Проверяем соответствие выбросов требованиям качества воздушной среды

Основные положения

Особенностью нормирования качества атмосферного воздуха является зависимость воздействия загрязняющих веществ, присутствующих в воздухе, на здоровье населения не только от значения их концентраций, но и от продолжительности временного интервала, в течение которого человек дышит данным воздухом. Поэтому в Российской Федерации, как и во всем мире, для загрязняющих веществ, как правило, установлены 2 норматива:

· норматив, рассчитанный на короткий период воздействия загрязняющих веществ. Данный норматив называется «предельно допустимые максимально–разовые концентрации».

· норматив, рассчитанный на более продолжительный период воздействия (8 часов, сутки, по некоторым веществам год). В Российской Федерации данный норматив устанавливается для 24 часов и называется «предельно допустимые среднесуточные концентрации».

ПДК - предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного действия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособности человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Величины ПДК приведены в мг/м3. (ГН 2.1.6.695-98)

ПДК_МР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_СС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании.

Кроме того, используется ПДКрз - предельно допустимая концентрация воздуха рабочей зоны, мг/м3. Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при 6-8 ч рабочей смены.

Отдельно нужно отметить такое загрязняющее вещество, как бенз(а)пирен, которое образуется в атмосфере в результате индустриальной деятельности человека. Наиболее высокая концентрация бензапирена в воздухе отмечена в городах и поселках, где есть предприятия металлургии и нефтехимии, - там она может превышать предельно допустимую концентрацию (1 нанограмм в кубометре воздуха) в 10, 15, а то и в 60 раз.

Невелика, казалось бы, эта норма - одна миллиардная доля грамма, но вот что выяснили учёные. Для определения величины канцерогенной нагрузки бензапирена на людей среднегодовую его концентрацию в воздухе (а это вещество попадает в организм с дыханием) сравнили с эквивалентной дозой ионизирующего облучения. И оказалось, что при круглосуточном вдыхании бензапирена в течение 50 лет риск заболеть раком легких такой же, как если бы человек получил за те же годы 360-460 бэр облучения (это при наибольшей концентрации бензапирена), то есть от 7 до 9 бэр в год. Напомним, что предельная доза для персонала ЛЭС - 5 бэр в год, а для населения, проживающего близ ЛЭС - 0,5 бэр в год. Подобные данные обязательно отражаются при разрабоке проекта ПДВ.

Более того, несложные расчёты показали, что радиационный эквивалент предельно допустимой концентрации бензапирена не равен нулю, а это значит, что вдыхание воздуха, загрязнённого бензапиреном на уровне ПДК, может привести к заболеванию раком.

Критерии качества атмосферного воздуха в ЕС– уровень, установленный на основе научных знаний, с целью исключения, предотвращения или сокращения вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду в целом. В случае превышения установленных критериев качества атмосферного воздуха по каждому загрязняющему веществу он должен быть достигнут в течение заданного периода времени, после чего он не может быть превышен.

Стандарты качества воздуха ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения, орган ООН) – в основе требований ВОЗ лежит охрана здоровья человека. Различные периоды усреднения отражают потенциальное воздействие загрязнителей на здоровье человека; загрязнители, на которые установлены нормативы с краткосрочным базисным периодом, оказывают быстрое воздействие на состояние здоровья, а те из них, которые имеют долговременный (годичный) отчетный период, связаны с хроническим вредным воздействием. В целях охраны здоровья ни один из стандартов не должен быть превышен. Чем выше концентрация, тем более ограниченным должен быть период воздействия на объект. Напротив, при более низкой концентрации загрязняющего вещества период воздействия может продлеваться.

Класс опасности - показатель, характеризующий степень опасности для человека веществ, загрязняющих атмосферный воздух. Вещества делятся на следующие классы опасности:

· 1 класс - чрезвычайно опасные;

· 2 класс - высоко опасные;

· 3 класс - опасные;

· 4 класс - умеренно опасные.

Разработка ПДК основывается на лимитирующем показателе вредности загрязняющего вещества. Лимитирующий (определяющий) показатель вредности характеризует направленность биологического действия вещества: рефлекторное (рефл.) и резорбтивное (рез.). Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей - ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т.п. Указанные эффекты возникают при кратковременном воздействии вредных веществ, поэтому рефлекторное действие лежит в основе установления максимальной разовой ПДК (ПДКмр). Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания. С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК (ПДК).

СИ - стандартный индекс – наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ПДК; она определяется из данных наблюдений на посту за одной примесью или на всех постах района за всеми примесями за месяц или за год (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы).

НП - наибольшая повторяемость (%) превышения ПДК по данным наблюдений на одном посту (за одной примесью) или на всех постах района за всеми примесями за месяц или за год (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы).

ИЗА - комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей, представляющий собой сумму концентраций выбранных загрязняющих веществ в долях ПДК (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы).

В зависимости от значения ИЗА уровень загрязнения воздуха определяется следующим образом:

Таблица 1

Уровень загрязнения атмосферного воздуха	Значения ИЗА
Низкий	меньше или равен 5
Повышенный	5-7
Высокий	7-14
Очень высокий	больше или равен 14

PM₁₀ – взвешенные частицы, с размерами менее 10мкм, способные легко проникать в легкие человека и накапливаться в них.

Инверсия – смещение охлажденных слоев воздуха вниз и скопление их под теплыми слоями воздуха, что ведет к снижению рассеивания загрязняющих веществ и увеличению их концентраций в приземной части атмосферы.

НМУ – неблагоприятные метеорологические условия, это различные метеорологические условия или их сочетания, под влиянием которых происходит накоплении примесей в местах их выбросов.

Установленные в России ПДК для кратковременных и длительных воздействий для большинства загрязняющих веществ за исключением бензола строже стандартов качества воздуха, рекомендованных ВОЗ и установленных директивами стран ЕС.

Системе экологических стандартов присвоен общий номер «17», состоящей из нескольких групп в соответствии с охраняемыми объектами. Например, 17.1. – «Охрана природы. Гидросфера», 17.2. – «Охрана природы. Атмосфера». Этими стандартами регулируют различные стороны деятельности предприятия по защите воздушных и водных ресурсов.

Система экологических стандартов является составной частью природоохранного законодательства. Несоблюдение стандартов влечет за собой юридическую ответственность.

ПДК является нормой для каждого конкретного государства и действует на территории всей страны.

На основе ПДК разрабатываются стандарты воздействия: ПДВ (предельно-допустимый выброс, г/с) и ПДС (предельно-допустимый сброс, г/ч). ПДВ (предельно-допустимый выброс) – количество загрязняющего вещества, максимально возможное к выбросу в атмосферу в установленном режиме при хранении, использовании, сжигании определенного количества вещества с целью обеспечения качества воздуха в контрольном пункте. ПДВ и ПДС относятся к группе производственно-хозяйственных нормативов. Стандарты воздействия базируется на показателях потока (количество выбросов в единицу времени) или показателях запаса (количество выбросов за определенно установленный период). Стандарты воздействия устанавливают уровень выброса или сброса после применения природоохранного оборудования.

Разработанные стандарты воздействия, например, ПДВ предприятия оформляют в виде Проекта нормативов ПДВ. После процедуры утверждения проекта руководителем организации и согласования с органами санэпиднадзора, гидрометеослужбой, комитетом по охране атмосферного воздуха, гостехнадзором и т.д., предприятие получает Разрешение на выбросы, ему устанавливается плата в пределах установленных лимитов, взимаются штрафы за превышение лимитов. Кроме того, на основе разработанных нормативов осуществляется государственный экологический контроль за загрязнением атмосферного воздуха, производственных контроль за работой газоочистительного оборудования, сведения о нормативах используются при составлении экологического паспорта предприятия.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ от промышленных предприятий (заводов, ТЭС, котельных и т.д.) определяется по наибольшей рассчитанной величине приземной концентрации вредных веществ С_м (мг/м³).

С_м – это наибольшая концентрация загрязняющих веществ в 2-х метровом слое над поверхностью земли при неблагоприятных метеорологических условиях, т.е. таких условий которые способствуют наибольшим концентрациям загрязняющих веществ (штиль, высокие или низкие температуры).

С_м устанавливается на некотором расстоянии (Х_м) от места выброса, соответствующей наиболее неблагоприятным метеорологическим условиям.

Величина С_м каждого вредного вещества не должна превышать величины ПДК данного вредного вещества, т.е. должно соблюдаться условие: С_м£ ПДК.

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких загрязняющих веществ их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле:

(1)

Расчет стандартов воздействия производят с учетом фоновой концентрации С_ф. С_фпо Реймерсу – это естественная концентрация природного вещества. Современное понятие С_ф– это концентрация конкретного вещества без учета воздействия конкретного производства.

При учете С_ф основное экологическое тождество принимает вид:

(2)

Отдельно учитываются вещества, обладающие эффектом суммации действия. Вещества, обладающие эффектом суммации действия – это такие вещества, совместное действие которых многократно превышает действие каждого в отдельности (например, SO₂ и NO₂) . Основное экологическое тождество для эффекта суммации:

(3)

С учетом фоновой концентрации:

(4)

ВСВ – временно согласованный выброс. Устанавливается предприятию, которое в силу технических и экологических причин не может выполнять основное экологическое тождество. ВСВ допускает превышение сверх нормы загрязнения окружающей среды в течение строго определённого срока, достаточного для проведения мероприятий по снижению выбросов. От того, выполняет ли предприятие установленный ему норматив ПДВ или ВСВ зависит размер и источник платы за загрязнение.

С целью защиты населения от влияния вредных производственных факторов (шум, пыль, вибрации, газообразные и другие вредные выбросы, содержащие промышленные яды) создается санитарно – защитная зона.

Санитарно – защитная зона (СЗЗ) – это зона разрыва между источниками загрязнения и ближайшими жилыми или общественными зданиями.

Ширина СЗЗ устанавливается с таким расчетом, чтобы выбросы, достигая районов жилой застройки, не превышали установленных ПДК.

Санитарно – защитная зона определяет условия охраны при ведении технологического процесса, в ней нельзя размещать спортивные сооружения, парки отдыха, образовательные и детские учреждения, лечебно-профилактические и оздоровительные учреждений общего пользования, а следует проектировать технологические площадки, склады, питомники растений для озеленения промплощадки и т.д.

Существует нормативная СЗЗ и расчетная СЗЗ.

СанПиН 2.2.1/2.1.1. 1200-03 устанавливает понятие нормативной СЗЗ, ширина которой определяется санитарной классификацией предприятий и устанавливается от источника (группы источников) загрязнения атмосферного воздуха или от границ промплощадки:

- предприятия первого класса - 1000 м;

- предприятия второго класса - 500 м;

- предприятия третьего класса - 300 м;

- предприятия четвертого класса - 100 м;

- предприятия пятого класса - 50 м.

Размеры СЗЗ уточняются отдельно для различных направлений ветра в зависимости от результатов расчета загрязнений атмосферы и среднегодовой розы ветров района расположения предприятия
по формуле (ОНД-86, п. 8.18):

L = L₀ x (P / P₀ ) , м

где L - расчетный размер СЗЗ, м
L₀ - расчетный размер участка в данном направлении, где концентрация вредных веществ С_м = ПДК, м.

P - среднегодовая повторяемость направлений ветров, рассматриваемого румба, %

Р₀ - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров, %

Р₀ = 100 / 8 = 12,5 % (8-ми румбовая роза ветров)

В случае если расчетная величина приземных концентраций от выбросов предприятия по рассматриваемым веществам в пределах нормативного размера СЗЗ не превышает ПДК, то в соответствии с дополнениями к ОНД-86 учет розы ветров не требуется.

Пример расчета

Произвести расчет загрязнения атомосферы и определить нормативы ПДВ, платы за выбросы и санитарно-защитную зону для котельной по следующим данным:

Исходные данные

Таблица 1

Вид Топлива	Валовый выброс В [т/год]	Диаметр источника D, [м]	Скорость смеси w, [м/с]	Высота источника H, [м]	T_г температура смеси, [^оС]	T_в, Воздуха, [^оС]	V₁, Объем смеси [м³/с]
Дизельное топливо	193	0,45	0,58	35	214	18	0,09

Количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, может определяться расчетом в технологической части проекта или приниматься в соответствии с действующими для данного производства нормативами.

Расчет количества загрязняющих веществ производится на промысле по методике переводных коэффициентов или по теплотехническим расчетам. Для расчета количества загрязняющих веществ в выбросах котельной при сжигании дизельного топлива используем переводные коэффициенты (табл.2).

Таблица 2

Компонент выброса	Значения переводного коэффициента
Твердые (С)	0,0025
Сернистый ангидрид (SO₂)	0,005
Оксид углерода (CO)	0,0125
Диоксид азота (NO₂)	0,045

Вид топлива	Валовый выброс В [т/год]	Диаметр источника D, [м]	Скорость смеси w, [м/с]	Высота источника H, [м]	T_г температура смеси, [^оС]	T_в, Воздуха, [^оС]	V₁, Объем смеси [м³/с]
Дизельное топливо	193	0,45	0,58	35	214	18	0,09

Расчет фактического количества выбросов загрязняющих веществ:

1.1. Расчет выбросов твердых веществ:

1.2. Расчет выбросов SO₂:

1.3. Расчет выбросов CO:

1.4. Расчет выбросов NO₂:

2. Определение максимальной приземной концентрации:

Величина С_м для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем определяется по формуле:

[мг/м³],

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации

атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для Севера, Северо-запада, Среднего Поволжья, Урала, Украины - 160;

М – количество загрязняющего вещества (ЗВ), выбрасываемого в

атмосферу, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания

вредных веществ в атмосфере. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей принимается равным 1, для пыли и золы, если средний эксплуатационный коэффициент очистки равен 90% и более F = 2, при 75-90% F = 2,5, менее 75% F = 3.

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

Т = , ⁰С – разность между температурой газовоздушной смеси (Т_г) и температурой окружающего воздуха (Т_в). За Т_в следует принимать максимальную среднюю температуру окружающего воздуха в 13 ч наиболее жаркого месяца года. Для котельных, работающих по отопительному графику за Т _впринимают температуру наружного воздуха за самый холодный месяц года.

Д – диаметр источника выброса, м;

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с;

w - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с;

m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса;

Коэффициент m определяется в зависимости от параметра f, который является функцией параметров выброса:

ƒ (6)

Выбросы, для которых значения ƒ ‹ 100 относятся к нагретым, тогда (7)

ƒ ;

;

Значение безразмерного коэффициента n определяется в зависимости от параметра n_м, связанного с опасной скоростью ветра по формулам:

При ν_м < 0,5 n = 4,4 ν_м; (8)

При 0,5 £ ν_м < 2, (9)

При ν_м ³ 2, n = 1;

ν_м для нагретых выбросов определяется по формуле:

(10)

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км =1.