КГ Акулов

ятием для ежегодной статистической отчетности по инвен­

таризации источников загрязнения атмосферы, принятой в

СССР.

При рассмотрении проектных материалов или результа­ тов инвентаризации источников загрязнения атмосферы санитарный врач должен учитывать годовой и суточный режим работы предприятия, так как для оценки санитар­ ной ситуации необходимо знать периоды максимального загрязнения атмосферы. Так, для котельных ТЭЦ пред­ ставляют интерес выбросы самого холодного периода года, так как в теплое время они работают с неполной нагрузкой. Есть предприятия, работающие в 1— 2 смены. Для гигиениста представляет интерес не выброс за год или сутки от таких предприятий, а, например, максимальный часовой выброс. Учет режима работы предприятия необ­

ходим и для правильной организации лабораторного контроля.

Большое влияние на величину выброса оказывает эффективность работы очистных сооружений. Так, сни­ жение эффективности с 98 до 96%, т. е. всего на 2%, увеличивает выброс в 2 раза. В связи с этим при оценке источников загрязнения атмосферы санитарный врач до­ лжен знать как проектный, так и реальный коэффициенты очистки и для оценки использовать последний. Таким образом, величина выброса является ведущим фактором, определяющим уровень приземных концентраций загряз­ нений, и санитарный врач должен быть знаком с особен­ ностями технологических процессов промышленных пред­ приятий обслуживаемой территории, уметь оценить каче­ ственные и количественные характеристики выбросов по данным проектных материалов или промышленных пред­ приятий, знать, какие материалы позволяют получить наиболее полную характеристику величины выбросов.

При одном и том же абсолютном выбросе степень загрязнения атмосферного воздуха может меняться в зависимости от метеорологических факторов, так как рассеивание выбросов происходит под влиянием турбулен­ тности, т. е. перемешивания различных слоев воздуха. Турбулентность связана с притоком тепла, излучаемого солнцем и достигающим земной поверхности, и имеет свои закономерности переноса воздушных масс в зависимости от широты и времени года. Среди метеорологических факторов заслуживают особого рассмотрения направление и скорость ветра, температурная стратификация атмосфе­ ры и влажность воздуха.

Вследствие непрерывного изменения направления вет­ ра наблюдательная точка то попадает в факел выброса источника загрязнения, расположенного вблизи этой точ­ ки, то выходит из него. Поэтому уровень загрязнения

*

Рис. 47. «Роза задымления». Вершина указывает направле­ ние ведущего источника ( С - В ) .

меняется с изменением направления ветра. Эта зависи­ мость имеет важное значение для санитарной практики при решении вопросов размещения промышленных пред­ приятий в плане города и выделении промышленной зоны.

На этой закономерности «поведения» промышленных выбросов в приземном слое атмосферы основаны санитар­ ные требования к функциональному зонированию террито­ рии населенных мест с размещением промышленных предприятий подветренно от селитебной территории, т. е. чтобы господствующее направление ветра было с селитеб­ ной территории на промышленное предприятие. Особое значение эта зависимость приобретает в практической деятельности санитарной службы крупных промышлен­ ных центров при решении вопроса о ведущих источниках загрязнения. Очень показательна для анализа санитарной ситуации диаграмма, построенная по принципу розы вет­ ров и названная поэтому «роза задымления» (В. А. Ряза­

нов).

Для построения розы задымления необходимо распола­ гать результатами систематических наблюдений за загряз­ нением атмосферного воздуха не менее чем за год. Все данные разбиваются на группы в соответствии с направле­ ниями ветра в период отбора проб. Для каждого направле­ ния ветра подсчитываются средние концентрации, по которым в произвольном масштабе строится график. Выступающие вершины графика указывают на основной источник загрязнения воздуха данной территории. Для каждого загрязнителя строится отдельный график. Как пример построения розы задымления приведены табл. 48 и рис. 47 на основании результатов систематических на­ блюдений одного из промышленных центров страны. Концентрация загрязнителей в период штилей составляла

0,14 мг/м3.

Из приведенных данных видно, что основной источникзагрязнения воздуха сернистым газом находится к восто-

ку от изученной территории. На том же принципе основа­ на методика определения фоновых концентраций, но с учетом скорости ветра и по 4 градациям стран света. Определение фоновых концентраций с учетом направления ветра помогает объективно решать вопросы о размещении промышленных предприятий в плане города, т. е. не размещать их в направлениях, ветры которых приносят наивысшие уровни загрязнения.

Если бы концентрации загрязнений зависели только от величины выброса и направления ветра, то они не изменя­ лись бы при неизменном выбросе и направлении ветра. Однако основное значение имеет процесс разбавления выброса атмосферным воздухом, в котором большую роль играет скорость ветра. Чем выше скорость ветра, тем интенсивнее перемешивание выброса с атмосферным воз­ духом и тем ниже, при прочих равных условиях, концен­ трация загрязнений. Высокие концентрации обнаружива­ ются-^-период штиля.

V Вместе с тем существует понятие «опасная» скорость ветра, при которой возможны наиболесттсокие уровни загрязнения. В зависимости от высоты выброса, его температуры, объема выбрасываемых газов «опасная» скорость меняется. Есть эмпирическая формула для рас­ чета «опасной» скорости. Для низких холодных выбросов она составляет 1— 2 м/с, а для высоких нагретых выбро­ сов— 4 — 6 м/с. В связи с тем что в современном промыш­ ленном городе, как правило, имеется комбинация высоких и низких холодных и нагретых выбросов, наблюдаются два пика подъема концентрации в зависимости от скорости ветра — при скоростях до 2 м/с и близких к 5 м/с (рис. 48). Санитарный врач должен использовать эту закономер­ ность. При решении вопросов отвода участка под стро­ ительство промышленного предприятия, рассмотрении ма­ териалов по реконструкции существующего предприятия важно учитывать как направление, так и скорость ветра, в частности чтобы «опасная» скорость ветра для рассматри­ ваемого источника не совпадала с часто встречающейся в направлении от источника на селитебную территорию. Важно учитывать эту закономерность и при организации лабораторного контроля.

с г

Рис. 48. Уровень загрязне­ ния воздуха в современ­ ном городе в зависимости от скорости ветра.

а т м о с ф е р ы . Способность поверхности земли поглощать или излучать тепло влияет на вертикальное распределение температуры в приземном слое атмосферы. В обычных условиях с подъемом вверх температура падает. Этот процесс рассматривается как адиабатический, т. е. проте­ кающий без притока или отдачи тепла: поднимающийся поток воздуха будет охлаждаться за счет увеличения объема вследствие уменьшения давления и, наоборот, опускающийся поток будет нагреваться благодаря увели­ чению давления. Изменение температуры, выраженное в градусах на каждые 100 м подъема вверх, называется температурным градиентом. При адиабатическом процессе температурный градиент составляет примерно 1° С.

Бывают периоды, когда с увеличением высоты темпе­ ратура падает быстрее, чем на 1° С на 100 м, в результате чего теплые массы воздуха от нагретой солнцем поверхно­ сти земли поднимаются на большую высоту, что сопро­ вождается быстрым опусканием холодных потоков возду­ ха. Такое состояние, относящееся к сверхдиабатическому градиенту температуры, называют конвективным. Оно характеризуется сильным перемешиванием воздуха.

В реальных условиях температура воздуха с высотой не всегда падает и вышележащие слои воздуха могут

Состояние атмосферы с извращенным температурным градиентом носит название температурной инверсии. В периоды инверсий ослабляется турбулентный обмен, в связи с чем ухудшаются условия рассеивания промышлен­ ных выбросов, что может приводить к накоплению вред­ ных веществ в приземном слое атмосферы.

Различают приземные и приподнятые инверсии. При­ земные инверсии характеризуются извращением темпера­ турного градиента у поверхности земли, а приподнятые — появлением более теплого слоя воздуха на каком-либо

расстоянии от поверхности земли. В слое инверсии прак­ тически становятся невозможны вертикальные токи воз­ духа, так как снижается коэффициент турбулентной диф­ фузии, в результате чего выброс под слоем инверсии не может подниматься вверх и распределяется в приземном слое. Поэтому температурные инверсии, как правило, сопровождаются значительным увеличением концентрации загрязнений в приземном слое. Как известно, массовые отравления населения в долине Маас, а также в Доноре и Лондоне наблюдались в период устойчивой температурной инверсии, продолжавшейся несколько суток. Чем длитель­ нее инверсия, тем выше концентрации атмосферных за­ грязнений, потому что накопление атмосферных выбросов происходит в ограниченном, как бы замкнутом, простран­ стве атмосферы.

Большое значение имеет не только длительность, но и высота инверсии. Естественно, что низкие приземные (до

концентраций: первые — вследствие того, что высота вы­ броса некоторых источников загрязнения может находить­ ся над слоем инверсии и она не будет препятствовать их рассеиванию, а вторые — потому, что при очень приподня­ тых инверсиях слой атмосферы под ними оказывается достаточным, чтобы разбавить промышленные выбросы.

Таким образом, вертикальный температурный градиент является важнейшим фактором, определяющим интенсив­ ность процессов перемешивания загрязнений с атмосфер­ ным воздухом и имеющим большое практическое значе­ ние. Например, если в каком-то районе часты приземные

влияния на снижение концентраций в периоды инверсий. Целесообразно строительство трубы выше 200 м. Если часты приподнятые инверсии на высоте 300— 400 м, то строительство трубы даже высотой 250 м не будет способ­ ствовать снижению концентраций в период инверсии.

На рис. 49 схематически изображены разные темпера­ турные профили атмосферы. Как видно из этого рисунка, накопление вредных выбросов в приземном слое в период приземных инверсий будет происходить при низких вы­ бросах. Особенно возрастают концентрации загрязнений в случае расположения приподнятых инверсий непосред­ ственно над источником выброса, т. е. устьем трубы. Санитарный врач должен знать особенности температур­ ной стратификации атмосферы обслуживаемой террито­ рии, чтобы учитывать их при решении вопросов предупре­ дительного и текущего надзора в гигиене атмосферного воздуха.

Рис. 49. Загрязнение приземного слоя атмосферы от источников разной высоты в зависимости от стратификации атмосферы (схема).

По горизонтали отложена температура воздуха, по вертикали — высота в метрах. Вертикальная линия характеризует изменение температуры от высоты: /— отсут­ ствие температурной инверсии; 2 — ириземная инверсия разной высоты; 3 — припод­ нятая инверсия разной высоты.

В связи с изменениями температурно-радиационного режима воздуха городской территории над городом более вероятно образование инверсий по сравнению с окрестны­ ми территориями. В холодный период года наблюдаются более частые и длительные инверсии. Температурный градиент изменяется не только по сезонам, но и на протяжении суток. Вследствие охлаждения поверхности земли лучеиспусканием нередко образуются ночные ин­ версии, чему благоприятствуют ясное небо и сухой воз­ дух. Ночные инверсии могут возникать и в летнее время, достигая максимума в ранние утренние часы.

Нередко инверсии образуются в долинах между возвы­ шенностями. Спускающийся с них холодный воздух под­ текает под более теплый воздух долины и образуется «озеро» холода (рис. 50). В таких условиях решение вопроса о размещении промышленных предприятий ока­ зывается особенно трудным.

Наиболее высокие концентрации атмосферных загряз­ нений наблюдаются при низких температурах в период зимних инверсий. В СССР зимние инверсии распространя­ ются на большие территории. Область распространения антициклонов и инверсий совпадает. Помимо температур­ ной инверсии, антициклон характеризуется малыми скоро­ стями ветра и возникает в областях высокого барометри-

Рис. 50. Распределение температуры воздуха в долине (схема).

ческого давления. Этим, вероятно, следует объяснить наличие корреляции между загрязнением воздуха, темпе­ ратурой и высотой .барометрического давления.

Большое влияние, окАУЬюлсмОе распространение промышленных выбросов скоростью ветра и вертикаль­ ным распределением температуры воздуха, позволило выделить основные типы дымового факела, определя­ ющие степень загрязнения приземного слоя атмосферы (рис. 51). «Конусообразная» струя, постепенно расширя­ ясь, достигает поверхности земли примерно на рассто­ янии, равном 20 высотам трубы. «Волнообразная» струя, возникающая при сверхдиабатическом градиенте, создает кратковременные значительные концентрации и на близ­ ких расстояниях от трубы (2— 3 высоты грубы). «Припод­ нятая» струя возникает при слое инверсии ниже устья трубы, в связи с чем рассеивание выброса происходит выше слоя инверсии. В случае выброса в слое инверсии наблюдается «нитевидная» струя. Наиболее неблагоприят­ ны состояния атмосферы, при которых наблюдается

:Рис. 51. Типы дымового факела (струй) в зависимости от вертикального распределения температуры воздуха (схема).

1 «конусообразная»; 2—«волнообразная»; 3—«приподнятая»; 4—«нитевидная»; Д—«задымляющая»; пунктиром указано адиабатическое состояние атмосферы.’

Сплошной линией обозначена температурная стратификация, обусловливающая ■форму факела.

«задымляющая» струя. В этом случае слой инверсии располагается над трубой и компоненты выброса концен­ трируются в узком слое атмосферы. Частным случаем «задымляющей» струи является «опасная», возникающая при устойчивой антициклонической погоде, малых скоро­ стях ветра, т. е. когда длительно сохраняются условия, характерные для возникновения «задымляющей» струи.

Определенное значение для распределения загрязнений в приземном слое атмосферы имеет влажность воздуха.

Рис. 52. Зависимость концентрации атмосферных загрязнений от расстояния до источника выброса (схема).

Для большинства загрязнителей имеется прямая зависи­ мость, т. е. с ростом влажности возрастают их концентра­ ции. Исключение составляют лишь соединения, способ­ ные гидролизоваться. Особенно высокие концентрации атмосферных загрязнений отмечаются в периоды туманов. Связь уровня загрязнения и влажности объясняется тем, что в городской атмосфере имеется значительное количе­ ство гигроскопических частиц, конденсация влаги на которых начинается при относительной влажности меньше 100%. В связи с утяжелением частиц за счет конденсации влаги они опускаются и концентрируются в более узком слое приземной атмосферы. Газообразные загрязнения, растворяясь в конденсате частиц, также накапливаются в нижних слоях атмосферы.

Таким образом, при одном и том же выбросе уровень приземной концентрации загрязнителей может существен­ но меняться в зависимости от метеорологических условий. Анализ метеорологических условий, при которых могут наблюдаться повышенные уровни загрязнения, позволил подойти к прогнозированию опасного загрязнения воздуха в городах по синоптическим ситуациям. В нашей стране для промышленных городов существует система прогноза неблагоприятных метеорологических условий, на период которых разрабатывается система мер по снижению вы­ бросов вплоть до ограничения деятельности предприятий и движения автотранспорта, что позволяет избежать появ­ ления опасного для здоровья накопления загрязнений в приземном слое атмосферы.

Степень разбавления выброса атмосферным воздухом находится в прямой зависимости от расстояния, которое выброс прошел до данной точки. Это связано с тем, что с удалением от источника выброса увеличивается попереч­ ное сечение факела (рис. 52), которое возрастает пропор­ ционально квадрату расстояния и, следовательно, концен­ трации должны снижаться обратно пропорционально квад­ рату расстояния. В действительности концентрации сни-