CC BY
12
© Н.И. Грсхнсв, 2012
УДК 504.06.054 Н.И. Грехнев
ПРИНЦИПЫ БЕЗОПАСНОСТИ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИМИ РИСКАМИ В ДАЛЬНЕВОСТОЧНОМ РЕГИОНЕ
Принципы безопасности, критерии оценки и управление экологическими рисками в Дальневосточном регионе. Приводятся принципы безопасности, критерии оценки и управления экологическими рисками в горнотехнических системах на ланд-шафтно-геохимической основе, отражающей особенности трансформации химических соединений и миграции токсичных металлов.
Ключевые слова: литогенный субстрат, экологический риск, концепция безопасности, устойчивость, коэффициент экологической значимости.
Понятие «экологической безопасности» или проявление минимального экологического риска, включает комплекс требований к экологической чистоте предприятий, который практически не достижим в горном производстве. Концепция «абсолютной безопасности» или минимального риска в минерально-сырьевом комплексе, по мнению некоторых ученых (Цыганков, 1994, Потапов, 2005 и др.), должна быть заменена на концепцию «приемлемого риска», которая ориентирует не на недостижумую «абсолютную безопасность» (полное отсутствие риска), базирующуюся на выборе приоритетов в системе взаимодействия антропогенных факторов и элементов природной среды и с наибольшей вероятностью снижающую риск возникновения необратимых экологических последствий (экологических катастроф, гибели людей и др). Следовательно, производство нужно настраивать на достижение не минимального, а максимально допустимого экологического риска, который должен определяться возможностями технических, технологических, экономических и социальных решений [2].
На сегодняшний день концепция абсолютной безопасности признается неадекватной внутренним законам техносферы. Эти законы имеют вероятностный характер, и, в соответствии с ними и законами термодинамики, нулевая вероятность аварий имеет место лишь в системах, не обладающих запасом энергии, химически и биологически активных компонентов. В соответствии с этим устанавливается рациональная безопасность, исходя из необходимости максимально возможного и экономически оправданного снижения вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций и уменьшения масштабов их последствий. Поэтому, в практической деятельности, решение о выборе уровня экологического риска носит скорее не технический, а политический характер, поскольку оно во многом определяется экономическими возможностями отрасли, предприятия или региона.
Воплощением концепции «абсолютного или нулевого риска» является формирование саморегулирующейся системы взаимодействия природных и антропогенных элементов среды, пока не достижимая на данном этапе развития науки и техники.
В настоящее время экологическая оценка окружающей среды базируется на санитарно-гигиенических требованиях, позволяющих укладываться в нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) отдельных вредных веществ в различных природных средах: атмосферный воздух, вода, почва и др. При наличии многокомпонентных источников загрязнения возникает необходимость нормирования среды по суммарному воздействию группы вредных веществ однонаправленного действия, одновременно присутствующих в компонентах среды. Следовательно, качество среды по уровню загрязнения считается удовлетворительным при соблюдении условия, когда отношение суммы их концентраций к ПДК не превышает единицы (Потапов, 2005), т.е: п С
у ' < 1. (1).
й ПДК1 - у '
Исследованиями Бычинского и др. (1990), с помощью статистических методов, проведено выявление независимых физико-химических параметров, определяющих показатели ПДК химических элементов, выводы которых сводятся к тому, что наибольшую опасность для биосферы и трофических цепи человека представляют соединения свинца, ртути, кадмия и таллия. Такие известные яды, как цианиды и роданиды, значительно уступают им по токсичности. Участие этих металлов в биологических процессах в аномальных количествах, к которым живая материя не в состоянии приспособиться, вызывает нарушение естественного биологического кругооборота и приводит, в конечном итоге, к разрушению биологических систем [6].
Все же, по мнению [4], оценку загрязнения среды целесообразно проводить не только на основе ПДК, необходимо изучать биологическую ре-
акцию биоты и населения на вредные вещества. Так общесанитарными нормами состояние чистоты водоемов, помимо токсикологических свойств, определяется различными лимитирующими показателями: вредности (ЛПВ), санитарно-токсикологическими (СТ), органолептическими (ОЛ). Кроме того, в санитарных нормах не объективно отражается токсикологическая нагрузка на экосистемы в целом, так как не учитываются процессы аккумуляции вещества в биологических объектах. Например, при концентрации ДДТ в воде в 0,004 млн. долей, в конце трофической цепи на 1кг массы бакланов приходится уже 26,4 млн долей. Значит, отклик биотической компоненты на загрязнение воды неадекватен первоначальной концентрации загрязнителя (Потапов и др., 2005). Имеющиеся фактические данные по нормативам воздушной среды позволяют считать, что принятые для человека ПДК по загрязнению ее некоторыми веществами (оксиды серы и азота, аммиак, метанол, бензол и др.) не отвечает нормальным условиям жизнедеятельности биоты; в этом отношении она более чувствительна и, следовательно, показатели концентрации загрязняющих веществ должны быть ужесточены по сравнению с нормами для человека от 5 до 25 раз, в зависимости от вида загрязняющих веществ [3].
При составлении нормы ПДК не учитывались региональные климатические условия, поскольку они едины для всей страны и для любого времени года, что не отвечает физико-химическим характеристикам и закономерностям поведения вещества в природной среде. На величину ПДК влияют многие факторы, в т.ч. — химическая активность и реакционная способность веществ, которые, в свою очередь, зависят от температуры, влажности, наличия катализато-
ров и связаны таким образом с региональными физико-географическими условиями.
Следовательно, эти нормы не могут быть едиными для всех типов экосистем, также как и для различных физико-географических условий (Из-раэль и др., 1978). Поэтому объективной экологической оценкой может считаться такая, которая учитывает пути поступления вредных веществ, формы миграции, их физико-химические свойства и другие параметры, определяющие токсичность и их физиологическое действие на биоту и живые организмы. Таким образом, логичен вывод о том, что научно-обоснованные экологические нормы предельных воздействий на живую составляющую биосферы следует определять по характеру и закономерностям распространения, депонирования, деструкции и трансформации загрязняющих веществ в экосистемах, перехода их из одной среды в другую, как на локальном, так и на региональном уровнях.
Однако в настоящее время концепция ПДК не только является общепринятой в России, но и заложена во все нормативно-правовые документы. При всей обоснованности критики в ее адрес, эта концепция пока остается основной, хотя нормирование и поддержание допустимого экологического риска на приемлемом уровне с помощью ПДК не стимулирует ограничение выделения токсичных отходов любого агрегатного состояния и направлено на локальную защиту отдельных компонентов природной среды, а не всей экосистемы в целом. Вместе с тем, имеющиеся материалы исследований позволяют считать, что назрела необходимость разработки экологических нормативов, базирующихся на более комплексных и адекватных критериях.
В Дальневосточном регионе экологическая устойчивость экосистем нами рассматривается с зональных биогеографических и ландшафтно-гео-химических позиций, где в качестве определяющих показателей являются
1 п0
сумма годовых температур выше 10 (период вегетации) и продуктивность фитомассы (в ц/га). На этом основании можно выделить несколько биоклиматических зон или «зональных типов» ландшафтов, сменяемых друг друга в широтном направлении. Корреляционная связь между величиной показателя и качественной оценкой устойчивости природной среды приводит к выводу о том, что используемые факторы хорошо отражают не только экономические характеристики, но и допустимые уровни эксплуатации ресурсов; отчетливое снижение экологического потенциала, как и стоимости сопряженных ресурсов, происходит в направлении с юга на север (Рянский, 1989). В проводимом районировании региона по однородности геохимических обстановок выделяются классы геохимических ландшафтов (табл. 1).
Классы геохимических ландшафтов определяют направленность и интенсивность миграции химических элементов в конкретных экосистемах. Они формируются в зависимости от состава литогенного субстрата, рельефа местности, типа экзогенно-геологи-ческих процессов и окислительно-восстановительных условий. Этих данных оказывается достаточно для получения сведений, важных для устойчивости экосистем: динамики процессов химических реакций и формирования комплексных соединений токсичных элементов, типов вторичных орелов рассеяния и емкости катионного обмена (ЕКО) почв, которые необходимы для решения задачи по определению загрязнения почв.
Таблица 1
Классы геохимических ландшафтов и эколого-геохимическая характеристика выделяемых экосистем
Классы гсохимичсских ландшафтов Окислительно-восстановитсльныс условия (рН) и прсобладаюшис экзо-гснно-гсологичсскис процсссы Мсхсостав рыхлых осадков и соврсмсн-ных кор
Горные резко расчлененные ор-гоэлювиальные ландшафты Н -Са класса на эффузивных комплексах (М2) Умеренно кислый до близнейтраль-ного (рН 6,5—7,5). Преобладание механического сноса (осыпи, суффозия и др.) Фрактолитовые до крупно-глыбовых осыпи и курумы
Горные расчлененные ортоэлю-виальные ландшафты на интрузивных и метаморфических комплексах различного возраста Преобладающая кислая среда (рН < 6,5). Преобладание механического сноса: осыпи, суффозионно-солифлюкционные процессы и ореолы Сапролито-фрактолитовый элю-вио-делювий
Низкогорные слабо расчлененные параэлювиальные ландшафта! Са класса на известково-карбонатных комплексах Щелочная и контрастная (от кислой до щелочной) среда, (рН 6,0 - 8,5). Элювиообразование, солифлюкция Сапролитовый и глинистый материал
Низкогорные параэлювиальные ландшафты Н — Ре - Б1 класса на осадочно-метамор-физованных комплексах Преимущественно кислая среда (рН 6,0 - 6,5). Элювиальные и солиф-люкционные процессы Сапролитовый, са-пролито-пели-товый и глинис-тый элювий
Неоэлювиальные и озерноаллю-виальные ландшафты Н- Ре класса на Ми-Ки равнинах и межгорных впадинах Кислая глеевая и восстановительная (в угленосных впадинах) среда (рН 6,0- 8,0). Глеегенез Печано-глинистые осадки, илы, торфяники, органо-генный материал
Геохимические ландшафты характеризуются определенной ассоциацией элементов, содержащаяся в отдельных типах литогенных комплексов, изначально (генетически) определяют определенный набор типо-морфных элементов (Глазовская, 1988). Так литофильный геохимический спектр характерен для кислых интрузивов и вулканитов и представлен повышенным содержанием 3-х ассоциаций: 1) Бп, V, Мо; 2) ТЕ, 7г, У; ЫЬ, Та (Мо, Бп, Бг, Р); 3) Р, (Бг, Ва, Р). Халькофильная геохимическая ассоциация связана с вулканическими поясами структурно-формационных зон и характеризуется набором РЬ, 2п, Си, (Ад, Аи, Мо), иногда с участием Нд, БЬ. Сидерофильная геохимическая ассоциация элементов генетически увязывается с интрузивами и метаморфическими разновидностями
пород повышенной основности и сопровождается накоплением N1, Со, Сг (V, Т1) или Ре, Мп, Т1 (V).
Геохимические ландшафты оказывают определяющее значение на характер выветривание скальных пород в зоне гипергенеза, развитие экзогенных геологических процессов, в т.ч. форм миграции химических элементов и их соединений, формирование почвенного профиля и т.д. Так в северных зонах подготовка и перемещение рыхлого материала происходит в следствии экзогенных водно-гравитационных процессов, а в южных — преобладают физико-химические и биологические формы миграции.
Помимо зональных показателей экосистем и геохимических ландшафтов в расчет включаются важные природно-техногенные и экологические показатели, имеющие сущест-
венное значение для оценки (и прогнозирования) техногенного загрязнения, к которым отнесены коэффициент экологической значимости, геоэкологический показатель токсичности руд и показатель рассеяния вещества в экосистемах. Ниже приводится их характеристика.
Коэффициент экологической значимости учитывает виды техногенного воздействия на окружающую среду в зависимости от различных типов загрязнителей, как по вещественному составу, так и дисперсному состоянию, которые образуются при освоении месторождений полезных ископаемых,. На этом основании (по Потапову,2005) обозначена количественная мера коэффициента экологической значимости ( зависящая от вида техногенного воздействия, и численно составляет: 0,002 - для механического загрязнения, взвеси; 0,300 - для биологического загрязнения; 0,400 - химического загрязнения; 0,080 - термического воздействия; 0,200 - безвозвратное водопо-требление [3].
Геоэкологический индикатор токсичности руд определяет величины концентрации и набор (спектр) токсичных металлов в рудах месторождений, которые затем в виде техногенных отходов продуцируются в поверхностные компоненты экосистем, формируя, таким образом, очаги химического загрязнения и опасные экологические зоны в почвах, водах, приземной атмосфере и растениях. Исследованиями [7] устанавливается высокая корреляционная зависимость показателя токсичности и уровня химического загрязнения при освоении месторождений. Этот индикатор рассматривается нами как важнейший исходный фактор токсичности отходов горного производства, к которому должны быть адаптированы техноло-
гические схемы переработки и обогащения руд для оптимальной полноты и комплексности извлечения полезных компонентов и природоохранное оборудование предприятий.
Наибольшую опасность для экосистем представляют собой сульфидные типы (или формации) рудных месторождений, несущие широкий комплекс халькофильных элементов. Предлагаемый коэффициент может быть выражен в виде количественного содержания сульфидных минералов в руде, как показатель «сульфидности руд», т.е. процентное содержание . В зависимости от этого показателя (сульфид-ности) устанавливается определенный комплекс токсикантов и уровни их концентрации, свойственные данному типу руд.
Особенно велико влияние этого фактора оказывается на технические водоемы и гидроотвалы, через которые происходит изменение гидрохимического режима и загрязнение подземных водоносных комплексов и поверхностных вод. Основными соле-образующими макрокомпонентами, присутствующими в этих водах, являются растворенные в них ионы группы азота ЫИ4+ и Ы02-, сульфат-ионы, сероводород и др. Они, в конечном итоге, определяют окислительно-восстановительные условия водной среды, уровни химической трансформации эндогенных рудных минералов, их растворение и вынос в открытые водные системы.
Критерии и признаки окружающей среды, важные для выделения зон экологического риска. Методический подход к выделению зон экологических рисков на картографической основе заключается в определении соотношения действующих факторов и критериев деформирования ОС, интегрировании однозначных исходных, природно-
экологических или техногенных, признаков. Поэтому, для вычисления техногенной нагрузки все многообразие природных и техногенных признаков, используемых в формуле (2), путем агрегирования сводится к трем автономным блокам, характеризующим биоклиматические и литогенные, собственно техногенные и ареальные параметры и дополнительные коэффициенты. Выражение схемы суммарного расчета и математических действий для получения количественного выражения представляется в виде следующего алгоритма.
£+р+Л+№+Кп+КБ
¿с + Ьк + кн +
хк.-кг-кё.
(2)
Ниже приводится характеристика признаков и обоснование приводимых информационных показателей. В природно-экологический блок включены исходные природно-географи-ческие и вещественно-геологические признаки, отвечающие объектовой региональной структуризации или физико-химическим условиям проявления специфических процессов и явлений. Используемые в формуле символы наделяются фактическими признаками и условно принятыми значениями в виде коэффициентов.
Кьк — показатель относительной устойчивости экосистем по биоклиматическим параметрам в зависимости от биоклиматической зоны (подзоны) и ее значения в виде граничных показателей «самовосстанавливаемости» нарушенной среды по необходимым для них параметрам в соответствие с данными [8];
Zg — классы геохимических ландшафтов, характеризующие интенсивность и формы миграции химических элементов (табл.). Всего выделяется 5 классов геохимических ланд-
шафтов, отождествляемых в дальнейшем с классами водной миграции элементов: щелочной (и контрастный), кислый до близнейтрального, преимущественно кислый, кислый глеевый и восстановительный классы.
Ед — геоэкологический индикатор токсичности руд, предложено использовать по соотношению сульфидных и др. классов минералов, а также наиболее важные компоненты-минерализаторы, которые формируют в зоне гипергенеза (зоны окисления, выветривания, растворения и т.д.) миграционно-способные формы соединений и растворенные фазы токсичных элементов.
В собственно «экологический» блок введены аддитивные признаки техногенного значения, характеризующиеся фактическими величинами отходов и содержащихся в них загряняющих веществ в количественных единицах учета: в числителе — объемы отвалов вскрышных пород Ю) и производственных отходов (Р), умноженные на классы опасности; в знаменателе - площадные параметры горнотехнических объектов и нарушенных речных долин.
В третьем блоке формулы приводятся коэффициенты: нарушенности экосистем (к3), рассеяния продуктов выветривания (Кг) и диверсификации производства по переработке отходов горного производства и рекультивации нарушенных земель (КН).
Таким образом, экологический риск, если его рассчитывать наиболее полно, представляет собой многокомпонентную величину с большим числом учитываемых признаков. В практическом варианте к расчету экологического риска приходится подходить более упрощенно, выделяя только доступные для сбора и анализа информационные признаки, которые с позиций
изученности более равномерно характеризуют всю территорию или зоны техногенного загрязнения. Релаксация экологической обстановки и восстановление функциональных свойств природной экосистемы после техногенного воздействия основывается на
1. Цыганков A.B. Безопасность освоения месторождений полезных ископаемых в криолитозоне. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1994. — 112 с.
2. Концепция государственной стратегии обеспечения экологической безопасности ос-вое-ния недр. М.: ИПКОН, 1997. — 31 с.
3. Потапов A. И. Воробьева B. Н., Кар-лин Л.Н,. Музалевский A. A «Мониторинг, контроль, управление качеством окружающей среды. В 3-х частях. Часть 3 Оценка и управление качеством окружающей среды». С.П., 2005.
4. Ломоносов И.С. Основные процессы техногенного рассеяния и концентрирования элементов и принципы их оценки //Геохимия техногенных процессов. М: Наука, 1990.- С. 48-60.
5. Израэль ¡O.A., Назаров И.М., Филиппов Л.М., Aноxин O.A. и др. Экологический подход к оценке состояния и регулированию качества окружающей природной
принципе обратной связи отдельных ее подсистем (производственные процессы, параметры загрязнения среды и т.д.), экологических систем и их компонентов (экологическая емкость, резистентность биоты, базовые компоненты и др.).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
среды // Всесторонний анализ окружающей природной среды: Тр. Ш Сов. — Амер. симпоз. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. — С.101-130.
6. Бычинский В.А., Сутурин А.Н. Геохимические аспекты токсичности элементов //Геохимия техногенных процессов. М: Наука, 1990.- С. 94-103.
7. Го лева Р. В. Методические основы геоэкологической типизации рудных месторождений по основным видам токсикантов и индикаторам токсичности. «Геоэкол. Исследования и охрана недр». Инф. Сб. №4, геоинформмарк, М.1999. 18-28 с.
8. Рянский Ф.Н. Геосистемные подходы к методам прикладного эколого-экономи-ческого районирования Дальневосточный зоны БАМ. Препринт, ИВЭП, ГО СССР. Владивосток, 1989.
9. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландщафтов СССР. М.: высшая школа, 1988. 328 с. гттгт?
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Грехнев Н.И. — кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник ИГД ДВО РАН. е-шеП: [email protected].
АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО -
Биотопливо — хорошая альтернатива ископаемым углеводородам (невозобновляемым источникам энергии). Считалось, что при его использовании в атмосферу выбрасывается меньше углекислого газа. К сожалению, это не всегда так. По последним данным, некоторые виды топлива, особенно биодизельное, вполне сравнимы по количеству вредных отходов при сгорании с традиционными видами топлива.
«Наука в фокусе»
