Сводные расчеты загрязнения атмосферы выбросами промышленности и автотранспорта и их применение при нормировании выбросов предприятий

Все большее распространение в последнее время получают сводные расчеты загрязнения атмосферы выбросами промышленности и автотранспорта.

Сводные расчеты загрязнения атмосферного воздуха являются необходимым элементом государственного управления в области охраны атмосферного воздуха, позволяющим учесть требования системности и комплексности подхода к такому управлению, а также его научной обоснованности. Сводные расчеты загрязнения атмосферы могут быть использованы при решении ряда задач, связанных с охраной атмосферного воздуха. К таким задачам относятся:

- диагноз состояния загрязнения воздушного бассейна города (региона) и
его отдельных районов в определенные периоды времени;

- прогноз изменения состояния качества атмосферы города (региона) под влиянием изменений выбросов вредных веществ в результате ввода в действие новых хозяйственных объектов, реконструкции действующих, проведения воздухоохранных мероприятий, изменения схемы движения транспортных потоков и т.п.;

- оценка экологической допустимости намечаемых изменений выбросов;

- нормирование параметров выбросов источников загрязнения атмосферы (ИЗА).

6.1. При решении задачи нормирования выбросов сводные расчеты используются для определения предельно допустимых значений характеристик ИЗА.

Проведение сводных расчетов загрязнения атмосферы выбросами источников всех предприятий и других объектов города (региона) на определенном этапе нормирования их выбросов предусмотрено ГОСТом 17.2,3.02-78 [21]. Согласно [21] необходимым условием того, чтобы определенные значения параметров ИЗА предприятий города могли быть приняты в качестве нормативных, является выполнение условия непревышения ПДК для приземной концентрации каждого ЗВ, выбрасываемого в атмосферу (с учетом суммации вредного действия определенных ЗВ), рассчитанной с учетом всех выбросов этого ЗВ всеми предприятиями города.

Подготовка и проведение сводных расчетов загрязнения атмосферы потребовали разработки методического обоснования их выполнения [7]. По сравнению с разработками ведомственных проектов нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) для отдельных предприятий сводные расчеты имеют ряд специфических особенностей.

Основополагающим методическим документом по расчету рассеивания вредных веществ в атмосфере по-прежнему остается ОНД-86 [1]. Важным доводом в пользу применения этой нормативной методики при диагнозе и прогнозе состояния качества атмосферы города (региона) является то, что при этом реализуется возможность использования результатов уже проделанной обработки экспериментальных данных о влиянии метеорологического режима разных регионов на рассеивание примесей. Эти результаты учтены при определении расчетных коэффициентов методики.

Разработка новой усовершенствованной модели потребует большой работы не только по ее экспериментальной апробации, но и по получению и обработке экспериментальных данных для определения величин расчетных коэффициентов модели в разных регионах. Развертывание работ в таком масштабе в настоящее время представляется мало реальным и, кроме того, результаты проведенных расчетов показывают удовлетворительное согласование величин концентраций полученных с применением нормативной методики и реализующей ее программы для ПЭВМ со значениями, полученными обработкой натурных измерений концентраций во многих городах.

Для обеспечения сводных расчетов должны применяться программные комплексы, удовлетворяющие требованиям к данной работе как по объему исходной информации, так и по интерпретации и анализу результатов расчетов. Для решения данной задачи необходима разработка алгоритма, позволяющего проводить детальный анализ результатов расчетов, определять предприятия, вносящие наибольший вклад в формирование общегородских зон повышенного загрязнения воздуха, разрабатывать требования к предприятиям города по снижению их вкладов в загрязнение воздушного бассейна.

Объем исходной информации о промышленных выбросах изменяется от 2-3 тыс. источников и 100-120 вредных веществ для городов с населением 200-300 тыс. чел. до 10- 20 тыс. источников и 200-250 вредных веществ для городов с населением более 0.5 млн. чел. Это предъявляет особые требования к формированию базы данных, их сбору. Значительную сложность представляет определение состояния исходной информации, содержащей данные о выбросах в атмосферу, и ее анализ с точки зрения возможности использования для проведения сводных расчетов. В частности:

- анализ полноты и достоверности данных, включая информацию об изменении выбросов во времени;

- выяснение необходимости разработки программ для ПЭВМ - конвертеров данных, занесенных на машинный носитель с помощью различных программных средств;

- анализ корректности описания источников с точки зрения используемых расчетных методов.

Как правило, исходная информация о выбросах разных предприятий имеет существенные временные различия в данных ее получения и согласования. 11о-этому весьма важной является процедура корректировки исходных данных с учетом фактического объема производств рассматриваемых предприятий. Значительный объем исходной информации определяет необходимость разработки единой системы кодирования предприятий, основных производств и источников, а также формирование словаря примесей. При проведении расчетов загрязнения атмосферы для отдельных предприятий параметры источников (особенно с нестандартными характеристиками выбросов) нередко задаются разными типами, и вредные вещества имеют разную кодировку, что обуславливает необходимость унификации подходов к стилизации источников и их параметров.

Примечание. Дополнительная кодировка вредных веществ (например, для которых используются значения ВДК а. в.) может начинаться с любого свободного номера (например, с 4000). Что касается кодировки веществ, которые приравниваются к наиболее близкому из имеющих коды и соответствующие ПДК веществу, то в данном случае целесообразно использовать код вещества, к которому приравнено рассматриваемое, а не кодировать это вещество новым кодом.

При подготовке к выполнению сводных расчетов необходим анализ нестационарности выбросов но времени как в разрезе отдельных предприятий, так и города в целом. В разрезе отдельных предприятий рассматриваются ситуации одновременности работы однотипного оборудования, а также количественные и качественные различия выделений (выбросов) на стадиях крупных технологических процессов (например, выплавка стали в электродуговых печах). В разрезе города анализируются и выявляются предприятия (или их основные производства), график работы которых отличается от графика работы основной массы предприятий.

6.2. Сводные расчеты должны учитывать выбросы как промышленности, так и автотранспорта. Если автотранспорт, находящийся на производственной территории подлежит учету в рамках проектов ПДВ, то для учета выбросов автотранспорта, движущегося по территории города, необходима постановка специальных натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков, расчет их выбросов для конкретных автомагистралей [16].

При организации расчетов загрязнения атмосферы следует учитывать, что выбросы далеко не всех веществ и предприятий заметным образом влияют на общий уровень загрязнения воздуха. Имеющийся опыт сводных расчетов показывает, что из 200-300 загрязняющих веществ, выбрасываемых источниками среднего российского города, даже в городах с высоким уровнем загрязнения, лишь по 30-40% этих веществ достигаются заметные концентрации, требующие принятия воздухоохранных мер.

Важным требованием к организации расчетов является исключение бессмысленных расчетов, требующих лишних затрат усилий и ресурсов как на стадии их проведения, так и на стадии анализа результатов. В этом смысле очень важно выявление тех примесей, которые не оказывают заметного влияния на общую экологическую ситуацию и описание степени их влияния с помощью интегральных показателей без проведения детальных расчетов.

Как показывает опыт расчетов, для многих веществ, выбрасываемых источниками города, заметные концентрации этих веществ (как правило, специфических) выявляются не на всей территории города, а на сравнительно небольшой ее части. Подробные расчеты полей приземных концентраций этих веществ на всей территории города излишни. Поэтому рекомендуется для всех веществ, для которых проводятся расчеты полей приземных концентраций, вначале провести расчеты этих полей в первом приближении: с крупным шагом порядка 1 км на расчетном прямоугольнике, охватывающем всю территорию города и пригородные территории, в районах расположения предприятий. Такие расчеты можно проводить при одной скорости ветра, равной средневзвешенной опасной скорости ветра, U_MC, U = U м с.

На основе анализа результатов укрупненных расчетов первого приближения определяются уточненные размеры расчетных прямоугольников и их количество для каждого из рассматриваемых вредных веществ.

Расчетные прямоугольники для каждого вещества выбираются из тех соображений, чтобы они "накрывали" территории, на которых в расчетах первого приближения были получены концентрации, превышающие 0.2ПДК.

Шаги расчетной сетки выбираются с учетом величин (X _Mi), рассчитанных программой на первых этапах расчетов для каждого, i-гo источника в соответствии с п.2.8 ОНД-86. По опыту расчетов оказывается, что, как правило, оптимальным является выбор шага расчетной сетки 250-300 м для индивидуальных компонент взвешенных веществ и 400-500 м для газообразных примесей.

При необходимости более детальной оценки загрязнения воздуха на границе санитарно- защитных зон в районе отдельных предприятий шаг расчетной сетки может быть уточнен. При уточненном расчете распределений приземных концентраций примесей в качестве расчетных скоростей ветра рекомендуется выбирать следующие: 0.5 м/с; 0.5U_мc, U_{м с} 1*5U_мс, U_ср, U*; где U_MC - средневзвешенная опасная скорость ветра, рассчитываемая программой автоматически по формуле (5.26) ОНД-86, U_cp - средняя скорость ветра в городе, U* - скорость, превышаемая не более, чем в 5% случаев.

Анализ результатов расчетов выполняется последовательно для каждой из рассматриваемых примесей и групп суммации. В первую очередь выявляются предприятия и источники, дающие превалирующий вклад в формирование общегородских зон с превышением ПДК, охватывающих городскую территорию вне производственных площадок.

Далее разрабатываются требования к предприятиям по снижению выбросов в целях ликвидации общегородского повышенного загрязнения воздуха.

6.3. Возможно два способа использования сводных расчетов загрязнения атмосферы при определении нормативов выбросов.

6.3.1. При первом способе по результатам сводных расчетов определяются значения фоновых концентраций ЗВ, которые затем используются в соответствии со схемой, приведенной в разделе 7 ОНД-86 [б], аналогично фоновым концентрациям, определенным на основании регулярных измерений в соответствии с [10].

При втором способе сводные расчеты используются при определении допустимых вкладов предприятий в загрязнение атмосферы. После чего нормирование выбросов каждого предприятия производится с учетом необходимости соблюдения установленной для него величины допустимого вклада.

Поскольку в качестве исходных данных для расчета фона должны использоваться нормативные значения параметров ИЗА, база данных, на основании
которой рассчитываются значения фоновых концентраций, меняется по мере
утверждения нормативов для предприятий. Т.е. для предприятий, разрабатывающих свои предложения в разное время, фон рассчитывается по разным базам данных. Перечисленные обстоятельства приводят к излишнему расходу ресурсов (финансовых, энергетических и пр.) при достижении выполнения экологических требований с помощью схемы учета совместного влияния выбросов
разных предприятий на загрязнение воздуха посредством расчета фоновых
концентраций..

По указанным причинам использование сводных расчетов загрязнения атмосферы для расчета фоновых концентраций при нормировании выбросов предприятий целесообразно проводить на начальном этапе организации работ по нормированию выбросов с использованием сводных расчетов.

6.3.2. Более предпочтительным для наиболее обоснованного определения значений нормативов параметров выбросов является второй из указанных подходов к использованию сводных расчетов при нормировании выбросов [7,19].

При этом подходе процесс определения нормативов выбросов распадается на несколько этапов, отличающихся как по содержанию и "уровню" используемой на каждом из них информации, так и по содержанию решаемых на этих этапах задач и результатам работ в рамках каждого этапа.

На первом этапе, помимо данных о параметрах ИЗА предприятий и планах их развития, может использоваться также обобщенная информация, содержащая характеристики социально-экономической значимости предприятий в масштабах региона и страны, и другая, доступная на региональном уровне обобщенная информация о предприятии. На этом этапе проводятся сводные расчеты полей максимальных приземных концентраций и групп суммации, выбрасываемых предприятиями и другими объектами города (региона). По результатам этих расчетов определяются уровни загрязнения воздушного бассейна города (региона) различными веществами (группами суммации) при существующих или проектных регламентных значениях параметров выбросов.

На втором этапе устанавливаются дифференцированно по территории города значения предельно допустимых уровней суммарных приземных концентраций, которые могут создаваться выбросами всех учитываемых источников города (региона).

При этом учитываются:

- результаты сводных расчетов загрязнения атмосферы;

- экологические требования к качеству атмосферного воздуха определенных территорий;

- фоновое загрязнение атмосферного воздуха за счет межрегионального и

трансграничного переноса;

- перспективы развития промышленности, автотранспорта и других объектов

на разных территориях.

Устанавливаемые предельно допустимые уровни суммарных приземных концентраций не должны превышать гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха.

На третьем этапе определяется допустимый вклад (квота) каждого предприятия в загрязнение атмосферы при нормировании его выбросов характеризуется набором полей квот для приземных концентраций ЗВ и групп суммации для веществ, содержащихся в выбросах предприятия.

Определенные в результате проведения перечисленных этапов работ квоты предприятий передаются им в качестве ограничений на величины приземных концентраций загрязняющих веществ, которые могут создаваться их выбросами.

Определяются конкретные пути и способы достижения этих допустимых вкладов с учетом детальной информации о возможностях предприятия и определяются нормативы параметров выбросов в атмосферу.

6.4. Нормативы выбросов для каждого, j-гo, загрязняющего вещества, поступающего в атмосферу от объекта, устанавливаются исходя из требования непревышения концентрациями, C _np.j, этого ЗВ, создаваемыми выбросами рассматриваемого объекта в атмосферном воздухе квот концентраций, установленных для объекта:

где (х, у) - координаты произвольной точки местности вне санитарно-

защитной (или экозащитной) зоны объекта;

B ^д_npj (x,y) - значение квоты концентрации, которая может создаваться

выбросами j ^гo ЗВ от рассматриваемого объекта в точке с

координатами (х, у), определенное с помощью

рекомендованной к применению методологии определения

допустимых вкладов объектов в загрязнение атмосферного

воздуха [19].

Выполнение условия (6.1) проверяется для всех участков местности, расположенных за пределами санитарно-защитных (или экозащитных) зон объектов, оказывающих вредное воздействие на окружающую природную среду.

Примечание: В настоящее время фирмой «Интеграл» разработаны первые версии программы, реализующие положения [19], которые апробируются НИИ Атмосфера на материалах гг. Псков, В.Новгород, Чудово.

Весьма важным является учет при сводных расчетах степени негативного воздействия выбросов автотранспорта на атмосферный воздух. Как известно, автотранспорт является специфическим источником загрязнения атмосферы и представляет собой множество наземных точечных источников, сосредоточенных на основных автомагистралях. Формируемые выбросами автотранспортных потоков в районах автомагистралей и их пересечений зоны загрязнения воздуха такими веществами как оксид углерода, диоксид азота, углеводороды могут характеризоваться высокими (часто больше ПДК) значениями концентраций и охватывать достаточно большие территории. Поэтому при сводных оценках загрязнения города в этом случае проводятся раздельные расчеты полей максимальных приземных концентраций, обусловленных выбросами промышленности и автотранспорта.

Как показывает практика, проведение в первую очередь совместных расчетов не позволяет правильно оценить вклад конкретных источников в загрязнении атмосферы и, самое главное, разработать комплекс мероприятий по требуемому снижению выбросов промышленности и автотранспорта. Совместные расчеты загрязнения воздуха выбросами промышленности и автотранспорта целесообразно проводить на заключительных этапах оценки существующего положения в целях определения уровня фонового загрязнения воздуха, а также оценки положения на перспективу для целей определения достаточности предлагаемых мероприятий по сокращению выбросов промышленности и автотранспорта.

6.5. Развитию работ по проведению сводных расчетов загрязнения атмосферы и их применению при нормировании выбросов способствовал Приказ Госкомэкологии № 66 от 16.02.99 г. «О применении системы сводных расчетов при нормировании выбросов». В соответствии с этим приказом в 12 областях Российской Федерации территориальные органы Госкомэкологии РФ приступили к созданию компьютерных банков данных о выбросах промышленных предприятий и автотранспорта и внедрению системы сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленности и автотранспорта в практику воздухоохранной деятельности. К настоящему времени наиболее полно развернуты работы в городах Пермской области, Воронеже Пскове, В.Новгороде и др. В Санкт-Петербурге на базе НИИ Атмосфера осуществляется поддержание работы в оперативном режиме компьютерного банка данных о выбросах промышленности и автотранспорта Санкт-Петербурга.