1.3.2. Научный подход к установлению пдк вредных веществ в атмосфере

Установление ПДК каждого вещества требует продолжительных экспериментальных исследований, тогда как новые химические соединения и их комбинации получают, синтезируют и внедряют в производство значительно быстрее. Для установления этого разрыва во времени используют расчетные методы определения ПДК, которые позволяют прогнозировать токсическое действие химических соединений, исходя из их физико-химических характеристик и результатов простейших токсикологических исследований. Для многих веществ, загрязняющих воздух, ориентировочные значения ПДК, рассчитанные с помощью регрессионного анализа, оказались весьма близки к нормативным, определенным экспериментально.

Для расчета ПДК вредных веществ в воздухе производственных помещений рекомендованы формулы, выведенные на основании регрессионного анализа с использованием показателей их токсичности и некоторых физико-химических констант этих веществ.

Как указано в п. 1.3.1., для атмосферного воздуха населенных мест существующий принцип нормирования предусматривает установление ПДК_мр. и ПДК_сс. Для первой из этих величин Кротов предложил уравнения простой линейной регрессии, позволяющие на основании знания порогов обонятельного ощущения, светочувствительности глаза и биоэлектрической активности коры головного мозга рассчитывать ориентировочные значения ПДК_мр. атмосферных загрязнений:

lg ПДК_мр = 0,96 lgX₁– 0,51,

lg ПДК_мр = 0,93 lgX₂– 0,45,

lg ПДК_мр = 0,971 lgX₃ – 0,23 ,

где X₁ – порог обоняния на наиболее чувствительных людей, мг/м³; X₂ – порог световой чувствительности глаза, мг/м³; X₃ – порог действия на биоэлектрическую активность коры головного мозга, мг/м³.

Данные, полученные при сопоставлении наиболее чувствительного из порогов, позволили вывести суммирующее уравнение

lg ПДК_мр = lgX₄– 0,21,

где X₄ – пороговые данные по наиболее чувствительному рефлекторному тесту, мг/м³.

Среднесуточная ПДК_сс атмосферных загрязнений предусматривает такие концентрации загрязняющих веществ, которые безвредны даже при их круглосуточном вдыхании с воздухом. Для расчета ПДК_сс малотоксичных веществ с выраженным рефлекторным действием можно использовать простое линейное уравнение, где в качестве переменной величины использован порог обонятельного ощущения X:

lg ПДК_сс = 0,86 lgX - 0,79.

Полученные по этой формуле величины ПДК_сс хорошо совпадают с узаконенными, установленными экспериментально.

Аналогичное исследование в отношении 75 токсикантов было выполнено Кротовым, который в результате математической обработки получил формулу

lg ПДК_сс = 0,62 lg ПДК_рз – 1,77.

Приведенные выше уравнения могут быть использованы для предварительной оценки токсичности химического загрязнения атмосферы.

1.3.3. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (онд-86)

Методика ОНД-86 была официально принята в 1987 г. и остается действующим инструментом, устанавливающим требования в части расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе при размещении и проектировании предприятий, нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий, а также при проектировании воздухозаборных сооружений.

Основные положения Методики ОНД-86 можно коротко сформулировать следующим образом.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, подлежит применению при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий.

Методика ОНД-86 предназначена для расчета приземных концентраций (в двухметровом слое над поверхностью земли), а также вертикального распределения концентраций вредных веществ.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе, опасной скорости ветра. Действие Методики ОНД-86 не распространяются на расчет концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источников выброса.

В зависимости от высоты Н устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из следующих четырех классов:

а) высокие источники (выше 50 м);

б) источники средней высоты (от 10 до 50 м высотой);

в) низкие источники (от 2 до 10 м высотой);

г) наземные источники (высотой до 2 м).

Для источников всех указанных классов в расчетных формулах длина (высота) выражена в метрах, время − в секундах, масса вредных веществ − в граммах, их концентрация в атмосферном воздухе − в миллиграммах на кубический метр, концентрация на выходе из источника - в граммах на кубический метр.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких (n) веществ, обладающих в соответствии с перечнем, утвержденным органами здравоохранения, суммацией вредного действия, для каждой группы указанных веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q или значения концентрации n вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводятся условно к значению концентрации с одного из них.

Безразмерная концентрация q определяется по формуле

(1)

где с₁ , с_2, …,с_n (мг/м ³) − расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности;

ПДК₁, ПДК₂,ПДК_n (мг/м³) - соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Приведенная концентрация с рассчитывается по формуле

(2)

где с₁ - концентрация вещества, к которому осуществляется приведение;

ПДК₁ − его ПДК; с₂ …….. с_n и ПДК₂…….ПДК_n − концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

Расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20−30-минутному интервалу осреднения.

Расчет концентраций вредных веществ, претерпевающих полностью или частично химические превращения (трансформацию) в более вредные вещества, проводится по каждому исходному и образующемуся веществу отдельно. При этом мощность источников для каждого вещества устанавливается с учетом максимально возможной трансформации исходных веществ в более токсичные.

Основная (пожалуй, наиболее часто используемая) расчетная формула «Методики ОНД-86» позволяет рассчитать максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника:

(3)

где А − коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М (г/с) − масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;m и n − коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н (м) − высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); µ − безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности

(4)

где D (м) − диаметр устья источника выброса; w₀ (м/с) − средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, зависит от условий региона, в котором расположен источник (А варьирует в пределах 140 − 250).

Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V₁ (м³/с) при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания М и V₁ , реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение с_м.

Следует отметить, что «Методика ОНД-86» содержит также рекомендации для расчетов максимальных значений приземных концентраций вредных веществ, выбрасываемых из источников с квадратным устьем, расчетов рассеяния выбросов от линейных и площадных источников, наземных источников, групп источников, расчетов рассеяния с учетом застройки, учета суммации воздействия вредных веществ и пр.

«Методика ОНД-86» предполагает также учет фоновых концентраций при расчетах загрязнения атмосферы, а также установление фона расчетным путем. В случае наличия совокупности источников выброса, вклады этих источников (или их части) могут учитываться в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации С_ф (мг/м ³), которая для отдельного источника выброса характеризует загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный. При этом фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения (20 − 30 мин), что и максимальная разовая ПДК. По данным наблюдений С_ф определяется как уровень концентраций, превышаемый в 5 % наблюдений за разовыми концентрациями.

Если расчет максимальных концентраций относится к решению «прямой» задачи, т. е. к определению вклада источника (группы источников) в загрязнение атмосферного воздуха, то установление предельно допустимых выбросов можно рассматривать как «обратную», а на самом деле, центральную задачу наложения граничных условий на функционирование этих источников с учетом санитарно-гигиенических требований и условий рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере.