Нормирование загрязняющих веществ в атмосфере

Для предотвращения (снижения) отрицательных последствий воздействия загрязняющих веществ на атмосферу, литосферу и гидросферу необходимо знать их предельные уровни, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность. Информация, характеризующая состояние природной среды, оценивается с помощью специально разработанных критериев или нормативов. Основной величиной экологического нормирования качества природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в биосфере. В общем случае ПДК – это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК должны устанавливаться на основе различных токсикометрических оценок, с раздельным нормированием уровней загрязнения, например, воздуха, в рабочих зонах и в населенных пунктах. На рис. 2.4.1 приведена классификация ПДК.

Фактическое загрязнение атмосферы воздуха городов и населенных пунктов оценивается по 5-бальной шкале:

1 – допустимое загрязнение; 2 – умеренное; 3 – слабое; 4 – сильное; 5 – очень сильное.

Загрязнение 1 степени является безопасным для здоровья населения. При загрязнении 2-5 степеней вероятность возникновения неблагоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загрязнения. В нормативах Минздрава России приводятся сведения о классе опасностей вещества совместно с ПДК.

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установленных ПДК, которые приведены в гигиенических нормативах. В соответствии с Постановлением правительства РФ от 2 марта 2000 г. № 182 гигиенические нормативы устанавливаются и пересматриваются Министерством здравоохранения РФ. ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений здоровья человека, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или неблагоприятных последствий у его потомства.

		Предельно допустимая концентрация (ПДК)

Рис.2.5.1. Классификация предельно допустимых концентрация

(По Калыгину В.Г., 2000 г.)

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ с концентрациями С , С ,…, С , обладающих однонаправленным действием, должно выполняться условие:

+ + … + 1. (2.1)

Если в воздухе содержатся вредные вещества, не обладающие однонаправленным действием, концентрация каждого из них не должна превышать ПДК. К вредным веществам однонаправленного действия следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека. ПДК вредных веществ устанавливают в зависимости от степени воздействия на организм человека.

В целях ограничения загрязнения атмосферного воздуха для предприятий устанавливается ПДВ (предельно допустимый выброс) -максимальный выброс загрязняющих веществ для конкретного источника, устанавливаемый из условия, что выбросы от данного источника и всей совокупности источников выбросов данной территории (города, др.населенного пункта) с учетом их рассеивания и превращения в атмосфере , а также перспектив развития региона, не создадут в приземном слое атмосферы концентраций загрязнений, превышающих нормативы ПДК_МР. Если по каким-либо причинам на некотором этапе невозможно выполнить норматив ПДВ, то по согласованию с Комитетом по природным ресурсам и охране ОС может быть установлен ВДВ - временно согласованный выброс. Норматив ПДВ пересматривается не реже, чем раз в 5 лет.

Загрязнение окружающей среды при рассеивании выбросов предприятий через высокие трубызависит от многих факторов: высоты трубы, скорости выбрасываемого газового потока, расстояния от источника выброса, наличия нескольких близко расположенных источников выбросов, метеорологических условий и др.

Высота выброса и скорость газового потока.С увеличением высоты трубы и скорости выбрасываемого газового потока эффективность рассеивания загрязнений увеличивается, т.е. рассевание выбросов происходит в большем объеме атмосферного воздуха, над большей площадью поверхности земли.

Границы террито- Зона рассеивания Границы зоны

рии предприятия примесей (санитарно- жилой застройки

защитная зона)

Рис.2.5.2. Схема нормирования примесей вредных веществ по зонам жизнедеятельности человека. (По Порядину А.Ф., Хованскому А.Д., 1996 г.).

Если в атмосферном воздухе одновременно содержится несколько вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, то должно выполняться условие (2.1). Выбросы в атмосферу воздуха, содержащего вредные вещества, предусматривают и обосновывают в расчетах так, чтобы их концентрации в приземном слое не превышали предельно допустимых. Содержание пыли в воздухе (мг/м ), выбрасываемом в атмосферу системами вентиляции, объем которого более 15 тыс. м /ч, не должно превышать С -100К, при объеме L выбрасываемого воздуха 15 тыс. м /ч и менее С -(160-4L)К.

Коэффициент К принимается в зависимости от ПДК пыли в воздухе:

ПДК,мг/м	2 и менее	от 2 до 4	от 4 до 6	6 и более
К	0,3	0,6	0,8

Выбросы воздуха, удаляемого системами местных отсосов, с концентрациями пыли, не превышающими С и С , допускается (при обосновании) закладывать в проект, не предусматривая средств для очистки. Предельно допустимый выброс пыли или других вредных веществ в атмосферу устанавливают для каждого источника. При этом должно быть соблюдено условие, что выбросы вредных веществ от данного источника, а при наличии других источников – от их совокупности – не создадут приземную концентрацию С, превышающую предельно допустимую ПДК, то есть:

1. (3.2)

Если это условие по объективным причинам в настоящее время не может быть выполнено, вводят поэтапное снижение выбросов вредных веществ. Для максимального снижения выбросов вредных веществ должны быть использованы наиболее совершенная технология и методы очистки. Рассеивание вредных выбросов в атмосфере при увеличении высоты их выброса может быть применено только после реализации всех современных технических средств, снижающих абсолютное количество выбросов и сокращающих концентрацию вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы учитывают фоновые концентрации вредных веществ в воздухе С , определяемые расчетом и экспериментально. Под фоновой концентрацией для отдельного источника загрязнения атмосферы понимают ее загрязнение, связанное с другими источниками, исключая рассматриваемый. В этом случае в соотношении (3.2) вместо С принимают С+С .

При неблагоприятных метеорологических условиях в кратковременные периоды загрязнения атмосферы, опасного для здоровья населения, необходимо снизить выбросы вредных веществ, вплоть до полного прекращения работ, вызывающих загрязнение. Работу по установлению ПДВ проводит головная организация, которая рассматривает планы мероприятий, направленных на снижение загрязнения атмосферы, делает окончательные расчеты загрязнения атмосферы от всех объектов, устанавливает предельные выбросы вредного вещества для каждого предприятия и разрабатывает комплексный план мероприятий снижения загрязнения атмосферы. Эффективность поэтапного уменьшения выбросов вредных веществ оценивают по степени фактического снижения загрязнения атмосферы, определяемого в соответствии с нормативными документами.

Скорость ветра.Ветер – турбулентное движение воздуха над поверхностью земли. Направление и скорость ветра не остаются постоянными, скорость ветра возрастает при увеличении перепада атмосферного давления. Наибольшее загрязнение атмосферы возможно при слабых ветрах 0-5 м/с при рассеивании выбросов на малых высотах в приземном слое атмосферы. При выбросах из высоких источников наименьшее рассеивание загрязнений имеет место при скоростях ветра 1-7 м/с ( в зависимости от скорости выхода струи газа из устья трубы).

Температурная стратификация. Способность поверхности земли поглощать или излучать тепло влияет на вертикальное распределение температуры в атмосфере. В обычных условиях при подъеме вверх на 1 км температура уменьшается на »6,5⁰ : градиент температуры равен 6,5⁰/км. В реальных условиях могут наблюдаться отклонения от равномерного уменьшения температуры с высотой – температурная инверсия. Различают приземные и приподнятые инверсии. Приземные характеризуются появлением более теплого слоя воздуха непосредственно у поверхности земли, приподнятые – появлением более теплого слоя воздуха(инверсионного слоя) на некоторой высоте. В инверсионных условиях ухудшается рассеивание загрязнений, они концентрируются в приземном слое атмосферы. При выбросе загрязненного газового потока из высокого источника наибольшее загрязнение воздуха возможно при приподнятой инверсии, нижняя граница которой находится над источником выброса и наиболее опасной скорости ветра 1 – 7 м/с. Для низких источников выбросов наиболее неблагоприятным является сочетание приземной инверсии со слабым ветром.

Рельеф местности. Даже при наличии сравнительно небольших возвышенностей существенно изменяется микроклимат в отдельных районах и характер рассеивания загрязнений. Так в пониженных местах образуются застойные, плохо проветриваемые зоны с повышенной концентрацией загрязнений. Если на пути загрязненного потока находятся здания, то над зданием скорость воздушного потока увеличивается, сразу за зданием – снижается, постепенно увеличиваясь по мере удаления, и на некотором расстоянии от здания скорость потока воздуха принимает первоначальное значение. Аэродинамическая тень – плохо проветриваемая зона, образующаяся при обтекании здания потоком воздуха. В зависимости от типа зданий и характера застройки образуются различные зоны с замкнутой циркуляцией воздуха, что может оказывать существенное влияние на распределение загрязнений.

Для того, чтобы регламентировать выбросы, следует сначала определить максимально возможную концентрацию вредных веществ (См) и расстояние (Хм) от источника выбросов, где эта концентрация возникает.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м, мг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х, м, от источника и определяется по формуле

,

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

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

DТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смесью Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, ⁰С;

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле

,

где D – диаметр устья источника выброса, м;

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

Для холодных выбросов при расчете с_м вместо формулы используется формула

,

где ,

причем n определяется по формулам при .

Расстояние х_м, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация с, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м, определяется по формуле

х_м=(5-F)/4^.dH,

Расчет предельно допустимых выбросов проводят по следующим формулам:
а) для нагретых выбросов:

при условии, что концентрация вредного вещества в устье трубы не превышает величины:

б) для холодных выбросов:

при условии, что

Высота одиночного источника выброса (Н), при которой соблюдается условие См.т. = ПДК определяется по формуле:

В тех случаях, когда концентрация вредного вещества в расчетной точке превышает предельно допустимую для данного вещества, а снижение выбросов до требуемых (расчетных) значений не может быть обеспечено по объективным причинам, вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ до ПДВ. На каждом этапе устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ), которые определяются отраслевыми министерствами по согласованию с органами здравоохранения.