Лекция №8 - Санитарно-защитная зона предприятия с учетом метеопараметров

1. Понятие санитарно-защитной зоны, промышленной зоны, ее размеры, классификация

2. Распространение загрязняющих веществ атмосферным воздухом

2.1. Показатели качества воздуха

3. Метеорологические условия и распространение загрязняющих веществ

3.1. Общая циркуляция атмосферы

3.2. Распространение загрязняющих веществ с локальными воздушными потоками

3.3. Механизмы рассеяния

3.4. Скорость ветра как лимитирующий фактор СЗЗ

4. Устойчивая стратификация атмосферы и температурная инверсия

5. Поведение загрязняющих веществ в атмосфере

6. Установление размеров санитарно-защитной зоны (L0)

6.1. Общие принципы расчета расстояния L0 от центра СЗЗ до ее внешней границы в заданном направлении

6.2. Методика расчета расстояния от центра СЗЗ до ее внешней границы в заданном направлении

Атмосфера, формирующаяся под действием сил гравитации, образует наиболее подвижную внешнюю среду биосферы, в которой загрязняющие вещества (ЗВ) максимально бістро распространяются на большие расстояния. По происхождению все ЗВ делятся на два класса: природные, техногенные.

Масштабы техногенного атмосферного воздуха увеличиваются в последнее время по экспоненциальному закону и достигли уровня природных. В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу ежегодно выбрасываются 30 млн т взвешенных частиц, к ним добавляется еще 15 млн т выбросов промышленных предприятий. От нестационарных источников (автотранспорта) масса ЗВ еще больше.

По химическому составу ЗВ делятся на неорганические токсические и канцерогенные вещества, органические токсиканты, включающие полиароматические углеводороды и диоксины.

По физическому состоянию загрязняющие атмосферу вещества представляются: газами, аэрозолями (до 1 мкм диаметром) и пылью (больше 1 мкм диаметром).

Выделяется целый ряд масштабных уровней воздействия ЗВ на здоровье людей и все другие компоненты биосферы: локальный, на котором установлено увеличение генетических заболеваний в три раза у людей, постоянно подвергающихся действию индустриальных ЗВ, региональный и глобальный. Эти уровни во многом определяются временем пребывания в атмосфере и концентрацией ЗВ. Так, в разрезе арктического льда, относящегося по времени к существованию Римской империи, обнаружены высокие концентрации свинца. Империя призводила свинец и использовала его для водопроводных труб.

Газовые загрязнители могут пребывать в атмосфере от суток (оксиды азота), недель (диоксид серы) до 100–170 лет.

При сохранении существующих тенденций в производстве концентрация многих газов существенно возрастает в ближайшие 30 лет, хотя уже теперь эффект самоочистки атмосферного воздуха превышен для основных ЗВ в десятки раз.

Помимо отрицательного воздействия на растительно-животный мир, включая человека, все основные и малые газовые примеси в атмосфере по своему экологическому воздействию делятся на несколько групп:

1) парниковые газы (СО2, Н2О, хлорфторуглероды, О3);

2) разрушающие озоновый слой (хлорфторуглероды, СО2, N2О, NОх, СН4);

3) кислотные осадки (NОх, SО2);

4) смоги (NО, NО2, О3);

5) коррозия строительных и металлических конструкцій (SО2, СО2, Н2О);

6) изменение температуры (СО2, установлена прямая свіязь концентрации диоксида углерода с ледниковыми периодами четвертичного периода геологической истории биосферы).

Локальные особенности загрязнения атмосферного воздуха, как и региональные, коррелируют с распределением промышленности и населения. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят предприятия электроэнергетики (28,5 %) и металлургии (36,8 %); на нефтедобычу приходится 7,9 %, нефтепереработку – 5,1 %; а с производством строительных материалов и деревообработкой связано тоже весьма ощутимое загрязнение – 5,8 %.

В соответствии с объемами выбрасываемых ЗВ определяются границы зон экотоксикологической опасности населенных пунктов. В городе по сравнению с условиями сельской местности атмосферный воздух содержит газообразных примесей в 10–25 раз больше, аэрозолей в 10 раз больше и пыли – также в 10 раз больше. Это является причиной развития хронической патологии населения, болезней растений (хлороз, некроз тканей листьев, увядание), локального изменения климата, повышенного износа зданий, конструкций, памятников архитектуры и т. п. При этом, несмотря на явное сокращение производства и закрытие предприятий, уровень загрязнения атмосферы остается высоким. Особенно это касается взвешенных частиц, диоксида азота, бенз(а)пирена, формальдегида, фенола, фторида водорода и тяжелых металлов.

В более чем в 100 городах страны концентрации ЗВ в воздухе превышают предельно допустимые концентрации в десять раз. Назрела острая необходимость составления экологических карт городов и разработки норм предельно допустимых выбросов и по каждому предприятию, и по промышленным узлам.

Переход предприятий на принципы безотходной технологии с замкнутыми технологическими процессами, с исключением выбросов в атмосферу – дело не совсем близкого будущего.

Поэтому сейчас повсеместно используются различные методы очистки выбросов от пыли, газо- и парообразных загрязняющих веществ. Методы очистки выбросов делятся на два класса:

1) пассивные методы очистки;

2) активные методы очистки.

Пассивные методы очистки основаны на рассеивании вредных веществ в атмосферу через трубы, свечи и аэрационные фонари.

Ряд цементных заводов перешел от сухого способа производства к мокрому, от рукавных фильтров и батарейных циклонов – к электрофильтрам. В настоящее время на предприятиях строительной отрасли улавливается более 70 % общего объема загрязнителей.

Рассеивание ЗВ в атмосфере, по сути, является вынужденным временным мероприятием. Оно вызвано или отсутствием методов очистки, например, специфических веществ, или тем, что существующие очистные сооружения, аппараты не обеспечивают полную очистку выбросов. Возможны аварийные ситуации как на самом производстве, так и на очистных сооружениях. При авариях экологические нормы также не должны нарушаться.

Известно, что концентрация вещества в выбросах стационарных источников определяется высотой трубы по формуле

См = 1 / Н2, (9.1)

где См – максимальная концентрация вредных веществ в выбросах, мг/м3; Н – высота трубы, м.

Из формулы следует, что увеличение высоты трубы вызывает квадратичное возрастание рассеивания. Так, при Н = 20 м, См = 1/400, а при Н = 200 м См = 1/40000.

Следовательно, увеличение высоты трубы в 10 раз позволяет достигнуть такого эффекта рассеивания, что его можно условно считать равным 98–99 % очистки выбросов.

Однако следует учитывать экономические возможности (стоимость трубы возрастает примерно в кубической зависимости от ее высоты) и отрицательные экологические эффекты. Последние связаны с тем, что с увеличением высоты трубы возрастает тяга воздуха в топку (расход кислорода) и общее количество выбрасываемых ЗВ в атмосферу.

Дымовая труба высотой 100 м позволяет рассеивать вредные вещества в радиусе до 20 км, а труба высотой 250 м увеличивает радиус рассеивания до 75 км. Самая высокая труба (более 400 м) действует в Канаде на медеплавильном комбинате в городе Седбери.

Разработка основных направлений мероприятий по снижению загрязнения воздушного бассейна осуществляется на основе действующих нормативов ПДК446 загрязняющих веществ и санитарно-защитных зон промышленных предприятий.

1. Инженерная экология и экологический менеджмент / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева [и др.] ; под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2003. – 528 с.

2. Мананков, А.В. Экология: учеб. пособие / А.В. Мананков. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2003. – 142 с.

3. Экология атмосферного воздуха. Ч. III. Санитарнозащитная зона промышленного предприятия при различных климатических и метеорологических параметрах: метод. указания / сост. А.В. Мананков. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2001. – 28 с.

4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Гигиенические нормативы. – М.: Центр СЭН, ГСиЭ Минздрава России, 2009. – 116 с.

5. Самарский, А.А. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. Изд. 3-е / А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич. – М.: УРСС, 2004. – 248 с.

6. Сапожников, Ю.А. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика / Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. – М.: Бионом, 2006. – 286 с.

7. Тарасов, В.В. Мониторинг атмосферного воздуха / В.В. Тарасов, И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. – 97 с.

8. Хомич, В.А. Экология городской среды: учеб. пособие / В.А. Хомич. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. – 240 с.

9. Язиков, Е.Г. Геоэкологический мониторинг / Е.Г. Язиков, А.Ю. Шатилов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 276 с.