Управление качеством атмосферного воздуха

Управление качеством атмосферного воздуха базируется на основах Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.99 № 96-ФЗ, для реализации которого разработан и утвержден ряд нормативных правовых актов, важнейшими из которых являются Постановления Правительства РФ:

• «О порядке установления и пересмотра экологических и гигиенических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых уровней физических воздействий на атмосферный воздух и государственной регистрации вредных (загрязняющих)
  веществ и потенциально опасных веществ» от 02.03.2000 №182;
• «О нормативах выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и вредных физических воздействий на него» от 02.03.2000 №183;
• «Об утверждении Положения о государственном учете вредных воздействий на атмосферный воздух и их источников» от 21.04.2000 №373.

Предприятие, выпускающее тот или иной вид продукции, взаимодействует с экосистемами, вызывая при этом их деградацию.Например, в результате загрязнения воздушного бассейна происходит разрушение рекреационных экосистем. Улучшения ситуации можно достичь при условии гармонизации отношений природных и технических комплексов и компонентов путем создания и эксплуатации эколого-экономической системы. Такая система представляет собой совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой — поддержания в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, а также максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов.

В эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления, воспринимающий информацию о происходящих в природных системах изменениях, оценивающий возможные негативные последствия и передающий необходимую команду производственному предприятию. В качестве блока управления могут выступать органы власти или службы, например служба охраны окружающей среды. В России в целях реализации ст. 41 Федерального закона «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ было утверждено Положение об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации. Осмысление процесса воздействия на окружающую среду в различных странах различно. Там, где царит бедность и большинство людей испытывают недостаток в пище, жилье, медицинском обслуживании, образовании и пенсионном обеспечении, недостаточное развитие экономики значительно сильнее отражается на качестве
жизни, нежели воздействие на окружающую природную среду. Бедность в слабо развитых странах заставляет говорить о «загрязнении нищетой», тогда как в экономически развитых странах ухудшение качества окружающей среды характеризуется накоплением отходов производства и потребления.

В целях повышения экономической заинтересованности предприятий и организаций, негативно влияющих на окружающую среду, в нашей стране введен принцип «загрязнитель платит». Это означает, что каждое предприятие за выброс в атмосферу или сброс в воду загрязняющих веществ определенной номенклатуры
платит установленную сумму. Однако такой подход недостаточно стимулирует внедрение на предприятиях и в коммунальной сфере природоохранного оборудования, так как цены на такое оборудование очень высоки.

За выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду и размещение отходов существует два вида платежей: за выбросы загрязняющих веществ и размещение отходов в пределах установленных предприятию лимитов допустимых выбросов; за выбросы загрязняющих веществ и размещение отходов, превышающих эти
лимиты.

Лимиты определяются исходя из экологической обстановки в регионе, экономических возможностей предприятия и с учетом необходимости поэтапного достижения нормативов предельно допустимых выбросов.

На отечественных предприятиях мероприятиями по охране окружающей среды руководит главный инженер. Ему подчиняется служба главного энергетика, которая осуществляет эксплуатацию общезаводских систем очистки. На некоторых предприятиях функционируют цеховые лаборатории, проводящие анализы, которые необходимы для контроля за выбросами и сбросами. Одной из попыток государственного регулирования природоохранной деятельности стал государственный стандарт ГОСТ 17.0.0.04 — 90 «Экологический паспорт промышленного предприятия», в котором отражены данные о влиянии на окружающую среду всех элементов производства, представляемые по следующей схеме: сведения о применяемых предприятием технологий; количественные
и качественные характеристики используемых ресурсов: сырья, топлива, энергии (т.е. того, что предприятие потребляет); количественные характеристики выпускаемой продукции; количественные и качественные характеристики выбросов загрязняющих веществ от предприятия.

В целях регулирования природопользованием в нашей стране введены лимиты. Лимитирование — это система эколого-экономических ограничений по территориям, срокам и объемам предельных показателей использования природных ресурсов, выбросам и сбросам в окружающую природную среду загрязняющих веществ, размещению отходов.

Лимитами для выбросов и сбросов загрязняющих веществ служат нормативы качества природной среды:

• предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ);
• предельно допустимые сбросы в водные источники (ПДС);
• предельно допустимые концентрации (ПДК);
• предельно допустимые нагрузки на природную среду (ПДН).

Виды, лимиты хозяйственной деятельности и экологические требования при использовании природных ресурсов фиксируются в лицензиях (разрешениях) на природопользование, выдаваемых органами управления.

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями в атмосферу регламентируются ГОСТ 17.2.3.02 — 78 и ОНД-86 (Общероссийский нормативный документ).

С использованием указанных документов определяют ПДВ каждого конкретного предприятия из условия, что сумма создаваемых всеми предприятиями района приземных концентраций данного вещества или их комбинаций не превышает предельно допустимой концентрации. ПДВ являются средством текущего контроля за деятельность предприятия.

Использование нормативных показателей выбросов позволяет объективно оценивать превышение ПДК вредных веществ или веществ и примесей, входящих в состав выбрасываемых газов в двухметровом приземном слое, а также в вертикальном и горизонтальном сечениях дымового факела на расстоянии не более 100 км от источника.

Если в процессе контакта с атмосферой под действием солнечной радиации или других факторов происходит трансформация одних соединений в другие, то в концентрации и состав компонентов вносятся поправки.

Нормативный метод позволяет рассчитывать поля концентраций вредных выбросов, создаваемые дымовыми трубами, а также линейными и плоскостными источниками, под которыми понимаются вентиляционные фонари цехов, улицы с интенсивным движением автотранспорта, а также скопление многочисленных
мелких источников.

Динамические процессы, происходящие в атмосфере, таковы, что реально наблюдаемые под факелом концентрации подчиняются не детерминированным, а вероятностным законам и меняются в пределах, отличающихся друг от друга на несколько порядков.

Среди процессов, происходящих в атмосферном воздухе при поступлении в него примесей, выбрасываемых различными предприятиями, следует выделить рассеивание этих примесей в атмосферном воздухе, в результате чего происходит снижение их концентрации. Причем с увеличением расстояния от точки выброса эти концентрации снижаются до безопасных уровней. Поэтому в целях защиты селитебных территорий и других объектов и зон градостроения от воздействия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу вместе с выбросами, требуется отделять предприятия или их подразделения свободными территориями — санитарно-защитными зонами.

Санитарно-защитные зоны представляют собой территории определенной протяженности и ширины, располагающиеся между предприятиями и источниками загрязнения и границами зон жилой застройки.

С 1981 г. расчет СЗЗ регламентируется ГОСТом, причем установлено, что каждое предприятие, имеющее источники загрязнения среды, должно иметь санитарно-защитную зону. Для этой цели все предприятия разделены на 10 групп по отраслям в зависимости от совокупности вызываемых ими вредностей. В пределах
каждой группы выделяется пять классов предприятий по степени их опасности и в зависимости от класса устанавливается нормативная ширина СЗЗ. Минимальные протяженности СЗЗ для предприятий I класса составляют 1 ООО м, II класса — 500 м; III класса — 300 м; IV класса — 100 м; V класса — 50 м.

При установлении протяженности СЗЗ учитываются господствующие 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 установки систем очистки и обезвреживания загрязняющих веществ, снижения влияния иных вредных производственных факторов.

В целях управления качеством окружающей среды в 1951 г. в СССР были утверждены ПДК для 10 наиболее распространенных атмосферных загрязнителей. Это были первые в мире нормативы качества воздуха, введенные работами В. А. Рязанова, 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 в себя более 600 названий вредных веществ, а в середине 1990-х гг. — 2 400.

В основу нормирования была положена концепция, согласно которой допустимой может быть признана такая концентрация загрязнителя в атмосферном воздухе, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение.

Некоторые загрязнители атмосферы обладают запахом и оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Такие их свойства должны интересовать нас лишь в случаях, если они вызываются концентрациями ниже пороговых по токсическому действию. Ощущение запаха или раздражающего действия, как правило, появляется в период кратковременного подъема концентраций. Кроме наличия обонятельных ощущений (запах) и раздражающего действия для обоснования ПДК изучаются различные рефлекторные реакции, возникающие в ответ на кратковременное вдыхание изучаемого загрязнителя.

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

• среднесуточная ПДК, которая является основной и служит для предотвращения хронического неблагоприятного действия;
• максимально разовая ПДК, дополнительная к среднесуточной ПДК для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием для оценки пиковых подъемов концентраций в течение 20…30 мин.

ПДК атмосферных загрязнений должны использоваться только для оценки степени загрязнения воздуха селитебных территорий и не должны применятся для оценки степени загрязнения воздуха промышленной площадки и санитарно-защитных зон.

Для оценки загрязнения воздуха на территориях курортов, мест массового отдыха населения используется 0,8 ПДК атмосферных загрязнений.

Любой химический загрязнитель атмосферы имеет порог действия, поэтому очень важно уметь правильно определять пороговую и подпороговую концентрацию.

ПДК атмосферных загрязнителей устанавливается на уровне подпороговых значений, нормирование которых ведется в расчете на группы населения, к которым относятся дети, лица старшего возраста и ослабленные болезнью.

В основу нормирования положено использование экспериментального метода, позволяющего моделировать заданные условия и широко обобщать результаты в целях прогнозирования биологического действия атмосферных загрязнителей как при изолированном, так и при комбинированным их влиянии, что с методологической точки зрения более эффективно, чем использование
метода наблюдения за здоровьем населения в условиях уже наступивших загрязнений атмосферы.

Установление среднесуточной ПДК базируется на изучении резорбтивного действия вредного вещества в условиях круглосуточной экспозиции на экспериментальных животных. Длительность экспозиции составляет 3…4 мес, или 10… 15% времени жизни белых крыс, на которых, как правило, проводятся такие эксперименты. Затем результаты исследований распространяются на людей. Проверка проводится в натурных исследованиях на людях добровольцах и рассматривается как обязательный второй этап нормирования. Положительные результаты второго этапа нормирования свидетельствуют о правомерности прямого переноса результатов эксперимента в реальные условия.

При действии любого вредного фактора возникает спектр биологических реакций организма на это действие, таких как смерть, болезнь, физиологические признаки болезни, функциональные сдвиги не ясной биологической значимости, накопление загрязнителей или продуктов их метаболизма в органах и тканях.

Всемирной организацией здравоохранения принята схема биологических ответов (реакций) организма на загрязнение атмосферы, согласно которой при определении границ безвредности (безвредных уровней) атмосферных загрязнений различают три зоны:

1) зона отсутствия действия фактора, получившая название «подпороговый уровень»;
2) зона сдвигов в организме неясной биологической значимости;
3) зона токсического действия, когда регистрируются патологические изменения в организме, вызванные загрязнителем. В зарубежных странах нормативы устанавливаются на уровне 3-й зоны или между 2-й и 3-й зонами, чем объясняются более высокие уровни нормативов качества воздуха.

Для сравнения в табл. 16.1 приведены национальные стандарты разных стран на примере нормирования среднесуточной концентрации диоксида серы.
В табл. 16.2 приведены ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Все виды ПДК относятся к отдельным веществам. Между тем в атмосферном воздухе может присутствовать от одного до сотни различных веществ и соединений. Проблема комбинированного действия химических веществ достаточно сложна.

Ответная реакция организма на их воздействие может развиваться по трем направлениям:

• усиление эффекта (синергизм), т.е. превышение реакции, вызванное действием каждого из веществ смеси;
• ослабление эффекта (антагонизм), т.е. ответная реакция будет меньше эффекта, вызванного любым веществом смеси;
• независимое действие, когда ответная реакция будет соответствовать действию каждого отдельного вещества или ведущему из них.

Трудность оценки комбинированного действия состоит в том, что при разном уровне воздействующих концентраций ответная реакция может протекать по-разному. Накопленный опыт свидетельствует, что комбинированное действие атмосферных загрязнений с одинаковым лимитирующим признаком, как правило,  характеризуется эффектом простого суммирования. Поэтому оценку  комбинированного действия проводят по формуле

где С1 С2, …, Сn — концентрации веществ; ПДК1 ПДК2, …, ПДКn – предельно допустимые концентрации соответствующих веществ.

Если сумма отношений концентраций загрязнителей атмосферного воздуха к их ПДК (q) не превышает единицы, то степень загрязненности атмосферного воздуха с учетом суммации биологического действия не превышает гигиенических нормативов. Перечень смесей атмосферных загрязнений, для которых должна
учитываться суммация биологического действия при совместном присутствии, внесен в санитарное законодательство и используется для гигиенической оценки степени загрязнения атмосферного воздуха на стадии предупредительного и текущего санитарного надзора.

В качестве среднесуточной концентрации принимается среднеарифметическое значение концентраций, измеренных в течение суток, или из полученной при непрерывном отборе пробы в течение 24 ч.

Под среднемесячной концентрацией понимают среднеарифметическое из среднесуточных концентраций за определенный месяц.

Под среднегодовой концентрацией понимают среднее всех 365 суточных или 12 месячных усредненных концентраций.

Фактическое загрязнение атмосферы воздуха городов и населенных пунктов подразделяется на пять степеней:
1 — допустимое загрязнение;
2 — умеренное загрязнение;
3 — слабое загрязнение;
4 — сильное загрязнение;
5 — очень сильное загрязнение.
Загрязнение l-й степени является безопасным для здоровья человека. При загрязнении 2—5-й степеней вероятность возникновения неблагоприятных эффектов возрастает с увеличением степени загрязнения.

Загрязнение атмосферы при одновременном присутствии различных загрязнителей можно оценить по комплексному показателю Р, учитывающему характер комбинированного воздействия различных веществ и их класс опасности (см. табл. 16.2):

де Ki — фактическое среднегодовое загрязнение атмосферы конкретным i-м веществом в долях среднесуточного ПДК, приведенное к биологическому эквиваленту 3-го класса опасности.

Для получения этого значения вначале определяют кратность превышения i-м веществом его среднесуточной ПДК. Приведение Ki к 3-му классу опасности осуществляется по табл. 16.3, 16.4, 16.5.
Определять значения, отсутствующие в таблицах, можно по следующим формулам:

Полученное расчетное значение Р оценивается по табл. 16.6 в зависимости от абсолютного значения Р и числа токсичных компонентов. На основании сопоставления комплексных показателей для различных групп веществ можно судить об относительном уровне загрязнения.

Для обеспечения комфортных условий жизнедеятельности человека условие С < ПДК должно соблюдаться в любых местах его пребывания. Как правило, содержание примесей в воздухе рабочей зоны больше, чем на территории предприятия (промышленной площадке) и за ее пределами, например в населенных пунктах, куда загрязняющие атмосферу вещества поступают рассеянными. Учитывая эти обстоятельства, приняты принципы раздельного нормирования загрязняющих веществ. Это означает, что для каждого вредного вещества устанавливается несколько максимально разовых предельно допустимых концентраций в воздушной среде.В частности, одно значение П ДК устанавливается для воздуха рабочей зоны (ПДКр з), под которой понимают пространство в пределах 2 м от пола, где находятся места постоянного или временного пребывания работающих, другое — для атмосферного воздуха населенного пункта (ПДКа.в).

ПДКр.з — это концентрация, которая при ежедневной работе человека, кроме выходных, 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, обнаруживаемых современными методами исследования как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

На территории предприятий содержание примесей принимается равным 0,3 от ПДКр.з. Снижение нормы содержания примесей на территории предприятия втрое по сравнению с ПДКР 3 вызывается тем, что воздух территории предприятия используется для вентиляции производственных помещений, где концентрация примесей периодически может быть весьма высокой, т. е. превышать ПДКр.з.

ПДКа.в — это максимальная концентрация примеси, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом.

Таким образом, необходимость раздельного нормирования загрязняющих веществ определяется законом толерантности. На предприятии в течение рабочего дня загрязненным воздухом дышат практически здоровые люди, прошедшие необходимое медицинское освидетельствование, а в населенных пунктах круглосуточно находятся не только взрослые, но и дети, пожилые люди,
беременные и кормящие женщины, люди, страдающие заболеваниями, поэтому ПДКр.з > ПДКа.в. Например, для диоксида серы ПДКр.з = 10 мг/м^3, а ПДКа.в = 0,5 мг/м^3.
Наряду с предельно допустимыми концентрациями существуют временно допустимые концентрации (ВДК), иначе называемые ориентировочно-безопасными уровнями воздействия (ОБУВ), — временный гигиенический норматив для загрязняющего атмосферу вещества, установленный расчетным методом  для целей проектирования промышленных объектов. На рис. 16.2  представлена rлассификация предельно допустимых концентраций в воздухе.

Планы, программы и мероприятия по защите атмосферы следует рассматривать как стратегию защиты атмосферы. На рис. 16.3 приведена упрощенная схема анализа проблем загрязнения атмосферы.

Ключевыми аспектами защиты атмосферы являются технические меры в отношении источника загрязнения, поскольку они определяют возможные ограничения выбросов загрязняющих веществ и, следовательно, обладают непосредственным воздействием на уровень загрязнения. Технические мероприятия по ограничению уровня загрязнения воздуха могут осуществляться в трех направлениях.

1. Меры, приводящие к абсолютному снижению выбросов загрязняющих веществ:

• замена источников энергии путем перехода на нетрадиционную энергетику, газификацию и десульфаризацию топлив, энерготехнологическую переработку топлив и др.;
• модифицирование процессов путем замены сырья на те его виды, которые содержат меньшее количество загрязняющих веществ;
• модифицирование процессов за счет предварительной обработки топлива и других сырьевых материалов;
• модифицирование процесса путем изменения технологии производства;
• отделение твердых частиц, а также удаление и обезвреживание газообразных продуктов, являющихся загрязнениями.

2. Модуляция процессов во времени, ведущая к относительным снижениям выбросов загрязняющих веществ во время максимальных выбросов:

• ограничение применения процессов горения в периоды максимального загрязнения воздуха;
• постоянный контроль качества процессов горения или производственных условий, а также их регулировка для устранения избыточных загрязнений воздуха;
• кратковременное замещение на более чистые виды топлив и сырья с позиций загрязняющих веществ;
• применение мокрых скрубберов при особенно неблагоприятных метеорологических условиях.

3. Региональные (локальные) модуляции количества выбросов загрязняющих веществ в целях устранения локальных максимумов:

• перемещение в периоды экстремальных метеорологических ситуаций производства из районов с более неблагоприятными условиями в регионы с более удовлетворительными метеорологическими условиями распространения выбросов;
• контролируемое распределение различных типов топлива по его качеству;
• повышение степени распределения загрязняющих веществ на большую площадь путем применения более высоких дымовых труб.