Общая экология : принципы и методы экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических производств

УДК 504.3.05.:669 С 79


       Степанов А.М., Разяпов А.З. Общая экология: Принципы и методы экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических производств: Курс лекций. М.: МИСиС, 2001. 64 с.
       В курсе лекций на примере Карабашского медеплавильного комбината (Челябинская область) изложена методология экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических предприятий, основанная на изучении реакции лесных экосистем на токсическое воздействие.



                          © Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС), 2001

СТЕПАНОВ Александр Михайлович
РАЗЯПОВ Анвар Закирович








            ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ



Принципы и методы экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических производств

Курс лекций
для студентов специальностей 3301 и3302


Рецензент проф. А.Н. Варенков

Редактор Г.Б. Преображенская

Объем 64 стр.

Тираж 130 экз.

Заказ 910

Цена “С”

Регистрационный № 442

Московский государственный институт стали и сплавов, 119991, Москва, Ленинский проспект, 4
Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9

            СОДЕРЖАНИЕ



Введение..................................................4
1. Системный подход к проблеме определения допустимых токсических доз при воздействии атмосферных выбросов промышленных производств на природные сообщества..........6
  1.1. Взаимосвязь экономических и экологических критериев при функционировании промышленных предприятий...........6
  1.2. Токсикологические и экотоксилогические зависимости.8
  1.3. Квазистационарная модель воздействия дымо-газовых выбросов промышленных предприятий на лесные экосистемы.............................................10
2. Используемые методы...................................15
  2.1. Методика приготовления сухих концентратов загрязненных природных вод и снега для химического анализа на содержание микроэлементов...................15
  2.2. Фитоценотические методы...........................29
  2.3. Учет почвенных водорослей.........................31
  2.4. Фитотестирование..................................33
  2.5. Учет почвенной мезофауны..........................38
  2.6. Изучение мелких млекопитающих.....................39
3. Определение предельно допустимых атмосферных выбросов карабашского медеплавильного комбината...................41
  3.1. Предварительные исследования......................41
  3.2. Исследование загрязненности снежного покрова......43
  3.3. Изучение реакции лесных экосистем на токсическое воздействие............................................46
  3.4. Построение зависимости «доза - эффект»............53
  3.5. Расчет предельно допустимых атмосферных выбросов Карабашского медеплавильного комбината.................60
Литература...............................................63

3

            ВВЕДЕНИЕ



       Действующие в настоящее время санитарно-гигиенические нормативы в виде системы предельно допустимых концентраций (ПДК) токсических веществ призваны защитить человека от воздействия промышленных загрязнений (выбросов токсических соединений). Однако одной этой системы для защиты человека недостаточно, так как окружающая среда воздействует на человека не только непосредственно, но и опосредованно.
       Непосредственно - через потребляемые им компоненты окружающей среды: воздух, воду, пищу и т. д. Опосредованно - через доброкачественное, продуктивное состояние самой среды, т. е. природных систем океана и суши во всем их комплексе, на всех широтах Земли. Даже там, где люди не живут и не ведется никакой хозяйственной деятельности, в отдаленных районах, биосфера выполняет важные для человека функции: продуцирует кислород, очищает воду и воздух, производит биомассу растений и животных, поддерживает циклы энерго- и массообмена, хранит генофонд дикой природы. Все эти компоненты окружающей среды, как и многие другие не менее важны для человека, чем непосредственно им потребляемые, и также должны быть охвачены исследованиями, мониторингом, нормированием.
       В загрязненных зонах городов и промышленных агломераций люди могут существовать и работать только при благополучном и продуктивном состоянии биофона планеты.
       Поэтому параллельно с системой санитарно-гигиенических ПДК должна быть разработана система экологических предельно допустимых концентрации (ЭПДК), призванная защитить от антропогенных воздействий природные сообщества. И на основе этой системы должны быть рассчитаны экологические предельно допустимые атмосферные выбросы (ЭПДВ) промышленных предприятий.
       В этом направлении работают ряд ученых Москвы, Санкт-Петербурга и других городов, Уральского и Кольского центров РАН. За рубежом подобные работы также ведутся достаточно широко. Особое внимание уделяется изучению воздействия на лесные сообщества дымо-газовых выбросов двух металлургических комбинатов: в Садбери (Канада) и Гузумского (Швеция).

4

       Эти исследования содержат ценную информацию об отклике различных структурно-функциональных блоков лесных экосистем на антропогенную, в том числе на токсическую, нагрузку. Однако наряду с развитием этих работ возникает необходимость их объединения, генерализации с тем, чтобы выйти на уровень реакции экосистем как целого на антропогенные воздействия.
       Но обобщить и практически использовать результаты этих работ не представляется возможным, так как они получены на разных объектах, в разных экологических условиях, с использованием различных методов. Таким образом, нормативы ЭПДК-ЭПДВ в настоящее время находятся в стадии становления, в связи с чем актуальной является разработка критериев допустимого антропогенного воздействия на природные комплексы. Иными словами, необходимо понять, что, где, когда и как надо изучить в природных экосистемах, чтобы обосновать нормы воздействия на них деятельности промышленных предприятий, а затем пересчитать эти нормативы на выбросы контаминантов в атмосферу. Необходима организация комплексных работ, когда все нужные данные получаются на одних и тех же пробных площадях, по единой методологии, в сжатые фенологические сроки.
       В данной работе описан именно такой системный подход к определению экологических предельно допустимых атмосферных выбросов предприятий цветной металлургии.

5

1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ ТОКСИЧЕСКИХ ДОЗ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ НА ПРИРОДНЫЕ СООБЩЕСТВА


1.1. Взаимосвязь экономических и экологических критериев при функционировании промышленных предприятий

     В ходе работы необходимо установить однозначное соответствие между четырьмя блоками данных с помощью четырех процедур (рис. 1.1).


Рис. 1.1. Схема процедуры экологического нормирования

        В основе технико-экономических расчетов заложено уравнение материального баланса технологического процесса предприятия, с помощью которого устанавливается связь продукции промышленного предприятия с максимально возможным выбросом в окружающую среду вредных токсических отходов, а также взаимосвязь эко

6

номических показателей производства и условий выполнения природоохранных нормативов.
       Уравнение материального баланса любого технологического процесса имеет вид:
Mj + М2 = М3 + М4
где Mi - основные материалы (сырье); М₂ - вспомогательные материалы (сырье); М₃ - продукция предприятия; М₄ = М₄ + М₄ -общие отходы производства (отходы М₄ улавливаются и перерабатываются, отходы М₄ выбрасываются в окружающую среду; величина М₄ характеризует технологический процесс производства и степень утилизации отходов).
       Задачами предприятий являются удовлетворение потребностей в продукции и снижение загрязнения окружающей среды до природоохранных нормативов. Первая задача решается предприятием путем производства продукции исходя из экономической целесообразности, а вторая - за счет природоохранной деятельности. При этом выбросы в окружающую среду должны поэтапно (по мере роста экономических возможностей предприятий) снижаться до ЭПДВ.
       Эффективная работа предприятия основывается на минимизации приведенных производственных затрат и экономического ущерба от загрязнения окружающей среды, при условии нормальной рентабельной работы предприятий:

5 = тш£зш₊Зохрг₊Уг,
г=1
где Зп - годовые производственные затраты на предприятии, тыс .руб;
   Зохр - годовые природоохранные затраты, тыс. руб;
   У - годовой экономический ущерб от загрязнения окружающей среды, тыс. руб;
   п - число производств на предприятии.
       Таким образом, главный природоохранный результат достигается при условии М₄< ЭПДВ.
       Заметим, что все величины в приведенных соотношениях могут быть заданы субъектом, проектирующим предприятие; все, кроме ЭПДВ, которые определяются уже не технологией или экономическими показателями производственного процесса, а исключительно



7