Нормирование допустимых сбросов вредных веществ

Общие принципы. Установление норматива допустимого сброса вредных веществ в водный объект – один из видов нормирования вредных воздействий на окружающую среду. Принцип, заложенный в основу расчета НДС, заключается в определении нормы допустимого поступления загрязняющих веществ в водный объект.

В соответствии с нормативными документами под предельно допустимым сбросом понимается масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. НДС загрязняющих веществ, образующихся или используемых в процессе производства, а также при других видах хозяйственной деятельности, устанавливается для каждого выпуска сточных вод на основе следующих принципов:

1) недопустимости превышения ПДК загрязняющих веществ в контрольном створе или на участке водного объекта с учетом его целевого использования;

2) учета ассимилирующей способности водоема;

3) оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями.

В соответствии с принятой терминологией под контрольным створом понимается поперечное сечение водного потока, в котором проводится контроль качества воды. Назначение контрольных створов происходит согласно требованиям нормативных документов по охране водоемов от загрязнения. Если водному объекту не придан особый водоохранный статус, контрольный створ рекомендуется назначать на реке в 1 км выше от ближайшего пункта водопользования, на водоемах – в радиусе 1 км от пункта водопользования. На водных объектах рыбохозяйственного назначения контрольный створ устанавливается в зависимости от особенностей водоема, но не далее 500 м от места сброса сточных вод.

Обоснование выбора контрольного створа – один из наиболее важных вопросов контроля и осуществления водоохранных мероприятий на водном объекте. При выборе контрольных створов должны учитываться помимо перечисленных требований особенности водоема или водотока (наличие населенных пунктов, объектов водопользования, участков особого статуса, устьев и истоков рек и т. д.), кроме того, необходимо принимать во внимание задачи, для выполнения которых происходит выбор створов. Назначение контрольных створов следует проводить в полном соответствии с экологической обстановкой на прилегающей территории и в водном объекте.

В связи с нормированием нагрузок большое значение имеет понятие ассимилирующей способности водного объекта, т. е. егоспособности принимать некоторую массу веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования. В ряду факторов, определяющих ассимилирующую способность водоема, следует назвать:

1) гидрологический (гидродинамический) режим и глубину (интенсивность перемешивания и степень разбавления воды);

2) гидрофизические и физико-химические свойства воды (t°, pH, Eh и т.д.);

3) химический состав воды;

4) микробиологические показатели;

5) характер донных осадков (гранулометрический и химический состав, окислительно-восстановительные свойства, сорбционная емкость осадков).

Это далеко не полный перечень факторов, отвечающих за ассимилирующую способность водных объектов. В практике расчетов НДС, как правило, основное внимание уделяется гидрологическому режиму вод с выявлением показателя степени разбавления сточных вод и содержащихся в них загрязняющих веществ. Все расчеты ведутся для минимального среднемесячного расхода воды 95%-ной обеспеченности. Физико-химические и геохимические факторы, контролирующие поведение загрязняющих веществ в водном объекте, учитываются с помощью интегрального параметра, называемого консервативностью и неконсервативностью веществ. Консервативность химического соединения или вещества — его относительная стабильность (химическая инертность), что приводит к сохранению массы сбрасываемых вредных веществ в воде от источника до контрольного створа. Неконсервативность, напротив, характеризует выведение из раствора некоторой части загрязняющих веществ, поступивших в водоем (их химическую устойчивость), т. е. снижение концентрации от источника до контрольного створа. Однако рекомендуемые численные значения консервативности и неконсервативности (табл. 37) отражают самые общие тенденции поведения веществ и могут не соответствовать условиям данного водоема или водотока. Для получения более достоверных значений величин этих параметров при назначении НДС необходимо проводить гидрогеохимические исследования на конкретном водном объекте со статистической оценкой изменчивости концентрации веществ на изучаемом участке водного объекта при отсутствии внешних источников. Кроме того, в застойных водах по отношению к проточным коэффициент самоочищения снижается ориентировочно в 3 раза.

Таблица 37. Ориентировочные значения коэффициентов скорости самоочищения речной воды (1/сут) от некоторых загрязняющих веществ (по: Р 52.24.627-2007)

Оптимальное распределение массы загрязняющих веществ между водопользователями – вопрос методологии назначения НДС. В идеальном случае должен использоваться бассейновый подход, в котором учитывается влияние на водный объект всех водопользователей с определением вклада каждого в общее загрязнение. Бассейновый принцип нормирования сбросов позволяет в полной мере вовлечь естественные механизмы водных экосистем к рассеиванию и ассимиляции загрязняющих веществ. Это возможно на основе использования комплексных гидрологических и гидрохимических данных при разработке мероприятий по оптимизации водопользования, в первую очередь обоснования нормативов ДС.

На практике, к сожалению, доминирует подход, не учитывающий интегральную нагрузку на водоем. Контроль ведется только по содержанию загрязняющих веществ в контрольном створе. Не всегда в этом случае рассматривается природное фоновое или сформировавшееся в результате антропогенного загрязнения содержание веществ выше места сброса сточных вод. А оно в реальных условиях может быть весьма значительным. Это объясняется прежде всего тем, что установление фоновых концентраций сопряжено с большим объемом натурных и лабораторных исследований для каждого водопользователя.

Проект НДС разрабатывается и утверждается для проектируемых, реконструируемых и действующих предприятий-водопользователей. Разработка проекта желательно должна осуществляться специализированной организацией, имеющей опыт работы. Он утверждается уполномоченным государственным органом. При этом проект проходит значительное количество согласований, которые в соответствии с Административными Регламентами согласовывающих органов могут занимать 4-6 месяцев.

Если сброс сточных вод действующими предприятиями превышает установленный норматив, то контролирующий орган имеет право в этом случае согласовать лимит сброса, который называется временно согласованным сбросом (ВСС) загрязняющих веществ. Введение ВСС предполагает поэтапное достижение НДС за определенный срок. Водопользователь разрабатывает и реализует план водоохранных мероприятий, включающий работы по восстановлению, рациональному использованию и охране водного объекта. Конкретные пути достижения НДС определяются в зависимости от особенностей производства и систем водопользования, а также внедрением современных технологий по очистке сточных вод, малоотходных и наилучших доступных технологий, ограничением применения опасных веществ и материалов. Продолжительность реализации плана водоохранных мероприятий по достижению НДС и его этапов устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от степени риска для здоровья населения, экологического состояния водного объекта и его биоресурсов, социально-экономических факторов, имеющихся наилучших доступных технологий.

Необходимо отметить один существенный момент. Норматив ДС иногда пытаются достичь путем разбавления сточных вод чистой водой, в результате концентрация контролируемых веществ будет снижаться. Однако этот способ достижения норматива не ведет к уменьшению общей массы поллютантов, а норматив – это допустимая к сбросу масса вещества. Такой прием можно сравнить с увеличением высоты источника загрязнения атмосферного воздуха при сохранении общего объема выбрасываемых веществ. Перемешивание сточных вод допускается только после их очистки для увеличения кратности первичного разбавления.

Проект НДС проходит согласование в уполномоченном государственном органе. Нормативы устанавливаются на срок не более пяти лет. В случае изменения экологической обстановки в бассейне водного объекта или в отдельных его районах, появления новых или уточнения параметров действующих источников загрязнения установленные нормативы могут быть пересмотрены до истечения срока их действия.

Важным вопросом в практическом применении нормативов ДС является контроль над их соблюдением. В практике водопользования осуществляется производственный и государственный контроль над сбросом сточных вод.

Производственный контроль проводится работниками отдела охраны природы предприятия и включает анализ:

1) расхода, состава и свойств сточных вод на каждом из этапов технологической схемы водоотведения предприятия;

2) расхода, состава и свойств сточных вод и их соответствия установленным НДС при сбросе в водный объект;

3) расхода, состава и свойств вод в местах собственных водозаборов, в фоновых и контрольных створах водного объекта и соответствия качества воды в контрольных створах.

Отчетность предприятия по соблюдению НДС осуществляется по форме 2ТП-водхоз. Государственный контроль проводится уполномоченными на то органами в лице исполнительной власти субъектов федерации и представителями федеральных структур. Используются химические способы контроля и методы биотестирования на токсичность природных и сточных вод. Однако в настоящее время нормативно-методическое обеспечение системы государственного контроля отсутствует. В частности, это касается вопросов установления допустимых отклонений от нормативов при анализе проб сточных вод, что снижает эффективность контроля за соблюдением нормативов ДС. Если предприятие сбрасывает сточные воды в городской коллектор, вопросы нормирования качества регулируются государственным предприятием «Водоканал» или организацией, отвечающей за работу коллекторов и очистных сооружений.

Методика расчета норматива допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей была утверждена приказом МПР РФ в 2007 г. Для отдельных выпусков НДС рассчитывается как произведение допустимой концентрации i-го загрязняющего вещества в сточных водах С_i (мг/л) на минимальный расход сточных вод q (м³/ч):

НДС_i = С_i× q . (3.10)

Критерием служит непревышение ПДК данного загрязняющего вещества в контрольном створе, что ведет к необходимости решения обратной задачи: определения максимальной концентрации загрязняющего вещества в сточных водах, обеспечивающей выполнение сформулированного выше условия.

После поступления в водный объект концентрация загрязняющего вещества в воде зависит от степени его трансформации вещества в результате физико-химических и биогеохимических процессов, а также от кратности разбавления сточных вод. Первый механизм представляет собой комплекс сложных процессов массообмена в окружающей среде под действием природных и антропогенных факторов. При расчете НДС эти процессы практически не учитываются, а их количественным выражением выступает коэффициент консервативности и неконсервативности вещества.

Таким образом, методически подход, по сути дела, сводится к решению гидравлической задачи. В методике используются методы расчета разбавления, основанные на решении уравнений диффузии. В результате получают значение максимальной концентрации загрязняющего вещества на любом расстоянии от места выпуска. На практике НДС получают с помощью специальных программных средств. Здесь приведены лишь общие принципы расчета этого норматива.

Решение задачи по определению норматива допустимого сброса загрязняющих веществ в водный объект можно изложить в приведенной ниже последовательности.

1. Находим коэффициент турбулентной диффузии D (м²/с). Расчет коэффициента производится отдельно для летнего и зимнего периодов.

Для летнего периода

D_Л = , (3.11)

где g – ускорение свободного падения; V_СР и Н_СР – средняя скорость течения и глубина реки; k_ш – коэффициент шероховатости ложа; с – коэффициент Шези:

с = ,

где R – гидравлический радиус потока (R=H); y = 2,5×(k_ш)^0.5 – 0,13 – 0,75×R^0.5×(k_ш^0.5 – 0.1).

Для зимнего периода

D_З = , (3.12)

где R_пр, k_пр, с_пр – приведенные значения гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости дна реки и коэффициента Шези соответственно:

R_пр = 0,5 ×Н_ср;

k_пр = k_ш×[1+ ]^0.67,

где k_л – коэффициент шероховатости нижней поверхности льда;

с_пр = ,

где у_пр = 2,5 (k_пр)^0.5 – 0,13 – 0,75×(R_пр)^0.5.

2. Рассчитываем коэффициент a для учета гидравлических факторов смешения:

a = g×x× , (3.13)

где g = (L – расстояние между створом выпуска и контрольным створом по прямой) – коэффициент извилистости реки; x – коэффициент, зависящий от места сброса (в случае берегового сброса x = 1,0; в случае сброса в фарватер x = 1,5); q – максимальный расход сточных вод; D – коэффициент турбулентной диффузии.

3. Находим коэффициент смешения a, определяющий, какая часть сточных вод перемешивается с речными в расчетном створе (а всегда £1). Коэффициент смешения вычисляем при условии, если сточные воды распространяются в расчетном створе не по всей ширине водотока:

а = , (3.14)

где q, Q – расход сточных и речных вод соответственно.

4. Определяем кратность основного разбавления – характеристики, показывающей во сколько раз снизилась концентрация загрязняющего вещества в сточных водах на рассматриваемом участке реки:

n₀ = ,

где С_max – максимальная концентрация загрязняющего вещества в реке; С_ст – концентрация в сточных водах; С_р – среднее содержание в реке. Расчет кратности разбавления проводится по формуле

n₀ = . (3.15)

5. Вычисляем кратность начального разбавления (n_н), т. е. разбавления на небольшом расстоянии от места выпуска, связанного с кинематической неоднородностью потока. Величина используется для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соблюдении следующих соотношений:

V_ст ³ 4V_ср,

где V_ст – скорость истечения струи выпускных вод;

V_ст > 2 м/с.

Кратность начального разбавления (n_н) зависит от диаметра сечения оголовка выпуска, диаметра загрязненной струи и соотношения средней скорости потока и скорости выпуска. Для получения величины n_н используют эмпирические формулы и номограммы.

6. Наконец, допустимую концентрацию i-го загрязняющего вещества в сточных водах определяем по формуле:

С_i = n× (ПДК_i – С_фi)+ С_фi, (3.16)

где n – кратность общего разбавления сточных вод в водотоке, равная n = n₀× n_н; С_фi – фоновая концентрация поллютанта выше выпуска.

С учетом неконсервативности вещества

С_i = n× [(ПДК_i × exp (k×t)) – С_фi]+ С_фi , (3.17)

где t – время достижения сточными водами расчетного створа (сут); к – коэффициент неконсервативности (1/сут) по натурным или справочным данным с учетом температуры.

При установлении НДС по БПК используем уравнение

С_i = n× {[(ПДК_i – С_см)× exp (k₀×t)] – С_фi}+ С_фi , (3.18)

где k₀ – среднее значение неконсервативности органических веществ в воде водного объекта; С_см – БПК_полн, обусловлено появлением метаболитов и органических веществ, смываемых в водоток с водосбора на последнем участке реки перед расчетным створом длиной 0,5 сут пробега (для горных рек С_см = 0,6–0,8 г/м³; для равнинных рек, необогащенных органическим веществом, С_см = 1,7–2,0 г/м³; для рек болотного питания С_см = 2,3–2,5 г/м³), если длина водотока меньше 0,5 сут пробега, то С_см = 0.

При сбросе нескольких веществ 1 и 2 классов опасности с одинаковым ЛПВ в расчетном створе должно выполняться условие

£ 1 . (3.19)

Основное уравнение для расчета параметров НДС вытекает из соотношений 3.15 и 3.16. Его можно представить следующим образом:

q×C_i+a×Q×C_ф = (q+a×Q) ×ПДК_i (3.20)

(условные обозначения приведены в формулах 3.14–3.18). Необходимо помнить, что НДС – это масса вещества, поэтому установленные значения концентрации поллютантов в сточных водах нормируются как масса вещества в единицу времени, как правило, за год.

В практике разработки НДС необходимо соблюдение следующего условия, вытекающего из уравнения 3.20:

C_i £ a×Q/q× (ПДК_i – C_фi) +ПДК_i . (3.21)

Рассмотрим некоторые следствия решения данного неравенства в зависимости от исходных условий.

Следствие 1: если С_фi > ПДК_i, то С_i £ ПДК_i. Действительно, если фоновая концентрация загрязняющего вещества (естественная или вызванная антропогенными причинами) превышает предельно допустимую концентрацию, первое слагаемое правой части неравенства 3.21 – степень снижения концентрации в водотоке до контрольного створа – теряет смысл. Тогда С_i £ ПДК_i, т. е. сточная вода по i-му загрязняющему веществу должна очищаться до ПДК.

Следствие 2: при всех заданных параметрах уравнение 3.20 решается относительно максимальной концентрации i-го загрязняющего вещества в контрольном или любом другом расчетном створе:

C_мi = . (3.22)

При C_мi £ ПДК_i – условия водопользования благоприятны, при C_мi > ПДК_i необходимо принятие мер по оптимизации водопользования. Исходя из уравнения 3.22, в случае постоянного объема сбрасываемого вещества разбавление стоков чистой водой или, напротив, уменьшение расхода сточных вод является наименее эффективным способом достижения нормативных условий водоотведения. С этих позиций целесообразно снижение фоновой концентрации поллютанта в водотоке (только при условии ее высоких значений) за счет оптимизации всей системы водоотведения в водный объект, а также увеличения кратности начального разбавления (формулы 3.15 и 3.16), т. е. применения рассеивающих или напорных сосредоточенных выпусков.

Следствие 3: если в сточной воде содержатся вещества 1 и 2 классов опасности одного ЛПВ, в расчетном створе должно выполняться условие 3.19. Сначала определяется предельный уровень концентрации для каждого вещества раздельно в соответствии с формулой 3.20:

C₁ = a×Q/q× (ПДК₁ – C_ф1) +ПДК₁

и т.д. до C_n = a×Q/q× (ПДК_n – C_фn) +ПДК_n

Концентрации веществ (от 1 до n) в контрольном створе рассчитываются по формуле 3.22. Если условие 3.19 не выполняется, то необходимо снижать содержание загрязняющих веществ в сточных водах, начиная с наиболее вредного (по классу опасности).

Следствие 4: на этапе проектирования или реконструкции предприятия возникает необходимость решения обратной задачи, т. е. обеспечение такой степени очистки, при которой в контрольном створе не будет наблюдаться превышение установленных нормативов. Тогда в соответствии с формулой 3.21:

a×Q/q× (ПДК_i – C_фi) ³ C_i – ПДК_i

степень снижения концентрации загрязняющего вещества в водотоке до контрольного створа должна быть не меньше, чем разница между концентрацией в сточной воде (по технологическим параметрам производства) и ПДК. Если сброс массы вещества будет превышать проектируемый норматив НДС, то необходимо предусмотреть очистку сточных вод с коэффициентом (степенью) не менее чем:

×100% .

Изложенная выше методика ориентирована на расчет НДС в водотоках, т. е. на условия направленного течения воды. Назначение предельно допустимого сброса для водоемов и морских акваторий основано на тех же принципах с учетом дополнительных характеристик: расстояния выпуска до берега, изрезанности береговой линии, различий в плотности воды. Рекомендуемое расстояние от выпуска до контрольного створа при отсутствии других критериев не должно превышать 500 м.

Практика нормирования допустимых сбросов. Сложности с нормированием допустимых сбросов возникают на стадии согласования в связи с разными требованиями территориальных органов государственных органов к рассмотрению проектов. Чаще всего существующие очистные сооружения производят очистку 3-4 компонентов или вообще нацелены только на механическую очистку сточных вод, в то время как в проект НДС включаются по требованию Росприроднадзора 8-12 (и более) контролируемых химических веществ и показателей. Поэтому высокое содержание железа, взвешенных веществ, часто нефтепродуктов и других ингредиентов, а также превышение величины БПК после очистки ведут к автоматическому отзыву разрешения на сбросы из-за формально «загрязненных» вод.

Обозначенная выше ситуация усугубляется отсутствием утвержденных локальных фоновых значений химических показателей и содержания элементов, которые в некоторых регионах характеризуются высокими природными концентрациями и не являются в данном случае показателем загрязнения водных объектов. Так, железо часто относится к лимитирующему показателю в природных водах Западной Сибири и других регионов, где фоновое содержание составляет 0,6-1,3 мг/л. При этом ПДК железа (0,3 мг/л для воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения) нормируется по органолептическому ЛПВ (окраска) и в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 может быть увеличена Главным государственным санитарным врачом на соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения до значения 1,0 мг/л. Однако, эту возможность ни один из регионов пока не использовал, как и не ввел региональных нормативов по фоновому содержанию. Проблема эффективности очистки актуальна в связи с тем, что при проверке предприятия большое внимание уделяется химизму сточных вод и химическому составу воды выше и ниже сброса.

Часть 6 статьи 56 Водного кодекса РФ гласит: «сброс в водные объекты сточных вод, содержание в которых радиоактивных веществ, пестицидов, агрохимикатов и других опасных для здоровья человека веществ и соединений превышает нормативы допустимого воздействия на водные объекты, запрещается». Это позволяет территориальным управлениям Росприроднадзора включать в проект НДС любые вещества, в независимости от возможности существующих и даже проектируемых очистных сооружений.

Следует иметь в виду, что определение химического состава сточных вод могут проводить любые лаборатории, имеющие аккредитацию в соответствующей области. Но на проведение исследований водных объектов за пределами населенных пунктов, включая отбор проб, необходима лицензия Росгидромета в области гидрометеорологии и смежных с ней областях (с соответствующими видами деятельности). В пределах населенных пунктов эти работы проводят центры гигиены и эпидемиологии. Поэтому в ходе проверки государственные контролирующие органы имеют право не признать результаты, выполненные предприятием, не имеющим лицензии (т. е. отсутствие контроля качества воды, предусмотренного проектом НДС). Тем более что все региональные филиалы Центра лабораторного анализа и технических измерений (ЦЛАТИ), подконтрольные Росприроднадзору, имеют соответствующие лицензии. Часто при проведении экологического контроля Росприроднадзор (или соответствующие службы субъекта федерации) привлекают ЦЛАТИ или другие лаборатории для проведения химических анализов.

При отборе проб должна быть полностью выполнена процедура с составлением акта отбора, подписанным обеими сторонами. Отбор проб имеет право проводить специалист лаборатории, но не инспектор контролирующего органа. Необходимо строго соблюдать правила отбора проб. Например, пробу воды необходимо отбирать из-под поверхностного горизонта, чтобы в нее не попала поверхностная пленка. В противном случае оспорить результаты анализа будет невозможно. Следует также отметить, что даже резко отличающиеся значения содержания вещества в конкретный момент и в конкретной точке от заявленного в разрешении не являются основанием для штрафов. Это только повод для дополнительных химических анализов, которые по требованию контролирующих органов должны быть выполнены.

При проведении государственного контроля необходимо предоставить Решение на пользование водным объектом без использования воды (для сброса сточных вод). Решение выдается в соответствии с Водным Кодексом РФ и приказами МПР РФ Бассейновыми водными управлениями (для водных объектов федерального значения) и соответствующими службами субъекта федерации (для водных объектов регионального значения).

У контролирующих органов часто возникает вопрос по неорганизованным сбросам (ливневые стоки и т.д.) Это касается в большей степени предприятий, расположенных за пределами городских поселений и не имеющих ливневой городской канализации. В соответствии с законодательством необходимо произвести их расчеты. Выходом из этой ситуации является запрос в территориальный орган о методике расчета. В связи с тем, что данная методика пока отсутствует, предприятие имеет полное право не производить расчет платы за сброс ливневых вод.

Другой проблемой может стать запрет сброса сточных вод «на рельеф» местности. В этом случае можно использовать болота, которые также рассматриваются в качестве водного объекта, куда и должен производиться сброс. Утвержденных методик расчета разбавления в болоте не существует. Далее заключается договор с лицензированным гидрологическим предприятием, которое проводит обследование болота, выполняет расчеты стока, по контрольным точкам определяет распространение загрязняющих веществ и возможность использования такого водного объекта для сброса и разработки проекта НДС. Однако здесь необходимо учитывать реальную ассимилирующую способность болота, а она может быть невысокой.

Значительное количество ранее построенных очистных сооружений предусматривали сброс «на рельеф» местности. Так как в действующем законодательстве такое понятие отсутствует, а тянуть трубопроводы (особенно в условиях Крайнего Севера и часто еще с обогревом) достаточно дорого для эксплуатирующих организаций, многие предприятия используют «болота». Однако болото – это водный объект, который имеет определенные характеристики, в том числе толщину торфяной залежи не менее 0,3 метра. Именно поэтому для определения является ли данный природный объект болотом или нет, необходимо привлекать лицензированные в области гидрологии предприятия. Это позволит обоснованно оспаривать возможные штрафные санкции, налагаемые органами Росприроднадзораза за сброс сточных вод «на рельеф».