аммиак, измеренные в мг/л (нитраты представляют особую опасность как питательное вещество при эвтрофикации)
  • фосфат: измеряется в мг/л (также представляет особый интерес как питательное вещество при эвтрофикации)
  • pH: степень кислотности, измеряемая числом от 1 (самая кислая) до 14 (самая щелочная)
  • количество колиформных бактерий: измерено как наиболее вероятное число на 100 мл (Этерихия и фекальные колиформные бактерии являются наиболее распространенными индикаторами).

 

Очистка промышленных сточных вод

Виды промышленных отходов

Промышленные (не бытовые) отходы многочисленны и сильно различаются по составу; они могут быть сильно кислыми или щелочными и часто требуют подробного лабораторного анализа. Перед выпиской может потребоваться специальное лечение, чтобы обезвредить их. Токсичность вызывает большую озабоченность при удалении промышленных сточных вод.

Типичные промышленные отходы включают: целлюлозно-бумажные, скотобойни, пивоваренные, кожевенные, пищевые, консервные, химические, нефтяные, текстильные, сахарные, прачечные, мясные и птицеводческие отходы, кормление свиней, переработку и многие другие. Начальным этапом разработки схемы очистки является обследование промышленных отходов, которое позволяет получить данные об изменениях характеристик потока и отходов. Нежелательные характеристики отходов, перечисленные Экенфельдером (1989), можно резюмировать следующим образом:

  • растворимая органика, вызывающая истощение растворенного кислорода
  • взвешенные вещества
  • следовые органические вещества
  • тяжелые металлы, цианид и токсичные органические вещества
  • цвет и мутность
  • азот и фосфор
  • огнеупорные вещества, устойчивые к биоразложению
  • нефть и плавучий материал
  • летучие материалы.

 

Агентство по охране окружающей среды США дополнительно определило список токсичных органических и неорганических химических веществ с конкретными ограничениями при выдаче разрешений на сброс. Список включает более 100 соединений и слишком велик, чтобы его можно было перепечатать здесь, но его можно запросить в Агентстве по охране окружающей среды.

Методы лечения

Обращение с промышленными отходами является более специализированным, чем обращение с бытовыми отходами; однако там, где они поддаются биологическому восстановлению, они обычно обрабатываются с использованием методов, аналогичных ранее описанным (подходы вторичной/третичной биологической очистки) для муниципальных систем.

Пруды для стабилизации отходов являются распространенным методом органической очистки сточных вод при наличии достаточной площади земли. Проточные пруды обычно классифицируют в зависимости от их бактериальной активности как аэробные, факультативные или анаэробные. Аэрируемые пруды снабжаются кислородом с помощью диффузионных или механических систем аэрации.

На рис. 8 и 9 показаны эскизы прудов-стабилизаторов отходов.

Рисунок 8. Двухкамерный стабилизационный пруд: схема поперечного сечения

ЕПК060Ф9

Рисунок 9. Типы аэрируемых лагун: принципиальная схема

ЕПК60Ф10

Предотвращение загрязнения и минимизация отходов

Когда промышленные отходы внутризаводских операций и процессов анализируются у их источника, их часто можно контролировать, чтобы предотвратить значительные выбросы загрязняющих веществ.

Методы рециркуляции являются важными подходами в программах предотвращения загрязнения. Примером тематического исследования является план рециркуляции сточных вод кожевенного завода, опубликованный Preul (1981), который включал восстановление/повторное использование хрома наряду с полной рециркуляцией всех сточных вод кожевенного завода без сброса стоков в какой-либо поток, за исключением чрезвычайных ситуаций. Блок-схема этой системы показана на рисунке 10.

Рисунок 10. Блок-схема системы рециркуляции сточных вод кожевенного завода.

ЕПК60Ф11

Чтобы узнать о последних инновациях в этой технологии, читатель может найти публикацию по предотвращению загрязнения и минимизации отходов, подготовленную Федерацией водной среды (1995 г.).

Передовые методы очистки сточных вод

Существует ряд передовых методов для более высокой степени удаления компонентов загрязнения, которые могут потребоваться. Общий список включает:

фильтрация (песочная и мультимедийная)

химическое осаждение

адсорбция углем

электродиализ

дистилляция

нитрификация

сбор водорослей

рекультивация стоков

микронапряжение

отгонка аммиака

обратный осмос

ионный обмен

заявка на землю

денитрификация

заболоченные.

Наиболее подходящий процесс для любой ситуации должен быть определен на основе качества и количества неочищенных сточных вод, требований к получаемой воде и, конечно же, затрат. Для получения дополнительной информации см. Metcalf and Eddy 1991, в котором есть глава о усовершенствованной очистке сточных вод.

Тематическое исследование передовой очистки сточных вод

Тематическое исследование Проекта очистки сточных вод региона Дан, обсуждавшееся в другом месте этой главы, представляет собой прекрасный пример инновационных методов очистки и регенерации сточных вод.

Тепловое загрязнение

Термическое загрязнение представляет собой форму промышленных отходов, определяемую как вредное повышение или понижение нормальной температуры воды в принимающих водах, вызванное отведением тепла от искусственных сооружений. Основными отраслями промышленности, производящими сбросное тепло, являются электростанции, работающие на ископаемом топливе (нефть, газ и уголь), а также атомные электростанции, сталелитейные заводы, нефтеперерабатывающие заводы, химические заводы, целлюлозно-бумажные комбинаты, винокуренные заводы и прачечные. Особую озабоченность вызывает электроэнергетика, которая обеспечивает энергией многие страны (например, около 80% в США).

Воздействие сбросного тепла на приемные воды

Влияние на способность ассимиляции отходов

  • Тепло увеличивает биологическое окисление.
  • Тепло снижает насыщение воды кислородом и снижает скорость естественной реоксигенации.
  • Чистое воздействие тепла обычно вредно в теплые месяцы года.
  • Эффект зимы может быть полезен в более холодном климате, где ледовые условия разрушаются, а поверхностная аэрация обеспечивается для рыб и водных организмов.

 

Влияние на водную жизнь

Многие виды имеют предельные температурные пределы и нуждаются в защите, особенно на участках ручья или водоема, подверженных тепловому воздействию. Например, в ручьях с холодной водой обычно водится самая крупная спортивная рыба, такая как форель и лосось, тогда как в теплых водах обычно обитают крупные популяции рыбы, а некоторые виды, такие как щука и окунь, обитают в водах с промежуточной температурой.

Рис. 11. Теплообмен на границах приемного сечения воды

ЕПК60Ф12

Термический анализ в приемных водах

На рис. 11 показаны различные формы естественного теплообмена на границах принимающей воды. Когда тепло сбрасывается в принимающую воду, например, в реку, важно проанализировать способность реки к тепловым добавкам. Температурный профиль реки можно рассчитать, решив тепловой баланс, аналогичный тому, который используется при расчете кривых понижения содержания растворенного кислорода. Основные факторы теплового баланса показаны на рис. 12 для участка реки между точками А и В. Каждый фактор требует отдельного расчета в зависимости от определенных тепловых переменных. Как и в случае с балансом растворенного кислорода, температурный баланс представляет собой просто сумму температурных активов и пассивов для данного раздела. Другие более сложные аналитические подходы доступны в литературе по этому вопросу. Результаты расчетов теплового баланса могут быть использованы для установления ограничений по расходу тепла и, возможно, определенных ограничений по использованию водоема.

Рисунок 12. Мощность реки для тепловых добавок

ЕПК60Ф13

Контроль теплового загрязнения

Основными подходами к контролю теплового загрязнения являются:

  • повышение эффективности работы силовой установки
  • градирни
  • изолированные пруды-охладители
  • рассмотрение альтернативных методов производства электроэнергии, таких как гидроэнергетика.

 

Там, где физические условия благоприятны в определенных пределах окружающей среды, гидроэлектроэнергия должна рассматриваться как альтернатива выработке энергии на ископаемом топливе или атомной энергии. При производстве гидроэлектроэнергии не происходит утилизации тепла и сброса сточных вод, вызывающих загрязнение воды.

Контроль загрязнения подземных вод

Важность подземных вод

Поскольку мировые запасы воды широко добываются из водоносных горизонтов, очень важно, чтобы эти источники снабжения были защищены. Подсчитано, что более 95% запасов пресной воды на Земле находится под землей; По данным Геологической службы США за 50 год, в Соединенных Штатах примерно 1984% питьевой воды поступает из колодцев. Поскольку загрязнение и движение подземных вод носят тонкий и невидимый характер, анализу и контролю этой формы деградации воды иногда уделяется меньше внимания, чем загрязнению поверхностных вод, которое гораздо более очевидно.

Рисунок 13. Гидрологический цикл и источники загрязнения подземных вод

ЕПК60Ф14

Источники подземного загрязнения

На рис. 13 показан гидрологический цикл с наложенными источниками загрязнения подземных вод. Полный список потенциальных источников подземного загрязнения обширен; однако для иллюстрации наиболее очевидными источниками являются:

  • сбросы промышленных отходов
  • загрязненные водотоки, соприкасающиеся с водоносными горизонтами
  • горные работы
  • утилизация твердых и опасных отходов
  • подземные резервуары для хранения, например, для нефти
  • ирригационные системы
  • искусственная подпитка
  • вторжение морской воды
  • разливы
  • загрязненные водоемы с проницаемым дном
  • колодцы для захоронения
  • поля плитки септика и выщелачивающие ямы
  • неправильное бурение скважины
  • сельскохозяйственные работы
  • соли против обледенения дорог.

 

Конкретные загрязняющие вещества в подземном загрязнении далее классифицируются как:

  • нежелательные химические составляющие (типичный, не полный список) - органические и неорганические (например, хлорид, сульфат, железо, марганец, натрий, калий)
  • общая жесткость и общее количество растворенных твердых веществ
  • токсичные составляющие (типичные, неполный список) - нитраты, мышьяк, хром, свинец, цианид, медь, фенолы, растворенная ртуть
  • нежелательные физические характеристики - вкус, цвет и запах
  • пестициды и гербициды - хлорированные углеводороды и другие
  • радиоактивные материалы - различные формы радиоактивности
  • биологические - бактерии, вирусы, паразиты и так далее
  • кислотные (низкий рН) или едкие (высокий рН).

 

Из вышеперечисленного нитраты вызывают особую озабоченность как в грунтовых, так и в поверхностных водах. В подземных водах нитраты могут вызывать метгемоглобинемию (детский цианоз). Они также вызывают пагубные последствия эвтрофикации в поверхностных водах и встречаются в широком диапазоне водных ресурсов, как сообщает Preul (1991). Преул (1964, 1967, 1972) и Преул и Шрёпфер (1968) также сообщали о подземном перемещении азота и других загрязняющих веществ.

Путешествие загрязнения в подземном домене

Движение подземных вод чрезвычайно медленное и малозаметное по сравнению с движением поверхностных вод в гидрологическом цикле. Для простого понимания движения обычных подземных вод в условиях идеального стационарного потока закон Дарси является основным подходом к оценке движения подземных вод при низких числах Рейнольдса. (R):

V = K(dh/dl)

где:

V = скорость грунтовых вод в водоносном горизонте, м/сут.

К = коэффициент проницаемости водоносного горизонта

(dh/dl) = гидравлический градиент, который представляет собой движущую силу движения.

При перемещении загрязняющих веществ под землей обычные подземные воды ( H2O) обычно является несущей жидкостью и может быть рассчитана для движения со скоростью в соответствии с параметрами закона Дарси. Однако скорость перемещения или скорость загрязняющего вещества, такого как органическое или неорганическое химическое вещество, может различаться из-за процессов адвекции и гидродинамической дисперсии. Некоторые ионы движутся медленнее или быстрее, чем общая скорость потока подземных вод в результате реакций в среде водоносного горизонта, поэтому их можно разделить на «реагирующие» и «нереагирующие». Реакции, как правило, имеют следующие формы:

  • физические реакции между загрязняющим веществом и водоносным горизонтом и/или транспортирующей жидкостью
  • химические реакции между загрязняющим веществом и водоносным горизонтом и/или транспортирующей жидкостью
  • Биологическое действие на загрязнитель.

 

Для реагирующих и не реагирующих подземных загрязнителей характерны следующие характеристики:

  • реагирующие загрязнители - хром, ион аммония, кальций, натрий, железо и т.д.; катионы в целом; биологические составляющие; радиоактивные компоненты
  • не вступающие в реакцию загрязнители – хлориды, нитраты, сульфаты и так далее; некоторые анионы; некоторые химические пестициды и гербициды.

 

Сначала может показаться, что реагирующие загрязнители являются наихудшим типом, но это может быть не всегда так, потому что реакции задерживают или замедляют перенос концентраций загрязняющих веществ, в то время как перемещение нереагирующих загрязнителей может быть в значительной степени беспрепятственным. В настоящее время доступны некоторые «мягкие» бытовые и сельскохозяйственные продукты, которые со временем биологически разлагаются и, следовательно, исключают возможность загрязнения грунтовых вод.

восстановление водоносного горизонта

Предотвращение подземного загрязнения, очевидно, является лучшим подходом; однако о неконтролируемом существовании загрязненных грунтовых вод обычно становится известно уже после их возникновения, например, по жалобам местных водопользователей. К сожалению, к тому времени, когда проблема будет распознана, может быть нанесен серьезный ущерб, и потребуется устранение. Реабилитация может потребовать обширных гидрогеологических полевых исследований с лабораторным анализом проб воды, чтобы установить степень концентрации загрязняющих веществ и распространение шлейфов. Часто для первоначального отбора проб можно использовать существующие колодцы, но в тяжелых случаях может потребоваться обширное бурение и отбор проб воды. Затем эти данные можно проанализировать, чтобы установить текущие условия и сделать прогнозы будущих условий. Анализ распространения загрязнения подземных вод является специализированной областью, часто требующей использования компьютерных моделей для лучшего понимания динамики подземных вод и прогнозирования при различных ограничениях. Для этой цели в литературе имеется ряд двух- и трехмерных компьютерных моделей. За более подробными аналитическими подходами читатель может обратиться к книге Freeze and Cherry (1987).

Предотвращение загрязнения

Предпочтительным подходом к защите ресурсов подземных вод является предотвращение загрязнения. Хотя стандарты питьевой воды обычно применяются к использованию запасов подземных вод, запасы сырой воды требуют защиты от загрязнения. Государственные органы, такие как министерства здравоохранения, агентства по природным ресурсам и агентства по охране окружающей среды, как правило, несут ответственность за такую ​​деятельность. Усилия по контролю загрязнения подземных вод в основном направлены на защиту водоносных горизонтов и предотвращение загрязнения.

Предотвращение загрязнения требует контроля за землепользованием в форме зонирования и определенных правил. Законы могут применяться к предотвращению конкретных функций, особенно применимых к точечным источникам или действиям, которые потенциально могут вызвать загрязнение. Контроль с помощью зонирования землепользования является инструментом охраны подземных вод, который наиболее эффективен на муниципальном или окружном уровне управления. Программы защиты водоносных горизонтов и устьев колодцев, как обсуждается ниже, являются яркими примерами предотвращения загрязнения.

Программа защиты водоносного горизонта требует установления границ водоносного горизонта и областей его питания. Водоносные горизонты могут быть безнапорными или напорными, и поэтому для принятия такого решения их необходимо проанализировать гидрологом. Большинство основных водоносных горизонтов в целом хорошо известны в развитых странах, но в других районах могут потребоваться полевые исследования и гидрогеологический анализ. Ключевым элементом программы по защите водоносного горизонта от ухудшения качества воды является контроль землепользования над водоносным горизонтом и зонами его питания.

Защита устья скважины представляет собой более точный и ограниченный подход, который применяется к области пополнения запасов конкретной скважины. Федеральное правительство США в соответствии с поправками, принятыми в 1986 г. к Закону о безопасной питьевой воде (SDWA) (1984 г.), теперь требует, чтобы для колодцев общественного водоснабжения были установлены специальные зоны защиты устья колодца. Защитная зона устья колодца (WHPA) определяется в SDWA как «участок поверхности и недр, окружающий колодец или колодезное поле, снабжающий общественную систему водоснабжения, через который загрязняющие вещества с достаточной вероятностью могут двигаться к такому колодцу или колодцу и достигать его». поле." Основной целью программы WHPA, как указано Агентством по охране окружающей среды США (1987 г.), является оконтуривание зон защиты скважин на основе выбранных критериев, эксплуатации скважин и гидрогеологических соображений.

 

Назад

Концепция и дизайн

Проект рекультивации муниципальных сточных вод Данского региона является крупнейшим проектом такого рода в мире. Он состоит из сооружений по очистке и пополнению подземных вод городских сточных вод из столичного региона региона Дан - конгломерата из восьми городов, сосредоточенных вокруг Тель-Авива, Израиль, с общим населением около 1.5 миллиона жителей. Проект создан с целью сбора, очистки и утилизации городских сточных вод. Восстановленные стоки после относительно длительного пребывания в подземном водоносном горизонте перекачиваются для неограниченного использования в сельском хозяйстве, орошая засушливый Негев (южная часть Израиля). Общая схема проекта представлена ​​на рисунке 1. Проект был основан в 1960-х годах и постоянно развивается. В настоящее время система собирает и обрабатывает около 110 x 106 m3 в год. Через несколько лет, на завершающем этапе, система будет обрабатывать от 150 до 170 x 106 m3 в год.

Рисунок 1. Станция очистки сточных вод Данского региона: схема

ЕПК065Ф1

Известно, что очистные сооружения создают множество проблем для окружающей среды и гигиены труда. Проект «Регион Дан» представляет собой уникальную систему национального значения, которая сочетает в себе национальную пользу со значительной экономией водных ресурсов, высокой эффективностью очистки и производством недорогой воды, не создавая при этом чрезмерных профессиональных вредностей.

При проектировании, установке и повседневной эксплуатации системы особое внимание уделялось санитарии воды и гигиене труда. Приняты все необходимые меры предосторожности, чтобы очищенные сточные воды были практически такими же безопасными, как обычная питьевая вода, в случае их случайного употребления или проглатывания людьми. Аналогичным образом, надлежащее внимание было уделено вопросу сведения к минимуму любого потенциального воздействия аварий или других биологических, химических или физических опасностей, которые могут затронуть либо рабочих на самих очистных сооружениях, либо других рабочих, занятых удалением и использованием в сельском хозяйстве. исправленной воды.

На первом этапе проекта сточные воды подвергались биологической очистке системой прудов факультативного окисления с рециркуляцией и дополнительной химической очисткой известково-магниевым процессом с последующим задержанием стоков с высоким рН в «полировочных прудах». Частично очищенные сточные воды пополнялись в региональный подземный водоносный горизонт через распределительные бассейны Сорек.

На втором этапе сточные воды, поступающие на очистные сооружения, подвергаются механо-биологической очистке методом активного ила с нитрификацией-денитрификацией. Вторичные стоки пополняются в подземные воды посредством отстойников Явне 1 и Явне 2.

Полная система состоит из ряда различных элементов, дополняющих друг друга:

  • система очистки сточных вод, состоящая из установки активного ила (биомеханическая установка), которая перерабатывает большую часть отходов, и системы прудов окисления и полировки, используемых в основном для очистки избыточных потоков сточных вод.
  • система пополнения подземных вод для очищенных сточных вод, состоящая из распределительных бассейнов на двух разных участках (Явне и Сорек), которые периодически затапливаются; поглощенные сточные воды проходят через ненасыщенную зону почвы и часть водоносного горизонта и создают специальную зону, предназначенную для дополнительной очистки сточных вод и сезонного хранения, которая называется SAT (почвенно-водоносная обработка).
  • сети наблюдательных скважин (всего 53 скважины), которые окружают бассейны подпитки и позволяют контролировать эффективность процесса очистки
  • сеть восстановительных скважин (всего 74 действующих скважины в 1993 г.), которые окружают участки пополнения
  • специальная и отдельная магистраль подачи регенерированной воды для неограниченного орошения сельскохозяйственных угодий в Негеве; эта магистраль называется «Третья линия Негева» и дополняет систему водоснабжения Негева, которая включает в себя еще две основные магистрали подачи пресной воды.
  • установка хлорирования стоков, состоящая в настоящее время из трех участков хлорирования (еще два будут добавлены в будущем)
  • шесть рабочих резервуаров вдоль системы транспортировки, которые регулируют количество перекачиваемой и потребляемой воды по системе
  • система распределения сточных вод, состоящая из 13 основных напорных зон вдоль канализационной магистрали, которые подают очищенную воду потребителям
  • комплексная система мониторинга, которая наблюдает и контролирует всю работу проекта.

 

Описание системы рекультивации

Общая схема системы рекультивации представлена ​​на рисунке 1, а блок-схема на рисунке 2. Система состоит из следующих сегментов: очистные сооружения, поля подпитки, восстановительные колодцы, транспортно-распределительная система, установка хлорирования и комплексный мониторинг. система.

Рисунок 2. Блок-схема проекта Dan Region Project

ЕПК065Ф2

Станция очистки сточных вод

Станция очистки сточных вод агломерации области Дан принимает бытовые отходы восьми городов региона, а также перерабатывает часть их промышленных отходов. Завод расположен в песчаных дюнах Ришон-Ле-Цион и основан в основном на вторичной очистке отходов методом активного ила. Часть отходов, в основном во время пиковых стоков, обрабатывается в другой, более старой системе прудов-окислителей, занимающих площадь 300 акров. Две системы вместе могут обрабатывать в настоящее время около 110 x 106 m3 в год.

Поля перезарядки

Сточные воды очистных сооружений перекачиваются на три разных участка, расположенных в пределах региональных песчаных дюн, где они распределяются по песку и просачиваются вниз в подземный водоносный горизонт для временного хранения и дополнительной обработки в зависимости от времени. Два из распределительных бассейнов используются для подпитки стоков механо-биологических очистных сооружений. Это Явне 1 (60 акров, расположен в 7 км южнее завода) и Явне 2 (45 акров, 10 км южнее завода); третий бассейн предназначен для подпитки смеси стоков бассейнов окисления и определенной фракции биомеханических очистных сооружений, необходимой для повышения качества стоков до необходимого уровня. Это участок Сорек площадью около 60 акров, расположенный к востоку от прудов.

Восстановительные скважины

Вокруг мест подпитки имеется сеть наблюдательных колодцев, через которые осуществляется повторная откачка подпиточной воды. Не все из 74 скважин, находящихся в эксплуатации в 1993 г., работали в течение всего проекта. В 1993 году из скважин системы было извлечено около 95 миллионов кубометров воды, которые были закачаны в Третью линию Негева.

Системы транспортировки и распределения

Вода, откачиваемая из различных добывающих скважин, собирается в транспортно-распределительную систему Третьей линии. Транспортная система состоит из трех участков общей протяженностью 87 км и диаметром от 48 до 70 дюймов. Вдоль транспортной системы были построены шесть различных оперативных резервуаров, «плавающих» на основной линии, чтобы регулировать расход воды в системе. Эксплуатационный объем этих резервуаров составляет от 10,000 XNUMX м3 в 100,000 м3.

Вода, поступающая в систему Третьей линии, поставлялась потребителям в 1993 году по системе из 13 основных напорных зон. К этим напорным зонам подключены многочисленные водопотребители, в основном фермерские хозяйства.

Система хлорирования

Целью хлорирования, проводимого на Третьей линии, является «разрыв связи человека», что означает устранение любой возможности существования микроорганизмов человеческого происхождения в воде Третьей линии. В ходе мониторинга установлено, что во время пребывания исправленной воды в водоемах происходит значительное увеличение фекальной микрофлоры. Поэтому было решено добавить больше точек хлорирования вдоль линии, и к 1993 году в обычном режиме работали три отдельных точки хлорирования. В ближайшее время к системе добавятся еще два пункта хлорирования. Остаточный хлор колеблется от 0.4 до 1.0 мг/л свободного хлора. Этот метод, при котором в различных точках системы поддерживаются низкие концентрации свободного хлора, а не разовая массивная доза в начале линии, обеспечивает разрыв связи между людьми и в то же время позволяет рыбам жить в водоемах. . Кроме того, этот метод хлорирования будет обеззараживать воду на нижних участках транспортно-распределительной системы в случае попадания загрязняющих веществ в систему в точке ниже по течению от начальной точки хлорирования.

Система мониторинга

Работа системы мелиорации Третьей линии Негева зависит от рутинного функционирования установки мониторинга, которая контролируется и контролируется профессиональной и независимой научной организацией. Этим органом является Научно-исследовательский институт Техниона - Израильский технологический институт в Хайфе, Израиль.

Создание независимой системы мониторинга является обязательным требованием Министерства здравоохранения Израиля, местного органа власти в соответствии с Постановлением об общественном здравоохранении Израиля. Необходимость создания такой системы мониторинга связана с тем, что:

  1. Этот проект по очистке сточных вод является крупнейшим в мире.
  2. Он включает в себя некоторые нестандартные элементы, с которыми еще не экспериментировали.
  3. Очищенную воду планируется использовать для неограниченного полива сельскохозяйственных культур.

 

Таким образом, основная роль системы мониторинга заключается в обеспечении химического и санитарного качества воды, подаваемой системой, и в предупреждении о любых изменениях качества воды. Кроме того, группа мониторинга отслеживает весь проект рекультивации региона Дан, а также исследует некоторые аспекты, такие как обычная работа завода и химико-биологическое качество воды. Это необходимо для того, чтобы определить пригодность воды Третьей линии для неограниченного орошения не только с санитарной, но и с сельскохозяйственной точки зрения.

Предварительный план мониторинга был разработан и подготовлен компанией Mekoroth Water Co., основным израильским поставщиком воды и оператором проекта Dan Region. Специально назначенный руководящий комитет периодически пересматривал программу мониторинга и модифицировал ее в соответствии с накопленным опытом, полученным в ходе рутинной работы. Программа мониторинга касалась различных точек отбора проб вдоль системы Третьей линии, различных исследуемых параметров и частоты отбора проб. В предварительной программе речь шла о различных сегментах системы, а именно о добывающих скважинах, транспортной магистрали, резервуарах, ограниченном количестве подключений к потребителям, а также о наличии колодцев с питьевой водой в непосредственной близости от завода. Перечень параметров, включенных в график мониторинга Третьей очереди, приведен в таблице 1.

Таблица 1. Список исследуемых параметров

Ag

Серебро

мкг / л

Al

алюминий

мкг / л

ALG

морские водоросли

№/100 мл

АЛКМ

Щелочность как CaCO3

мг / л

As

мышьяк

мкг / л

B

Бор

мг / л

Ba

барий

мкг / л

БПК

Биохимическая потребность в кислороде

мг / л

Br

бромистый

мг / л

Ca

кальций

мг / л

Cd

Кадмий

мкг / л

Cl

Хлорид

мг / л

КЛДЭ

Потребность в хлоре

мг / л

КЛРЛ

Хлорофил

мкг / л

CN

цианидов

мкг / л

Co

Кобальт

мкг / л

ЦВЕТ

Цвет (платиново-кобальтовый)

 

Наложенный платеж

Химическая потребность в кислороде

мг / л

Cr

Chromium

мкг / л

Cu

Медь

мкг / л

DO

Растворенный кислород в виде O2

мг / л

DOC

Растворенный органический углерод

мг / л

DS10

Растворенные твердые вещества при 105 ºC

мг / л

DS55

Растворенные твердые вещества при 550 ºC

мг / л

EC

Электрическая проводимость

мкмос/см

ENTR

энтерококк

№/100 мл

F

Фторид

мг / л

ФКОЛ

Фекальные колиформы

№/100 мл

Fe

Утюг

мкг / л

ЖЕСТКИЙ

Твердость как CaCO3

мг / л

HCO3

Бикарбонат в виде HCO3

мг / л

Hg

ртутный

мкг / л

K

Калий

мг / л

Li

Литий

мкг / л

MBAS

Моющие средства

мкг / л

Mg

Магний

мг / л

Mn

Марганец

мкг / л

Mo

Молибден

мкг / л

Na

Соль

мг / л

NH4 +

Аммиак в виде NH4 +

мг / л

Ni

Никель

мкг / л

НКЖТ

Общий азот по Кьельдалю

мг / л

НЕТ2

Нитриты как NO2

мг / л

НЕТ3

Нитрат как NO3

мг / л

ЗАПАХ

Порог запаха номер запаха

 

OG

Масло и смазка

мкг / л

Pb

Вести

мкг / л

ФЕН

Фенолы

мкг / л

ПХФД

pH измеряется в полевых условиях

 

PO4

Фосфат в виде ПО4 -2

мг / л

ПТОТ

Общий фосфор в виде P

мг / л

РЦКЛ

Остаточный свободный хлор

мг / л

SAR

Коэффициент адсорбции натрия

 

Se

Селен

мкг / л

Si

Кремнезем как H2SiO3

мг / л

Sn

Оловянирование

мкг / л

SO4

сульфат

мг / л

Sr

стронций

мкг / л

SS10

Взвешенные вещества при 100 ºC

мг / л

SS55

Взвешенные вещества при 550 ºC

мг / л

СТРП

Стрептококк

№/100 мл

T

Температура

º C

ТКОЛ

Всего колиформ

№/100 мл

ТОТБ

Всего бактерий

№/100 мл

TS10

Общее количество твердых веществ при 105 ºC

мг / л

TS55

Общее количество твердых веществ при 550 ºC

мг / л

ТУРБ

мутность

NTU

UV

УФ (поглощение при 254 нм) (/см x 10)

 

Zn

Цинк

мкг / л

 

Мониторинг восстановительных скважин

Программа отбора проб из добывающих скважин основана на двухмесячном или трехмесячном измерении нескольких «параметров-индикаторов» (таблица 2). Когда концентрация хлоридов в отобранной скважине превышает более чем на 15 % исходный уровень хлоридов в скважине, это интерпретируется как «значительное» увеличение доли извлеченных стоков в составе подземных водоносных вод, и скважина переводится в следующая категория выборки. Здесь определяются 23 «параметра-характеристики» один раз в три месяца. В части скважин раз в год проводится полное исследование воды, включающее 54 различных параметра.

Таблица 2. Различные параметры, исследованные в добывающих скважинах

Группа А

Группа B

Группа C

Параметры индикатора

Характерные параметры

Параметры полного теста

1. Хлориды
2. Электропроводность
3. Моющие средства
4. УФ-поглощение
5. Растворенный кислород

Группа А и:
6. Температуры
7. рН
8. Мутность
9. Растворенные твердые вещества
10. Растворенный органический углерод
11. Щелочность
12. Твердость
13. кальций
14. Магний
15. натрий
16. калий
17. Нитраты
18. Нитриты
19. Аммиак
20. Общий азот Кьельдаля
21. Общий фосфор
22. Сульфат
23. Бор

Группы А+В и:
24. Взвешенные вещества
25. Энтеровирусы
26. Общее количество бактерий
27. БГКП
28. Фекальная палочка
29. Фекальный стрептококк
30. цинк
31. Алюминий
32. Мышьяк
33. Железо
34. Барий
35. Серебряный
36. ртутный
37. Хром
38. Литий
39. Молибден
40. Марганец
41. Медь
42. Никель
43. Селен
44. Стронций
45. Свинец
46. ​​Фтор
47. Цианиды
48. Кадмий
49. Кобальт
50. Фенолы
51. Минеральное масло
52. ТОС
53. Запах
54. Цвет

 

Мониторинг системы транспортировки

Транспортная система протяженностью 87 км контролируется в семи центральных точках вдоль линии сточных вод. В этих точках один раз в месяц отбираются образцы по 16 различным параметрам. Это: ПХФД, ДО, Т, ЕС, СС10, SS55, УФ, ТУРБ, НЕТ3 +, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL и ENTR. Параметры, изменение которых в системе не предполагается, измеряются только в двух точках отбора проб – в начале и в конце транспортной линии. Это: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO.4 -2, NH4 +НЕТ2 и МБА. В этих двух точках отбора проб раз в год отбираются пробы различных тяжелых металлов (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Ал, Аг).

Мониторинг водоемов

Схема мониторинга водохранилищ Третьей линии основана в основном на изучении ограниченного числа параметров, которые служат индикаторами биологического развития водоемов, а также для определения поступления внешних загрязняющих веществ. Раз в месяц отбираются пять резервуаров для: PHFD, T, DO, Total SS, Volatile SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP и ALG. В этих пяти резервуарах также раз в два месяца отбираются пробы кремния. Все эти параметры также замеряются на другом водохранилище, Зохар Б, с периодичностью шесть раз в год.

Выводы

Проект мелиорации региона Дан поставляет высококачественную регенерированную воду для неограниченного орошения израильского Негева.

Первый этап этого проекта находится в частичной эксплуатации с 1970 г. и в полной эксплуатации с 1977 г. С 1970 по 1993 г. общий объем неочищенных сточных вод в пруды факультативного окисления составил 373 млн куб. 243 млн м1974 было выкачано из водоносного горизонта в период 1993–1993 гг. и поставлено на юг страны. Часть воды была потеряна, в основном из-за испарения и просачивания из прудов. В 6.9 г. эти потери составили около 1994% неочищенных сточных вод, поступающих на завод первой очереди (Канарек, XNUMX г.).

Механо-биологические очистные сооружения второй очереди проекта находятся в эксплуатации с 1987 года. За период эксплуатации 1987-1993 годов на механико-биологические очистные сооружения было передано в общей сложности неочищенных сточных вод 478 млн м1993. В 103 году около 95 млн м8 воды (XNUMX млн мXNUMX регенерированной воды плюс XNUMX млн мXNUMX питьевой воды) было передано через систему и использовано для неограниченного орошения Негева.

Вода восстановительных скважин представляет собой качество воды подземного водоносного горизонта. Качество воды водоносного горизонта постоянно меняется в результате просачивания в него сточных вод. Качество воды водоносного горизонта приближается к качеству сточных вод по тем параметрам, на которые не влияют процессы очистки почвенно-водоносного горизонта (SAT), в то время как параметры, на которые влияет прохождение через слои почвы (например, органический углерод и так далее) показывают значительно более низкие значения. Обращает на себя внимание содержание хлоридов в воде водоносного горизонта, которое за последние четыре года увеличилось на 15-26%, о чем свидетельствует изменение качества воды в восстановительных скважинах. Это изменение указывает на постоянное замещение воды водоносного горизонта сточными водами со значительно более высоким содержанием хлоридов.

На качество воды шести водохранилищ системы Третьей линии влияют биологические и химические изменения, происходящие в открытых водоемах. Содержание кислорода повышено в результате фотосинтеза водорослей и за счет растворения атмосферного кислорода. Концентрации различных видов бактерий также увеличиваются в результате случайного загрязнения водоемов разнообразной водной фауной, проживающей вблизи водоемов.

Качество воды, подаваемой потребителям по системе, зависит от качества воды из добывающих скважин и водохранилищ. Обязательное хлорирование воды в системе представляет собой дополнительную защиту от ошибочного использования воды в качестве питьевой. Сравнение данных по воде Третьей линии с требованиями Министерства здравоохранения Израиля к качеству сточных вод, которые будут использоваться для неограниченного сельскохозяйственного использования, показывает, что в большинстве случаев качество воды полностью удовлетворяет требованиям.

В заключение можно сказать, что система рекуперации и утилизации сточных вод «Третья линия» стала успешным экологическим и национальным израильским проектом. Это решило проблему санитарной утилизации сточных вод Данского района и в то же время увеличило водный баланс страны примерно на 5%. В такой засушливой стране, как Израиль, где запасы воды, особенно для сельскохозяйственных целей, весьма ограничены, это реальный вклад.

Затраты на подпитку и техническое обслуживание очищенной воды в 1993 г. составляли около 3 центов США за мXNUMX.3 (0.093 шекеля/м3).

Система работает с конца 1960-х годов под строгим контролем Министерства здравоохранения Израиля и отдела безопасности и гигиены труда Mekoroth. Сообщений о каких-либо профессиональных заболеваниях, вызванных работой этой сложной и всеобъемлющей системы, не поступало.

 

Назад

Экологическое сознание ведет к быстрой трансформации методов обращения с отходами. Интерпретация этого изменения необходима перед более детальным изучением методов, применяемых для обращения с отходами и остатками.

Современные принципы обращения с отходами основаны на парадигме зубчатой ​​связи биосферы и антропосферы. Глобальная модель (рисунок 1), связывающая эти две сферы, основана на предположении, что все материалы, извлеченные из окружающей среды, становятся отходами либо прямо (из производственного сектора), либо косвенно (из сектора переработки), имея в виду, что все отходы потребления возвращаются в этот сектор переработки либо для переработки, либо для утилизации.

Рисунок 1. Глобальная модель принципов обращения с отходами

ЕПК070Ф1

С этой точки зрения рециркуляция должна определяться широко: от рециркуляции целых объектов (возвратов) до рециркуляции объектов для некоторых их запасных частей (например, автомобилей, компьютеров), до производства новых материалов (например, бумаги и картон, жестяные банки) или производство аналогичных предметов (переработка, даунсайклинг и так далее). В долгосрочной перспективе эту модель можно представить как стационарную систему, в которой товары превращаются в отходы через несколько дней, а часто и несколько лет.

 

 

 

 

 

Вычеты из модели

Из этой модели можно сделать некоторые важные выводы при условии, что различные потоки четко определены. Для целей этой модели:

  • Po= годовой приток материалов из окружающей среды (био-, гидро- или литосферы). В устойчивом состоянии этот вход равен ежегодному окончательному удалению отходов.
  • P = годовой объем производства товаров из Po.
  • C = годовой поток товаров в антропосфере.
  • R = годовой поток отходов, превращаемых в товары путем переработки. (В устойчивом состоянии: C=R+P)
  • p = эффективность производства, измеряемая как отношение P/Po.
  • Если r=эффективность рециркуляции, измеренная как отношение R/C, то отношение будет следующим: C/Po=р(1-г).
  • Если С/Пo=С*; тогда С* есть отношение товаров к материалам, извлеченным из природы.

 

Иными словами, C* — мера сцепленности связи между окружающей средой и антропосферой. Это связано с эффективностью производства и секторов переработки. Отношения между C*, p высокопоставленных r, которая представляет собой функцию полезности, можно изобразить, как на рис. 2, где показан явный компромисс между p высокопоставленных r, для выбранного значения C*.

Рис. 2. Функция полезности, иллюстрирующая компромиссы между переработкой продукции

ЕПК070Ф2

В прошлом промышленность развивалась по линии повышения эффективности производства, p. В настоящее время, в конце 1990-х годов, стоимость размещения отходов путем рассеивания в атмосферу, в водоемы или в почву (неконтролируемый сброс) или захоронения отходов в замкнутых хранилищах резко возросла в результате ужесточения стандарты охраны окружающей среды. В этих условиях экономически привлекательным стало повышение эффективности рециклинга (иными словами, увеличение r). Эта тенденция сохранится в ближайшие десятилетия.

Для повышения эффективности переработки необходимо соблюдение одного важного условия: перерабатываемые отходы (иными словами, сырье второго поколения) должны быть максимально «чистыми» (т. е. не содержать нежелательных элементов, которые могли бы исключить переработку). Это будет достигнуто только за счет реализации всеобщей политики «несмешивания» бытовых, коммерческих и промышленных отходов в источнике. Это часто неправильно называют сортировкой в ​​источнике. Сортировать — значит отделять; но идея как раз и состоит в том, чтобы не разделять отходы, храня различные категории отходов в отдельных контейнерах или местах до тех пор, пока они не будут собраны. Парадигма современного обращения с отходами заключается в том, чтобы не смешивать отходы в источнике, чтобы повысить эффективность переработки и, таким образом, добиться лучшего соотношения товаров и материалов, извлеченных из окружающей среды.

Практика обращения с отходами

Отходы можно разделить на три основные категории в зависимости от их производства:

  1. от основного сектора производства (горнодобывающая промышленность, лесное хозяйство, сельское хозяйство, животноводство, рыболовство)
  2. из производственной и перерабатывающей промышленности (продукты питания, оборудование, продукция всех видов)
  3. из сферы потребления (домохозяйства, предприятия, транспорт, торговля, строительство, услуги и др.).

 

Отходы также могут быть классифицированы законодательным постановлением:

  • бытовые отходы и смешанные отходы предприятий, которые могут быть агрегированы как бытовые отходы, поскольку и те, и другие состоят из одних и тех же категорий отходов и имеют небольшие размеры (овощи, бумага, металлы, стекло, пластмассы и т. д.), хотя и в разных пропорциях.
  • крупногабаритные городские отходы (мебель, оборудование, транспортные средства, отходы строительства и сноса, кроме инертных материалов)
  • отходы, подпадающие под действие специального законодательства (например, опасные, инфекционные, радиоактивные).

 

Управление бытовыми и обычными коммерческими отходами:

Собранные грузовиками, эти отходы могут быть вывезены (непосредственно или автомобильным транспортом, железнодорожным или автомобильным транспортом на перегрузочные станции и транспортные средства дальнего следования) на свалку или на очистные сооружения для материалов. рекуперация (механическая сортировка, компостирование, биометанизация) или для рекуперации энергии (решетка или печь для сжигания отходов, пиролиз).

Очистные сооружения производят пропорционально небольшое количество остатков, которые могут быть более опасными для окружающей среды, чем первоначальные отходы. Например, мусоросжигательные заводы производят летучую золу с очень высоким содержанием тяжелых металлов и сложных химических веществ. Эти остатки часто классифицируются законодательством как опасные отходы и требуют соответствующего обращения. Очистные сооружения отличаются от свалок тем, что представляют собой «открытые системы» с входами и выходами, тогда как свалки, по сути, являются «стоками» (если пренебречь небольшим количеством фильтрата, который требует дальнейшей обработки и производства биогаза, который может быть эксплуатируемым источником отходов). энергии на очень больших свалках).

Промышленное и бытовое оборудование:

Нынешняя тенденция, которая также имеет коммерческий вклад, заключается в том, что производители секторов отходов (например, автомобили, компьютеры, машины) несут ответственность за переработку. Остатки тогда либо являются опасными отходами, либо аналогичны обычным отходам предприятий.

Отходы строительства и сноса:

Рост цен на свалки является стимулом для более качественной сортировки таких отходов. Отделение опасных и горючих отходов от большого количества инертных материалов позволяет утилизировать последние с гораздо меньшей скоростью, чем смешанные отходы.

Специальные отходы:

Химически опасные отходы должны быть обезврежены, минерализованы, переведены в нерастворимую форму или обезврежены перед захоронением на специальных полигонах. Инфекционные отходы лучше всего сжигать в специальных мусоросжигательных печах. Радиоактивные отходы подлежат очень строгому законодательству.

Управление остатками

Отходы производства и потребления, которые не могут быть переработаны, переработаны, повторно использованы или сожжены для производства энергии, в конечном итоге должны быть утилизированы. Токсичность этих остатков для окружающей среды должна быть снижена по принципу «наилучшая доступная технология по приемлемой цене». После такой обработки остатки следует размещать в местах, где они не будут загрязнять воду и экосистему и распространяться в атмосферу, в море или в озера и ручьи.

Залежи отходов обычно датируются сочетанием многослойной изоляции (с использованием глины, геотекстиля, полиэтиленовой пленки и т. д.), отвода всех экзогенных вод и водонепроницаемых покровных слоев. Постоянные депозиты необходимо контролировать десятилетиями. Ограничения на землепользование участка месторождения также должны контролироваться в течение длительных периодов времени. В большинстве случаев необходимы регулируемые дренажные системы для фильтратов или газов.

Более биохимически стабильные и химически инертные остатки от переработки отходов требуют менее жестких условий для их окончательного захоронения, что упрощает поиск места их захоронения в районе образования отходов. Таким образом, можно было бы избежать экспорта отходов или их остатков, который всегда вызывает реакцию NIMBY (Not In My Back Yard).

 

Назад

Твердые отходы традиционно описываются как остаточные продукты, которые представляют собой затраты, когда приходится прибегать к утилизации.

Управление отходами включает в себя сложный набор потенциальных воздействий на здоровье и безопасность человека, а также на окружающую среду. Воздействия, хотя типы опасностей могут быть схожими, следует различать для трех различных типов операций:

  • обработка и хранение на предприятии-изготовителе отходов
  • сбор и транспортировка
  • сортировка, обработка и утилизация.

 

Следует иметь в виду, что опасность для здоровья и безопасности людей возникает там, где отходы образуются в первую очередь – на заводе или у потребителя. Таким образом, хранение отходов у производителя отходов – и особенно когда отходы разделяются у источника – может оказывать вредное воздействие на близлежащие окрестности. В этой статье основное внимание будет уделено основам понимания практики обращения с твердыми отходами и выявлению рисков для здоровья и безопасности на рабочем месте, связанных со сбором, транспортировкой, переработкой и удалением отходов.

Почему управление твердыми отходами?

Обращение с твердыми отходами становится необходимым и актуальным, когда структура общества меняется от аграрной с малоплотным и рассредоточенным населением к городскому, с высокой плотностью населения. Кроме того, индустриализация привела к появлению большого количества продуктов, которые природа не может или может очень медленно разлагать или переваривать. Следовательно, некоторые промышленные продукты содержат вещества, которые из-за низкой способности к разложению или даже токсичности могут накапливаться в природе до уровней, представляющих угрозу для будущего использования человечеством природных ресурсов, то есть питьевой воды, сельскохозяйственной почвы, воздуха и т. д. .

Целью обращения с твердыми отходами является предотвращение загрязнения окружающей среды.

Система обращения с твердыми отходами должна основываться на технических исследованиях и общих процедурах планирования, включая:

  • исследования и оценки состава и количества отходов
  • изучение техники сбора
  • исследования объектов по переработке и захоронению
  • исследования по предотвращению загрязнения природной среды
  • исследования по стандартам охраны труда и техники безопасности
  • технико-экономические обоснования.

 

Исследования должны включать охрану окружающей среды и аспекты охраны труда и техники безопасности с учетом возможностей устойчивого развития. Поскольку решить все проблемы одновременно редко удается, на этапе планирования важно отметить, что полезно составить список приоритетов. Первым шагом в решении экологических и профессиональных опасностей является признание существования опасностей.

Принципы обращения с отходами

Управление отходами включает в себя сложный и широкий спектр отношений в области охраны труда и техники безопасности. Управление отходами представляет собой «обратный» производственный процесс; «продукт» — это удаление излишков материалов. Первоначальная цель состояла в том, чтобы просто собрать материалы, повторно использовать ценную часть материалов и утилизировать то, что осталось, на ближайших неиспользуемых для сельскохозяйственных целей участках, в зданиях и так далее. Это до сих пор так во многих странах.

Источники отходов можно описать различными функциями в современном обществе (см. таблицу 1).

Таблица 1. Источники отходов

Активность

Описание отходов

Промышленный дизайн

Остатки продукта
Продукты по умолчанию

Опт / корпоратив

Продукты по умолчанию

Ритейла

Транспортная упаковка
Продукты по умолчанию
Органика (от пищевой промышленности)
Пищевые отходы

Потребитель

Транспортная упаковка
Розничная упаковка (бумага, стекло, металл, пластик и т.д.)
Кухонные отходы (органика)
Опасные отходы (химикаты, масло)
Крупногабаритный мусор (бывшая в употреблении мебель) и т.д.
Садовые отходы

Строительство и снос

Бетон, кирпичи, железо, грунт и т.д.

Инфраструктурная деятельность

Парк отходов
Отходы от уборки улиц
Клинкеры, зола и дымовые газы от производства энергии
Осадок сточных вод
Больничные отходы

Переработка отходов

Брак с сортировочных предприятий
Клинкеры, зола и продукты очистки дымовых газов от
сжигание

 

Каждый тип отходов характеризуется своим происхождением или тем, каким продуктом он был до того, как стал отходами. Следовательно, в основном его опасность для здоровья и безопасности должна быть возложена на ограничение обращения с продуктом производителем отходов. В любом случае хранение отходов может создать новые и более сильные элементы опасности (химическая и/или биологическая активность в период хранения).

Обращение с твердыми отходами можно разделить на следующие этапы:

  • разделение у источника на конкретные фракции отходов в зависимости от характеристик материала
  • временное хранение у производителя отходов в баках, мешках, контейнерах или навалом
  • сбор и транспортировка автотранспортом:
    • ручные, конно-упряжные, моторизованные и так далее
    • открытая платформа, закрытый кузов, уплотняющая установка и т.д.
  • перегрузочная станция: уплотнение и перегрузка в более крупные транспортные единицы
  • предприятия по переработке и/или переработке отходов
  • переработка отходов:
    • ручная или механическая сортировка на различные фракции материала для вторичной переработки
    • переработка предварительно рассортированных фракций отходов во вторичное сырье
    • переработка новых (сырьевых) материалов
    • сжигание для уменьшения объема и/или рекуперации энергии
    • анаэробное сбраживание органических веществ для производства кондиционера почвы, удобрений и энергии (биогаза)
    • компостирование органики для производства кондиционера почвы и удобрения
  • утилизация отходов:
    • свалка, которая должна быть спроектирована и размещена таким образом, чтобы предотвратить миграцию загрязненных вод (свалочного фильтрата), особенно в источники питьевой воды (ресурсы подземных вод, колодцы и реки).

Переработка отходов может происходить на любой стадии системы отходов, и на каждой стадии системы отходов могут возникать особые опасности для здоровья и безопасности на рабочем месте.

В обществах с низким доходом и неиндустриальных странах переработка твердых отходов является основным доходом для сборщиков мусора. Как правило, вопросы об опасности для здоровья и безопасности в этих областях не задаются.

В высокоразвитых индустриальных странах наблюдается четкая тенденция к уделению повышенного внимания переработке огромного количества производимых отходов. Важные причины выходят за рамки прямой рыночной стоимости отходов и включают отсутствие надлежащих сооружений для удаления отходов и растущее осознание общественностью дисбаланса между потреблением и защитой окружающей среды. Таким образом, сбор и утилизация отходов были переименованы в переработку, чтобы улучшить деятельность в сознании общественности, что привело к резкому росту осведомленности об условиях труда в сфере обращения с отходами.

Сегодня органы по охране труда и технике безопасности в промышленно развитых странах уделяют особое внимание условиям труда, которые несколько лет назад оставались незамеченными с молчаливым одобрением, например:

  • неправильный подъем тяжестей и чрезмерное количество материалов, обрабатываемых за рабочий день
  • ненадлежащее воздействие пыли неизвестного состава
  • незаметное воздействие микроорганизмов (бактерий, грибков) и эндотоксинов
  • незаметное воздействие токсичных химических веществ.

 

Утилизация

Переработка или утилизация — это слово, охватывающее как повторное использование (использование для той же цели), так и рекультивацию/восстановление материалов или энергии.

Причины внедрения вторичной переработки могут меняться в зависимости от национальных и местных условий, и ключевыми аргументами в пользу вторичной переработки могут быть:

  • детоксикация опасных отходов, когда властями установлены высокие экологические стандарты
  • восстановление ресурсов в районах с низким доходом
  • сокращение объема в районах, где преобладает захоронение отходов
  • рекуперация энергии в областях, где преобразование отходов в энергию может заменить ископаемое топливо (уголь, природный газ, сырая нефть и т. д.) для производства энергии.

 

Как упоминалось ранее, переработка может происходить на любом этапе системы обращения с отходами, но переработка может быть предназначена для предотвращения «рождения» отходов. Это тот случай, когда продукты предназначены для переработки и системы для выкупа после конечного использования, например, путем внесения депозита на тару для напитков (стеклянные бутылки и т. д.).

Таким образом, рециркуляция может пойти дальше, чем просто рекультивация или извлечение материалов из потока отходов.

Переработка материалов подразумевает, в большинстве случаев, разделение или сортировку отходов на фракции с минимальной степенью крупности в качестве предварительного условия использования отходов в качестве заменителя первичных или первичных сырьевых материалов.

Сортировка может осуществляться производителями отходов (разделение источников) или после сбора, что означает разделение на центральном сортировочном заводе.

Разделение источников

Разделение источников с помощью современной технологии приведет к получению фракций отходов, «предназначенных» для переработки. Определенная степень разделения источников неизбежна, так как некоторые смеси фракций отходов могут быть снова разделены на пригодные для использования фракции материала только с большими (экономическими) усилиями. При проектировании разделения источников всегда следует учитывать окончательный тип рециркуляции.

Целью системы сортировки у источника должно быть предотвращение смешивания или загрязнения различных фракций отходов, что может стать препятствием для легкой переработки.

Сбор фракций отходов, рассортированных по источникам, часто приводит к более выраженным опасностям для здоровья и безопасности на рабочем месте, чем сбор оптом. Это связано с концентрацией специфических фракций отходов, например, токсичных веществ. Сортировка легко разлагаемых органических веществ может привести к высокому уровню воздействия опасных грибков, бактерий, эндотоксинов и т. д. при обработке или повторной загрузке материалов.

Центральная сортировка

Центральная сортировка может производиться механическим или ручным способом.

По общему мнению, механическую сортировку без предварительного разделения источников по известной на сегодняшний день технологии следует использовать только для производства топлива из отходов (RDF). Предпосылками для приемлемых условий работы являются тотальный кожух механического оборудования и использование индивидуальных «скафандров» при проведении сервисных и ремонтных работ.

Механическая центральная сортировка с предварительным разделением источников при использовании современной технологии не увенчалась успехом из-за трудностей с достижением надлежащей эффективности сортировки. Когда характеристики отсортированных фракций отходов станут более четко определенными и когда эти характеристики станут действительными на национальной или международной основе, тогда можно ожидать, что будут разработаны новые надлежащие и эффективные методы. Успех этих новых методов будет тесно связан с разумным вниманием к обеспечению приемлемых условий труда.

Ручная центральная сортировка должна предполагать предварительное разделение источников во избежание возникновения опасностей для здоровья и безопасности труда (пыль, бактерии, токсичные вещества и т. д.). Ручная сортировка должна быть ограничена только ограниченным числом «качественных» фракций отходов, чтобы избежать предсказуемых ошибок сортировки в источнике и облегчить средства контроля на приемной площадке завода. По мере того, как фракции отходов будут более четко определяться, станет возможным разрабатывать все больше и больше устройств для процедур автоматической сортировки, чтобы свести к минимуму прямое воздействие вредных веществ на человека.

Почему переработка?

Важно отметить, что переработка не является методом обработки отходов, который следует рассматривать независимо от других методов обращения с отходами. Чтобы дополнить переработку, необходимо иметь доступ к надлежащим образом управляемой свалке и, возможно, к более традиционным предприятиям по переработке отходов, таким как мусоросжигательные заводы и предприятия по компостированию.

Переработка должна оцениваться в связи с

  • местные поставки сырья и энергии
  • что заменяется - возобновляемые (т.е. бумага/дерево) ресурсы или невозобновляемые (т.е. нефть) ресурсы.

 

Пока нефть и уголь используются в качестве энергетических ресурсов, например, сжигание отходов и топлива из отходов с рекуперацией энергии будет представлять собой жизнеспособный вариант управления отходами, основанный на рекуперации энергии. Однако минимизация количества отходов с помощью этого метода должна заканчиваться конечными отложениями в соответствии с чрезвычайно строгими экологическими стандартами, что может быть очень дорогостоящим.

 

Назад

Условия проведения

Великие озера являются общим ресурсом Канады и США (см. рис. 1). Пять крупных озер содержат более 18% мировых поверхностных вод. В бассейне проживает каждый третий канадец (примерно 8.5 млн) и каждый девятый американец (27.5 млн). Бассейн является промышленным центром обеих стран - пятая часть промышленной базы США и половина промышленной базы Канады. Экономическая деятельность вокруг бассейна Великих озер ежегодно приносит около 1 триллиона долларов богатства. Со временем рост населения и промышленная деятельность создавали различные нагрузки на озера, пока в середине века не была признана необходимость согласованных действий двух стран по защите Великих озер.

Рисунок 1. Водосборный бассейн Великих озер: река Святого Лаврентия

ЕПК100Ф1

Ответ

С 1950-х годов обе страны внедрили внутренние и двусторонние программы для решения серьезных проблем загрязнения, а также для реагирования на более тонкие проблемы качества воды. В результате этих действий воды Великих озер стали заметно чище, чем в середине века, содержание тяжелых металлов и органических химикатов уменьшилось, а уровень загрязнения рыбы и водоплавающих птиц значительно снизился. Успехи действий Канады и США по восстановлению и защите Великих озер представляют собой модель двустороннего сотрудничества в области управления ресурсами, но проблемы остаются.

Тематическое исследование в перспективе

Однако угрозы, создаваемые стойкими токсическими веществами, носят долгосрочный характер, и их устранение требует комплексного комплексного подхода к источникам. Для достижения долгосрочной цели по фактической ликвидации стойких токсичных веществ в Великих озерах природоохранным органам, промышленным предприятиям и другим заинтересованным сторонам в бассейне было предложено разработать новые подходы и программы. Цель этого отчета о тематическом исследовании состоит в том, чтобы дать краткий обзор канадских программ контроля загрязнения и прогресса, достигнутого к 1995 году, а также наметить инициативы по управлению стойкими токсичными веществами в Великих озерах. Подобные инициативы и программы США здесь не обсуждаются. Заинтересованные читатели должны связаться с офисом Национальной программы Великих озер Агентства по охране окружающей среды США в Чикаго для получения информации о федеральных программах и программах штата по защите Великих озер.

1970-е годы 1980-х годов

Серьезной проблемой, которая, как было признано, влияла на озеро Эри в 1960-х годах, было обогащение питательными веществами или эвтрофикация. Выявленная потребность в двусторонних действиях побудила Канаду и Соединенные Штаты подписать первое Соглашение о качестве воды Великих озер (GLWQA) в 1972 году. В соглашении были изложены цели по сокращению выбросов фосфора, в первую очередь из моющих средств для стирки и городских сточных вод. В ответ на это обязательство Канада и Онтарио приняли законодательство и программы по контролю за точечными источниками. В период с 1972 по 1987 год Канада и Онтарио инвестировали более 2 миллиардов долларов в строительство и модернизацию очистных сооружений в бассейне Великих озер.

Рисунок 2. Прогресс в борьбе с промышленными выбросами

ЕПК100Ф2

GLWQA 1972 года также определила необходимость сокращения выбросов токсичных химических веществ в озера из промышленных и других источников, таких как разливы. В Канаде обнародование в 1970-х годах федеральных правил по выбросам (конец трубы) для обычных загрязнителей из основных промышленных секторов (целлюлозно-бумажная, металлургическая, нефтеперерабатывающая и т. д.) стало национальным базовым стандартом, в то время как Онтарио установил аналогичные правила по сбросам. с учетом местных потребностей, включая Великие озера. Действия предприятий и муниципалитетов по соблюдению этих федеральных требований и требований Онтарио к сточным водам дали впечатляющие результаты; например, выбросы фосфора из точечных источников в озеро Эри были сокращены на 70% в период с 1975 по 1989 год, а выбросы обычных загрязняющих веществ с семи нефтеперерабатывающих заводов Онтарио сократились на 90% с начала 1970-х годов. На Рисунке 2 показаны аналогичные тенденции снижения загрузки для целлюлозно-бумажной и черной металлургии.

К середине 1970-х годов данные о повышенных концентрациях токсичных химических веществ в рыбе и диких животных Великих озер, репродуктивных аномалиях у некоторых рыбоядных птиц и сокращении популяции ряда видов привели к стойким биоаккумулятивным токсичным веществам, что стало новым направлением двунациональной защиты. усилие. Канада и Соединенные Штаты подписали второе Соглашение о качестве воды Великих озер в 1978 году, в котором две страны обязались «восстановить и поддерживать химическую, физическую и биологическую целостность вод экосистемы Великих озер». Ключевой проблемой была политика, «запрещающая сброс токсичных веществ в токсичных количествах и практически исключающая сброс любых или всех стойких токсичных веществ». Призыв к фактической ликвидации был необходим, поскольку стойкие токсичные химические вещества могут концентрироваться и накапливаться в пищевой цепи, вызывая серьезные и необратимые повреждения экосистемы, в то время как химические вещества, не являющиеся стойкими, необходимо поддерживать на уровне ниже уровня, вызывающего немедленный вред.

Помимо ужесточения контроля над точечными источниками, Канада и Онтарио разработали и/или усилили контроль над пестицидами, коммерческими химикатами, опасными отходами и неточечными источниками загрязнения, такими как свалки и мусоросжигательные заводы. Правительственные инициативы стали более мультимедийными, а концепция «от колыбели до могилы» или «ответственное обращение» с химическими веществами стала новой философией экологического менеджмента как для правительства, так и для промышленности. Ряд стойких токсичных пестицидов был запрещен в соответствии с федеральным Законом о продуктах для борьбы с вредителями (ДДТ, альдрин, миракс, токсафен, хлордан), а Закон о загрязнителях окружающей среды использовался для (1) запрета коммерческого, производственного и перерабатывающего использования стойких токсичных веществ (ХФУ, PPB, PCB, PPT, Mirex, свинец) и (2) ограничить химические выбросы в результате конкретных промышленных операций (ртуть, винилхлорид, асбест).

К началу 1980-х результаты этих программ и мер, а также аналогичных американских усилий начали свидетельствовать о восстановлении. Уровни загрязнения в отложениях, рыбе и диких животных Великих озер снижались, а отмеченные улучшения состояния окружающей среды включали возвращение белоголовых орланов на канадский берег озера Эри, 200-кратное увеличение популяции бакланов, возрождение скопы в заливе Джорджиан и восстановление в районе гавани Торонто обыкновенных крачек - все они в прошлом страдали от воздействия стойких токсичных веществ, и их восстановление иллюстрирует успех этого подхода на сегодняшний день.

Рисунок 3. Мирекс в яйцах серебристой чайки

ЕПК100Ф3

Тенденция к снижению концентраций некоторых стойких токсичных веществ в рыбе, диких животных и донных отложениях выровнялась к середине 1980-х годов (см. Мирекс в икре серебристой чайки на рис. 3). Ученые пришли к выводу, что:

  1. Хотя действующие программы контроля загрязнения воды и загрязняющих веществ были полезными, их было недостаточно для дальнейшего снижения концентрации загрязняющих веществ.
  2. Требовались дополнительные меры в отношении неточечных источников стойких токсичных веществ, включая загрязненные отложения, попадание загрязняющих веществ в атмосферу на большие расстояния, заброшенные свалки и т.д.
  3. Некоторые загрязняющие вещества могут сохраняться в экосистеме в незначительных концентрациях и могут накапливаться в пищевой цепи в течение длительного времени.
  4. Наиболее эффективным и действенным подходом к борьбе со стойкими токсикантами является предотвращение или устранение их образования в источнике, а не полное устранение их выброса.

 

Было достигнуто общее согласие в отношении того, что достижение фактической ликвидации в окружающей среде за счет применения философии нулевого сброса к источникам и экосистемного подхода к управлению качеством воды в Великих озерах необходимо и далее укреплять и продвигать.

Чтобы подтвердить свою приверженность цели практической ликвидации стойких токсичных веществ, Канада и Соединенные Штаты внесли поправки в Соглашение 1978 г. посредством протокола в ноябре 1987 г. (Соединенные Штаты и Канада, 1987 г.). В протоколе обозначены вызывающие озабоченность области, в которых полезные виды использования были нарушены вокруг Великих озер, и требуется разработка и реализация планов восстановительных действий (ПДП) как для точечных, так и для неточечных источников в обозначенных районах. В протоколе также предусматривались планы управления всем озером (LAMP), которые должны использоваться в качестве основной основы для решения проблем, связанных с ухудшением полезного использования всего озера, и для координации контроля стойких токсичных веществ, воздействующих на каждое из Великих озер. Кроме того, в протокол были включены новые приложения для разработки программ и мер по борьбе с переносимыми по воздуху источниками, загрязненными отложениями и свалками, разливами и контролем экзотических видов.

1990s

После подписания протокола 1987 года экологические группы по обе стороны Великих озер активно продвигали цель виртуальной ликвидации, поскольку возросла обеспокоенность по поводу угрозы стойких токсичных веществ. Международная совместная комиссия (IJC), двусторонний консультативный орган, созданный в соответствии с Договором о пограничных водах 1909 года, также решительно выступала за подход виртуальной ликвидации. Двусторонняя целевая группа IJC рекомендовала стратегию виртуального устранения в 1993 году (см. рис. 4). К середине 1990-х годов ЦНЖ и стороны пытаются определить процесс реализации этой стратегии, включая рассмотрение социально-экономических последствий.

Рисунок 4. Процесс принятия решения о фактическом удалении стойких токсичных веществ из Великих озер.

ЕПК100Ф4

Правительства Канады и Онтарио отреагировали несколькими способами, чтобы контролировать или сократить выбросы стойких токсичных веществ. Важные программы и инициативы кратко изложены ниже.

Закон Канады об охране окружающей среды (CEPA)

В 1989 году Министерство окружающей среды Канады объединило и оптимизировало свои юридические полномочия в единый устав. CEPA предоставляет федеральному правительству всесторонние полномочия (например, сбор информации, принятие правил, обеспечение соблюдения) в течение всего жизненного цикла химических веществ. В соответствии с CEPA Правила уведомления о новых веществах устанавливают процедуры проверки новых химических веществ, чтобы стойкие токсичные вещества, которые невозможно надлежащим образом контролировать, были запрещены к импорту, производству или использованию в Канаде. Первый этап программы оценки Списка приоритетных веществ (PSL I) был завершен в 1994 году; 25 из 44 оцененных веществ были признаны токсичными в соответствии с определением CEPA, и разработка стратегий обращения с этими токсичными химическими веществами была начата в рамках Процесса стратегических вариантов (СОП); к 56 г. на этапе II программы PSL будут номинированы и оценены дополнительные 2000 приоритетных веществ. Национальный кадастр выбросов загрязнителей (NPRI) был введен в 1994 г., чтобы обязать промышленные и другие объекты, отвечающие критериям отчетности, ежегодно сообщать о своих выбросах. в воздух, воду и землю и их переходы в отходы, 178 указанных веществ. Инвентаризация, составленная по образцу Инвентаризации токсичных выбросов (TRI) в Соединенных Штатах, представляет собой важную базу данных для определения приоритетности программ предотвращения и борьбы с загрязнением.

Соглашение между Канадой и Онтарио (COA)

В 1994 году Канада и Онтарио разработали стратегические рамки для скоординированных действий по восстановлению, защите и сохранению экосистемы Великих озер с ключевым акцентом на сокращении использования, образования или выброса 13 стойких токсичных веществ Уровня I к 2000 году (Канада и Онтарио, 1994). COA также нацелен на дополнительный список из 26 приоритетных токсичных веществ (Уровень II) для значительного сокращения. В частности, для веществ Уровня I COA: (1) подтвердит отсутствие выбросов пяти запрещенных пестицидов (альдрин, ДДТ, хлордан, мирекс, токсафен); (2) стремиться к выводу из эксплуатации 90% высокоактивных ПХД, уничтожению 50% находящихся в настоящее время на хранении и ускорению уничтожения низкоактивных ПХД в хранилищах; и (3) стремиться к сокращению на 90% выбросов остальных семи веществ Уровня I (бензо(а)пирен, гексахлорбензол, алкилсвинец, октахлорстирол, ПХДД (диоксины), ПХДФ (фураны) и ртуть).

Подход COA заключается в том, чтобы стремиться к количественному сокращению, где это возможно, и перед источниками стоит задача по предотвращению загрязнения и другим средствам для достижения целей COA. Федеральный персонал Онтарио уже запустил четырнадцать проектов, направленных на сокращение/исключение веществ Уровней I и II.

Политика управления токсичными веществами

Признавая необходимость превентивного и предупредительного подхода, Министерство окружающей среды Канады объявило в июне 1995 года о национальной политике управления токсичными веществами в качестве основы для эффективного управления токсичными веществами в Канаде (Environment Canada 1995a). В политике используется двухсторонний подход (см. рис. 5), который признает, что управленческие действия должны быть адаптированы к характеристикам химических веществ; это:

  • практически исключить из окружающей среды вещества преимущественно антропогенного происхождения, стойкие, способные к биоаккумуляции и токсичные (Направление I)
  • реализовать управление полным жизненным циклом (от колыбели до могилы) всех других веществ, вызывающих озабоченность (Направление II).

 

Рисунок 5. Выбор целей управления в соответствии с Политикой управления токсичными веществами

ЕПК100Ф5

Набор научно обоснованных критериев (Environment Canada 1995b) (см. таблицу 1) будет использоваться для классификации веществ, вызывающих озабоченность, по двум направлениям. Если вещество, указанное для любого из направлений, не контролируется должным образом в рамках существующих программ, в рамках процесса стратегических вариантов с участием многих заинтересованных сторон будут определены дополнительные меры. Эта политика соответствует Соглашению о качестве воды Великих озер и будет направлять и формировать ряд национальных программ, определяя их конечную экологическую цель, но средства и темпы достижения конечной цели будут различаться в зависимости от химического вещества и источника. Кроме того, позиция Канады в отношении стойких токсичных веществ также будет определяться этой политикой в ​​ходе международных дискуссий.

Таблица 1. Критерии выбора веществ для политики управления токсичными веществами Трека 1

Настойчивость

 

Биоаккумулирование

Токсичность

Преимущественно антропогенный

Medium

Период полураспада

     

воздуха
Вода
отстой
Почва

≥2 дней
≥182 дней
≥365 дней
≥182 дней

БАФ≥5,000
or
ПП≥5,000
or
журнал Kow ≥5.0

CEPA-токсичный
or
CEPA-токсичный
эквивалент

Концентрация
в окружающей среде в основном
в результате деятельности человека

 

План действий по хлору

Комплексный подход к обращению с хлорированными веществами в контексте Политики обращения с токсичными веществами был объявлен в октябре 1994 года Министерством охраны окружающей среды Канады (Environment Canada 1994). Подход будет заключаться в сокращении дерева использования хлора с помощью плана действий, состоящего из пяти частей, который будет (1) нацеливать действия на критически важные виды использования и продукты, (2) улучшать научное понимание хлора и его воздействия на здоровье и окружающую среду, (3 ) детализировать социально-экономические последствия, (4) улучшить доступ общественности к информации и (5) содействовать международным действиям в отношении хлорированных веществ. Использование хлора в Канаде в последние годы уже сократилось, например, на 45% в целлюлозно-бумажной промышленности с 1988 года. Реализация Плана действий по хлору ускорит эту тенденцию к сокращению.

Инициатива по предотвращению загрязнения Великих озер

В бассейне Великих озер была принята серьезная программа предотвращения загрязнения. С марта 1991 года Министерство окружающей среды Канады и Министерство окружающей среды и энергетики Онтарио работают вместе с промышленностью и другими заинтересованными сторонами над разработкой и реализацией проектов по предотвращению загрязнения, в отличие от обработки отходов или уменьшения загрязнения после его образования. В 1995/96 году более 50 проектов будут охватывать коммерческие химические вещества, управление опасными отходами, федеральные объекты, промышленность, муниципалитеты и бассейн озера Верхнее. На Рисунке 6 представлен обзор этих проектов, которые можно разделить на две основные категории: программная интеграция или добровольные соглашения. На рисунке также показаны связи программы с другими программами, обсуждавшимися ранее (NPRI, RAP, LAMP), и рядом учреждений, которые тесно сотрудничают с Environment Canada в области экологически чистых технологий и чистых процессов, а также в области обучения, информации и коммуникаций. Проекты по предотвращению загрязнения могут дать впечатляющие результаты, о чем свидетельствуют производители автомобилей, которые недавно осуществили 15 пилотных проектов, тем самым сократив или исключив 2.24 миллиона килограммов целевых веществ при производстве автомобилей на предприятиях Chrysler, Ford и General Motors в Онтарио.

Рисунок 6. Предотвращение загрязнения Великих озер

ЕПК100Ф6

Ускоренное снижение/устранение токсичных веществ (ARET)

ARET — это совместная многосторонняя инициатива, начатая в 1994 г., направленная на окончательное устранение 14 приоритетных токсичных веществ с промежуточной целью (к 2000 г.) 90%-го сокращения/устранения и сокращения выбросов (50%) 87 менее вредных токсичных веществ. (Секретариат АРЕТ, 1995 г.). По состоянию на 1995 г. в этой добровольной инициативе участвуют более 200 компаний и государственных учреждений. В совокупности они сократили выбросы на 10,300 1988 тонн по сравнению с базовым 8,500 годом и обязались сократить выбросы еще на 2000 XNUMX тонн к XNUMX году.

Бинациональные и международные стратегии

В дополнение к вышеупомянутым внутренним инициативам Канада и Соединенные Штаты в настоящее время разрабатывают двустороннюю стратегию для координации действий учреждений и установления общих целей в отношении стойких токсичных веществ в бассейне Великих озер. Будут приняты цели и задачи, аналогичные Соглашению между Канадой и Онтарио для веществ уровней I и II, и аналогичный список США. Будут разработаны и реализованы совместные проекты для облегчения обмена информацией и действий агентств в отношении приоритетных химических веществ, таких как ПХД и ртуть. Применяя агрессивный подход к фактической ликвидации, как указано выше, Канада сможет взять на себя ведущую роль в продвижении международных действий по борьбе со стойкими токсичными веществами. В июне 1995 года в Ванкувере Канада провела у себя конференцию Организации Объединенных Наций, посвященную глобальному диалогу по стойким органическим загрязнителям (СОЗ) и изучению подходов к предотвращению загрязнения для сокращения их выбросов во всем мире. Канада также является сопредседателем рабочей группы Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) по разработке протокола по стойким органическим загрязнителям в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.

Пример — диоксины и фураны

Уже более десяти лет полихлорированные дибензодиоксины и фураны считаются группой стойких токсичных веществ, представляющих опасность для окружающей среды Канады и Великих озер. В Таблице 2 обобщены федеральные действия и достигнутые на сегодняшний день сокращения выбросов, иллюстрирующие сочетание программ и инициатив, которые привели к значительному сокращению этих токсичных веществ. Несмотря на эти впечатляющие результаты, диоксины и фураны останутся приоритетными в соответствии с Политикой обращения с токсичными веществами, Планом действий по хлору, Соглашением Канада-Онтарио и двусторонней стратегией, описанной выше, поскольку фактическая ликвидация требует дальнейшего сокращения.

Таблица 2. Сводная информация о снижении выбросов диоксинов и фуранов в Канаде

Источники выбросов

Сокращения

Отчетный период

Инициативы правительства Канады

Сточные воды отбеленной крафт-целлюлозы

82%

1989-94

Пеногаситель CEPA, древесная стружка и
правила по диоксинам/фуранам

2,4,5-Т – пестицид

100%

1985

Запрещено к использованию в соответствии с PCPA

2,4-Д-пестицид

100%

1987-90

Содержание диоксинов и интенсивное использование
ограничено в соответствии с PCPA

Пентахлорфенол
— консервация древесины

— защитное средство для дерева


6.7%

100%


1987-90

1987-90


Правила PCPA

Запрещено к использованию в соответствии с PCPA

Печатные платы

23%

1984-93

План действий CCME PCB

сжигание
- твердые бытовые отходы
— опасный +
биомедицинские отходы


80%

80%


1989-93

1990-95


CCME работает/
рекомендации по выбросам
CCME работает/
рекомендации по выбросам

CCME: Совет министров окружающей среды Канады; CEPA: Канадский закон об охране окружающей среды; PCPA: Закон о средствах борьбы с вредителями.

Выводы

Качество воды Великих озер значительно улучшилось в результате мер по борьбе с загрязнением, предпринятых правительствами и заинтересованными сторонами в Канаде и США с начала 1970-х годов. В этом отчете о тематическом исследовании содержится краткий обзор усилий и успехов Канады в борьбе с грубым загрязнением и обычными загрязнителями. В нем также описывается эволюция нового подхода (политика управления токсичными веществами, план действий по хлору, предотвращение загрязнения, добровольные действия, консультации с заинтересованными сторонами и т. д.) для решения гораздо более сложных проблем, связанных со стойкими токсичными веществами в Великих озерах. Кратко описаны комплексные программы (COA, NPRI, SOP, PSL и т. д.), которые внедряются с целью достижения цели виртуальной ликвидации. Подробности канадского подхода содержатся в перечисленных источниках.

 

Назад

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».