Визначення кількості шкідливих викидів у атмосферу на хіміко-фармацевтичних підприємствах

Підприємство хіміко-фармацевтичної промисловості  з метою захисту атмосферного повітря від забруднень при виробництві лікарських засобів повинно здійснювати такі заходи:

а) вказувати у технологічних регламентах всі речовини, які використовуються і утворюються на виробництві та виділяються в атмосферу, незалежно від того, чи визначені для них значення ГДК_м.р. або орієнтовно безпечного рівня впливу (ОБРВ), а також ступінь їхнього впливу на зміну складу повітря в атмосфері, зокрема, в її приземному шарі;

б) відображати у відповідних документах параметри викидів шкідливих та забруднюючих речовин від усіх джерел;

в) визначати значення максимальних концентрацій шкідливих речовин, які викидаються в атмосферу, в її приземному шарі;

г) здійснювати контроль за ефективністю роботи газоочисного та пиловловлювального обладнання у відповідності з графіком;

д) проводити інвентаризацію джерел викидів речовин, які забруднюють атмосферу;

е) якщо кількість забруднюючих речовин у викиді перевищує величину ГДВ, повинні бути передбачені заходи щодо її зменшення нижче величини ГДВ або щодо виключення даного забруднення з вентиляційних викидів шляхом зміни технологічного процесу або перепрофілювання виробництва протягом встановленого терміну;

є) застосовувати заходи для того, щоб при виділенні в атмосферу (від стаціонарних і пересувних джерел забруднення) шкідливих і забруднюючих речовин дотримувались нормативи ГДК_., ОБРВ, ГДВ, ТПВ;

ж) застосовувати заходи щодо очистки і зниження рівня забруднень вентиляційних викидів, які виділяються в атмосферу;

з) мати дозволи та ліміти, видані відповідними державними органами, на викид шкідливих і забруднюючих речовин в атмосферу.

Для визначення кількості шкідливих викидів в атмосферу і характеристики їх якості використовують матеріальні баланси, які складаються на всі виробництва даного підприємства, в тому числі на споруди для очистки води, спалювання відходів, котельні, сушарки тощо.

В матеріальний баланс включають всі види сировини і допоміжних речовин, які використовуються у виробництві продукції, із зазначенням складу сировини, вмісту в ній основної речовини і домішок. За даними аналізу матеріальних балансів всіх виробництв одержують зведену таблицю, в якій наведені вид викидів і об’єм газів (повітря), що відводяться за добу, перелік речовин, які викидаються з газами (повітрям), кількість цих речовин і їх концентрація, а також джерело викидів.

Визначення гранично допустимого викиду шкідливих речовин в атмосферу

 

Гранично допустимий викид шкідливих речовин у атмосферу (ГДВ) встановлюється для кожного джерела забруднення атмосфери таким чином, що викиди шкідливих речовин від даного джерела і від сукупності джерел міста або іншого населеного пункту з врахуванням перспективи розвитку промислових підприємств і розсіювання шкідливих речовин в атмосфері створюють приземну концентрацію, яка не перевищує їх ГДК для населення, рослинного і тваринного світу (ГОСТ 17.2.3.02–78). Значення ГДВ встановлюються як для діючих підприємств, так і для тих підприємств, що будуються.

Рівень приземної концентрації залежить від багатьох факторів, які визначають закономірності поведінки забруднень у приземному шарі атмосфери. Велике значення має величина викиду. Це головний фактор, який визначає рівень приземної концентрації. Чим більша величина викиду, тим більше (за інших рівних умов) забруднюючих речовин поступає в атмосферне повітря, створюючи високі концентрації забруднень.

Великий вплив на величину викиду чинить ефективність роботи очисних споруд. Так, зниження ефективності з 98 % до 96 %, тобто всього на 2 %, збільшує викид у 2 рази.

Приземна концентрація залежить у значній мірі від метеорологічних факторів: напряму вітру, його швидкості, температурної стратифікації атмосфери тощо. Для низьких холодних викидів «небезпечна» швидкість вітру становить 1–2 м/с, для високих нагрітих викидів – 4–6 м/с (рис. 15).

 

 

Рис. 15. Забруднення повітря в залежності від швидкості вітру [12]:   V – швидкість вітру, м/с; С – концентрація атмосферного забруднення, мг/м³

Значний вплив на приземну концентрацію забруднень має температурна стратифікація атмосфери (вертикальний розподіл температури). У звичайних умовах з підйомом вверх температура повітря знижується (на 1 ⁰С на кожні 100 м підйому вверх). Іноді температура повітря з висотою не завжди знижується і вище розміщені шари повітря можуть мати вищу температуру, ніж нижче розміщені. Це явище  називають температурною інверсією. На рис. 16 схематично зображено різні температурні профілі атмосфери. З нього видно, що накопичення шкідливих викидів у приземному шарі атмосфери в період приземних інверсій буде відбуватись при низьких викидах. Особливо зростають концентрації забруднень у випадку припіднятих інверсій безпосередньо над джерелом викиду, тобто над устям труби.

 

 

Рис. 16. Схема забруднення приземного шару атмосфери від джерел різної висоти в залежності від стратифікації атмосфери [12]: на горизонталі відкладена температура повітря, на вертикалі -  висота у метрах; 1 – відсутність температурної інверсії; 2 – приземна інверсія різної висоти; 3 – припіднята інверсія різної висоти

 

У залежності від швидкості вітру та температурної стратифікації виділяють основні типи димового факелу, які визначають ступінь забруднення приземного шару атмосфери (рис. 17).

«Конусоподібний» струмінь, поступово розширяючись, досягає поверхні землі приблизно на відстані, яка дорівнює 20 висотам труби. «Хвилеподібний» струмінь створює короткочасні значні концентрації і на близьких відстанях від труби (2–3 висоти труби). «Припіднятий» струмінь виникає у шарі інверсії нижче устя труби, у зв’язку з чим розсіювання викиду відбувається вище шару інверсії. У випадку викиду в шарі інверсії спостерігається «ниткоподібний» струмінь. Найнесприятливіші такі стани атмосфери, при яких спостерігається  «задимлений» струмінь. У цьому випадку шар інверсії розташовується над трубою і компоненти викиду концентруються у вузькому приземному шарі атмосфери. Особливо це характерно для стійкої антициклонічної погоди, низьких швидкостей повітря.

Певне значення для розподілу забруднень має вологість повітря.  Для більшості забруднювачів відмічається пряма залежність, тобто з ростом вологості зростають їхні концентрації. У зв’язку із збільшенням маси частинок за рахунок конденсації вологи вони опускаються і концентруються в приземному шарі атмосфери.

Отже, при  однаковій величині викиду забруднюючих речовин їхня концентрація може значно змінюватись у залежності від метеорологічних факторів.

Ступінь розсіювання викиду атмосферним повітрям знаходиться в прямій залежності від відстані, яке пройшов викид до даної точки. Це пов’язано з тим, що з віддаленням від джерела викиду збільшується поперечний переріз факела.

Рис. 17. Типи димового факела (струменів) у залежності від вертикального розподілу температури повітря [12]: 1 –  «конусоподібний»; 2 –  «хвилеподібний»; 3 –  «припіднятий»; 4 –  «ниткоподібний»; 5 – «задимлений»; пунктиром показано адіабатичний стан атмосфери. Суцільною лінією позначена температурна стратифікація, яка зумовлює форму факела

 

 

 Рис. 18. Схема залежності концентрації атмосферних забруднень від відстані до джерела викиду[12]

У дійсності концентрації забруднювачів знижуються повільніше, бо торкаючись землі факел деформується. Значення цієї поправки наростає у міру віддалення від джерела.

Певний вплив на величину приземної концентрації має і висота викиду. Чим вище від поверхні землі здійснюється викид забруднюючих речовин, тим (при інших рівних умовах) нижчою є їхня приземна концентрація. Зниження концентрації з підвищенням висоти викиду пов’язане із двома закономірностями розподілу забруднень у факелі: зниженням концентрації внаслідок збільшення поперечного перерізу факела і віддаленням його від осьової лінії, яка несе основну масу забруднень, від якої вони поширюються до периферії факела (рис. 19).  Поряд з цим слід враховувати, що висока труба збільшує радіус задимлення, хоча і при більш низьких концентраціях. Зона максимального забруднення знаходиться у межах відстані, яка дорівнює 10–40 висотам труби при  нагрітих високих викидах і 5–10 висотам труби – при холодних і низьких.

  

Рис. 19. Схема залежності рівня концентрації від висоти викиду [12]

Таким чином, рівень приземної концентрації забруднюючих речовин залежить від багатьох факторів, тому встановлення ГДВ проводиться із застосуванням методів розрахунку забруднення атмосфери промисловими викидами і з врахуванням перспектив розвитку підприємства, фізико-географічних і кліматичних умов місцевості, розташування промислових площадок і ділянок існуючої і проектованої житлової забудови, санаторіїв, зон міського відпочинку, взаємного розташування промислових площадок і сельбищних територій.

ГДВ (г/с) встановлюється для умов повного навантаження технологічного і газоочисного обладнання і їхньої нормальної роботи. ГДВ не повинні перевищуватись в будь-який 20-хвилинний період часу.

ГДВ встановлюють окремо для кожного джерела викиду.

Поряд з ГДВ для одиничних джерел, встановлюють ГДВ підприємства в цілому. При постійних викидах їх визначають як суму ГДВ від одиничних джерел і груп дрібних джерел. При непостійних в часі викидах від окремих джерел ГДВ підприємства менше суми ГДВ від окремих джерел і відповідає максимально можливому сумарному викиду від усіх джерел підприємства при нормальній роботі технологічного і газоочисного обладнання.

ГДВ визначається для кожної речовини окремо, в тому числі і у випадках врахування сумації шкідливої дії декількох речовин.

При встановленні ГДВ враховують фонові концентрації с_ф.

Значення ГДВ (г/с) для одиничного джерела з круглим устям у випадках    визначають за формулою:

                      (10)

 

У випадку    (холодні викиди) ГДВ визначають за формулою:

 

,                      (11)

 

де ГДК – гранично допустима концентрація шкідливих речовин, мг/м³ (додаток 4); с_ф – фонова концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі міста або іншого населеного пункту, мг/м³;   А – коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації атмосфери;   F – безрозмірний коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі; m і n – коефіцієнти, які враховують умови виходу газоповітряної суміші з устя джерела викиду; H – висота джерела викиду над рівнем землі (для наземних джерел при розрахунках приймається H = 2 м), м;  – безрозмірний коефіцієнт, який враховує вплив рельєфу місцевості, у випадку рівної або слабопересіченої місцевості з перепадом висот, що не перевищує 50 м на 1 км,  = 1 (в інших випадках розрахунок

слід проводити згідно розділу 4 ОНД–86); – різниця між температурою газоповітряної суміші Т_г, яка викидається, і температурою навколишнього атмосферного повітря Т_в, ⁰С; V₁ – розхід газоповітряної суміші, м³/с, який визначається за формулою:

 

                              (12)

 

де D – діаметр устя джерела викиду, м; w₀ – середня швидкість виходу газоповітряної суміші з устя джерела викиду, м/с.

Значення коефіцієнта А, яке відповідає несприятливим метеорологічним умовам, при яких концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі максимальна, і для України дорівнює: 180 – для джерел, розташованих в зоні від 50⁰ до 52⁰  північної широти, 200 – для джерел, розташованих південніше 50⁰ північної широти.

При визначенні значення   слід приймати температуру навколишнього атмосферного повітря Т_в, яка дорівнює максимальній температурі зовнішнього повітря найбільш жаркого місяця року (за даними Держкомгідромету), а температуру газоповітряної суміші Т_г – за діючими для даного виробництва нормативами.

Значення безрозмірного коефіцієнта F приймають:

а) для газоподібних шкідливих речовин і дрібнодисперсних аерозолів (пилу, золи і т. п., швидкість упорядкованого осідання яких практично дорівнює нулю) – 1;

б) для інших дрібнодисперсних аерозолів при середньому експлуатаційному коефіцієнті очистки викидів не менше 90 % – 2;  від   75 % до 90 % – 2,5; менше 75 % та при відсутності очистки – 3.

Значення коефіцієнтів  m і n визначають в залежності від параметрів f, v_m,   та f_e за формулами