Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка методических положений оценки загрязнения воздушного бассейна региона

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Разработка методических положений оценки загрязнения воздушного бассейна региона"

Б ОН ц ДЕК 1998

На правах рукописи

СОЛОДКОВ Сергей Анатольевич -

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА РЕГИОНА

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Качурин Н.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Русак О.Н.; кандидат технических наук, доцент Лебедев Н.М.

Ведущая организация - Тульское региональное отделение

Академии горных наук.

Защита диссертации состоится 22 декабря 1998 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 063.47.06 в Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан 20 ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета канд. техн. наук, доцент

И.В. Панферова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Нэ пороге XXI века неблагоприятное воздействие на окружающую среду приблизилось к такому уровню, что оно уже угрожает самому существованию человечества. Выводы в докладе экспертов ООН (июнь 1997 г.) указывают на продолжающееся опасное загрязнение окружающей среды. Только за последние три года столетия глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 600 млрд долларов США.

В комплексной проблеме защиты окружающей среды особую озабоченность, вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание - наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся-применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Опасность антропогенного загрязнения атмосферы усугубляется тем, что источники загрязнения сосредоточены на площадях, где живут и работают люди - в' промышленно развитых регионах.

Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной Воздушные массы переносят вредные выбросы на значительные расстояния. В результате в'благополучных с экологической теки зрения районах загрязняются почва, растительность, водоемы.

Загрязнение воздуха в промышленных районах Российской Федерации усугубляется явлениями экономического характера. При, установившейся о промышленно развитых странах норме бюджетных расходов на природоохранную деятельность в 2-3 %, бюджет Российской Федерации в 1995-97 гг. выделял на эти цели по 0,30-0,33

В настоящее время функции сбора, хранения и обработки информации о воздействии предприятий на атмосферу возложены нл иерархическую сеть региональных комитетов охраны природы, Информация перерабатывается и хранится в форме бумажных отчетов Контроль и анализ этой информации требует больших затрат времени. Действующая схема сбора информации о выбросах в атмосферу, при которой раз в пять лет (три года) проводится инвентаризация ис- • точников вредных выбросов и ежегодно собираются статистические отчеты о выбросах в атмосферу,. нэ позволяет прогнозировать состояние воздушного бассейна и затрудняет принятие решений по его улучшению.

•Необходимость совершенствования существующих региональных систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирование промышленных выбросов определяет научную и практическую актуальность настоящей работы.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематических планов МНТП "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и федеральной целевой программы "Интеграция".

Цепью работы являлось установление новых и уточнении существующих закономерностей выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для повышения качества управления окружающей средой и развития региональных компьютерных систем прогнозирования и управления выбросами загрязнителей в атмосферу.

Идея работы заключается в том, что улучшение качества управления окружающей средой и повышение достоверности прогнозных оценок обеспечивается адекватными математическими моделями, позволяющими прогнозировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на основе анализа фактических данных потребления электроэнергии и материальных ресурсов.

Основные научные положения работы заключаются в следующем:

характеристика загрязнения атмосферного воздуха на мезоуров-не может быть сведена к некоторому интегральному показателю допустимой экологической нагрузки, для которого нормативы предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу являются частным случаем при фиксированных метеоусловиях;

кинетика образования пылегазовых выбросов описывается дифференциальными уравнениями первого порядка, в которых в общем случае переменными являются значения энергоемкости технологических операций и время;

в стационарном случае интенсивность образования пылегазовых выбросов изменяется в зависимости от энергоемкости по' логистическому закону, а параметры этой зависимости можно оценить нелинейным методом наименьших квадратов;

достоверный прогноз-выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлен только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылегазовых выбросов с энергоемкостью технологических процессов и использовании единой согласованной системы инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории про-мышленно развитого региона.

Новизна основных научных и практических результатов: разработаны методические лоложения прогнозной оценки загрязнения атмосферы на мезоуровне, отличающейся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется 'по мере развития существующей базы данных;

обосновано описание процессов образования пылегазоаых вы-бросов-на территории промышленного.региона с использованием логистических дифференциальных уравнений, отличающееся тем, что интенсивность образования загрязнителей рассматривается в концептуальном пространстве "энергия-время";

усовершенствованы структурные и функциональные схемы систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирования промышленных выбросов по основным видам производственной деятельности применительно к условиям Тульской области;

установлены закономерности однопараметрических трендов интенсивности выбросов в атмосферу загрязнителей различных видов;

проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазоаых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с исполь ' зованием информационной технологии.

Достоверность научных- положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

корректной постановкой задач исследований, обоснованным и с- . пользованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники; '

достаточным объемом вычислительных экспериментов, прове- -денных в процессе теоретических исследований интенсивности образования лылегазовых выбросов з атмосферу;

удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в-атмссфе-■ ру (в среднем отклонения не'превышали 30 %).

Практическое значение работы заключается в том, что разработана и согласована региональная структура нормативного документа, регламентирующего единый подход к инвентаризации выбросов . загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны комплекты математических моделей образования пылегазовых выбросов в зависимости от энергоемкости технологических процессов, что повышает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Усовершенствованы структурные и функциональные схемы контроля воздействий промышленных предприятий на воздушный бассейн.

- Реализация работы. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях т. Тулы, аналитической груп-

пой Тульского областного общества по охрана природы и позволили получить достоверные прогнозные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результат были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 320700 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".

Апробации работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом,, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г. Тула, 1095-1998 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 1995-1998 гг.), 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула, 1996 г.), 2-й Международной конференции по экологическому образованию "Между шко-,'ой и университетом" (г. Тула, 1996 г.), 1-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (г. Тула, 1997 г.), 2-й Международной конференции по проблемам экологии и 'безопасности жизнедеятельности "Поиск; оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы" (г. Тула, 1998 г.).

Публикации. По результатам научных исследований имеется 5 публикаций.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержи г 24 таблицы, 23 рисунка, список литературы из 116 наименований.

Автор диссертационной работы выражает глубокую'благодарность д.т.н , проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь, к.т.н., доц. Ю.В. Кравцозу за ценные консультации, а также сотрудникам кафедры аэрологии, охран»., труда и окружающей среды за содействие и поддержку при проведении научных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка научно обоснованных программ долгосрочного планирования мероприятий, направленны* на сокращение выбросов отдельных источников, развитие методов и средств контроля и управления качеством окружающей среды неразрывно связаны с прогнозированием загрязнения атмосферного воздуха. Цепыо такого прогнозирования является определение возможного скогщения в воздушном бассейне контролируемого объекта массы вредных примесей, представляющих угрозу для здоровья людей, а также указание адреса управляющего воздействия, определение источников, выбросы которых необходимо регулировать в данный момент времени для ограничения загрязнения, предупреждения его критического уровня.

Фундаментальные и прикладные аспекты проблемы математического моделирования загрязнения воздуха сформулированы в работах ГЛ.Е. Берлянда, ЮА Анохина, А.Х. Остромогильского, Н.Л. Бызо-вой, О.Г. Сеттона, Г.И. Марчука, A.B. Примака и др. Однако в этих исследованиях практически не затрагивается такой, важный вопрос, как изучение закономерностей техногенных эмиссий загрязнителей в атмосферу.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по изучаемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач:

1. Изучить структуру и содержание существующей базы данных об уровне техногенных воздействий на атмосферу, выполнить анализ и обобщить государственную статистическую отчетную документацию о загрязнении атмосферы, а также исследовать источники загрязнения атмосферы промышленных предприятий Тульской области.

2. Обосновать принципиальную структуру и предметное содержание базы данных, характеризующей прогнозное состояние атмосферы на территории Тульской области и разработать типовой модуль структурно-функциональной схемы обмена информацией для территорий промышленно развитых субъектов федерации.

■ 3. Структурировать реальные схемы управления природоохранительными мероприятиями на уровне . административно-территориального подразделения и создать рациональную структурно-функциональную схему обмена информацией на территории субъекта федерации./ ' '

4. Обосновать энергетический подход к определению выбросов загрязнителей в.'атмосферу и разработать комплект математических моделей образования пылегазовых выбросов. Разработать комплекс программных средств на базе современною математического обесле-

чения, провести вычислительные эксперименты, усовершенствовать структурные и функциональные принципы атмосферного мониторинга на основе теоретических принципов информационных технологий.

5. Обобщить экспериментальные и теоретические исследования, установить новые и уточнить существующие закономерности выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и. образования пылегазовых загрязнителей на промышленных предприятий с учетом общей энергоемкости производства. «■

6. Разработать методические положения оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу, повысив достоверность прогноза выбросов загрязнителей в атмосферу за счет эффективной базы данных, отражающей связь образования пылегазовых выбросов с энергоемкостью технологических процессов и основывающейся на единой согласованной системе инвентаризации источников загрязнения атмосферы территории промышленно развитого региона.

В промышленном центре России Тульская область - одна из самых индустриальных, имеет развитой аграрный сектор. Это предопределяет критическую степень техногенного загрязнения и антропогенной нагрузки территории.

На территории области работает 5763 предприятий, выбрасы-. вающих в атмосферу 240 различных загрязняющих веществ.. Всеми предприятиями области а 1996 году выброшено в атмосферу 248,4 тысяч тонн вредных веществ. Основными загрязняющими веществами являются: пыль, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды. Именно они определяют загрязнение атмосферы региона.

Наибольшее число промышленных предприятий, дающих около 92% всех выбросов, расположено в Алексинском, Суворовском, Еф-ремовском, Новомосковском, Узловском, Щекйнском районах и в г. Туле. Причем наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна приходится на долю 17'крупных предприятий.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выброса) вносят предприятия энергетики (48% от общего выброса по промышленности области), металлургия - 32,7%, химическая и нефтехимическая промышленность - 4,3%, топливная промышленность - 4%, машиностроение и металлообработка - 2,7%, промышленность строительных материалов - 1%. Помимо промышленных выбросов ежегодно в воздушный бассейн области выбрасывается значительное количество загрязняющих веществ от автомобильного транспорта, которые составили в 1996 году 172,3 тыс. тонн.

Прослеживая динамику выбросов загрязнителей в атмосферу на территории Тульской обпасти за 1990-1996 гг., можно сделать вывод о

том, что количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по Тульской области имеет устойчивую тенденцию к снижению. Однако уменьшение количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, происходило не в результате-проведения природоохранных мероприятий, а вследствие падения объемов производства на предприятиях области. Несмотря на уменьшение эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу уровень загрязнения воздуха в промыш-ленно насыщенных районах остается достаточно высоким.

В целях изучения закономерностей образования пылегазовых выбросов на ряде предприятий Тулы и области были проведены натурные наблюдения источников загрязнения атмосферы. Исследования проводились на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях, предприятиях, производящих мебель, кирпичных заводах.

Большое количество ингредиентов з выбросах предприятий затрудняет проведение сравнительного анализа данных. Все вещества были разделены на две группы, как это делается в официальной статистике - общих и специфических выбросов. К группе сбщих загрязнителей относятся: ТЕердые вещества, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота, углеводороды.

Для машиностроительных ззаодоо характерным является выброс большого количества твердых веществ, которые образуются в процессе механической обработки различных материалов. Сернистый ангидрид, оксиды азота и углерода сбразуютря при сгорании твердого и газообразного -топлива в промышлэнно-отспнтельных котельных и различных технологических установках,- Большая часть углеводородов , гыдаляйтся о процессе нанесения и сушки лакокрасочных покрыли! Незначительна:» часть угле-еодородоз выбрасывается транспортными цехами.

Основную допю выбросов мебельных предприятий составляют твердые зещаотеа и углеводорода. Источниками зыбросоп твердых веществ являются станки-для механической обработки древесины. В процессе нанесения и сушки лакокрасочных покрытий выделяются пары растворителей.'

На кирпичных зэводах большое количество Ьернпстого ангидрида образуется при сгорании угля, который добавляется в глиняную смесь ?? качестве присадки. Оксады азота и углерода образуются при сжигании твердого и газообразного топлива в котельных и печгх обжига кирпича, Выбросы твердых веществ происходит при складировании и перегрузка сыпучих материалов.

Для большинства источников количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ можно определить по расходу топлива,

сырья и. материалов. Исключение составляют цеха и участки механической обработки материалов. Наиболее достоверным параметром для контроля данных источников является расход электроэнергии.

Источники загрязнения воздушного бассейна выделяют токсичные вещества неравномерно. Кроме долгосрочного изменения среднегодовых выбросов выделение лоллютантов изменяется по месяцам года, дням недели и календарным дням, а также по часам суток.

В зависимости от периода, в течение которого выбросы принимают постоянными, следует различать:

• 1) сезонную неравномерность, или неравномерность по месяцам года;

2) суточную неравномерность, или неравномерность по дням недели, месяца или года;

3) часовую неравномерность, или неравномерность по часам суток.

Режим поступления загрязнителей в атмосферу региона зависит от режима работы отдельных предприятий и источников и их удельного веса в валовом выбросе по региону.

Неравномерность эмиссии лоллютантов отдельными категориями предприятий определяется рядом факторов: климатическими условиями, режимом работы предприятий, характеристикой оборудования и т.п. В большинстве случаев теоретический учет влияния отдельных факторов на неравномерность эмиссии оказывается невозможным. Наиболее достоверный путь - это накопление и систематизация оиышых данных в течение длительного времени. Только при достаточном количестве экспериментального материала можно говорить о надежных сведениях по режимам эмиссии, т.к. неравномерность поступления вредных веществ в атмосферу оказывает большое влияние на концентрацию загрязнителей в приземном слоз.

Производство и широкое распространение в России персональных ЭВи1, сетевых и коммуникационных средств предоставляют возможности совершенствования технологии обработки информации при оперативном доступе и работе с ней потребителя.

Обеспечить эффективное использование информации особенно важно применительно к такой емкой области знаний как экология. Это, прожди всего, относится к системе функций управления охраной природы, связанной с решением широкого класса эколого-экономичзских задач.

Перспективные автоматизированные системы экологического мониюриша региона создаются как. интегрирующая надстройка уже существующих систем наблюдения и обеспечивают получение про-

гнозируемых экологических параметров и параметров управления выбросами в природную среду.

Понятия, определяющие проблемы загрязнения атмосферного воЗдуха на мезоуровне, можно свести к некоторому интегральному показателю допустимой экологической нагрузки (ДЭН).

Установление норм ПДВ - одна из существующих форм введения ДЭН в промышленных городах. Но введение ПДВ не учитывает особенности возникновения неблагоприятных метеоусловий (НМУ), когда на фоне даже соблюдаемых норм ПДВ при НМУ возможны существенные превышения концентраций поллютантов. Наиболее предпочтителен вариант, который не отвергает существующую практику выдачи норм ПДВ и учитывает возникающие НМУ. В этом случае уровень ДЭН будет минимальным.

Для реализации перспективных информационных технологий, лежащих в основе систем экологического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха промышленных городов и регионов, необходи-• мо решение многих физических и научно-технических задач.

Инструментом для решения этих задач должна-стать создаваемая автоматизированная база данных о воздействии на атмосферу.

Автоматизированная система контроля выбросов загрязнителей в атмосферу должна объединять все предприятия, независимо от их ферм собственности, структурные подразделения органоа государственного контроля за соблюдением природоохранного законодательства, административные подразделения законодательной и исполнительной ветгей властных структур и научный центр администрации региона. Автоматизированная система представляет собой глобальную информационно-вычислительную сеть регионального масштаба

Основными узлами информацконно-пычислительной сети, предназначенной для функционирования спраесчно-информзционной системы, являются и! (формаци.онно-энплитичэскса управление областной администрации, областной ;:омитзг по охране природы, Тульский государственный университет, Тульский городской и районные комитеты по охрана природы, подразделения охраны окружающей среды промышленных предприятий.

Все узлы кнформациенно-вычиш'.трльной сети оборудуются персональными ЭПМ Обмен данными производится посредством модемен по коммутируемым телефонным линиям связи.

Принципы создания и функ» 1конирсш»ккя автоматизированной базы у-.?нных характеризуются сбором, хртгииом и использованием информации, зафикс1ф0231'нсй в прошедшие моменты (дискреты) времени, т. е. носят статический.характер. База данных представило г собой совокупность последовательностей информационных объектов,

индивидуализированных но прошедшим моментам времени. В то же время большинство объектов, отображаемых в базе данных, имеют динамический харакгер, требуют непосредственного учета временного фактора и повышения оперативности при актуализации хранимых данных (особенно для принятия оперативных управленческих решений).

Внесение изменений в базу данных1 происходит всегда с временной задержкой относительно момента реального изменения. Естественно, что данные, отображающие изменяющуюся обстановку и используемые для принятия решений или выработки управляющих воздействий, за период задержки в последующем стареют. В результате управление может осуществляться менее эффективно, порой с ошибками Одним из основных'методов компенсации старения данных яв ляется метод экстраполяции значений информации на основе ретроспективных данных об отображаемом процессе.

В условиях недостатка аппаратных средств получения оператив ной информации о фактических концентрациях вредных примесей е еоздухе широкое распространение получипи системы, использующие комплекс математических моделей, описывающих процессы распро отрешения загрязнителей в атмосфере.

Современные программные средства для расчета уровней за .оязнчч1ня атмосферы.позволяют строить поля концентраций загряз няющих веществ с учетом реальной метеорологической ситуации е данном районе и (или) ее типа в синоптическом смысле (циклон фронт -'связь с макроуровнем) и реальные выбросы вредных веществ. '

Для расчета текущею и прогнозируемого полей загрязнения атмосферного воздуха над заданным регионом требуется определит* динамику выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух Для этого требуется получение значений выбросов с шагом и нэ сколько часов.- ' .

Количество факторов, определяющих динамику ¿миссии загряз ни гелей техногенными источниками столь велико, что учесть их прак тически невозможно. Выходом в данной ситуации момет стать полу чениц приближенных оценок значений выбросов по одному или не скольким укрупненным показателям функционирования производства Анализ схемыматериально-энергетических потоков в производствен ной системе показывает, что таким показателем может стать знерго потребление. ' ' .

Процесс образования пылегазоезых .'выбросов (ПГВ) можно ус ловно представить как частичный переход материальных ресурсо; (МР) в ПГВ. ,При этом протекают два разнонаправленных процесса

то образование и локализация ПГВ. Используя макрокинетический одход к оценке скорости этих процессов, целесообразно принять ги-¡отезу о линейной связи скоростей образования и-локализации с мощностью выброса при отсутствии конкуренции за материальный (есурс. В случае учета конкурентной борьбы эти зависимости подчи-шгатся квадратичному закону. Расчетная схема образования ПГВ ¡редставлена на рис. 1, где к(+ч и к(-)У - константы скоростей прямого 1 обратного процесса.

Рис.1 Расчетная схема образования ПГВ

Математическая модель стационарного процесса образована пылегазовых выбросов выглядит следующим образом:

<*м±з

с!Э

1 Л;э-0

- Ми ,

= о,

(1) (2)

где мч - масса ¡-го вещества, выбрасываемого ¡-тым источником. Э -энергоемкость источника; = к(+)11 - - равновесное

значение ПГВ.

Решением дифференциального уравнения (1) для начальных условий (2) является выражение:

Ми = ми4г " ехРН31зэ)], (3)

1 = 1, ... , .п; j = 1, . . . , т.

При ограниченных экономических возможностях необходимо учитывать влияние конкуренции, тогда математическая модель будет выглядеть следующим образом:

= (f-ij - PijMijlM

dMy

С1Э

13

const ,

где £Л) = Р^МсЦ^'

Решение уравнения (4) для условий (5) имеет вид:

Мц = М„х3

i3 exp(£i33)jl YiJexpC-e^a) - l]}"\

(6) .

гдеу^ = Мн^Мо.,,.

Для решения прогнозных задач рассмотрим нестационарный процесс образования пылегазовых выбросов. Математическая модель нестационарного процесса имеет следующий вид:

дМ.

дМ,-

dt

+ а.

дЭ

- Mij .

1-э

f?I"li;jO( 0) = M0ij = const, й-113(0,и = MHi j = const

(7)

(8)

В выражении (7) временной тренд энергоемкости представляет собой линейную функцию; э^) = э0 +- аэт..

Динамика образования ПГВ в зависимости от энергоемкости технологических процессов с учетом фактора времени описывается выражением:

Wj,(3,t) =

Mxij + (Moi3

при t < Зои

3)ехр[-р13а^(э - э0)]

И,

COJ.J

(9)

при t. > Эаэ

Оценка параметров математических моделей 'образования пылегазовых выбросов осуществлялась с использованием способа наименьших квадратов. Доказано, что регрессионная модель может быть записана следующим образом:

I

15

М

1]к = ехр(- р13Эк)] +

(Ю)

где м1;]к - экспериментальные значения ПГВ, соответствующие энергоемкости эк; и* - реализация случайной составляющей; к =, 1, ..., N математическое ожидание и дисперсия случайной составляющей равны соответственно т(£к) = 0, о(е,.) = гк2 ; соч(кк, еь) = 0, к Ь.

Значения параметров оценивают путем минимизации модифицированного критерия наименьших квадратов Р.

г = I Как - М«1]["1 - => пи:

Ко'Р.,)

где 1к - стк .

Анализ эмпирических данных осуществляют с использованием математической модели для оценки параметров:

мо) =

М(0)МШ ехр.(ЕЭ)

Мж - М(0) + М(0) ехр(сЭ) '

или

сЗМ I , М — = еМ 1 --

аэ I м.„

(11)

(12)

Результаты определения параметре'! уравнений (11),(12) представлены в таблице.

. Таблица

Параметры математических моделей образования пылегазовых

. Наименование Мт/ ГВт-Ч а, 1/ГВт-ч М{0), Мт/ГВт-ч

Улавливание загрязняющих ■ вешесто 4,345 0,442 0,0684

Выбросы от стационарных источников 1,401 0,269 0,0681 •

Полученные закономерности, отражающие зависимость интенсивности ПГВ от энергоемкости, использованы для серии вычислительных экспериментов. Сравнение расчетных значений с данными государственной статистики представлено на рис. 2 и свидетельствует о высоком уровне адекватности логистической зависимости (коэффициенты корреляции соответственна равны 0,96 и (3,98)

Е

16 а)

Е10"э, кВт'ч

б)

ЕЮ"9, кВт'ч

Рис. 2. Зависимость показателей ПГВ от энергоемкости: а- массе уловленных загрязняющих веществ; б- валовые выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников

При разработке-региональной системы атмосферного монито-)инга на основе информационной технологии особенно актуальной :тановится задача разработки региональной нормативной базы.

Разработан сборник методик,'регламентирующий единый подход ; инвентаризации выбросов в атмосферу загрязняющих веществ раз-шчными производствами. Документ реализован в виде элек! ройной 5ерсии в системе Winword 97 для Windows 95, позволяющей автоматизировать процесс доработки, гибко реагировать на новые разработ-си, а также использовать эту версию и все ее последующие видоиз-иенения в региональных справочно-инфорадационных системах.

С целью выявления наиболее опасных в экологическом отношении районов были проведены -исследования ззгрязнения снежного по-(рова'территории г. Тулы и районных городов Тульской области по методике, разработанной институтом прикладной геофизики им. акад. Е.К. Федорова.

По резул^атэм замеров построены карты-схемы распределения интенсивности выпадения сульфатов so^, нитратов N0^ и выделены эайоны с максимальным загрязнением. Наибольшая интенсивность зыпадэния сульфатов отмечается в районе АК "Тупачермет", причем площадь с интенсивностью выпадения сульфатов (в пересчете на S) эолее 15 кг/(км2-сут), составляет примерного км2, а с интенсивностью золее 12 кг/(км2-сут) составляет примерно 40 км2. Для сравнения, суммарная площадь территории вокруг заводов (машиностроительного им. Рябикова, оружейного завода и завода "Арсенал") с интенсивностью выпадения серы более 12 кг/(км2-сут) составляет около 20 км2; площадь загрязнения сульфатами с интенсивностью выпадения серы более 12 кг/(км2-сут) от Косогорского металлургического Завода не превышает 25 км2, Наибольшая интенсивность выпадения нитратов в г. Туле также отмечается в районе АК "Тулачермет", площадь с интенсивностью выпадения нитратов более 1,5 кг/(км2-сут) составляет Go-nee 40 км2.

Для сравнения выпадения веществ от АК "Тулачермет" и от тепловых электростанций (Черепетской ГРЭС (г. Суворов), Новомосковской ГРЭС, Алексинской ТЭЦ, Ефремовской ТЭЦ и Щекинской ГРЭС) были отобраны и проанализированы пробы снега по маршрутам: г.Тула - г.Суворов; г.Тула - г.Новомосковск; г.Тула-- г.Алексин; г.Тула -г.Ефремов, Интенсивность выпадения сульфатов более 8 кг/(км2суг) отмечается, от АК "Тулачермет" на расстоянии до 4 км, от Новомосковской ГРЭС - до 3,5 км, от Алексинской ТЭЦ - до 3 км. От Черепетской ГРЭС интенсивность выпадения сульфатов на расстоянии 3-4 км не превышает.4 кг/(км2-сут). Интенсивность выпадения нитратов (в пересчете на N) более 1,5 кг/(км2-сут) наблюдается от Алексинской

ТЭЦ на расстоянии до 5 км, от новомосковской ГРЭС - до 4 км. и от АК "Тулачермет" - до 3 ш. От Черепетской ГРЭС выпадение нитратов на расстоянии до 4 км не превышает 0,45 кг/(км2 сут).

По методике ОНД-86 были проведены расчеты рассеивания оксидов ванадия, хрома и серы от АК "Тулачермет". Для сравнения экспериментальных и расчетных данных была построена карта загрязнения территории вокруг АК "Тулачермет" сульфатами. •

Хорошая сходимость результатов расчета и экспериментальных данных позволяет говорить о целесообразности использования данных о загрязнении снежного покрова исследуемой территории для контроля воздействия промышленных источников загрязнения атмосферы на окружающую среду.

Основные научные и практические результаты использованы в учебном процессе в курсе "Промышленная экология и защита биосферы", а такжё при выполнении НИР по МНТП "Прогноз" и "Экология горного производства". В настоящее время результаты работы вошли в тематический план федеральной программы "Интеграция", используются в учебных планах учебно-научного центра ТулГУ по проблемам природопользования. . .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и образования пылегазовых загрязнителей на промышленных предприятий с учетом общей энергоемкости производства, а также разработаны методические положения, позволяющие повысить качество оценки загрязнения атмосферного воздуха и на этой основе улучшить контроль за экологическим состоянием воздушного бассейна, что имеет важное социальное значение для промышленно развитых регионов России. . •

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1.Установлено, что в промышленно развитых областях центрального регионз России на протяжении ряда лет наблюдается улучшение экологической обстановки, обусловленное снижением интенсивности антропогенных эмиссий загрязняющих, веществ. При этом уменьшение количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу происходит-не в.результате проведения природоохранных мероприятий, а вследствие падения объемов производства на промышленных предприятиях.

2.Доказано, что реализация общей концепции автоматизированной системы контроля выбросов загрязнителей в атмосферу предусматривает использование оперативных оценок значений выбросов по укрупненным показателям, среди которых наиболее достоверным является показатель энергопотребления.

3.Установлено, что кинетические закономерности образования пылегазовых выбросов описываются дифференциальными уравнениями первого порядка, в которых в общем случае переменными являются значения энергоемкости технологических операций и время, а параметры, этих математических моделей можно оценить нелинейным методом наименьших квадратов.

4.Установлено, что максимально возможное количество улавливаемых пылегазовых вредностей в расчете на 1 Гвт-ч на территории Тульской области составляет 4,34 Мт.

5.Максимально возможные выбросы газообразных загрязнителей и пыли в атмосферу составляют 1,4 Мт в расчете на 1 Гат-ч для Тульской области. Данная асимптота обусловлена техническими особенностями промышленных объектов, расположенных на территории Тульской области.

б.Обосновано методическое положение о том, что инструментом реализации существующей региональной нормативной базы может стать территориальный сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами, разработанный и согласованный природоохранительными службами административно-территориальных подразделений. Применительно к условиям Тульской области создана электронная версия проекта такого документа в системе \Л/т«гагс1 97.

7.Установлено, что для большинства источников количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ можно определить по расходу топлива, сырья, материалов и электроэнергии, а в качестзе дополнительного средства контроля за воздействием промышленных источников загрязнения атмосферы на окружающую среду целесообразно использовать данные о загрязнении снежного покрова исследуемой территории.

8.Разработаны методические положения оценки воздействия промышленных предприятий на атмосферу, которые позволяют реализовать единый методический подход к инвентаризации источников загрязнения воздушного бассейна, прогнозировать интенсивность образования пылегазовых выбросов по энергоемкости производства и контролировать состояние атмосферы, используя косвенные показатели загрязнения атмосферы. Усовершенствована методика прогнозной оценки загрязнения атмосферы на мезоуровне, отличающаяся

тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных.

З.Рекомендовано компенсировать старение данных с использованием метода экстраполяции значений информации на основе ретроспективных данных об отображаемом процессе, параллельно накапливая и систематизируя опытные данные по режимам эмиссии загрязнителей в течение длительного времени.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Соколов Э.М , Качурин Н.М, Солодков С А Нормативное обеспечение областной системы оперативной инвентаризации источников загрязнения атмосферы.// Тезисы докладов 1-й Международной конференции "Создание экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства". -Тула, 1996. С 124-125.

2. Соколов Э.М., Качурин U.M., Солодков С.А. Система оперативной инвентаризации источников загрязнения атмосферы и ее использование для экологизации курса информатики.// Тезисы докладов 2-й Международной конф. по экологическому образованию "Между школой и университетом". -Тула, 1996 С.373-374.

3. Соколов ЭМ., Качурин Н.М, Кузнецов А А., Шатовский В.В., Солодков С.А. Экологическая оценка источников загрязнения атмосферы и разработка информационной технологии контроля загрязнения воздуха ß приземном слое.// Тезисы докладов 1-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеят. "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы". - Тула, 1997. С 298-301.

4 Солодков С.А., Кравцов Ю.В. Методика определения выбросов в атмосферу по загрязнению снежного покрова // Известия Тульского государственного универси.зта. Серия "Экология и безопасность жизнедеятельности" /Тула, 1998. -С. 150-154 .

Ь. Крайцоа Ю В. Солодков CA., Построений карт загрязнения восточной части г. Тупы. II Известия Тульского государственного университета Серия: "Экология и безопасность жизнедеятельности'/Тула, 1998.-С. 154-16).

IIii.Iiiih.iho ¡1 помп. " ,' , <1'U(1M.U б) млн Olkü-J 1/|<>, I.JHJÜI пныцщфскан Ла 2 Щмиин мсти,. yt,i. iu.4. л , Усл. i,-ß.-!,n. ; .Уч. ш,i. л.

111,11.*, , ii.'j. ~i.ik.ll /

I v ju.i кип i <k- у ,iupc i »t'iiiu.iii и и tu-1> с im im. .100601), 1. Ту na, 11)1. Ленина, 92. Гг.имшощп». итии'ли-кии ИСШр Tj.'ll.lKolO I «IbUlHMll'IIHlHIi \HIUI(|l[»Hill.

WilMW, I, 'l'y.u, j.i.Kn.niiua, 151

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Солодков, Сергей Анатольевич, Тула

¿у- г*

/

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Тульский государственный университет

На правах рукописи

СОЛОДКОВ Сергей Анатольевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА РЕГИОНА

Специальность: 11.00.11 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Качурин Николай Михайлович

Тула 1998

СОДЕ РЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ........................................ 5

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ ...................................... 12

1.1.Методы оценки загрязнения атмосферы и их связь с действующей нормативной базой .... 12

1.2.Методы прогнозной оценки загрязнения атмосферного воздуха ....................... 22

1.3. Информационно-технологические принципы построения систем атмосферного мониторинга .................................... 31

Выводы ................................ . ...... 51

Задачи исследований .......................... 53

2. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОТЧЕТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ О ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРЫ ......................................... 55

2.1. Обоснование и выбор объектов исследований ...................................... 55

2.2.Анализ динамики выбросов загрязнителей в атмосферу на территории Тульской области . . 58

2.3. Виды загрязнителей атмосферы и их доля в валовом выбросе на территории Тульской области .................................. 65

2.4. Информационно-технологические принципы создания эффективных автоматизированных

баз данных о воздействии на атмосферу .... 73

Выводы ....................................... 81

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ..................................... 84

3.1. Структуризация административно-территориального подразделения и структурно-функциональная схема обмена информацией на территории субъекта федерации ......... 84

3.2.Обоснование энергетического подхода к определению выбросов загрязнителей в атмосферу .................................. 90

3.3.Математическая модель образования пыле-газовых выбросов ......................... 97

3.4.Структурные и функциональные принципы атмосферного мониторинга на основе информационной технологии ..................108

3 . 5 . Нормативно-правовое обеспечение област-

ной системы атмосферного мониторинга на основе информационной технологии ......... 113

Выводы .......................................116

4. НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ .............................................119

4.1. Методика инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ............... 119

4 . 2 . Результаты инвентаризации выбросов за-

грязняющих веществ в атмосферу ........... 120

4.3.Исследование уровня загрязнения атмосферы косвенным методом ..................... 149

Выводы .......................................164

5. ОБЛАСТНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЗА СОБЛЮДЕНИЕМ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА ОБ ОХРАНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА...........................166

5.1.Организация региональной автоматизированной базы данных........................166

5.2. Структура и содержание информации, характеризующей прогнозное состояние атмосферы на территории Тульской области......172

5.3.Сбор, хранение и обмен информацией о техногенном воздействии на атмосферу......17 9

Выводы........................................183

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .....................................184

ЛИТЕРАТУРА .....................................187

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. На пороге XXI века неблагоприятное воздействие на окружающую среду приблизилось к такому уровню, что оно уже угрожает самому существованию человечества. Выводы в докладе экспертов ООН (июнь 1997 г.) указывают на продолжающееся опасное загрязнение окружающей среды. Только за последние три года столетия глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 600 млрд. долларов США.

В комплексной проблеме защиты окружающей среды особую озабоченность вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Опасность антропогенного загрязнения атмосферы усугубляется тем, что источники загрязнения сосредоточены на площадях, где живут и работают люди -в промышленно развитых регионах.

Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной. Воздушные массы переносят вредные выбросы на значительные расстояния. В результате в благополучных с экологической точки зрения районах загрязняются почва, растительность, водоемы.

Загрязнение воздуха в промышленных районах Российской федерации усугубляется явлениями экономического характера. При установившейся в промышленно развитых странах норме бюджетных расходов на природоохранную деятельность в 2-3 % бюджет Российской

федерации в 1995-97 гг. отводил на эти цели по 0,300,33 %.

В настоящее время функции сбора, хранения и обработки информации о воздействии предприятий на атмосферу возложены на иерархическую сеть региональных комитетов охраны природы. Информация перерабатывается и хранится в форме бумажных отчетов. Контроль и анализ этой информации требует больших затрат времени . Действующая схема сбора информации о выбросах в атмосферу, при которой раз в пять лет (три года) проводится инвентаризация источников вредных выбросов и ежегодно собираются статистические отчеты о выбросах в атмосферу, не позволяет прогнозировать состояние воздушного бассейна и затрудняет принятие решений по его улучшению. .

Необходимость совершенствования существующих региональных систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирования промышленных выбросов определяет научную и практическую актуальность настоящей работы.

Диссертационная работа выполнена в рамках тематических планов МНТП "Прогноз", "Экологически чистое горное производство" и федеральной целевой программы "Интеграция".

Целью работы являлось установление новых и уточнении существующих закономерностей выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для повышения качества управления окружающей средой и развития региональных компьютерных систем прогнозирования и управления выбросами загрязнителей в атмосферу.

Идея работы заключается в том, что улучшение качества управления окружающей средой и повышение достоверности прогнозных оценок обеспечивается адекватными математическими моделями, позволяющими прогнозировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на основе анализа фактических данных потребления электроэнергии и материальных ресурсов.

Основные научные положения работы заключаются в следующем:

характеристика загрязнения атмосферного воздуха на мезоуровне может быть сведена к некоторому интегральному показателю допустимой экологической нагрузки, для которого нормативы предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу являются частным случаем при фиксированных метеоусловиях;

кинетика образования пылегазовых выбросов описывается дифференциальными уравнениями первого порядка, в которых в общем случае переменными являются, значения энергоемкости технологических операций и время;

в стационарном случае интенсивность образования пылегазовых выбросов изменяется в зависимости от энергоемкости по логистическому закону, а параметры этой зависимости можно оценить нелинейным методом наименьших квадратов;

достоверный прогноз выбросов загрязнителей в атмосферу может быть осуществлен только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями, отражающими связь образования пылегазовых выбросов с энергоемкостью технологических процессов и использовании единой согласованной системы

инвентаризации источников загрязнения атмосферы на территории промышленно развитого региона.

Новизна основных научных и практических результатов :

разработаны методические положения прогнозной оценки загрязнения атмосферы на мезоуровне, отличающаяся тем, что динамика интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу уточняется по мере развития существующей базы данных;

обосновано описание процессов образования пыле-газовых выбросов на территории промышленного региона с использованием логистических дифференциальных уравнений, отличающееся тем, что интенсивность образования загрязнителей рассматривается в концептуальном пространстве "энергия - время";

усовершенствованы структурные и функциональные схемы систем контроля состояния воздушного бассейна и регулирования промышленных выбросов по основным видам производственной деятельности применительно к условиям Тульской области;

установлены закономерности однопараметрических трендов интенсивности выбросов в атмосферу загрязнителей различных видов;

проведена инвентаризация источников загрязнения атмосферы на нескольких крупных промышленных предприятиях г. Тулы, позволившая разработать проекты нормативов ПДВ с учетом перспективных планов реализации мероприятий по снижению пылегазовых выбросов и текущего контроля эффективности этих действий с использованием информационной технологии.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической статистики, теории вероятностей, математической физики и современных достижений вычислительной техники;

достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенных в процессе теоретических исследований интенсивности образования пылегазовых выбросов в атмосферу;

удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности выбросов загрязнителей в атмосферу (в среднем отклонения не превышали 30 %) .

Практическое значение работы заключается в том, что разработана и согласована региональная структура нормативного документа, регламентирующего единый подход к инвентаризации выбросов загрязнителей в атмосферу расчетным методом. Разработаны комплекты математических моделей образования пылегазовых выбросов в зависимости от энергоемкости технологических процессов, что повышает эффективность САПР экологической экспертизы на всех этапах проектирования и эксплуатации промышленных предприятий. Усовершенствованы структурные и функциональные схемы контроля воздействий промышленных предприятий на воздушный бассейн.

Реализация работы. Разработанные методические положения оценки воздействия предприятий на воздушный бассейн были использованы на промышленных предприятиях г. Тулы, аналитической группой Тульского

областного общества по охране природы и позволили получить достоверные прогнозные оценки предельно допустимых выбросов загрязнителей в атмосферу, а также разработать комплекс эффективных технических мероприятий по контролю за выбросами. Основные научные и практические результат были использованы в Тульском государственном университете при выполнении НИР по межрегиональным научно-техническим программам, а также включены в учебно-методические материалы по курсу "Промышленная экология. Защита биосферы" для студентов специальности 32 07 00 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" .

Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулГУ (г. Тула, 1995-1998 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 1995-1998 гг.), 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г. Тула, 1996 г.), 2-й Международной конференции по экологическому образованию "Между школой и университетом" (г. Тула, 1996 г.), 1-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности "Наука и экологическое образование. Практика и перспективы" (г. Тула, 1997 г.), 2-й Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности

"Поиск, оценка и рациональное использование природных ресурсов. Наука, практика и перспективы" (г. Тула, 1998 г.).

Публикации. По результатам научных исследований имеется 5 публикаций.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 200 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 24 таблицы, 23 рисунка, список литературы из 116 наименований.

Автор диссертационной работы выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколову за постоянную методическую помощь, к.т.н., доц. Ю.В. Кравцову за ценные консультации, а также сотрудникам кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды за содействие и поддержку при проведении научных исследований .

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Методы оценки загрязнения атмосферы и их связь с действующей нормативной базой

Атмосферный воздух как аэродисперсная система содержит в переменных количествах различные примеси природного и антропогенного происхождения. Загрязненным принято называть воздух, содержащий примеси, состав которых и концентрации могут причинять ущерб человеку и объектам окружающей среды - фауне, флоре, строениям ит. д.

Загрязнители в воздухе могут находиться в газообразном и взвешенном состоянии в виде жидких и твердых аэрозолей. Загрязняющие примеси в воздухе могут иметь естественное и антропогенное происхождение, образовываться в результате химических (фотохимических) реакций взаимодействия в атмосфере. Продукты химических превращений в атмосфере могут оказаться в экологическом отношении более опасными, чем исходные химические вещества.

Уровень загрязненности воздуха зависит от метеорологических условий: температуры и влажности, направления и скорости преобладающих ветров, инверсии температуры и т.д. Соответственно физическим характеристикам воздуха изменяется физическая и химическая активность содержащихся в нем загрязняющих веществ .

В каждой программе контроля загрязнения первой задачей является установление критериев, на которых должны основываться контрольные решения. Эта пробле-

ма касается некоторых трудностей, особенно когда речь идет о влиянии на здоровье людей. Установление стандартов качества воздуха требует определения допустимых уровней загрязнения. Для живых организмов, с которыми можно экспериментировать, например, с растениями и некоторыми животными, можно установить какой уровень какого контаминанта оказывает специфическое воздействие. Когда речь идет о здоровье людей, наиболее важно выяснить, какова зависимость между экспозицией и влиянием на здоровье людей в реальных условиях населенных мест. Такая информация в настоящее время фактически недоступна по многим причинам, наиболее важные из которых следующие [111] :

данные об уровне экспозиций не репрезентативны для реальных условий, т.к. не отражают динамики загрязнения;

невозможно отделить эффект, возникающий от загрязнений, . от таких социально-экономических факторов, как условие проживания, питание, национальные или социальные привычки и др.;

при установлении допустимых уровней трудно учитывать способность людей адаптироваться к условиям загрязнения;

сложно относить определенные эффекты к концентрации загрязнителя или смеси загрязнителей из-за незнания законов синергизма.

Следовательно, задачи и требования к чистоте воздуха по необходимости основаны на очень неточных критериях, поэтому они должны быть гибкими и доступными для изменений по мере получения новых данных.

Установление стандартов качества воздуха требует

определения допустимых уровней. Нормирование допустимого содержания химических факторов основано на представлении о наличии порогов в их действии [91]. Значения пороговых концентраций являются относительными и зависят от множества причин как физических (агрегатного состояния вещества, среды, режима, длительности поступления и т. п.), так и биологических (физиологического состояния организма, возраста, пути поступления и др.) . В разных странах неодинаково подходят к вопросу о месте приложения нормативов загрязнения: в одних странах нормативы устанавливаются на выброс вредных веществ в атмосферный воздух, в других - на качество сырья, в третьих - на качество воздуха, т. е. условий пребывания людей в жилых районах и производственных помещениях [86].

В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) при определении качества воздуха используются четыре уровня ПДК: I - отсутствие прямого или косвенного влияния на человека, животных или растительность; II - возможность раздражений органов чувств, вредного воздействия на растительность, уменьшение прозрачности воздуха и др.; III - нар�