Тема 3: «Защита атмосферного воздуха»

План лекции:

1. Строение атмосферы и физические процессы в ней.

2. «Загрязнение» и «Загрязнитель» в экологии и их классификация.

3. «Парниковый эффект».

4. Разрушение озонового слоя.

5. Биологическое воздействие загрязнителей и особо опасные загрязнения.

6. Оценка загрязнения воздуха (ПДК, ПДВ, ВСВ, ОБУВ).

7. Понятие о расчетах выбросов от стационарных источников.

8. Мониторинг атмосферного воздуха.

Строение атмосферы и физические процессы в ней

Важнейшая задача экологии – определение путей, направлений и способов защиты воздушной среды (атмосферы) от газопылевого загрязнения, шумов, элект­ромагнитного и радиоактивного излучений. Атмосфера играет роль защит­ной тепловой оболочки, предохраняющей Землю от рез­ких перепадов температур, воздействия космичес­кого излучения, ультрафиолета, ну и, конечно, – это основа жизни. Ежедневно человек пропускает через свои легкие около 36 кг воздуха. Недаром гово­рят, что без пищи человек может прожить пять недель, без воды – пять дней, а без воздуха – пять минут. Кроме того, подсчитано, что при отсутствии атмосферы среднегодовая температура приземного слоя составила бы -23 ⁰С, а на самом деле она близка к +15 ⁰С.

Основная часть воздуха содержится в нижних слоях атмосферы, имеющей сложный характер по высоте. Нижний слой наиболее плотный. Он определяет погоду и содержит около 80 % воздуха, простирается до 12—15 км (рис. 1) и называется тропосферой (давление на высоте 3 км составляет почти 0,7 от земного, а на высо­те 9 км – 0,3).

Над тропосферой до высоты 40 км находят­ся стратосфера и озоновый слой, поглощающий ультра­фиолет (озоновые «дыры» образуются именно здесь). От 40 до 1300 км расположена ионосфера – слой ионизированного газа, определяющего отражение и прохождение радиоволн и снижающего интенсивность идущей к Земле космической радиации (этот слой час­то разделяют на мезосферу – до 80 км, и термосферу). Выше ионосферы (до 10 тыс. км) располагается экзосфера, где плотность воздуха (здесь атомарный газ, состоящий и основном из водорода и гелия, воздухом называется условно) убывает, приближаясь к разреженности в межзвездном пространстве.

Основной компонент воздуха – азот, составляющий около 78 %, в котором как бы «растворен» кислород (около 21 %). Остальную долю в нормальном чистом воздухе составляют: аргон (около 0,9 %) и примеси инер­тных газов (неон, криптон,

Рис. 1. Размещение элементов биосферы

ксенон),а также небольшое количество озона. Наконец, в воздухе содержатся пары воды и двуокись углерода СО₂, количество кото­рых переменно и во многом зависит от антропогенного воздействия на атмосферу.

Понятие «загрязнение» в экологии и их классификация

Проблема загрязнения атмосферы возникла в результате деятельности человека вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на ископаемом топливе – вначале на каменном угле, а затем на нефти и газе. На сегодняшний день экологи насчитывают уже около 2000 загрязнителей атмосферы. Возрастает уровень загрязнения шумом, вибрацией, радиацией (это самое опасное загрязнение атмосферы), электромагнитными полями и, особенно, химическими веществами. Вещества – загрязнители атмосферы бывают двух видов: газы, на их долю приходится до 90 % загрязнителей; и коллоидные системы, состоящие из газовой среды (воздуха), в которой диспергированы (рассеяны) твердые (мелкодисперсные частицы) или жидкие частицы, находящиеся в атмосфере длительное время во взвешенном состоянии (дум, туман).

В экологии под загрязнением понимается всё то, что выводит экосистемы из состояния равновесия и отличается от наблюдаемой нормы.

Загрязнение – это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для неё физических, химических, биологических или информационных агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентраций перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям.

Загрязнитель – это любой природный или антропогенный физический, химический, биологический, или информационный агент, попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, превышающих рамки обычного наличия – предельных естественных колебаний или среднего природного фона.

Классификация загрязнителей:

Загрязнение может возникать в результате естественных причин – это природное загрязнение. Напр., загрязнение биосферы в результате извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений, лесных пожаров. Загрязнение, возникающее под влиянием деятельности человека – это антропогенное загрязнение. Основными источниками эмиссий (от лат. выпуск) антропогенных загрязнений являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, бытовые отходы и сточные воды. И природные, и антропогенные загрязнители могут быть разного вида.

I. В зависимости от происхождения загрязнителей различают следующие виды загрязнений:

1) Физическое загрязнение – это загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды: тепловых, световых, электромагнитных, радиа­ционных и т.п.

2) Химическое загрязнение – это изменение естественных химических свойств среды в результате превышения среднемноголетних концентраций каких-либо веществ, или в результате проникновения в неё новых химических веществ. Химические загрязнения являются наиболее распространёнными и часто наиболее опасными для живых организмов.

3) Биологическое загрязнение – это загрязнение вследствие привнесения в среду и размножения в ней нежелательных для человека организмов (биогенное, связанное с распространением нежелательных для людей биогенных веществ, напр., выделений, мёртвых тел, на территориях или акваториях, где они ранее не наблюдались; микробное, проявляющееся в появлении в среде необычайно большого количества микроорганизмов в результате их массового размножения, что наносит вред человеку и другим организмам).

4) Информационное загрязнение – это любая информация, способная выво­дить экосистемы из состояния равновесия, наносящая ущерб природе и рациональному природопользованию.

II. В зависимости от способа попадания загрязнителя в среду, различают:

1) Первичное загрязнение – загрязнение, возникшее вследствие попадания в среду загрязнителя извне.

2) Вторичное загрязнение – это загрязнение вследствие воздействия загрязнителя, образовавшегося в ходе физико-химических процессов непос­редственно в окружающей среде. Напр., фотохимический смог (англ, smog –дым, fog – туман) – это смесь продуктов вторичного загрязнения воздуха, возни­кающих в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами.

III. По масштабам распространения загрязнений, различают:

1) Глобальное загрязнение – это фоновобиосферное загрязнение. Оно обна­руживается в любой точке биосферы.

2) Региональное загрязнение – загрязнение в масштабах какого-либо региона.

3) Локальное загрязнение – загрязнение небольшого масштаба – вокруг промышленного предприятия, города, внутриквартирное загрязнение.

IV. По степени устойчивости загрязнителей в окружающей среде, различают:

1. Стойкое загрязнение – загрязнение, вызываемое химически стабильным загрязнителем, не входящим в естественный круговорот веществ и поэтому очень медленно разлагающимся. Напр., ксенобиотики (греч. xenos – чужой, bios – жизнь) – чужеродные для организмов соединения, синтезированные человеком, такие как полиэтилен, синтетические моющие средства, многие пестициды и пр.

2. Разрушаемое биологическими процессами загрязнение – вызывается загрязнителями входящими в естественные круговороты веществ, благодаря чему они быстро исчезают, подвергаясь биологическому разрушению.

V. По объектам загрязнения, т.е. по средам, в которых они распростра­няются, можно выделить: загрязнение космоса, атмосферы, гидросферы, почвы, рек, морей, океанов и т.д.

VI. По степени воздействия на организм человека загрязнители делят на четыре класса опасности:

1) I класс опасности (чрезвычайно опасные) – это такие вещества как, напр., бенз-(а)-пирен, ртуть и её соединения, фтороводород, соединения свинца, мышьяка, кадмия, селена, цинка, аэрозольные оксиды марганца, хрома, кремния и другие вещества;

2) II класс опасности (высокоопасные) – это хлор, хлороводород, серо­водород, оксид азота (NO_х), формальдегид, соединения хрома, никеля, кобальта, меди, сурьмы, молибдена;

3) III класс опасности (умеренно опасные) – это углеводороды(С_хН_у), метанол (СН₃ОН), оксид серы, соединения стронция, бария, ванадия, вольфрама;

4) IV класс опасности (малоопасные) – это аммиак, оксид углерода (СО), пыль цемента, песка, керамзита, нефтепродукты (эмульсии, смазки и т.п.) и т.д.

«Парниковый эффект». Формирование круговорота СО₂ в природе происхо­дило миллионы лет. И то, что раньше поступало в ат­мосферу при сжигании, гниении и разложении органи­ческих веществ, компенсировалось реакциями фотосин­теза, накоплением в почве, в недрах. Деятельность человека поставила под угрозу в первую очередь этот механизм. Если не принять мер, то накопление СО₂ приведет к аккумуляции тепла в нижних слоях тропосферы (по­скольку СО₂ не пропускает тепловые лучи, излучаемые Землей). Наряду с колоссальными выделениями энергии от теплоисточников это мо­жет привести к нагреву атмосферы, таянию льдов, по­вышению влажности, изоляции от Солнца, похолода­нию и т. д.

Вызванное парниковым эффектом повышение температуры способствует дополнительному выделению углекислого газа из воды, почвенной влаги, тающих льдов, отступающей вечной мерзлоты, поскольку растворимость СО₂ в воде заметно снижа­ется с повышением температуры. Техногенные кислотные осад­ки кроме прямого негативного действия на биоту вытесняют СО₂ из карбонатов почвы, вод и грунтов. Возник порочный круг самоусиления парникового эффекта (рис. 3).

Рис. 2. Схема теплообмена.

В конце этой цепочки не исключен потоп с последующим ледниковым периодом. Этот механизм, часто называемый гипотезой «парникового эффекта», подтверждается многопараметрическими расчетами на ЭВМ. Ученые считают, что процесс уже начался в 1987 г. Буферные системы биосферы не справляются с регулированием равновесия потоков СО₂. Это еще объясняется и снижением ассимиляционного потенциала земной флоры (в основном из-за быстрого сокращения площади лесов) и значительным загряз­нением суши и поверхности океана.

Возможность биосферного круговорота углерода нейтрали­зовать техногенное возмущение и восстановить строгую регу­ляцию обмена СО₂в большой мере зависит от степени нару­шения глобальной биоты. Важно помнить, что СО₂ с помощью фотосинтеза растений может быть переведен в О₂ естественным пу­тем. Даже сейчас реакции фотосинтеза дают кислорода на порядок больше, чем необходимо человеку в год.

Рис. 3. Порочный круг самоусиления парникового эффекта.

Разрушение озонового слоя. Озоновый слой очень тонок. Если бы этот газ удалось бы сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку толщиной всего 2 – 4 мм. Озон нестабилен и обладает такой реакционной способностью, что взаимодействует и окисляет практически все, с чем сталкивается. В 1974 г было обнаружено, что хлорфторуглеводороды, или фреоны (хладоны), широко применяющиеся в холодильных установках (хладоносители) и в производстве аэрозолей (распылители) способствуют разрушению озонового слоя и образованию озоновых дыр, Оказалось, что фреоны – вещества стабильные и инертные в тропосфере, поднимаясь в стратосферу, подвергаются фотохимическому разложению с выделением атомарного хлора, служащего катализатором химических реакций, разрушающих молекулы озона. Выяснилось, что один атом хлора может в среднем разрушить 100 тыс. молекул озона, прежде чем исчезнет из стратосферы. А ведь сокращение озона на 1 % вызывает ежегодный рост раковых заболеваний кожи на 6 %.

Биологическое воздействие загрязнителей и особо опасные загрязнения

Поллютанты – общее название загрязняющего вещества, способного причинить вред здоровью человека или ОС.

Токсикант – это ядовитые вещества, оказывающие вредное воздействие на организм человека, растительный или животный мир.

Вместе с тем яды обладают и так называемой избирательной ток­сичностью, т. е. представляют наибольшую опасность для определен­ного органа или системы организма. По избирательной токсичности яды подразделяют на:

• Кровяные яды, которые более активно соединяются с гемоглобином крови и вытесняют из него кислород (СО, бензол, соединения ароматического ряда);

• Нервные яды, вызывающие возбудимость, истощение нервной системы, разрушение нервной ткани (наркотики, спирты, сероводород, кофеин);

• Раздражающие яды, поражающие верхние дыхательные пути и легкие (аммиак, сернистый ангидрид, пары кислот, окислы азота);

• Прожигающие яды и разряжающие кожу и слизистые оболочки (серная и соляная кислота, едкий натр);

• Почечные яды, действие которых сопровождается изменением и воспалением тканей печени (спирты, четыреххлористый углерод);

• Аллергены, вызывающие реакцию организма в виде гиперчувствительности замедленного или немедленного типа (изменяющие реактивную способность на раздражающее воздействие, алкалоиды);

• Канцерогены, вызывающие образование злокачественных опухолей (бенз(а)пирен, никотин);

• Мутагены, воздействующие на генетический аппарат клетки (окись этилена, соединения ртути, спирты, никотин);

• Тератогены, вещества вызывающие отклонения от нормального клеточного строения, т.е. врожденные уродства.

Эта классификация не учитывает большой группы аэрозолей (пыли), которые не обладают выраженной токсичностью. Для них характерен фиброгенный эф­фект действия на организм. Аэрозоли угля, кокса, сажи, алмазов, пыли животного и растительного происхождения, силикат и кремний содержащие пыли, аэрозоли дезинтеграции и конденсации металлов, попа­дая в органы дыхания, вызывают повреждение слизистой верхних дыхательных путей, а, задерживаясь в легких, приводят к развитию соединительной ткани в воздухообменной зоне и рубцеванию (фибро­зу) легких.

Воздействие вредных веществ на организм человека зависит:

• от их химических свойств (определённые химические вещества специфически воздействуют на те или иные органы человека);

• размеров частиц (крупные частицы, напр., пыль, задерживаются в верхних дыхательных путях, в лёгкие могут попасть только частицы размером менее 510^-4 см);

• от концентрации (чем выше концентрация вредного вещества, тем выше вероятность проявления его неблагоприятного воздействия);

• продолжительности воздействия (чем дольше организм соприкасается с вредным веществом, тем сильнее проявляется его действие);

• от способа попадания в организм (основными путями попадания вредных веществ в организм человека являются органы дыхания, пищеварения и кожа).

Среди более чем 7000 химических загрязнителей биосферы антропогенного происхождения, выделяют следующие классы особо опасных для биоты и человека загрязнителей это: диоксины, полихлорбифенилы и бенз(а)пирен.

Диоксины – это обобщённое название хлорированных производных дибензодиоксина и дибензофурана. Всего насчитывается более 200 диоксинов. Токсичное действие диоксинов проявляется одинаково, но отличается по интенсивности. Наиболее опасным является 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин, или сокращённо 2,3,7, 8-ТХДД. По своей токсичности некоторые диоксины превосходят такие страшные яды, как кураре, стрихнин (очень ядовитое растительное основание, алкалоид, встречающийся в семенах чилибухи (strychnos), в рвотном орехе (mix vomica) – вызывает судороги). 2,3,7,8-ТХДД в 150 000 раз токсичнее цианистого калия (KCN).

Основная опасность диоксинов заключается в их способности накапливаться в живых организмах и вызывать отдалённые последствия хронического отравления малыми дозами не только данного человека, но и цепи его потомков.

Сведений об образовании диоксинов в природе наука не имеет. Диоксины образуются в результате антропогенной деятельности. Например, в виде примеси в продукции многих химических производств, связанных с использованием хлора и хлорфенолов, а также в виде побочных продуктов целлюлозно-бумажной промышленности, отходов металлургической промышленности выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, при сжигании отходов в мусоросжигательных печах, при пожарах, а также вследствие избыточного применения гербицидов в сельском хозяйстве. Диоксины очень стойки: период полувыведения у человека –больше года. Диоксины могут переноситься (с воздухом и водой) на большие расстояния, то проблема загрязнения биосферы диоксинами носит глобальный характер. Особенно опасно загрязнение диоксинами гидросферы – рек, морей, океанов, донных осадков, т.к. при этом они попадают в тела рыб и включаются в цепи питания.

Полихлорбифенилы – это стойкие хлорорганические соединения, которые нашли широкое применение в сельском хозяйстве в качестве средств борьбы свредителями, а также, благодаря химической, термической и биологической устойчивости – в электротехнической, т.к. обладают высокой диэлектрической постоянной, и других отраслях промышленности. К ним относятся, например, гексахлорбензол (С₆Cl₆) – ГХБ; гексахлор-циклогексан (гексахлоран, С₆Н₆Cl₆) – ГХЦГ; дихлордифенилтрихлорэтан – ДДТ.

Бенз(а)пирен – это представитель ароматических углеводородов, один из наиболее сильных канцерогенов. Он связывает гемоглобин крови, вызывая выраженное нарушение нервной сис­темы и мочеполовой сферы. А ведь его появление очень вероятно во всех случаях, где не полностью сгорает органическое топливо: от работы двигателей (при взле­те современного самолета в атмосферу поступает от 2 до 10 мг бенз(а)пирена; плохо отрегулированный ДВС за час может дать и больше) до тления сигарет, металлургических, литейных и коксохимических производств. Вообще бенз(а)пирен относится к наиболее опасным веществам из де­тально обследованных к настоящему времени.

Оценка загрязнения воздуха

Следует отметить, что для оценки влияния любого антропогенного фактора необходимо знать его масштабы, определить его качественные и количественные особенности. Для количественной оценки антропо­генного фактора должны быть установлены и определены следующие основные показатели:

1. Фоновая концентрация веществ (для каждого компонента при­родной среды).

2. Предельно-допустимая концентрация загрязняющих веществ (ПДК).

3. Предельно-допустимый выброс загрязнителей в атмосферу (для каждого источника выброса).

4. Предельно-допустимый сброс загрязняющих веществ в водоемы (для каждого источника сброса).

Под фоновой концентрацией загрязняющего вещества следует по­нимать количество загрязняющего вещества, содержащееся в единице объема природной среды, подверженной антропогенному воздействию.

Для того чтобы окружающая природная среда имела способность к самоочищению при совместном присутствии в ней множества загряз­нителей, сумма фоновых концентраций всех веществ, выраженная в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности не должна превышать единицы. Таким образом, суммарный эффект воздействия ингредиентов на состояние окружающей среды определя­ется неравенством

где С₁, С₂, ... С_n – фактические фоновые концентрации загрязняющих веществ с учетом эффекта суммации;

ПДК₁, ПДК₂, ... ПДК_n – предельно-допустимые концентрации данных веществ с учетом эффекта суммации.

Нормы, действующие в РФ, учитывают возможность воздействия на организм не одного какого-либо вещества, а нескольких одновре­менно, поскольку различные вещества могут оказывать комплексное неблагоприятное воздействие на организм.

Предельно-допустимыми концентрациями (ПДК) называется максимальная концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая за определенная время не наносит вреда здоровью человека и его потомству, а также природному сообществу в целом. Различают следующие виды ПДК:

1. Среднесуточное ПДК (ПДК_с.с) и максимально-разовое ПДК (ПДК_м.р) – это концентрация загрязнителя атмосферного воздуха населенных мест, не вызывающая отклонение в здоровье человека и его потомства от нормального состояния, соответственно при суточном воздействии, в течение 24 часов и кратковременном воздействии, в течение 20 минут соответственно;

2. ПДК рабочей зоны (ПДК_р.з) – это такая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, которая не вызывает у работающих людей заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, передающихся потомству. Время воздействия такой концентрации ограничено и составляет 8 часов.

Величины нормативов ПДК разрабатываются специально уполномоченными государственными органами. Установление ПДК – длительный и сложный процесс, которому предшествуют многочисленные опыты на рас­тениях и животных, проводимые в институтах АН РФ (ведущий Институт общей и коммунальной гигиены). При появлении первых признаков нарушения обмена веществ, состава крови, кислородного обмена и т. п. доза считается предпатологической.

Сейчас установлены нормативы ПДК, измеряемые в мг/м³, для более чем тысячи соединений в воздухе. Почти в два раза больше ПДК, регламентированных для воды, размерность их – мг/дм³. Имеются соответствующие ПДК для почвы, пищевых продуктов – мг/кг.

Отечественные ПДК едва ли не самые жесткие в мире. ПДК устанавливаются для среднестатистического человека (правда, с некоторым запасом). Но ослаблен­ные болезнью и другими факторами люди могут почув­ствовать себя дискомфортно при концентрациях вред­ных веществ, меньших ПДК. Это относится и к заяд­лым курильщикам. Доказано, что степень воздействия вредных веществ на организм человека во многом свя­зана с количеством выкуриваемых сигарет в день, а значит, и с поступлением в организм беыз(а)пирена, ди­оксинов, фуранов. Обычный фильтр сигареты, к сожа­лению, задерживает лишь 5 – 10 % выделяющихся кан­церогенов и тератогенов. Курение способ­ствует аккумулированию в крови соединений свинца из выбросов карбюраторных двигателей, работающих на этилированном бензине.

Предельно-допустимыми выбросами (ПДВ) называются такие выбросы загрязняющих веществ, при которых в приземном слое атмосферы устанавливаются концентрации веществ, с учетом фоновых загрязнений, в пределах предельно-допустимых значений (ПДК).

Под горячими источниками понимаются источники, у которых разность температур отработавших (выбрасываемых) газов и атмосферного воздуха (максимальная температура для самого жаркого месяца) намного больше нуля, т.е. Т = Т_ух – Т_окр.ср >> 0.

Предельно-допустимые выбросы из горячих источников с круглым устьем рассчитываются по формуле:

где ПДК_м.р – максимальная разовая нормативно допустимая концентрация вредного вещества в приземном слое атмосферы, мг/м³;

С_ф – фоновая концентрация данного загрязняющего вещества, зависящего от уровня загрязнения атмосферного воздуха другими предприятиями и средствами транспорта;

Н – высота источника выброса, м;

V_д.г – объем выбрасываемых газов, м³/с;

Т – разность температур отработавших (выбрасываемых) газов и атмосферного воздуха (максимальная температура для самого жаркого месяца), К.

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, , определяется климатической зоной, т.е. регионом расположения объекта;

F – безразмерный коэффициент (число Фруда), учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере в зависимости от размера и фазового состояния веществ. Для газообразных веществ F = 1, для твердых веществ F определяется в зависимости от степени очистки – без очистки F = 3;, при степени очистки 75 – 90 %  F = 2,5, при степени очистки 90 % и выше  F = 2,0;

m, n – коэффициенты, учитывающие подъем факела над трубой. Они зависят от условия выхода газовоздушной смеси из устья. При укрупненных расчетах m n может быть принятым равным 1;

 – коэффициент рельефа местности, учитывающий влияние рельефа на рассеивание примесей. Для равнинной местности  = 1, для горной – 2;

Для холодных источников (когда температура газов мало отличается от температуры воздуха T  0) предельно-допустимые выбросы из круглого устья определяют по выражению:

где Q – объемный расход воздуха, м³/с, определяемый по формуле

,

здесь М_ – суммарные выбросы, кг/год;

n – число часов работы вентиляционной системы в сутках;

Т – продолжительность работы предприятия в днях за год.

Задавшись скоростью воздуха «» на выходе из вентиляционной трубы в пределах 1 – 30 м/с, определяем площадь поперечного сечения вентиляционных коробов

Диаметр вентиляционного короба определяется по формуле

Обычно в вентиляционных системах устанавливаются трубы диаметром 200, 315, 400, 500, 630, 710, 800, 1000, 1250 и 1600 мм [5], что соответствует стандартным значениям.

Рис. 4. Зависимость рассеивания выбросов от высоты трубы

В случае, если данный природопользователь не мо­жет (объективно) достичь величины ПДВ (по причине очень больших С_Ф или по существенным технологичес­ким факторам), назначаются временно согласованные выбросы (ВСВ) с обязательным установлением графика их постоянного снижения до ПДВ и разработкой конк­ретных мер для этого.

Временно согласованные выбросы – это временный лимит выбросов загрязняющего вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для действующих стационарных источников выбросов с учетом качества атмосферного воздуха с учетом социально-экономических условия развития соответствующей территории в целях поэтапного достижения установленного ПДВ.

Не назначаются нормативы ПДВ только для веществ, действие которых недостаточно изучено и для которых вместо ПДК временно вводится ориентировочно безо­пасные уровни воздействия – ОБУВ (до недавнего времени такое положение было с диоксинами).

Понятие о расчетах выбросов от стационарных источников

Основная задача расчетов – определение количества вредных веществ, которые могут поступить от данного источника за единицу времени (в секунду, сутки, квар­тал и в год). Необходимо также определить предельно допустимые выбросы при данных условиях, сравнить их с ожидаемыми фактическими и оценить плату за загрязнение среды.

На основе этих расчетов делают вывод о необходи­мости очистки выбросов и дают технико-экономичес­кую оценку вариантов систем очистки рассчитывают рассеивание выбросов в атмосфере, определяют концен­трации вредных веществ в приземном слое и уточняют границы санитарно-защитной зоны.

Расчеты выбросов для каждого типа источников до­статочно специфичны, методики их излагаются в спе­циальной литературе. Подчеркнем лишь общие сторо­ны. Существует три основных подхода к расчетному определению величин выбросов загрязняющих веществ от различных источников.

Первый из них основан на экспериментальных показателях. Если речь идет о сжигании топлива, то исходными данными для расчета являются:

• вид топлива;

• его расход В;

• теплотворность Н_и;

• его поэлементный состав Х_i (т. е. процентное со­держание С; Н; N; S; О и др.);

• параметры Y, характеризующие организацию про­цесса сжигания, и конструктивные характерис­тики агрегатов Z.

Далее для каждого вещества расчет ведут по полуэмпирическим зависимостям.

Второй метод заключается в определении массы выбросов по характерным расходам (топлива, красок). Например, для кузнечного участка валовый выброс оксидов азота определяется по следующей формуле [10]:

, т/год ,

где − количество оксидов азота, выделяющееся при сжигании топлива, кг/т

или кг/1000м³;

− количество сжигаемого топлива в кузнечном горне, т или м³.

Третий расчет производится по известным удельным выбросам на единицу типовой продукции или на единицу оборудования. При работе технологического оборудования массы выбросов М_ij определяются для данного i-го вещества через удельные выбросы на единицу типовой продук­ции или на единицу оборудования для данной j опе­рации g_i чаще всего не в секунду, а в час:

где m – выбросы i-го вещества на единицу типовой (условной) продукции;

k – коэффициент подобия – пересчета реальной единицы продукции на условную (по габаритам, массе и т. п.);

N – объем продукции в час;

g_i – удельный выброс на единицу оборудования, г/ч;

Р – количество единиц оборудования, шт.

Для каждого вредного вещества после расчетов по предыдущим формулам определяют валовые выбросы в сутки, квартал, год по условиям работы (трехсменная, двухсменная, без выходных и т. п.):

где Т – годовой фонд работы оборудования, ч.

Эти выбросы для каждого вещества сравнивают с величинами ПДВ_i, переведенными соответственно на квартал или год, и определяют, если М_i > М_ПДВi необходимую степень очистки Э_i.

.

Мониторинг атмосферного воздуха

Экологический мониторинг – это комплексная система регулярных и целенаправленных наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или её отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий, основанная на аналитическом контроле загрязнений на всём обследуемом пространстве.

Основные задачи экологического мониторинга – это обнаружение в экосистемах изменений антропогенного характера, оценка и прогноз этих изменений.

Основные цели экологического мониторинга состоят в том, чтобы на основании полученной информации:

• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

• выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры, если это необходимо;

• создать предпосылки для исправления негативных ситуаций до того, как будет нанесён ущерб.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на разных уровнях, напр., на уровне промышленного объекта, на уровне города, района, области, региона. Характер и механизм обобщения информации об экологической обстановке при её движении по иерархическим уровням системы экологического мониторинга (от отдельного промышленного объекта к региону) определяется с помощью понятия информационного портрета экологической обстановки.