Предельно допустимые выбросы

Несмотря на все перечисленные недостатки ПДК, именно на их основе рассчитываются значения предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ) для каждого конкретного предприятия. ПДВ — это предельное количество вредного вещества (или масса веществ), разрешаемое к выбросу от данного источника (предприятия) в единицу времени, которое не создает приземную концентрацию, опасную для людей и других живых организмов (т. е. не превышающую ПДК). ПДВ определяются таким образом, чтобы даже при самых неблагоприятных условиях рассеяния (скорость ветра, температура воздуха и др.) концентрация вредных веществ в приземных слоях атмосферы, прилегающих к источнику выброса (например, дымовой трубе), ни в одной точке пространства не превышала значений максимальных разовых ПДК (рис. 75):

где С — нормативно-предельная концентрация, используемая для расчета ПДВ; Сф — фоновая концентрация; а — безразмерный коэффициент (для расчета ПДВ а принимается равной 1, а для определения временных согласованных выбросов (ВСВ) допускается, а > 1). Так как коэффициент, а в нашем случае равен 1, то уравнение принимает вид:

Если в выбросе присутствует несколько веществ со своими значениями ПДК_мр и концентрацией в воздухе Q (i = 1, 2, 3, …, п), их суммарная концентрация в окружающей предприятие атмосфере должна удовлетворять условию:

где С₁₅ С₂, С_т— фактические концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе; ПДК_1? ПДК₂, ПДК_Ш — предельно допустимые максимальные разовые концентрации тех же веществ в атмосферном воздухе.

Основным нормативным документом, регламентирующим расчет величин ПДВ, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

ОНД-86″. При расчете ПДВ учитываются характеристики источников и условия распространения эмиссий. Характеристики источников (в первую очередь, стационарных, хотя при экологической паспортизации определяется и объем выбросов загрязняющих веществ автотранспорта) заимствуются из материалов инвентаризации источников загрязнения атмосферы и результатов расчетов технологических, вентиляционных и иных выбросов загрязняющих веществ с учетом их рассеивания в атмосфере.

Рис. 75. Изменение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы от организованного высокого источника выбросов (по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2001):

С — нормативно-предельная концентрация, используемая для расчета ПДВ; С_т — наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе;

С_х— концентрация вредного вещества, равная 1 ПДК Отдельно определяются нормативы ПДВ для горячих и холодных выбросов. Для нагретых выбросов (газовоздушной смеси), поступающих из одного источника с круглым устьем (выходным отверстием дымовой трубы), значение ПДВ (г/с) определяется по формуле:

где Я — высота трубы (источника выброса над ЗП); ]7_г — объем газовоздушной смеси; Сф— фоновая концентрация загрязняющих веществ; ДГ — разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха; А — коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия перемешивания примесей; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; тип — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; г — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.

Подсчет ПДВ возможен и по формулам: для горячего выброса

для холодного выброса.

где Я — высота источника выброса над ЗП, м; Vj — объемный расход газовой смеси, м³/с; ДГ — разность температур выбрасываемых газов и воздуха, °С; А — коэффициент распределения температуры воздуха, С^2/3 мг • С^1/13 г; F — коэффициент скорости оседания вредных веществ в воздухе; тип — коэффициенты условий выхода газовой смеси из устья источника; — коэффициент, мг • м^1/13/г.

Расчеты ПДВ отличаются для одиночного источника и группы источников. Для нескольких источников выброса ПДВ определяется по формуле.

где V_c— суммарный объем газовой смеси, м³/с; V_lf V₂, …, V_n, — объем газа, выбрасываемого каждым источником, м³/с.

При определении ПДВ для предприятия в целом (т. е. для группы источников) путем суммирования должно соблюдаться соотношение.

где C_mi— наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-ro источника; N — число источников, через которые данное вещество поступает в воздушный бассейн.

При определении ПДВ учитываются особенности не только источника выброса (физические и химические свойства выбрасываемых веществ, расположение, высота и конструктивные особенности источников загрязнения — высота трубы, диаметр отверстия и т. п.), но и особенности рассеяния загрязняющих веществ в окружающей предприятие среде. К таковым относятся метеорологические (и климатические) условия и особенности рельефа местности.

Особое значение имеет учет циркуляции атмосферы: направление и скорость ветра напрямую влияют на ареал распределения загрязняющих веществ. На рис. 76 отражено распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы): непосредственно у трубы в приземном слое воздуха концентрация будет незначительной, ибо отходящие вещества относятся воздушным потоком, но по мере удаления от источника концентрация будет расти, достигая максимального значения С_т на расстоянии х_т (где, как правило, С_т > ПДК). Далее этого расстояния благодаря диффузии и турбулентности воздуха рассеивание начинает опережать накопление вредного вещества и уровень загрязнения постепенно снижается. Высокие значения скорости ветра приводят к рассеиванию загрязняющих веществ на большей территории и снижению концентрации их в приземных слоях воздуха. При значительной высоте труб (в сотни метров, как строят сейчас в Западной Европе) загрязняющие вещества с длительным временем жизни в атмосфере уносятся господствующими ветрами на многие сотни (и даже тысячи) километров (на территорию Белоруссии и России). Наоборот, в условиях штиля в непосредственной близости от источника загрязнения наблюдаются максимальные концентрации загрязняющих веществ.

Для отечественных предприятий рекомендуется увеличивать высоту труб лишь после полного использования всех прочих доступных современных технических средств сокращения выбросов (ОНД-86). Для установки же труб высотой 200—250 м и выше необходимо особое разрешение Госкомгидромета.

Особенности рельефа местности не учитываются при перепаде высот менее 50 м на 1 км или при определенных соотношениях высоты дымовой трубы и высоты форм рельефа (если первая более чем в 5 раз превышает вторую). При этом рельеф местности принимается во внимание лишь на расстоянии, не превышающем сумму 50 высот наиболее высокой трубы и не меньшем, чем 2 км от источника. Во всех остальных случаях особенности рельефа местности игнорируются. Согласно вышеуказанному руководству поправочный коэффициент на рельеф г определяется по формуле r = 1 + (r|_m — 1), где ц_т находят по таблице в зависимости от отношения высоты источника и высоты формы рельефа, а также отношения полуширины формы рельефа и ее высоты (его значения варьируют от 1,0 до 4,0). Значение определяется по графикам в зависимости от отношения расстояния от источника и полуширины формы рельефа. Как видно из эмпирически составленных графиков руководства ОНД-86, значения ф_1? непосредственно определяющего концентрацию загрязняющих веществ, в зависимости от той или иной структурной линии или элементарной поверхности колеблется от 1,0 (на линии вогнутого перегиба и подножиях, а также на килевых линиях) до -0,15 (на линии выпуклого перегиба и фасах, а также на гребневых линиях).

Рис. 76. Распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы) (по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2001):

Г — городские поселения; Л — лесные насаждения;

СЗЗ — санитарно-защитная зона; ПЗ — промышленная зона Особенно сложны расчеты ПДВ для группы источников и целого ряда строений различной высоты: в таком случае для создания модели рассеяния загрязняющих веществ необходимо использовать специальные компьютерные программы. Подобные программы тем более обоснованы, учитывая, что рассеивание загрязняющих веществ зависит от метеорологических условий и с их изменением меняется и картина рассеивания. Карты загрязнения атмосферного воздуха должны быть подобны синоптическим и создаваться для очень небольшого отрезка времени (не более суток).

По мнению Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмина и В. В. Хаскина (2000), для экологического нормирования и расчета ПДВ разумнее было бы использовать значения среднесуточных ПДК, а не максимальных разовых (ПДК_мр). Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций человека (насморк, ощущение запаха и др.), а среднесуточная — токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия и т. п. При этом правильнее применять следующее соотношение:

где р — безразмерный (лежащий между 0 и 1) интегральный показатель опасности вещества, устанавливаемый по нескольким основным параметрам токсикометрии (Т. А. Акимова, В. В. Хаскин, 1994).

Как отмечают те же авторы, в настоящее время очень немногие промышленные источники загрязнения среды отвечают этому требованию, а отсюда вытекает необходимость перестройки отраслевой структуры и масштабного технологического перевооружения энергетики и промышленности. Но не менее важна опережающая регламентация количественного роста производства, запрет на размещение предприятий выше определенного для данной территории уровня природоемкости.

Валовой выброс загрязняющих веществ предприятия от стационарных источников может оцениваться и следующим образом (Т. А. Акимова, А. В. Кузьмин, В. В. Хаскин, 2000):

где т, — масса выброса i-ro загрязняющего вещества; т_у — удельное выделение i-ro загрязняющего вещества на единицу продукции; П — расчетная производительность технологического процесса (оборудования, агрегата); т_у'— удельное выделение i-ro загрязняющего вещества в единицу времени; Т — фактический фонд времени работы оборудования; к — поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса; г — эффективность средств очистки выбросов в долях единицы (при отсутствии средств очистки ц = 0).

Удельные эмиссии загрязнителей для некоторых распространенных технологических процессов и операций приведены в табл. 82.

Таблица 82

Удельное выделение загрязняющих веществ (кг/т) при литье цветных металлов и сплавов (Т. А. Акимова, А. В. Кузьмин, В. В. Хаскин, 2001).

Выбросы в атмосферу автотранспорта рассчитываются особо. Величина выброса загрязняющих веществ автотранспортом зависит от категорий автомобилей (легковые, грузовые, автобусы), их технического состояния, рабочего объема двигателя и его типа (бензиновый, дизельный, газовый). При движении по территории населенных пунктов массовый выброс загрязняющих веществ легковыми автомобилями (Му) рассчитывают по формуле (Т. А. Акимова, А. В. Кузьмин, В. В. Хаскин, 2000).

где mу — пробеговый выброс ?-го загрязняющего вещества легковым автомобилем с двигателем ?-го рабочего объема, г/км (табл. 83); 1у — суммарный пробег легковых автомобилей с двигателем j-го рабочего объема по территории населенных пунктов, км; K_t — коэффициент, учитывающий изменение выбросов веществ при движении по территории населенных пунктов (табл. 84).

Таблица 83

Пробеговые выбросы загрязняющих веществ легковыми автомобилями по территории населенных пунктов (Т. А. Акимова, А. В. Кузьмин, В. В. Хаскин, 2001).

Примечания: 1. Токсичность отработавших газов при работе двигателя на сжиженном нефтяном газе принимается равной токсичности отработавших газов при работе двигателя на бензине, выбросы соединений свинца отсутствуют. 2. Расчет выбросов соединений свинца выполняется только для регионов, где используется этилированный бензин.

Таблица 84

Значение коэффициента, учитывающего изменения выбросов загрязняющих веществ легковыми автомобилями при движении по территории населенных пунктов (Т. А. Акимова, А. В. Кузьмин, В. В. Хаскин, 2001).

Примечания: По данным источников: 1. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. — Л., 1986. 2. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при механической обработке металлов (на основе удельных показателей). — М., 1997. 3. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий (расчетным методом). — М., 1991. 4. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. — М., 1993.