3.2. Нормирование предельно допустимых выбросов в атмосферу стационарными источниками загрязнения

В России свыше 100 городов имеют неблагоприятную экологическую обстановку. 75 % жителей больших городов живет в условиях сильного загрязнения атмосферного воздуха, а 20 млн чел – на территориях с максимальными годовыми концентрациями выше 10 ПДК. И только около 15 % населения проживает в более или менее благоприятных в экологическом отношении в условиях. К числу городов особенно с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха относится 22 города с общей численностью населения 13 млн чел (табл. 3.1, 3.2). К таким можно отнести города Ростов-на-Дону, Селенгинск, Улан-Удэ, Хабаровск, Южно-Сахалинск с такими же загрязняющими веществами.

Таблица 3.1. Города с наибольшим загрязнением воздуха

Таблица 3.2. Список городов России с различными категориями загрязнения почв металлами

Сибирский район является самым неблагоприятным для проживания людей, здесь самая высокая смертность населения – 15 человек на 1000 жителей. В зонах наибольшего загрязнения атмосферы около крупных городов (промышленных центров) происходит увеличение частоты заболеваний органов дыхания, чувствительности к различным аллергическим заболеваниям выше в 1,5–3,0 раза.

Оценка загрязнения атмосферы основывается на интегральном учете загрязнения воздушного бассейна исследуемой территории, характеризуемого системой прямых, косвенных и индикаторных критериев.

Прямые критерии включают группы геогидрохимических, геодинамических, медико-санитарных и ресурсных критериев. Геогидрохимическая группа критериев позволяет оценивать химическое, механическое, радионуклидное загрязнение геосфер, а медико-санитарно-бактериологическое – геогидродинамическая группа критериев, которая связана с оценкой площади геосфер, пораженных природными и антропогенными геологическими процессами, ресурсная – с оценкой ресурсов, необходимых для нормального существования биоты, включая человеческую популяцию.

Косвенные критерии оценки позволяют оценить современное состояние геосфер опосредованно, через критерии оценки смежных сред, с которыми они тесно взаимодействуют (атмосфера и почва, атмосфера и растительность, атмосфера и зоофауна и т.д.). Индикаторные (индикационные) критерии оценки, как правило, дают общую картину состояния той или иной геосферы (компонента природной среды).

Прямые критерии оценки. Основными прямыми критериями состояния загрязнения воздушного бассейна являются величины предельно допустимых концентраций (ПДК), утвержденные Минздравом, отрицательно влияющих на здоровье человека (табл. 3.3).

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха применяют максимально разовые концентрации (ПДК_м.р), учитывающие краткосрочные эффекты (до 30 минут), а также среднесуточные (ПДК_сс) и среднегодовые концентрации (ПДК_сг).

Таблица 3.3. Классификация вредных веществ по степени токсичности и опасности

* Первые четыре показателя характеризуют степень токсичности, а три последние – степень опасности вещества

Концентрация загрязняющих веществ от отдельных локальных источников в результате процессов рассеивания и выпадения примесей значительно уменьшается с увеличением расстояния от источника загрязнения. Максимальные концентрации их отмечаются на расстоянии, которое соответствует 10–50 м – высот дымоотводящей трубы. Поэтому опасные для здоровья человека концентрации от таких источников наблюдаются, как правило, на объектах, находящихся на близком расстоянии от них. В целом площадь поражения растительности от выбросов загрязняющих веществ, которые часто используются как естественные индикаторы на загрязнение окружающей среды, может достигать 100–1000 км². У некоторых организмов (например, мхов), чувствительность к загрязнению атмосферы в несколько раз выше, чем у человека.

В крупных промышленных агломерациях (объединениях) происходит наложение загрязнения отдельно взятых источников, где общая площадь негативного воздействия может быть близкой к площади самой агломерации или даже превышать её. Кратность превышения вычисляют делением показателя С₉₅ на максимально разовое загрязнение ПДК_мр:

где С₉₅ – это значение концентрации, измеренное с уровнем достоверности до 95 %.

Значения K_I, отсутствующие в справочнике, определяются по следующим формулам:

для i-го вещества 1 класса опасности K_1-3 = K_i –K_i 3 ^{2,89lq Ki};

i-го вещества 2 класса опасности K_2-3 = K_i (3/2) ^{1,55lq K}_I;

i-го вещества 4 класса опасности K_4-3 = K_i(3/4)^{1,05 lq K}_I .

Полученное расчетное значение комплексного показателя позволяет оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от числа загрязнителей.

Если в атмосферном воздухе присутствуют вещества, обладающие суммарным (суммационным) эффектом биологического действия, то они определяются следующим образом:

Загрязнение атмосферного воздуха для суммы ингредиентов оценивают по приведенной концентрации. Сумму таких веществ рекомендуют приводить к веществу, обладающему более неблагоприятным классом опасности. Степень загрязнения оценивают по среднесуточным анализам, полученным путем непрерывной (в течение 24 ч) или прерывистой (как минимум 4 раза в сутки через равные интервалы) аспирации.

Для каждой среднесуточной концентрации рассчитывают кратность превышения показателя концентрации. Определенную по этому показателю степень загрязнения за анализируемый период (год) оценивают в соответствии с нормативными критериями. Если отмечают суммарный эффект загрязняющих веществ, то рассчитывают приведенную среднесуточную концентрацию (С_сс) по вышеприведенной формуле.

В настоящее время установлены следующие сочетания вредных веществ, имеющих суммационное действие:

– диоксид азота + диоксид серы;

– диоксид серы + аэрозоль серной кислоты;

– диоксид серы + сероводород;

– диоксид серы + оксид серы + аммиак + оксид азота;

– диоксид серы + диоксид азота + фенол + оксид углерода, и ряд других соединений.

Для веществ, которым установлены только среднесуточные ПДК_СС максимально разовые ПДК_МР определяются по следующему приближенному соотношению: ПДК_МР = 10 ПДС_СС. Для оценки загрязнения воздуха на территориях зон санитарной охраны (курорты, места массового отдыха населения, заповедники, национальные парки) используется значение 0,8 ПДК атмосферных загрязнений. Допустимое загрязнение атмосферного воздуха С_ДОП устанавливается местными органами Госкомэкологии или определяется на основании расчетов рассеивания по формуле:

С_ДОП = ПДК_МР – С_ФП,

где ПДК_МР – максимально разовая концентрация вещества в жилой зоне; С_ФП – фон на перспективу без учета выбросов.

Если сумма долей обнаруженных концентраций, отнесенных к их ПДК, не превышает 1, то степень загрязненности атмосферного воздуха с учетом суммации биологического действия не превышает гигиенических нормативов. Перечень смесей атмосферных загрязнений, для которых должна учитываться суммация биологического действия при совместном присутствии используется для гигиенической оценки степени загрязнения атмосферного воздуха на стадии предупредительного и текущего санитарного надзора.

Рис. 3.3. Общий вид выбрасываемого дыма из труб тепловой

электростанции

В качестве среднесуточной концентрации применяется среднеарифметическое значение концентраций, измеренных в течение суток или полученных при непрерывном отборе пробы в течение суток. Под среднемесячной концентрацией понимают среднеарифметическое из среднесуточных концентраций за определенный месяц. Под среднегодовой концентрацией понимают среднеарифметическое 365 суточных или 12 месячных усредненных концентраций.

Фактическое загрязнение атмосферного воздуха городов, населенных пунктов оценивается по пятибальной шкале:

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

Загрязнение первой степени является безопасным для здоровья человека. При 2–5 степенях вероятность возникновения неблагоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загрязнения. Загрязнение атмосферы при одновременном присутствии различных загрязнителей можно оценить по комплексному показателю Р, учитывающему характер комбинированного воздействия различных веществ, их класс опасности определяется по выражению

, где

Величина K_I представляет собой среднегодовое загрязнение конкретным I–м веществом, выраженное в долях среднесуточной ПДК (ПДС_СС), приведенное к биологическому эквиваленту 3-го класса опасности. Для получения значения Р в начале определяют, во сколько раз концентрация I-го вещества превышает его ПДК_СС. Приведение K_I к 3-му классу опасности осуществляется по справочным данными (табл. 3.4).

Таблица 3.4. Приведение некоторых вредных веществ к третьему классу опасности

Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитывают по ГОСТ 17.2.3.01.-86 или используют данные «Ежегодников о состоянии загрязнения воздуха городов и промышленных центров» за несколько лет (но не менее 2 лет).

Степень загрязнения определяют с учетом кратности превышения среднегодового ПДК веществ, класса их опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня и коэффициента их комбинированного действия. Среднегодовое значение ПДК_сг выражают через среднесуточное значение ПДК_сс по отношению:

ПДК_сг = d · ПДК_сс,

где d – поправочный коэффициент для различных веществ, имеющий следующие значения:

 аммиак, оксид азота диоксид азота, бензол, бенз(а)пирен, диоксид серы, сероуглерод, фенол, формальдегид, хлорпрен – 1,0;

 трихлорэтилен – 0,4;

 амины, анилин, взвешенные вещества (пыль), оксид углерода;

 хлор – 0,34; сажа, серная кислота, фосфорный ангидрид, фториды (твердые) – 0,30; аустальгид, ацетон, диэтилаланин, толуол, фтористый и хлористый водород – 0,20; акролеин – 0,10.

Другим важным критерием оценки суммарного загрязнения атмосферного воздуха (различными веществами по среднегодовым концентрациям) является комплексный показатель Р.

Р = Sgrt_t ∙ [Sum ( K_j – 2_jj)],

где Sgrt_t ∙ [Sum(K_j–2_jj)] – квадратный корень суммы квадратов, нормированных по ПДК концентраций, приведенных к концентрациям веществ III класса опасности;

j – номер вещества.

Атмосферный воздух является начальным звеном в цепочке загрязнений природной среды и объектов. В отдельных случаях почва и поверхностные воды могут быть источниками вторичного загрязнения, атмосферы или, наоборот, показателем её загрязнения.

Это обстоятельство определяет необходимость наряду с оценкой непосредственного загрязнения воздушного бассейна учитывать возможные последствия влияния загрязненной атмосферы на сопредельные среды, что позволяет проводить интегральную (комплексную) оценку её состояния.

Загрязняющие вещества в воздушном бассейне по вероятности их неблагоприятного воздействия на здоровье человека (населения) делят на четыре класса опасности: первый – чрезвычайно опасные; второй – высокоопасные; третий – умеренно опасные; четвертый – малоопасные.

Наиболее общим и информативным показателем загрязнения воздуха считается комплексный индекс среднегодового загрязнения атмосферы (КИЗА) (табл. 3.5).

Таблица 3.5. Критерии оценки состояния загрязнения атмосферы (по КИЗА)

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, где человек находится ограниченное время, заметно выше ПДК вредного вещества в воздухе населенных мест (табл.3.6; 3.7).

Таблица 3.6. Предельно допустимая концентрация некоторых вредных веществ в воздухе, мг/м³

Таблица 3.7. Максимально разовые ПДК загрязнителей для человека, растений и биосферы

Научно обоснованные нормативы ПДК в приземном слое атмосферы должны обеспечиваться контролем для всех источников – стационарных и транспортных. Для них устанавливают нормативы предельно допустимых выбросов – ПДВ. Это максимальные выбросы в единицу времени для данного природопользователя по данному компоненту, которые создают в приземном слое атмосферы концентрацию этого вещества С_i, не превышающую ПДК, с учетом фонового (существующего загрязнения С_фi) и эффекта суммации. Условие их назначения записываются таким образом:

Спдв_i .

Концентрацию С_фi принимают по данным центра санитарно-эпидемиологического надзора (ЦСЭН), мг/м³; С_i – концентрация загрязняющего вещества, мг/м³; для производителя рассчитывают по определенным методикам, учитывая условия рассеивания и массу выбросов M_i в граммах. Такая максимальная масса, при которой выполняются условия по ПДК, и будет соответствовать ПДВ_i, (г).

Величина ПДВ, в зависимости от условий работы, пересчитывается из граммов в секунду на тонны в квартал (год). Расчет ПДВ проводится либо самим природопользователем, либо организацией, имеющей на это лицензию.

От каких факторов зависит норматив ПДВ для стационарных источников? Общее правило: чем больше площадь рассеивания вещества, тем больше и разрешенная масса выбросов.

Можно пояснить это на примерах выбросов через одиночные незатененные трубы высотой Н (м), расходом (м³/с) горячих газов (8.1) с избыточной температурой Т или холодных газов (8.2).

Формулы получены из условий:

где А – коэффициент температурной стратификации, определяющий условия вертикального перемещения слоев (240 – для субтропиков, 200 – Нижнего Поволжья, Северного Кавказа, Сибири и т.д., 160 – Севера и Северо-Запада, 140 – Центра РФ);

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц (для газов – 1, пыли при различных степенях очистки – от 2 до 30%);

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выбросов (при оценочных расчетах их произведение может быть принято равным 1);

S – коэффициент, характеризующий местность (для равнинной 1, пересеченной – 2);

D – диаметр трубы, м;

Q – теплопроводность топлива;

Следовательно, для примерной оценки рассеивания вредных веществ по территории можно рассчитать высоту трубы (Н). Чем выше труба, тем на большем расстоянии от неё рассеиваются вредные вещества как в приземном слое атмосферы, так и на почве (обычно используют для определения 10–50 высот трубы):

(8.3)

где М_С – выброс минимального загрязняющего вещества, г/с;

η – коэффициент, учитывающий влияния местности;

V_r – скорость выбрасываемых продуктов сгорания, м/с.