Контроль и управление качеством атмосферного воздуха
Проблема загрязнения воздуха стала актуальной с тех пор, как 300 лет назад началась индустриальная революция. Четыре главных фактора усилили загрязнение воздуха: рост индустриализации, повышение транспортной активности, ускоренное экономическое развитие, более высокие уровни потребления энергии. И хотя за последние десятилетия во многих развитых странах достигнут прогресс в решении проблем промышленного загрязнения воздуха, качество воздуха (особенно в крупных городах развивающихся стран) ухудшается. Главным образом это следствие вредного воздействия загрязнителей атмосферного воздуха в городских зонах, где уровни загрязнения достаточно высоки, чтобы внести свой вклад в увеличение заболеваемости и смертности от недугов, связанных с легочной, сердечно-сосудистой недостаточностью, неврологическими проблемами.
На пути быстрого экономического развития многие развивающиеся страны, такие как Китай и другие страны Азии, столкнулись с некоторыми дополнительными проблемами в области окружающей среды. Одна из них — загрязнение окружающей среды от опасных производств или технологий, перенятых у развитых стран, где эти технологии уже не применяются по причинам, связанным с охраной здоровья работников и охраной окружающей среды, но до сих пор разрешены в развивающихся странах из-за более неопределенного законодательства по охране окружающей среды. Другая проблема — быстрое развитие малых предприятий негосударственного сектора в пригородах и сельской местности, которые часто загрязняют воздух и воду из-за недостатка знаний и денежных ресурсов.
Источники загрязнителей воздуха
Наиболее распространенные загрязнители окружающей среды в городах — диоксид серы (SO2), взвешенные частицы и оксиды азота (NOx), озон (O3), оксид углерода (CO), свинец (Pb). Сжигание полезных ископаемых ведет к высвобождению SOx и NO2. Озон — фотохимический окислитель и основная составляющая часть фотохимического смога — не высвобождается прямо из источников сгорания, но образуется в нижних слоях атмосферы из NOx и летучих органических соединений в присутствии солнечного света. В таблице представлены основные источники загрязнителей атмосферного воздуха.
| Основные источники загрязнителей воздуха вне помещений | |
| Загрязнители | Источники |
|---|---|
Оксиды серы (SOx) Взвешенные частицы Оксиды азота (NOx) Оксид углерода (CO) Озон (O3) Свинец (Pb) Органические вещества (Cn Hm) |
Сгорание угля и нефти, места выплавки руды Продукты сгорания (топлива, биомассы), табачный дым Сгорание топлива и газа Неполное сгорание бензина и газа Фотохимическая реакция Сгорание бензина, сгорание угля, производство батарей, кабеля, припоя, краски Нефтехимические растворители, испарение несгоревшего топлива |
Распространение и перенос загрязнителей воздуха
Две основные группы факторов, влияющих на распространение и переное выбросов загрязнителей воздуха, — метеорологические (включая влияния микроклимата, такие как «тепловые островки») и топографические факторы. Многие города окружены горами, которые могут создавать препятствия для движения ветра, мешая рассеиванию загрязнения и способствуя его накапливанию внутри городской черты. Тепловая инверсия вносит вклад в проблему распространения взвешенных частиц в местах с умеренным и холодным климатом. В нормальных условиях распространения горячие газы-загрязнители поднимаются вверх, вступая в контакт с более холодными воздушными массами с повышением высоты. Однако при определенных обстоятельствах температура может увеличиваться с увеличением высоты, в результате формируется инверсионный слой, способствующий накапливанию загрязнителей вблизи источника выбросов и задержке их диффузии.
Крупномасштабное распространение загрязнения воздуха из больших городских зон может оказывать воздействие, проявляющееся как в рамках страны, так и в рамках региона. Например, оксиды азота и серы могут вносить свой вклад в кислотные осадки, выпадающие на значительных расстояниях от источника выбросов. Концентрации озона часто увеличиваются по направлению ветра от городских зон, т.е. задержка по времени вносит свой вклад в фотохимические процессы.
Воздействие загрязнителей воздуха на здоровье
Загрязнители и их производные могут вызвать неблагоприятные последствия, взаимодействуя между собой и вызывая повреждение молекул, играющих ключевую роль в биохимических или физиологических процессах в организме человека. Три фактора влияют на риск токсического повреждения этими веществами: 1) химические и физические свойства; 2) доза материала, полученная участками ткани, особо подверженными воздействию; 3) реакция этих участков на вещество. Неблагоприятные воздействия загрязнителей воздуха на здоровье могут также различаться среди групп населения: дети и пожилые люди особенно чувствительны к вредным воздействиям. Астматики и люди, страдающие другими заболеваниями органов дыхания или сердечно-сосудистой системы, подвергаясь влиянию загрязнения воздуха, могут испытывать симптомы ухудшения самочувствия.
Полностью отказаться от выведения промышленных отходов в природную среду человек пока не может. Но поскольку многие примеси неблагоприятно воздействуют на людей, животных, растения, необходимо ограничить поступления этих примесей в природную среду. Основным показателем, используемым для контроля качества воздуха, является предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК) максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного действия. Как правило, устанавливается в мг/м3.
Если вещество оказывает на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую среду.
Реальная ситуация, связанная с временной невозможностью полностью прекратить выброс вредных соединений в воздушную среду, выражается в том, что существует раздельное нормирование содержания примесей в воздухе, так как используются два типа ПДК: для воздуха рабочей зоны - ПДКрз и населенного пункта — ПДКнп. Раздельное нормирование содержания примесей предусматривает также разделение ПДК на максимальные разовые — ПДКмр и среднесуточные — ПДКсс.
ПДКмр - это характеристика опасности вредного вещества. Она устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущения запаха, световой чувствительности, изменения биоэлектрической активности головного мозга и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. ПДКсс установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека.
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест регламентированы Гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03, утвержденными постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30 мая 2003 г. № 114. В соответствии с указанными нормативами установлены класс опасности вещества, допустимая максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей. Для вредных веществ, для которых ПДК не утверждены, определены ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов1См. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2505-09 «Дополнение № 4 к ГН 2.1.6.2309-07 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»», утвержденные постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 27 апреля 2009 г. № 25..
В таблице приведены предельно допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферный воздух в населенных пунктах.
| ПДК наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферный воздух в населенных пунктах | |||
| Вещества | Класс опасности | ПДК мр | ПДК сс |
|---|---|---|---|
| NO2 | 2 | 0,085 | 0,04 |
| CO | 4 | 5,0 | 3,0 |
| Пыль неорганическая | 3 | 0,15-0,5 | 0,05-0,15 |
| Сажа | 3 | 0,15 | 0,05 |
| SO2 | 3 | 0,5 | 0,05 |
| H2S | 2 | 0,008 | - |
| Бенз(а)пирен | 1 | - | 0,1 мкг/100 м3 |
| HNO 3 | 2 | 0,4 | 0,15 |
| Свинец и его соединения | 1 | 0,0003 | |
При проектировании предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен выбросами от других производств, выбросы строящегося предприятия ограничивают с учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривают в качестве фоновой концентрации (С ф).
В настоящее время невозможно ограничить содержание примесей до ПДК на выходе из источника выброса, и раздельное нормирование допустимых уровней загрязнения учитывает эффект перемешивания и рассеивания примесей в атмосфере. Управлять процессами рассеивания человек не может, поскольку они зависят от метеорологических и климатических условий. Тем не менее допустимые уровни загрязнения жилых районов должны соблюдаться независимо от расстояния до источников выбросов вредных веществ. Следовательно, производство должно ограничивать и контролировать количество выбрасываемых веществ.
Регламентирование выбросов вредных веществ в атмосферу через те или иные источники осуществляется на основе установления предельно допустимых выбросов (ПДВ). Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу это научно-технический норматив, предусматривающий, что концентрация загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупность не превышают нормативную концентрацию этих веществ. ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы при условии, что выбросы вредных веществ с учетом рассеивания не создадут приземной концентрации, превышающей ПДК.
Если концентрация вредного вещества в расчетной точке превышает предельно допустимую для данного вещества, а снижение ПДВ до требуемых значений не может быть обеспечено по объективным причинам, то вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ до ПДВ, т.е. на каждом этапе устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ).