Нормирование содержания вредных веществ в атмосфере. Понятие об эффекте суммации


Основным критерием качества атмосферного воздуха является предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК). В 1971 году впервые был утвержден перечень ПДК для 120 веществ в воздухе населенных мест, позднее неоднократно дополнявшийся. С позиции экологии ПДК конкретного вещества представляет собой верхние пределы лимитирующих факторов среды, при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

Критерием оценки влияния выбросов предприятий на атмосферный воздух является сравнение фактических концентраций (Сфакт, мг/м3), с предельно допустимыми ПДК.

Для атмосферного воздуха установлены следующие значения ПДК:

  • максимально разовая (ПДКм.р.)такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не вызывает рефлекторных реакций в организме человека (активность головного мозга, ощущение запаха, световая чувствительность глаз и т.д.);
  • среднесуточная (ПДКс.с.)такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не оказывает прямого или косвенного вредного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания;
  • в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.)это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

Под рабочей зонойпонимается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадка, на которой находится место постоянного или временного пребывания работающего.

Величина ПДК зависит от влияния вещества на здоровье людей и окружающую природную среду. Все выбрасываемые вещества по токсичности разделены на четыре класса опасности:

I класс    – чрезвычайно опасные вещества ПДКр.з.< 0,1 мг/м3

II класс  – высокоопасные вещества ПДКр.з. = 0,1 – 1,0 мг/м3

III класс – умеренноопасные вещества ПДКр.з. = 1,0 – 10,0 мг/м3

IV класс – малоопасные вещества ПДКр.з.> 10,0 мг/м3

Понятие об эффекте суммации

Действующие нормы в странах СНГ учитывают возможность воздействия на организм не одного какого-либо вещества, а нескольких одновременно. В этом случае говорят об эффекте суммации вредного действия.

Если в воздухе присутствует несколько веществ, обладающих эффектом суммации, то количество воздуха будет соответствовать установленным нормативам при условии:

,

где С1, С2, …, Сn – фактические концентрации веществ, обладающих эффектом суммации, мг/м3;

                   ПДК1, ПДК2, …,ПДКn – ПДК веществ данной совокупности.

Указанное выражение означает, что в воздухе населенного пункта сумма отношений концентраций к ПДК веществ, обладающих эффектом суммации, не должна превышать 1.

В соответствии с раздельным нормированием уровней загрязнения воздуха в рабочих зонах и атмосферного воздуха в населенных пунктах устанавливаются самостоятельные требования к уровню загрязнения в пределах промышленных площадок и в районах жилой застройки.

Выбросы в атмосферу должны лимитироваться таким образом, чтобы с учетом рассеивания примесей концентрации вредных веществ не превышали:

  1. в воздухе производственных помещений - ПДКр.з.;
  2. в воздухе на территории предприятия 30% ПДКр.з.;
  3. в воздухе населенных пунктов - ПДКм.р.;
  4. в воздухе населенных пунктов с населением более 200 тыс. человек и в курортных зонах – 80% ПДКм.р..

При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других, ранее построенных предприятий, нормирование выбросов строящегося предприятия ограничивают с учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривают в качестве фоновой концентрации (Сф, мг/м3).

Если имеется несколько источников выбросов вредных веществ, то требования к качеству воздуха, определяются следующим образом:

1. на территории предприятия:

;

2. для воздуха населенного пункта:

;

где   Ci – концентрация вредного вещества, выбрасываемого от i-го источника;

Cmi – наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника;

n – число источников поступления в воздушный бассейн данного вредного вещества.

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается предельно допустимый выброс вредных веществ (ПДВ г/с).

ПДВ – это научно-технический норматив, предусматривающий, что концентрация загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупность не превышает нормативную концентрацию этих веществ, ухудшающих качество воздуха.

ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы и сравнивают с массовым (фактическим) выбросом – М, г/с.

Установление ПДВ производится с применением методов расчета загрязнений атмосферы, представленных ниже.

 

 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБЪЕМА ГАЗОВОЗДУШНЫХ
 ВЫБРОСОВ И КОЛИЧЕСТВА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ,
ПОСТУПАЮЩИХ В АТМОСФЕРУ

 

            На стадии проектирования предприятий и при проведении реконструкции действующих заводов предусматриваются соответствующие природоохранные мероприятия. Для этого необходима информация об объеме газовоздушных выбросов и их качественном составе, для чего используют расчетные или балансовые методы определения характеристик выбросов.

            При прогнозировании выбросов в качестве исходных данных используются показатели основного производства: мощность предприятия по количеству перерабатываемого сырья или выпускаемой продукции, тип и производительность основного технологического оборудования, являющихся источниками выбросов, вид используемого сырья или топлива, энергоемкость производства и др.

            Прогнозирование вредных выбросов в атмосферу осуществляют по характеристике производства и укрупненным удельным показателям выбросов.


РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО МАССОВОГО ВЫБРОСА

ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ  ПОСТУПАЮЩИХ В АТМОСФЕРУ

 

1. для удельных показателей, отнесенных к единице оборудования,

                                                           M=q`×n,                                                                     (1)

где M - массовый выброс вредного вещества, г/с;

q` - укрупненный удельный показатель выброса вредного вещества, отнесенный к единице оборудования, г/(с×ед. оборуд.);

n - количество единиц оборудования.

2. для удельных показателей, отнесенных к единице выпускаемой продукции, сырья или топлива,

                                                           M=q×Q,                                                                     (2)

где q - укрупненный удельный показатель выбросов вредного вещества, т/т или т/1000 м3;

Q - затраты данного типа сырья или топлива на единицу времени, т/смену или т/час.

3. по концентрации вредного вещества в выбросе, определенной экспериментально,

                                                           ,                                                               (3)

            где С – концентрация вредного вещества в выбросе, г/м3,

V1 – объем выходящей в атмосферу газовоздушной смеси, м3/с.

 

 ПРАВИЛА УСТАНОВЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ (ПДВ)

ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОЖИДАЕМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

Предельно допустимый выброс (ПДВ, г/с) является научно-техническим нормативом, устанавливаемым для каждого конкретного источника загрязнения при условии, что выбросы вредных веществ от него и всей совокупности других источников с учетом их рассеивания и превращения в атмосфере не создадут приземных концентраций, превышающих нормативы качества воздуха.

Нормативы устанавливают для каждого источника и предприятия в целом (в т/год). При расчете ПДВ необходимо учитывать фоновые концентрации, значения которых выдаются предприятию территориальными организациями гидрометеорологии. Значения фоновых концентраций (Сф, мг/м3) для городов с населением не более 250 тыс. человек могут быть приняты равными:

SO2 – 0,1; NOx – 0,03; CO – 1,5; пыль – 0,2.

Если предприятие является единственным источником выброса вредного вещества в городе (населенном пункте), то значение фоновой концентрации принимается равным нулю.

Расчет нормативов  выбросов ПДВ проводится по формулам отдельно для холодных и нагретых выбросов по параметру f (м/с2 град)

                                                                                                        (4)

 

где    w0 - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с;

Д - диаметр устья источника, м;

Н - высота источника над уровнем земли, м;

DТ - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха, Тв, °С.

Выбросы, для которых f>100, относятся к холодным, выбросы, для которых f<100, относятся к нагретым.

Расчет ПДВ (г/с) для источника нагретых выбросов производят по формуле:         

                                                                            (5)

Расчет ПДВ (г/с) для источника холодных выбросов производят по формуле:

                                                                         (6)

где ПДКм.р. - максимально разовая предельно допустимая концентрация вредного вещества, мг/м3;

Сфон - фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3;

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

для территории Казахстана, Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии, Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии А=200;

для Севера и Северо-Запада европейской территории России, Среднего Поволжья, Урала и Украины А=160;

для центральной части европейской территории России А=120;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Величины F принимаются:

F=1 для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей;

F=2-2,5 для более крупнодисперсной пыли и золы;

F=3 при отсутствии очистки и большом выбросе пыли;

h - коэффициент, учитывающий рельеф местности:

h=1 для равнины;

h=1,1 для холмистой местности;

h=1,2 для гористой местности;

m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

                                                                                                  (7)

 

Безразмерный коэффициент n определяется в зависимости от параметра Vм (м/с):

                                                                                                      (8)

                                                                                                                (9)

n=3 при Vм £ 0,3;

при 0,3 <Vм£ 2;

n=1 при Vм > 2.

V1 - объем выходящей в атмосферу газовоздушной смеси, м3/с.

                                                                                                                     (10)

Если источник выброса имеет прямоугольное сечение, то расчеты ПДВ для нагретых и холодных выбросов производят по тем же формулам с учетом замены Д на Дэ и V1 на V.

Эффективный диаметр устья Дэ определяют по формуле:

                                                                                                                        (11)

где L - длина устья, м;

b - ширина устья, м.

Для источников выбросов с квадратным устьем L=b.

            Эффективный объем выходящей в атмосферу газовоздушной смеси в этом случае определяют по формуле:

                                                                                                                  (12)

Величину максимальной приземной концентрации вредных веществ Смакс (мг/м3) при выбросе нагретой газовоздушной смеси (f<100) из единичного источника рассчитывают по формуле:

                                                                                                    (13)

где М - фактическое количество вредного вещества, выбрасываемого из трубы в атмосферу в единицу времени, г/с.

Величину наибольшей концентрации вредных веществ холодной газовоздушной смеси (f>100) определяют по формуле:

                                                                                             (14)

Максимальная приземная концентрация вредных веществ Смакс при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на оси факела выброса на расстоянии Хмакс (м) от источника выброса:

                                                           Хмакс = d×H,                                                              (15)

где d - безразмерный коэффициент, значения которого определяют по уравнениям Vм .

При     Vм£ 2 коэффициент d=11, 4;

            Vм> 2 коэффициент d=16, 1.

            Если в рассчитываемой зоне сказывается влияние других источников выбрасывающих аналогичные вещества, то в этом случае оценку влияния выброса производят по формуле:

                                                Сфакт = Смаксфон £ ПДК м.р.                                           (16)

 

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УЩЕРБ, НАНОСИМЫЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ

 

Воздействие загрязнений на природу, человека, здания и сооружения, сельскохозяйственные угодья и т.п. оценивают величиной экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды.

Для предупреждения воздействия загрязнений на атмосферу требуются большие затраты на устройство систем очистки воздуха, на создание санитарно-защитных зон, на удаление источников загрязнения за пределы города и т.п.

Экономическая оценка ущерба Уа (тенге/год), причиняемого годовыми выбросами загрязнений в атмосферу, для всякого источника определяется по формуле:

                                               Уа = gа ·dа ·fа ·P,                                                       (17)

где gа- константа, численное значение которой принимается по ставкам платежей, утверждаемых акимами областей по регионам.

Таблица 1

Ставки платы за загрязнение атмосферы

по Восточно-Казахстанской области на 2004-2005 г.

Показатели ставок платы

Ставки платы, gа

За выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от
стационарных источников

185 тенге/ усл.тонна

За выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от
теплоисточников (теплоэлектростанции, котельные), обслуживающие население

150 тенге/ усл.тонна

            dапоказатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над различными территориями (для территории промышленных предприятий dа = 4);

Таблица 2

Тип загрязняемой территории

dа

Курорты, санатории, заповедники, заказники

10

Пригородные зоны отдыха, садовые и дачные кооперативы и товарищества

8

Населенные места с плотностью населения  n чел/га*

(0,1 га/чел.) n

Территории промышленных предприятий (включая защитные зоны) и промышленных узлов

4

Леса

1-я группа

0,2

2-я группа

0,1

3-я группа

0,025

Пашни **

южные зоны (южнее 50°с.ш.)

0,25

прочие районы

0,1

Сады, виноградники**

0,5

Пастбища, сенокосы**

0,05

fа – поправка, учитывающая характер рассеивания примеси в атмосфере;

P – приведенная масса годового выброса загрязнений из источника, усл.т/год.

 

Поправку fа определяют в зависимости от скорости оседания частиц:

1. для газообразных примесей и легких мелкодисперсных частиц с очень малой скоростью оседания (менее 1 см/с) принимают:

                                                                                                  (18)

где Н – геометрическая высота устья источника, м;

U – среднегодовое значение модуля скорости ветра, м/с;

j- безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере, вычисляемая по формуле:                                                                        ;                                                (19)

гдеТ– среднегодовое значение разности температур в устье источника (трубы) и в окружающей атмосфере;

2. для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 см/с (сажа, копоть) поправку определяют по формуле:                                                                                   (20)

3. для частиц, оседающих со скоростью свыше 20 см/с: fа = 10.

Значение приведенной массы P годового выброса загрязнений в атмосферу из источника определяют по формуле:                                                                                           (21)

где Ai – показатель относительной опасности (агрессивности) примеси, усл.т/т;

Mi – масса годового выброса примеси в атмосферу, т/г;

n – общее число примесей, выбрасываемых источником в атмосферу.

                                                                                                                        (22)

где ПДКс.с. – предельно допустимая концентрация вредного вещества среднесуточная, мг/м3.

При оценке ущерба от выбросов необходимо учитывать все выбрасываемые в атмосферу вещества, включая микропримеси.