Проблемы защиты воздушного бассейна от загрязнения

Для суждения о целях и методах защиты воздушного бассейна от загрязнений и соответствующих задачах районной планировки важно оценить масштаб, значение и сложность этой проблемы.

Загрязнение атмосферного воздуха, как показывают исследования ВОЗ, связано с чрезвычайно большим числом технологических процессов, охватывающих почти все отрасли современного производства (см. табл. 3.13).

Источники загрязнения воздушного бассейна*.

Таблица 3.13

• По материалам ВОЗ.

Наиболее мощными источниками загрязнения атмосферы могут быть промышленные предприятия металлургической и химической промышленности, а также тепловые электростанции, в особенности работающие на высокозольном и высокосернистом топливе. Особенно катастрофическим может стать загрязнение атмосферы, когда массовый сброс вредных веществ промышленными предприятиями и энергетическими установками происходит при неблагоприятных микроклиматических условиях. При этом воздух насыщается вредными веществами и образуется «дымный туман» — смог.

Наиболее опасным последствием загрязнения воздушного бассейна является его влияние на здоровье населения.

Увеличение выбросов в атмосферу приводит также к крупнейшим экономическим потерям. К ним относятся: распыление большого количества сырья и материалов, выбрасываемых в атмосферу (цемента, серы, редких и цветных металлов и т. д.); возрастание расходов на электроосвещение и потери на авариях автотранспорта в связи с ухудшением микроклиматических условий (уменьшение прозрачности, солнечного света и ультрафиолетовой радиации в загрязненной атмосфере, образование туманов); повышенные затраты на ремонт оборудования и сооружений из-за коррозии; дополнительные затраты на чистку и сохранение одежды, окраску зданий; крупные потери в сельском хозяйстве; ущерб, наносимый памятникам архитектуры и искусства, подвергающимся влиянию загрязненного воздуха; большие затруднения в развитии производств новой техники, нуждающихся в чистом воздухе (сверхточная механика, электроника, производство антибиотиков и др.).

Помимо ущерба здоровью населения и отмеченных прямых экономических потерь загрязнение воздушного бассейна жилых районов может привести к большим косвенным потерям при развитии промышленных узлов и городов, которые можно охарактеризовать как искажение (деформацию) экономико-географической и планировочной структуры промышленных узлов и городов. К этим потерям относятся: вынужденное ограничение мощности и состава промышленных комплексов, снос жилой застройки в призаводских районах, ухудшение архитектурно-планировочной структуры городов и большие осложнения при переходе в процессе строительства города на новые площадки.

Для комплексного решения проблемы загрязнения воздушного бассейна городов, в том числе с помощью методов районной планировки, важное значение имеет система гигиенических нормативов, устанавливающих предельно допустимое содержание вредных веществ в атмосфере.

Санитарными нормами установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для очень большого числа вредных веществ в атмосфере. Важно учесть эффект суммации действия нескольких веществ, совместно присутствующих в атмосфере. Для предупреждения этого эффекта установлены предельные значения суммарной концентрации некоторых взаимодействующих веществ.

Полностью должно быть исключено присутствие в атмосфере канцерогенных веществ, т. е. вызывающих раковые заболевания, в частности полициклического органического соединения 3, 4-бензпирен, известного в качестве сильного канцерогенного фактора и рассматриваемого в мировой практике как стандарт для сравнения с канцерогенной активностью других химических агентов. Отмечено, что некоторые вещества, не обладающие сами по себе канцерогенной активностью, могут выступать в роли способствующих агентов, перенося канцерогенные вещества.

Контроль за соблюдением гигиенических норм осуществляется санитарно-эпидемиологической службой, которая в порядке предупредительного санитарного надзора за охраной атмосферного воздуха выявляет состояние воздушного бассейна и, в частности, оценивает эффективность мероприятий, предусмотренных при разработке проектов районной планировки, генеральных планов городов и технических проектов промышленных предприятий и инженерных сооружений.

Правильно поставленные санитарно-гигиенические наблюдения относятся к числу наиболее важных в комплексе специальных исследований, выполняемых в связи с районной планировкой. В процессе разработки проекта районной планировки могут быть сформулированы точные задачи этих исследований применительно к конкретной ситуации и прогнозу развития данного района, а их результаты глубоко проанализированы и учтены при формировании проектных решений.

К техническим методам решения проблемы зашиты воздушного бассейна от загрязнений относятся:

• 1) создание очистных устройств на предприятиях;
• 2) повышение степени рассеивания выбросов путем строительства высоких дымовых труб;
• 3) снижение объема выбросов благодаря применению более качественного сырья и топлива, уменьшения масштабов производства и его рассредоточения или путем изменения технологического процесса.

Сооружение очистных установок на предприятиях позволяет резко сократить выбросы в атмосферу. При их квалифицированной эксплуатации достигается весьма высокая степень очистки. Важное значение имеет соблюдение технологического режима производства, исключение «залповых» выбросов, связанных с нарушениями технологического процесса. Строительство высоких дымовых труб отодвигает зону загрязнения от источников выброса. Поскольку с высотой скорость ветра увеличивается, то при прочих равных условиях чем выше труба, тем интенсивнее происходит разбавление загрязнений. Однако сооружение дымовых труб лишь перемешает в пространстве и ослабляет загрязнение воздушного бассейна.

В некоторых случаях при размещении промышленности, тепловых электростанций и котельных в крупных городах целесообразно применять более качественные топливо и сырье. В США, Великобритании и некоторых других странах введены жесткие ограничения на применение в городах топлива с большим выходом летучих компонентов. В нашей стране во многих городах для оздоровления воздушного бассейна электростанции переведены с угля на природный газ и мазут.

Невозможность применить эффективные методы очистки при существующей технологии производства в некоторых случаях требует ограничения масштабов и рассредоточения производства. Так, предельная мощность тепловых электростанций в значительной мере определяется допустимыми нормами выброса загрязнений в атмосферу. По этим же соображениям, возможно, потребуется ограничить мощности и рассредоточить некоторые другие проектируемые промышленные предприятия.

Наиболее прогрессивно применение технологического процесса, устраняющего источники образования выбросов. Очистка стоит настолько дорого, что в ряде случаев дешевле устранить саму необходимость ее, применив технологию без выброса. В перспективе, видимо, будет принципиально пересмотрен ряд технологических процессов. Например, применен принципиально новый процесс технологического использования угля, позволяющий извлечь из него химические компоненты до сжигания в котлах тепловых электростанций и, следовательно, резко сократить или ликвидировать при последующей переработке выбросы в атмосферу; осуществлена замена двигателя внутреннего сгорания в автомобиле на аккумуляторный электродвигатель; созданы беструбные (и бессточные) заводы, работающие по замкнутому циклу, позволяющие получить в будущем огромный экономический эффект за счет утилизации всего потока сырья.

Тем не менее технические методы при всем их значении не могут пока полностью гарантировать защиту атмосферного воздуха в городах от загрязнений. Сама по себе задача замены почти всех существующих технологических процессов принципиально новыми невероятно сложна. Для создания очистных сооружений в ряде случаев потребуются очень большие материальные затраты, приближающиеся к стоимости основного производства, и разработка новых методов обнаружения вредных выбросов. Науке и практике известны далеко не все вредные для здоровья вещества, загрязняющие атмосферу. В специальном обзоре Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) указывалось, что ряд вредных загрязнителей еще не опознан, и пройдет еще много лет, прежде чем будут собраны полные сведения о природе загрязнения воздуха, так как эта проблема слишком сложна и ее решение зависит от учета большого числа изменяющихся факторов.

В частности, установлено, что токсичность смесей, в которых одна или несколько частей газа приходится на 1 млн. частиц воздуха, может быть меньше, чем токсичность смесей, в которых частица газа приходится на 1 млрд частиц воздуха и, казалось бы, степень концентрации вредных веществ в 1000 раз меньше. Развитие промышленности и освоение новых технологических процессов постоянно расширяют количество циркулирующих в них веществ, изучение которых сопряжено с большими трудностями.

Рост производства, сложность технических проблем газоочистки и внедрения принципиально новых технологических схем, неопознанность многих токсических веществ (и особенно их соединений) требуют, чтобы технические методы защиты воздушного бассейна были эффективно дополнены планировочными методами. Сущность этих методов можно сформулировать как борьбу с загрязнением воздушного бассейна путем правильного взаимного размещения промышленных предприятий и мест расселения. Именно на этом этапе решения проблемы ведущее место приобретает районная планировка.

К планировочным методам борьбы с загрязнением воздушного бассейна следует отнести в первую очередь установление достаточных санитарно-защитных зон между промышленными зонами и жилыми районами. Снижение концентраций в зависимости от расстояния легло в основу принятого в нашей стране законодательства о санитарнозащитных зонах (разрывах) между промышленными предприятиями и жилыми районами.

Действующими санитарными нормами все промышленные производства классифицированы на пять классов санитарной вредности, для которых установлена величина санитарно-защитных зон: I класс — 1000 м, II класс — 500, III класс — 300, IV класс — 100, V класс — 50 м. При неблагоприятных метеорологических и других условиях санитарной службе предоставлено право увеличивать разрывы для предприятий I класса вдвое.

Однако важнейшее значение имеют требования учета конкретных микроклиматических условий, а также мощности промышленных производств и суммации действия их вредностей. В связи с этим для особо крупных комплексов металлургической и химической, промышленности должны устанавливаться санитарно-защитные зоны в 5— 10 км и более.

По специальным подсчетам, выполненным для металлургических заводов с полным циклом (мощностью 1, 4, 6, 12 и 24 млн т стали в год), экономически эффективно создание санитарно-защитных зон шириной до 10—25 км, которые в сочетании с техническими мероприятиями обеспечивают надежную защиту воздушного бассейна городов от загрязнения.

Важнейшее значение имеет тщательный учет местных климатических условий. Наиболее существенно направление ветра. Особенно сильно загрязнения воздушного бассейна влияют на население в летнее время, поэтому важны розы ветров не только годовые, но и по месяцам. Поскольку в течение года дуют ветры всех направлений, а во многих местах роза ветров вообще нечеткая (т.е. велика повторяемость ветров разных направлений), необходимо учитывать угрозу задымления территории, окружающей источник выбросов, в разных направлениях. Санитарно-защитная зона в этих случаях примет форму эллипса или фигуры более сложных очертаний, значительно увеличиваясь на наиболее опасных по розе ветров направлениях.

Важный фактор — скорость ветра. Так называемые опасные скорости ветра для разных источников загрязнения различны: для мощных источников загрязнения горячими выбросами (например, из высоких дымовых труб тепловых электростанций) опасная скорость ветра около 5 м/с; в то же время такие скорости ветра будут способствовать рассеиванию примесей от низких источников холодных выбросов, вблизи которых рост загрязнений происходит при ослаблении ветра до 1—2 м/с.

Изменение температуры воздуха с высотой (вертикальный температурный градиент) существенно влияет на условия задымления. Как известно, температура воздуха с высотой падает примерно на ГС каждые 100 м. При этом теплый и легкий приземный слой воздуха, наиболее загрязненный, поднимается вверх, и загрязнения рассеиваются. Но в некоторых случаях, особенно зимой, когда земля сильно промерзает, нижний приземный слой становится холоднее и, следовательно, тяжелее верхнего. Происходит температурная инверсия, при которой загрязнения не поднимаются вверх и не рассеиваются, а прижимаются к земле. Зимние температурные инверсии весьма часты при антициклонах.

Степень загрязнения зависит от влажности воздуха. При высокой влажности возрастают концентрации сажи, сернистого газа, серного ангидрида. В туманные дни воздух, насыщенный влагой, особенно сильно задымлен.

Среди факторов, определяющих условия задымления, большое значение имеет рельеф. Он значительно влияет на местные микроклиматические условия. Особенно опасны для размещения промышленности замкнутые, плохо проветриваемые котловины и долины рек.

В проектах планировки районов большого сосредоточения промышленности при неблагоприятных климатических и орографических условиях размещение промышленных предприятий и городов должно быть тщательно продумано.

Рис. 19. Наложение (суммация) вредных выбросов (по О.В. Кудинову).

В связи с этим важнейшее значение имеет детальное районирование страны по потенциалу загрязнения воздуха. Предприняты попытки районирования территории страны по степени потенциальной опасности метеорологических условий. Следует отметить исключительно важное значение такого подхода. Работы по оценке потенциала загрязнения должны быть расширены, детализированы и выполнены применительно к разным возможным источникам загрязнения.

Укажем условные примеры районов, планировка которых тесно связана с результатами анализа санитарно-гигиенических условий.

В крупном промышленном районе, формирующемся в долине реки, основными источниками загрязнения являются два химических комплекса, мощность которых может увеличиться. Проведенные санитарные исследования, как это видно из рис. 20, установили на расстоянии 2—5 км от заводов значительное превышение предельно допустимых концентраций вредных веществ. В условиях характерной для этого района антициклональной погоды орографические особенности долины реки способствуют образованию здесь особенно частых штилей; под влиянием возникших во время этих штилей температурных инверсий массы холодного воздуха стекаются ко дну долины, застаиваются и образуют устойчивые туманы, способные при насыщении вредными примесями превращаться в токсические. Господствующее направление ветров при ветровой погоде — вдоль реки.

В проекте районной планировки не рекомендуется перенасыщать долину реки новыми промышленными предприятиями — мощными источниками загрязнения воздуха, а новое жилищное строительство предлагается размещать вне подверженной особенно сильному задымлению долины реки, на более высоких и хорошо проветриваемых территориях вдоль боковых притоков реки.

Рис. 20. Размещение жилой застройки в районе химической промышленности.

В металлургическом районе сооружается мощный металлургический комбинат ниже существующего металлургического комбината, по течению реки. Долина реки подобно аэродинамической трубе втягивает потоки воздуха с юга, юго-востока и юго-запада и увлекает их в северо-восточном направлении. Шлейф дыма, выбрасываемого существующим металлургическим комбинатом, стелется на большое расстояние вдоль реки. В районной планировке предусматривается разместить жилую застройку к северо-западу от комбинатов (по другую сторону реки) и отказаться от более удобно расположенной с точки зрения транспорта площадки, поскольку она окажется под сильным воздействием вредных выбросов обоих комбинатов и в сфере досягаемости вредных выбросов с юго-восточной стороны района.

В крупном углепромышленном районе жилая застройка разместилась на угленосных территориях, среди шахт и карьеров. В районной планировке, несмотря на несколько лучшие транспортные показатели размещения нового жилищного строительства к востоку от угленосной зоны, предпочтение отдано более благоприятным по микроклиматическим условиям территориям к западу от нее, расположенным с наветренной стороны по отношению к источникам задымления и вблизи лесных массивов и водохранилищ, используемых для организации отдыха.

Рис. 22. Размещение жилой застройки в углепромышленном районе.

Угленосные территории Шахты Карьеры Породные отвалы Показатели превышения предельно допустимых концентраций вредных вешеств в атмосфере Преобладающее направление ветров Существующая жилая застройка Территории, не рекомендуемые для строительства Территории, рекомендуемые для строительства Опыт проводимых работ по районной планировке крупнейших промышленных районов и узлов показывает, что правильный учет санитарно-гигиенических вопросов при формировании этих районов и узлов приобретает наряду с другими факторами определяющее значение. Их недооценка приводит к трудноисправимым последствиям при дальнейшем развитии промышленных районов и городов.