38 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

2.4. Последствия загрязнения атмосферы

Характер распределения загрязнений в атмосфере подчиняется второму закону термодинамики. Различные загрязнители, выбро­

шенные из дымовых труб, постепенно рассеиваются в воздухе, раз­

бавляясь до уровней, не представляющих опасности. Ветры увели­

чивают скорость рассеяния и перемешивания, а воздушные потоки,

направленные от земли, выносят загрязнения в верхние слои атмо­

сферы.

Однако могут возникнуть такие условия, при которых атмосфер­ ные слои остаются стабильными. В результате этого загрязняющие

вешества вместо того, чтобы перемешаться в верхние слои атмосфе­

ры, остаются вблизи поверхности земли, накапливаясь в больших количествах, опасных для человека и окружающей среды. Инверсия представляет собой необычное состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой. В резуль­

тате более холодный воздух располагается ниже более теп,;юго.

Этим объясняется скапливание загрязнений ниже уровня слоя теп­ лого воздуха. Наиболее часто инверсия возникает осенью в хоJJод­ ные безоблачные ночи. В ясные осенние дни солнечные лучи нагре­

вают rюверхность земли, от которой нагревается прилегающий к

земле cJJoй воздуха. По мере того как земля охлаждается, происхо­

дит ох.ТJаждение прилегающего к ее поверхности слоя воздуха, поэ­

тому в утренние часы также может возникать инверсия. Более

продолжительные инверсии возникают в результате «оседания>> воз­

душной массы, имеющей высокое давление (антициклон). Воздух в

антициклоне опускается к земной поверхности. При этом его те~1-

пература возрастает. в результате чего формируется слой холодного

воздуха, расположенный 1\lежду слоями теплого воздуха. Концент­

рация загрязняющих веществ в холодном нижнем слое nостепенно

увеличивается в течение дня, поскольку эти загрязнения не рассеи­

ваются в верхних слоях атмосферы. Иногда такие явления наблю­ Jtаются в течение нескольких дней, что приводит к росту загрязне­

IIИЯ до опасного уровня, который может привести к летальному

11сходу. Так, в октябре 1948 г (самый ранний из зарегистрирован­

ных случаев значительного загрязнения атмосферы в результате

инверсии) сильнейший смог опустился на г. Донора (США), что

стало причиной смерти 20 человек. В декабре 1952 г. в Лондоне за

11ять дней из-за загрязнений, скопившихся в воздухе, погибло более

1000 че.l!овек.

Загрязнение атмосферы становится причиной снижения ее про­

!рачности, а также уменьшения видимости, появления неприятных

щпахов и запыленности.

Вследствие из1ченения альбедо земной поверхности, прозрачнос- 1и атмосферы и увеличения· поступающей в атмосферу теплоты на­

рушается энергетический баланс планеты. Альбедо изменяется при

I,ультивировании отдельных видов растительности, а также при оро­

шении или осушении поверхности Земли. Частицы пыли, поступаю­ щие в атмосферу, некоторое вреыя остаются в ней, сокращая проник­

новения ультрафиолетового излучения и образуя ядра коi-tденсации.

Поэтому запыленность атмосферы способствует увели'lению

1'\олuчества отраженного солнечного излучения и уменьшению

количества излучения, достигающего поверхности Земли.

Одним из основных загрязнителей, влияющих на прозрачность

воздуха, является диоксид углерода. Ежегодно количество СО2 ват­

мосфере возрастает на 0,4 r/{,. Подсчитано, что содержание СО2 в

атмосфере при сегодняшнеl\1 уровне технологии будет удваиваться

J\аждые 23 года, что может привести к глобальному повышению теl\1-

IIературы. Принимая во внимание, что при сжигании топлива за год

в окружающую среду поступает 14,2. !Qlб кДж теплоты, можно

11редположить, что, рассеиваясь в околоземном пространстве, эта

теплота приведет к существенному изменению его температурного

режима. Следует отметить, что в процессах, обеспечивающих нор­

~1алы1ьrе условия развития экосистем, важную роль играет озон.

Хотя в атмосфере содержавне озона невелико (2 · 1о-6 % по объе­ му), тем не менее его роль в защите поверхности Земли от жесткого

Ультрафиолетового излучения трудно переоценить. РазруULение

озонового слоя на 50% повлечет за собой увеличение дозы ульт­ fЮфиолетового облучения в 10 раз.

44 Час т ь 1 Место инженерной экоJюrии в системе знанкй о человеке и природе

v" = о.65 з...Jv1 дТIН;

V0 = 1,3 w0 D!H,

где w0 - средняя по сечению скорость газов, м/ с; V0 , Vм - вспо­

могательные параметры для холодных и горячих источников соот­

ветственно

Коэффициент т определяется из равенства

т= (0,67 + 0,1 Гt+ 0,343Г[ )-1 при f > 100.

Коэффициент n при f < 100 определяется следующими выраже­

ниями:

n = 1 при Vм > 2;

п =0,532 11,-2,13 Vм + 3,13 при 0,5.;;; Vм.;;; 2;

n = 4,4 V" при Vм.;;; 0,5.

Для холодных выбросов

К= D/(8V0 ) = (7,1 ...Jw0 V0 )- 1,

где D -диаметр устья трубы, м

Для горячих источников расстояние Xm, м, от источника вы­

бросов до точки, где приземная концентрация С, мг/ мз, достигает

максимального значения Cm, определяется по формуле

5- F

Xm = --Hd, 4

где безразмерный коэффициент d при f < 100 вычисляется как

d = 2,48 ( 1 + 0,28 3{J) при Vм .;;; 0,5;

d = 4,95 V~., ( 1 + 0,28 Чf) при 0,5 < v\1.;;; 2; d = 7 ~ ( 1 + 0,28 3Гt) при V., > 2.

Для холодных источников при !iT""' О и f > 100 имеем:

d = 5,7 при v~, < 0,5,

d = 11,4 V.,при 0,5 < Vм < 2; d = 16 ~при~> 2

Все изложенные методы относятся к категории поверочных рас­

четов, когда для источника параметры Н, V, Т, М уже заданы.

В ряде случаев, например при подготовке различных обоснований, возникает необходимость решения обратных задач, т.е. поиска М, н и т.д

Мощность горячих ( !:!Т> О) выбросов, соответствующая за­

данному значению максимальной концентрации Ст, мг/ м3, опреде­

ляется по формуле

Заменяя Ст значением норматива для конкретного вещества, т.е.

его ПДК, получаем предельные значения М, которые обеспечат вы­ полнение условия С .;;; ПДК, т.е. предельно допустимый выброс.

Таким образом, регламентация выбросов в атмосферу осу­

ществляется путем установления ЛДВ вредных веществ ват­

мосферу, т.е. нормативов. определенных из условия, при кото­

ром содержание загрязняющих веществ в приземном слое воз­

духа от источника или их совокупности не превышает норма­

тивов качества воздуха для населения, животного u расти­

тельного мира. При этом обязательно учитываются фоновые кон­ центрации тех же веществ от внешних источников СФ и эффект сум­

мирования. Следовательно,

для нагретых выбросов

пдв = (ПДК- СФ) Н2 \J v,t:-.T;

АFтп

• для холодных выбросов

лдв = (ПДК - Сф) 8Н 4/З 8 V1

AFnD

46 Час т ь l Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

При расчетах загрязнения воздуха от источников прямоугольно­

го сечения целесообразно использовать нормативные документы

[7-12].

2. 7. Санитарно-защитные зоны

Среди процессов, происходящих в атмосферном воздухе при по­

ступлении в него примесей, выбрасываемых различными предпри­ ятиями, следует выделить рассеяние этих примесей в атмосферном

воздухе, в результате чего происходит снижение их концентрации,

причем с увеличением расстояния от точки выброса эти концентра­

ции снижаются до безопасных уровней. Поэтому с целью зашиты

селитебных территорий и других объектов и зон градостроения от воздействия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу вместе с выбросами, требуется отделять предприятия или их под­ разделения свободными территориями - санитарно-защитными зо­

нами (СЗЗ).

Санитарно-защитные зоны представляют собой территории оп­

ределенной протяженности и ширины, располагающиеся между предприятиями и источниками загрязнения и границами зон жилой

застройки.

С 1981 г. расчет СЗЗ регла~ентируется государственным стан­

дартом, причем установлено, что каждое предприятие, имеющее ис­

точники загрязнения среды, должно иметь санитарно-защитную

зону. Для этой цели все предприятия разделены на 1О групп по от­ раслям в зависимости от совокупности вызываемых ими вредностей. В пределах каждой группы выделяется пять классов предпри­

ятий по степени их опасности и в зависи_t,tости от класса ус­

танавливается нормативная ширина СЗЗ. МинимальНЫ!.' протя­ женности СЗЗ для предприятий I класса составляют 1000 м, II клас­ са - 500 м; lil класса - 300 м; IV класса - 100 м; V класса -

50 м.

При установлении протяженности СЗЗ учитываются господству­

ющие направления ветров, т .е. она может в зависимости от розы

ветров иметь различную протяженность в разных направлениях, но

в любом случае - не ниже минимальной (нормативной). Размеры

СЗЗ могут быть уменьшены за счет технологических мероприятий,

например систем очистки и обезвреживания загрязняющих веществ, снижения влияния иных вредных производственных факторов.

2.8. Санитарно-гигиенические nоказатели

загрязнения атмосферы

В 1951 г. в СССР были утверждены ПДК для 10 наиболее рас­

пространенных атмосферных загрязнителей. Это были первые в

мире нормативы качества воздуха, введенные в работах В.А. Ряза­ нова, К.А. Буштуевой, М.А. Пинигина и др. В начале 1970-х гг.

перечень ПДК, приведенный в <•Санитарных нормах проектирования промышленных предприятиЙ•> (СН 245-71 ), включал более 600 на­

званий вредных веществ, а в середине 1990-х гг. - 2400. В основу нормирования была положена концепция, согласно которой допус­

тимой может быть признана такая кони,ентрация загрязните­

ля в атмосферном воздухе, которая не оказывает на целовека

прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не

снижает его работоспособности, не влияет на его самочувст­

вие или настроение.

Некоторые загрязнители атмосферы обладают запахом и оказы­

вают раздражающее действие на слизистые оболочrш верхних ды­

хательных путей. Такие их свойства следует учитывать' лишь в слу­

чаях, если они вызываются концентрациями ниже пороговых по ток­

сическому действию. Ощущение запаха или раздражающего дейст­

вия, как правило, появляется в период кратковременного подъема

концентраций. Кроме того, для обоснования ПДК изучаются различ­

ные рефлекторные реакции на кратковременное вдыхание загрязни­

теля.

С учетом критериев вредности устанавливаются ПДК атмосфер­ ных загрязнений для двух периодов усреднения концентраций:

•среднесуто'lная ПДК, которая является основной и служит

для предотвращения хронического неблагаприятного действия;

•htаксимальная разовая ПДК, дополнительная к среднесуточ­

ной ПДК для веществ, обладающих запахом или_ раздражающим дей­

ствием для оценки пиковых подъемов коннентраций в течение

20... 30 мин.

Предельно допустимая концентрация атl\!осферных загрюнений

должна использоваться только для оценки степени загрязнения воз­

духа селитебных территорий и не должна применяться для оценки степени загрязнения воздуха промышленной rrлощадки и санитар­

но-защитных зон.

Для оненки загрязнения воздуха на территориях курортов, мест

массового отдыха населения используется 0,8 ПДК атмосферных за­

грязнений.

52 Час т ь l Место инженерной экологии в системе знаниИ о человеке и природе

благоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загряз­

нения.

Загрязнение атмосферы при одновременном присутствии раз­

личных загрязнителей можно оценить по комплексному показателю

Р, учитывающему характер комбинированного воздействия различ­

ных веществ и их класс опасности (см. табл. 2. 7):

P=~L К,2 ,

с,

где К,= (Пдf<.:с)i.

Величина К, представляет собой среднегодовое загрязнение ат­

мосферы конкретным i-м веществом, выраженное в долях среднесу­

точной ПДК (ПДКсс), приведенное К· биологическому эквиваленту

3-го класса опасности. Для получения значения Р вначале опреде­

ляют, во сколько раз концентрация i-го вещества превышает его

ПДКсс· Приведение К, к 3-му классу опасности осуществляется по

табл. 2.8-2.10.

54 Час т ь \. Место инженерной жологии в системе знаний о человеке и природе

Полученное расчетное значение комплексного показателя Р по­

зволяет оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха в зави­

симости от числа загрязнителей (табл. 2.11 ).

2.10. Раздельное нормирование

загрязняющих веществ в воздухе

Для обеспечения комфортных условий жизнедеятельности чело­ века условие С ~ ПДК должно соблюдаться в любых местах его пре­ бывания неизменно. Как правило, содержание примесей в воздухе

рабочей зоны больше, чем на территории предприятия (промышлен­

ной площадке) и за ее пределами, например в населенных пунктах,

куда загрязняющие атмосферу вещества поступают рассеянными.

Учитывая эти обстоятельства, приняты принципы раздельного нор­ мирования загрязняющих веществ. Это означает, что для каждого

вредного вещества устанавливается несколько максимальных разо­

вых предельно допустимых концентраций в воздушной среде. В част­ ности, одно значение ПДК устан'авливается для воздуха рабочей

зоны (ПДКр), под которой понимают пространство в пределах двух

метров от пола, где находятся места постоянного или временного

пребывания работающих, другое - для атмосферного воздуха на­

селенного пункта (ПДКнn)·

Предельно допустимая концентрация рабочей зоны - это кон­ центрация, которая при ежедневной работе человека, кроме выход­ ных, в течение 8 ч или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа, не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнару­

живаемых современными методами исследования как в процессе ра­

боты, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих

поколений. На территории предприятий содержание примесей принимается равным 0,3 ПДКrз· Снижение нормы содержания примесей на территории предприятия втрое по сравнению с пдкрз

вызывается тем, что воздух территории предприятия используется

для вентиляции производственных помещений, где концентрация примесей периодически может быть весьма высокой, т.е. превышать

ПДJS,з·

llредельно допустимая концентрация атмосферного воздуха

населенного пункта - это максимальная концентрация примеси,

отнесенная к определенному времени осреднения, которая при пе­

риодическом воздействии на человека или при воздействии на про­

тяжении всей жизни человека не оказывает вредного влияния,

nключая отдаленные последствия, на него и на окружающую среду

R целом.

Таким образом, необходимость раздельного нормирования за­ грязняющих веществ определяется законом толерантности. На