Санитарно-защитные_зоны_для_промышленных_источников_загрязнения_атмосферного_воздуха

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Использование расчетных методов	51

вредного вещества промышленного выброса относительно этой величины при выбросе через трубу 50 м в 3, 8, 12 и 20 раз соответственно.

Следует учитывать, что высокая труба не только снижает концентрацию загрязнения в воздухе, но и удаляет начало зоны задымления. Точка касания дымового факела земли, т.е. начало зоны задымления, лежит тем дальше, чем выше труба и чем меньше угол раскрытия дымового факела. Поэтому при высокой трубе особенно улучшаются условия в ближайшей к трубе зоне, так как дым при благоприятных метеорологических условиях перебрасывается через эту зону.

Вместе с тем высокая труба увеличивает радиус задымления, хотя и при более низких концентрациях. Зона максимального задымления находится в пределах расстояния, равного 10–40 высотам трубы при нагретых высоких выбросах и 5–20 высотам – при холодных и низких. В связи со строительством высоких труб (180–320 м) дальность влияния отдельных источников может составлять 10 км и более.

Таким образом, изложенное свидетельствует о том, что поведение загрязнений в приземном слое атмосферы подчиняется определенным закономерностям. Знание данных закономерностей позволяет теоретически рассчитать ожидаемые уровни концентраций атмосферных загрязнений для проектируемого промышленного предприятия в условиях конкретной местности. Такой подход дает возможность более точно обосновать размер СЗЗ, чем это позволяет санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

Использование расчетных методов для обоснования размеров СЗЗ

Расчетные методы используются для уточнения размеров ориентировочных СЗЗ, регламентируемых санитарной классификацией предприятий, сооружений и иных объектов, с учетом климатогеографических характеристик территории дислокации объекта.

Наиболее простым расчетным методом коррекции размеров СЗЗ объекта, загрязняющего атмосферный воздух, является расчет с учетом многолетней повторяемости направлений ветров (розы ветров). Для этого используется формула, предложенная ГГО им А.И. Воейкова и НИИ промзданий:

l = lo × P / Po, где

l–необходимаяпротяженностьСЗЗсподветреннойстороны,вметрах; lo – ширина СЗЗ объекта, в метрах по санитарной классификации

(СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03);

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

52	Глава 4

P – среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба (направления), в%;

Po – повторяемость направления ветров одного румба, в%, при восьмирумбовой розе ветров Ро – 100 / 8 = 12,5%.

Необходимо помнить, что значения l и lо отсчитываются от согласованных точек отсчета ширины СЗЗ. Среднегодовая роза ветров, характеризуемая значениями Р для разных румбов, принимается по данным справочника по климату Российской Федерации, а при отсутствии необходимых данных в этом справочнике запрашивается в управлении Госкомгидромета по месту расположения объекта.

Проводим пример расчета СЗЗ для действующего нефтеперерабатывающего завода. Среднегодовая повторяемость ветров по румбам (Р) и протяженность санитарно-защитной зоны (l) приводятся в таблице 4.1. По СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 ширина ориентировочной СЗЗ lо = 1000 м.

Для тех направлений, где P≤Po, коррекцию величины СЗЗ не производят и принимают ее равной lo, т.е. 1000 м. Если же P>Pо, то по приведенной выше формуле производят расчет величины l.

Затем на ситуационном плане от промплощадки завода наносят 8 румбов и по направлению, противоположному каждому румбу, откладывают скорректированную величину l с учетом масштаба плана.

Санитарно-защитная зона, как правило, не имеет формы круга. В данном случае территория СЗЗ для нефтепереробатывающего завода будет иметь форму, представленную на рис. 4.2.

Более точно выполнить коррекцию границ ориентировочной СЗЗ позволяют математические модели рассеивания в приземном слое атмосферы загрязнителей от стационарных источников. Такие модели учитывают комплекспараметров,определяющихдальностьраспространениявредных веществ в воздухе, таких как климатические характеристики конкретной местности, рельеф местности, высоту выброса, эффективность работы очистных сооружений и др. (смотри раздел 4.1. пособия).

В историческом плане математические модели рассеивания прошли долгий путь совершенствования. Первые формулы для расчета ожидаемых концентраций атмосферных загрязнений от организованных источников выброса были предложены как за рубежом, так и у нас в стране в конце первой половины XX века. Наиболее известны формулы О.Г. Сеттона, К. Бозанке, И. Пирсона, Дж. Холланда, П.И. Андреева, С.А. Клюгина, И.Ф. Дергачева с соавт. и др. В нашей стране получила наибольшее распространение методика расчета П.И. Андреева. Однако расчеты по этим формулам давали значительные и непостоянные расхождения с фактическими концентрациями в реальных условиях. Введение различных эмпирических

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Использование расчетных методов										53
								Таблица 4.1
	Расчет коррекции СЗЗ нефтеперерабатывающего завода (Po = 12,5%)
Параметры					Румбы
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З		СЗ
P,%		8	7	5	11	14	19	29		7
l, км		1	1	1	1	1,1	1,5	2,3		1

поправочных коэффициентов в некоторые из названных формул не помогло достичь решения общей задачи надежного прогнозирования.

В 1963 году была утверждена (как временная) методика расчетов рассеивания в атмосфере выбросов золы и сернистого газа из дымовых труб электростанций, разработанная Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова при участии Института прикладной геофизики и Московского НИИ гигиены им Ф.Ф. Эрисмана.

Как видно из названия, эта методика позволяла проводить коррекцию границ СЗЗ только для узкой группы крупных источников загрязнения атмосферы – ГРЭС и теплоэлектроцентралей. В 1967 году были утверждены «Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ (пыли и сернистого газа), содержащихся в выбросах промышленных предприятий» – СН 369-67. Однако этот документ распространялся лишь на расчет горячих и высоких выбросов. В 1974 году были утверждены «Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ в выбросах предприятий» – СН 369-74. Математическая модель, приведенная в этих указаниях, распространялась на все виды выбросов промышленных предприятий, но давала существенные расхождения расчетных концентраций с реальными

вусловиях сложного рельефа местности.

Внастоящее время для расчетного обоснования границ СЗЗ применяется нормативный документ «Методика расчета концентраций

ватмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» – ОДН-86, утвержденный в 1986 году Госкомгидрометом СССР. Математическая модель, изложенная в этом документе, учитывает недостатки более ранних методик расчета рассеивания загрязнителей в атмосферном воздухе, перечисленные выше. ОНД-86 дает возможность рассчитать СЗЗ для объектов, имеющих единичный выброс или несколько компактно расположенных источников выброса, которые могут быть сведены в одну точку или на одну общую прямую. При этом можно рассчитать не только ожидаемые приземные концентрации загрязнителя в двухметровом слое над поверхностью земли, но и вертикальное распределение концентраций, что имеет

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

54	Глава 4

С

З	В

Ю

Рис.  4.2.  Границы СЗЗ нефтеперерабатывающего завода.

особую ценность для обоснования СЗЗ в современных условиях так называемого уплотнения существующей планировочной структуры крупных городов с высотной многоэтажной застройкой.

Радиус действия математической модели ОНД-86 не превышает 100 км, что вполне достаточно для решения вопросов по гигиене планировки в отдельных населенных пунктах и даже в зонах мегаполисов. Однако для решения вопросов районной (региональной) планировки радиус действия этой модели является недостаточным. Для этой цели должны использоваться специальные методики расчета приземных концентраций вредных веществ на сверхдальних расстояниях от промышленных экономических зон источников загрязнения атмосферы. Рассмотрение таких моделей выходит за рамки задач этого учебного пособия.

Обоснование границы ориентировочной СЗЗ для источника загрязнения атмосферного воздуха расчетным путем по ОНД-86 требует наличия следующей исходной информации:

I.Данные по технологическому процессу

 1.  Число источников выброса.

 2.  Качественный состав выбрасываемой газовоздушной смеси по каждому источнику в атмосферу.

 3.  Масса каждого вредного вещества, выбрасываемого отдельным источником в атмосферу.

 4.  Высота каждого источника.

 5.  Размеры устья каждого источника выброса.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Использование расчетных методов	55

 6.  Скорость выхода газовоздушной смеси из устья каждого отдельного источника выброса.

 7.  Температура газовоздушной смеси в каждом источнике.

 8.  Среднеэксплуатационные значения к.п.д. для всех газоочистных сооружений.

 9.  Данные о распределении частиц аэрозоля по размерам в атмосферных выбросах каждого источника.

10.  График работы объекта в течение года (для котельных).

II. Характеристика района расположенного объекта

 1.  Фоновое загрязнение приземного слоя атмосферы по каждому вредному веществу, входящему в качественный состав выбросов объекта.

 2.  Картографическийматериал,характеризующийрельефместности.

 3.  Параметры многолетнего ветрового режима местности.

 4.  Средняя максимальная температура наружного воздуха в наиболее жаркий месяц года.

III. Гигиенические требования к составу атмосферного воздуха на границе СЗЗ

 1.  ПДК или ОБУВ для каждого вещества, входящего в качественный состав атмосферных выбросов объекта.

 2.  Перечень веществ в выбросах объекта, обладающих эффектом суммации и потенцирования биологического действия при совместном присутствии в атмосферном воздухе.

Основная формула расчета максимальной разовой концентрации вредного вещества в приземном слое атмосферы (См) для одиночного организованного источника выброса нагретых газов и отнесенная к 20минутной экспозиции имеет следующий вид:

CM	=	A M F m nη					3, 3	,
		H	2	3	v1	∆T	<3мг/м<

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе; М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу (г/с); Н – высота источника выброса над уровнем земли (м); v1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси (м3/с); Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (Тг) и температурой окружающего воздуха (Тв) в градусах Цельсия, принимаемой по средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц в атмосфере – для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядочен-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

56	Глава 4

ного оседания которых практически равна нулю) он равен 1, для мелкодисперсных аэрозолей с высоким удельным весом частиц при среднеэксплуатационном КПД очистки не менее 90% – 2, от 75 до 90% – 2,5, менее 75% и при отсутствии очистки – 3; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (η=1 в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км); m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из смеси из устья источника выброса.

Коэффициенты m и n определяются по соответствующим графикам по величине параметра f ОНД-86:

ω2 D

f =1000 o м/с2 • град.,

H 2 ∆T

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

Для территории России Федерации величины коэффициента А, вычисленные для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, перечислены в ОНД-86:

а)  250 – для Бурятской республики и Читинской области; б)  200 – для Европейской части РФ: для районов южнее 50° с.ш., для

остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, для Азиатской территории РФ: Дальнего Востока и остальной территории Сибири;

в)  180 – для Европейской территории РФ и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов; г)  160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 52° с.ш.; д)  140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Ка-

лужской, Ивановской областей.

В дальнейшем вычисленное значение максимальной приземной концентрации (См) служит исходной величиной для расчета распределения ожидаемых приземных концентрацией вдоль оси факела в пределах аэродинамического следа в приземном слое атмосферы.

Распределение величин приземных концентраций вредных веществ по оси факела выброса на различных расстояниях (x) от источника выброса вычисляется по формуле:

С = S1 • Cm,

где S1 – безразмерный коэффициент, определяемый по соответствующим графикам ОНД-86 по величине отношения X/Xм.

В свою очередь число значений X зависит от заданного шага поиска; величина Хм, определяющая расстояние от источника выброса, на кото-

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Использование расчетных методов	57

ром приземная концентрация достигает максимального значения (См) при неблагоприятных метеорологических условиях, вычисляется по формуле:

X M = 5 − F dH , 4

где d – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле: d = 4, 95vM (1 + 0, 28 f ),

Данная формула используется при условии 0,5<Vm≤2 и f<100. При этом показатель Vm вычисляется по формуле:

vM = 0, 653 V1 ∆T ,

H

ВОНД-86 также приведены формулы определения коэффициента d для других условий расчета (f<100, Vm≤0,5 или >2 и др.).

Результаты расчетов, полученные по приведенным формулам для различных расстояний (х) от источника выброса, позволяют выявить особенности распределения величин концентраций вредного вещества (с) в приземном слоеатмосферывконкретныхусловияхразмещенияпромышленногообъекта.

Вкачестве примера в таблице 4.2 приведены результаты расчета теоретического распределения разовых концентраций угольной золы вокруг Назаровской ГРЭС (Красноярский край) по материалам экспедиционных наблюдений. Эта крупная электростанция имеет 4 дымовые трубы (1 и 2 –h = 150 м, Ø устья = 6 м; 3 – h = 180 м, Ø устья = 6 м; 4 –h = 250 м,

Øустья = 8 м). На момент наблюдений мощность ГРЭС составляла 1400 МВт, уровень выброса в атмосферу золы был равен 5422 ч/с.

Имея в наличии такую таблицу и утвержденное МЗ РФ значение максимально-разовой ПДК для взвешенных веществ (0,5 мг/м3), несложно определить минимальное удаление от источника выброса, на котором величина расчетной концентрации не превышает ПДК. Для Назаровской ГРЭС такое минимальное удаление по угольной золе равно 8 км (табл. 4.2).

Для обоснования размера СЗЗ необходимо выполнить расчеты распределения величин концентраций в атмосферном воздухе для всех вредных веществ, входящих в состав выбросов промышленного предприятия. В дальнейшем по результатам этих расчетов для каждого вещества или группы суммации выбирается минимальное удаление от объекта (Х), где уровень загрязнения приземного слоя атмосферы отвечает гигиеническим стандартам по оцениваемому показателю. Эти данные сравниваются, и отмечается максимальное расстояние по абсолютной величине, которое и принимается в качестве нормативной ширины СЗЗ (l, в метрах).

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

58	Глава 4
	Таблица 4.2

Расчетное распределение разовых концентраций угольной золы (взвешенных веществ) в атмосферном воздухе в районе расположения Назаровской ГРЭС

	Удаление	Приземная	Удаление от источника	Приземная
	от источника выброса	концентрация (С) ,		концентрация (С),
			выброса (Хм), в км
	(Хм), в км	в мг/м3		в мг/м3
	0,5	0,52	5,0	1,08
	1,0	1,57	6,0	0,87
	2,0	1,88	7,0	0,72
	2,5	1,76	8,0	0,49
	3,0	1,61	11,0	0,37
	4,0	1,33	15,0	0,19

Необходимо помнить, что математическая модель ОНД-86 не учитывает розу ветров, поэтому полученная величина «l» должна обязательно корректироваться по приведенной в начале раздела формуле ГГО им. А.И. Воейкова и НИИ промзданий, согласно пункту 8.6.2. (ОНД-86).

Санитарно-гигиеническая надежность рассмотренной методики расчета была неоднократно подтверждена материалами комплексных экспедиционных исследований динамики распространения вредных веществ, поступающих в составе пылегазовоздушных выбросов крупных промышленных объектов. В частности, на примере тепловых электростанций такие исследования были выполнены в регионах страны с различными климатическими характеристиками рассеивания примесей в атмосфере.

На рис. 4.3 приведены результаты экспедиционных исследований в климато-географических условиях Средней Сибири. Наблюдения проведены в районе Назаровской ГРЭС в осенний сезон (сентябрь – октябрь), характеризующийся неустойчивым состоянием приземного слоя атмосферы и ростом повторяемости температурных инверсий (табл. 4.3).

Ход зонального распределения кривых концентраций золы на рисунке наглядно демонстрирует надежность математической модели рассеивания ОНД-86. Практически на всех расстояниях от дымовых труб электростанции расчетные концентрации витающей золы превышают фактические, причем как максимальные статистически достоверные и осредненные максимальные, так и «выскакивающие».

Выявленное превышение расчетных концентраций на расстояниях 11 и 15 км вызвано влиянием открытого угольного разреза, о чем свидетельствуют результаты исследования фильтров методов световой микроскопии. В просветленных фильтрах, использованных для отбора проб воздуха

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Использование расчетных методов	59

мг/м3

2,0

1,5
1,0
0,5									ПДК
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	15	км

Рис.  4.3.  Распределение расчетных и фактических концентраций витающей угольной золы в приземном слое атмосферы вокруг Назаровской ГРЭС (в мг/м3).

на этих расстояниях, помимо частиц золы выявлено много частиц угольной пыли, что исказило результаты весового анализа проб.

В целом полученное фактическое распределение концентраций витающей золы в приземном слое атмосферы согласуется с теоретической закономерностью, лежащей в основе математической модели, т.е. характеризуется наличием наибольших значений содержания пыли в так называемой «зоне задымления» и постепенным снижением уровня запыленности на более значительных расстояниях от труб ГРЭС.

Расчет размеров СЗЗ для крупных объектов или промышленных комплексов, характеризующихся большим числом источников выброса, рассредоточенных на площадке значительных размеров, выполняется только на электронных вычислительных машинах. Данные расчеты производятся по соответствующим лицензированным программам. При этом используются разработанные различными организациями и вычислительными центрами программы, реализующие в своей основе математическую модель ОНД-86. ПрограммырасчетаиотдельныеихверсиидолжныбытьсогласованысГГОим А.И. Воейкова Госкомгидромета. Следует отметить, что ГГО помимо утверждения программ занимается также их отменой, по мере внедрения более современных программных комплексов. Название и номер программы, действующей на момент санитарной экспертизы расчетов СЗЗ, санитарный врач при необходимости может уточнить в региональном отделении Госкомгидромета.

Расчеты по обоснованию размеров СЗЗ имеют право выполнять организации, имеющие лицензию и аккредитацию на этот вид деятельности.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

	60		Глава 4
			Таблица 4.3
	Климатические параметры, характеризующие условия рассеивания примесей
	в атмосфере в районе Назаровской ГРЭС
		Среднее значение	Пределы
	Параметр	за период экспедиционных	вариабельности
		наблюдений	параметра
		(сентябрь – октябрь)	в году
	Повторяемость слабых ветров 0–1 м/с	35,0	28,4 – 52,9
	у земли (%)
	Повторяемость приземных инверсий (%)	38,0	28,0 – 60,0
	Повторяемость приземных инверсий
	при скорости ветра 0–1 м/с у земли (за-	30,0	22,0 – 53,0
	стоев воздуха) (%)

Работа с программным комплексом состоит из следующих этапов: подготовки задания на расчет, выполнения расчетов, распечатки полученных материалов. Первый этап включает в себя сбор нормативно-справочной информации, составление таблиц задания на расчет и ввод информации в память ЭВМ. Современные программы позволяют осуществлять расчеты рассеивания для 500 и более источников выброса, следовательно, объем необходимой информации может быть весьма большим. Как и при работе с ОНД-86, для расчетов требуются данные по технологическому процессу объекта, характеристика района расположения предприятия, гигиенические требования к качеству атмосферного воздуха населенных мест. Однако математическая модель программного комплекса требует более детальной проработки материалов по физико-географической характеристике местности и ветровому режиму расчетной площадки.

Набор и форма таблиц задания на расчет зависят от используемого программного комплекса, что можно узнать из «Руководства пользователя». Заполнение таблиц предусматривает использование цифровых кодов, которыеприсваиваютсякаждомувредномувеществуилигруппесуммации, признаку учета фона. Цифровые номера применяются также для регистрации источников выброса или отдельных промплощадок. Порядок нумерации при этом, как правило, произвольный. В таблицах применяется своя независимая система координат, где за отчет берется определенная точка (пересечение улиц и т.п.). Если выброс один, как например, у котельной, то он служит нулевой точкой отсчета. Помимо перечисленного в таблицах задаются необходимые размеры расчетной сетки (шаги по длине и ширине) и масштаб карты, т.е. устанавливается соотношение между единицей измерения натурных объектов и единицей измерения их изображений на