CC BY
6
Проблемные статьи
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1990 УДК 614.72/.73-07:681.3!
В. М. Прусаков, А. Г. Афанасенко, Б. М. Беланов, В. В. Рундин, Э. А. Вержбицкая
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Институт биофизики Минздрава СССР, Москва
В рамках универсальной системы (службы) наблюдения и контроля выделяют мониторинг как систему наблюдений, оценки и прогноза состояния воздушной среды, не включающую управление качеством ее. В то же время для правильной организации управления качеством окружающей среды совершенно необходимым условием является организация мониторинга. Мониторинг — это многоцелевая информационная система повторных наблюдений. Среди основных задач мониторинга выделяются такие, как определение степени атмосферного воздействия на окружающую среду, выделение факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия [2].
Санитарно-гигиенический мониторинг состояния воздушного бассейна в районе промышленно-энергетических комплексов и предприятий можно отнести к одному из частных случаев такой системы. Современные отечественные концепции мониторинга положены в основу разработки и создания экспериментального образца автоматизированной информационной системы (АИС «Ангара»). Ряд подсистем АИС по существу представляет собой автоматизированные элементы санитарно-гигиенического мониторинга состояния воздушного бассейна города в районе промыш-ленно-энергетического комплекса. Целью настоящего сообщения является анализ некоторых итогов их разработки и опытной эксплуатации.
В состав санитарно-гигиенического мониторинга состояния атмосферы входят службы наблюдения и контроля за источниками выбросов и содержанием вредных примесей в атмосфере, метеорологическими условиями района и АИС, выполняющая функции сбора и накопления данных, анализа и оценки, прогнозирования состояния воздушного бассейна.
Целью данного мониторинга является санитарно-гигиеническая оценка промышленных предприятий как источников загрязнения атмосферы. При этом основные задачи формулируются следующим образом: санитарно-гигиеническая оценка источников выбросов на промышленных предприятиях и их роли в формировании загрязнения; санитарно-гигиеническая оценка фактического
состояния воздушного бассейна, санитарно-гигиеническая оценка прогнозируемого состояния воздушного бассейна; разработка рекомендаций по кратности сокращения промышленных выбросов.
Объектом изучения являются источники воздействия: выбросы вредных веществ в атмосферу на крупном нефтехимическом комплексе, трех ТЭЦ и заводе белково-витаминных концентратов; условия распространения выбросов: метеорологические условия местности; воздушный бассейн: уровень содержания вредных примесей в атмосферном воздухе жилой зоны города.
Местами получения информации являются службы контроля и учета промышленных предприятий, санэпидстанций и Госкомгидромета
СССР.
Информацию об источниках выбросов, разовом и суточном содержании примесей в воздухе, метеорологических условиях представляют специально разработанные выкопировочно-кодировочные документы «Источники биологических и химических выбросов», «Данные контроля атмосферы» и перфоленты.
Вся входная информация включает в себя следующие сведения и данные:
1. Об источниках выбросов:
а) номер завода, цеха, источника;
б) содержание отдельных веществ в выбросе, г/с;
в) параметры условий удаления выбросов (высота и диаметр выхлопного отверстия, объем и температура газовоздушной смеси) и координаты источника на масштабной сетке.
^ 2. Метеорологические условия:
а) в момент отбора проб: срочные данные о температуре воздуха, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении;
б) ежедневные по срокам наблюдения: направление и скорость ветра, температура и влажность воздуха, атмосферное давление.
3. О состоянии воздушного бассейна:
а) аналитические данные разовых наблюдений лаборатории контроля загрязнения атмосферы Госкомгидромета, получаемые на 5 точках для 7 ингредиентов;
б) аналитические данные разового контроля лаборатории производственного объединения о содержании вредных веществ в 7 точках наблюдения, расположенных на границе санитарно-за-щитной и жилой зоны;
в) аналитические данные среднесуточных проб по тем же веществам в 3 точках, 2 из которых расположены в условно загрязненном районе и одна — в условно чистом.
Информация об источниках выбросов поступает один раз полностью при создании АИС в базу данных «Источники биологических и химических выбросов», а затем ежегодно уточняется и изменяется по результатам инвентаризации выбросов и (как следствие) внедрения мероприятий по их сокращению или ликвидации.
Аналитические данные разового и среднесуточного контроля содержания вредных примесей ежемесячно поступают в базу «Атмосферный воздух», а данные текущих наблюдений за метеорологическими условиями на перфоленте ежемесячно вводятся в базу данных «Метеорологические данные».
АИС работает в режиме справочно-информа-ционном и мониторинга (или информационно-советующем). Справочно-информационный режим работы предусматривает формирование
выходных таблиц. Они характеризуют состояние воздушного бассейна по данным разовых и среднесуточных наблюдений в целом по всем точкам и каждой в отдельности, при ветрах на город и штилях, в субботу и воскресенье, с понедельника до пятницы, в двух районах города. Таблицы включают данные о содержании вредных веществ, их суммах — общее число наблюдений, значение ПДК, число наблюдений с концентрациями выше ПДК, выше 5 ПДК и выше 10 ПДК; с повторяемостью проб (в %) с концентрациями выше ПДК, выше 5 ПДК и выше 10 ПДК; средняя, максимальная и минимальная концентрации; характеристики метеоусловий при повышенных уровнях концентраций.
В настоящее время такие таблицы формируются специальными программами1 и в количестве 14 штук выдаются для производственного объединения ежемесячно, ежеквартально, ежегодно или по запросу. В режиме мониторинга АИС решает указанные выше задачи.
Для их реализации разработаны схемы и алгоритмы анализа и оценки данных. Схема состоит из нескольких блоков, каждый из которых решает частные задачи, выполняемые ныне АИС.
1. Блок анализа и оценки аналитических данных: а) формирование санитарно-гигиенических характеристик содержания веществ и их сумм в атмосфере за год в районах и городе в целом, в субботние и воскресные дни, в течение рабочей
Таблица 1
Критерии альтернативной оценки уровней содержания вредных примесей в атмосферном воздухе
Критерии оценки
Гигиеническая Уровень воздействия число
оценка уровня средние аналитические проб
загрязнения выше
уровни3, пдк, м а ¿г
расчетные уровни8 О/ 6 /О
Соответствует санитарно-гигиеническим требованиям
Допустимый
2
С
пдк
1
1
с
пдк
с
1 хк
2
пдк
1
с
пдк
1 хк
Не соответст- Недопустимый вует санитарно-гигиеническим N требованиям
Примечание, а — при определении допустимого и недопустимого уровней пользуются целыми кратностями повышения: 1 — все концентрации до 1,5 включительно, больше 1 — концентрации больше и равные 1,6. Данное правило относится к оценке содержания одного и более веществ, применяется формула без коэффициента К\ б — 1 % в качестве допустимого признан для больших выборок данных — более 600 проб. В остальных случаях целесообразно пользоваться специальной таблицей для определения числа проб, являющихся значимыми при конкретном числе наблюдений; при оценке расчетных уровней используется формула с поправочным коэффициентом К, учитывающим расхождение между уровнями аналитических и расчетных данных.
недели; б) сравнительная оценка содержания ве-
ществ и их суммы между районами города, выходными и рабочими днями.
2. Блок анализа и оценки расчетных данных: а) формирование санитарно-гигиенической характеристики и оценки выбросов источников промышленных предприятий; б) расчет и санитарно-гигиеническая оценка максимальных разовых и среднегодовых концентраций отдельных веществ и их суммы в каждой точке расчета; в) определение роли выбросов отдельных источников и промышленных предприятий в формировании кратковременных и среднегодовых уровней содержания вредных веществ в атмосфере; г) определение рекомендуемых кратностей сокращения выбросов.
3. Блок формирования гигиенического заключения: санитарно-гигиеническая оценка влияния выбросов промышленных предприятий на состояние воздушного бассейна.
Анализ и оценка аналитических данных предусматривают формирование табулограмм и статистическую обработку с помощью программ PIF и ЗД ППП СОМИ1. Они осуществляют расчет средних значений и повторяемости концентраций, парное сравнение данных по статистическим критериям t,.F, х2. В качестве выходных форм служат
1 Программы разработаны А. П. Татаркиным, постановка задач выполнена Э. А. Вержбицкой.
2 Программы адаптированы Ю. В. Кудрявцевым и А. П. Та-
таркиным, постановка задач выполнена Э. А. Вержбицкой и
Б. М. Белановым.
таблицы (или табулограммы) данных и матрицы статистического .анализа.
^ 9
В основе алгоритмов решения задач блока анализа и оценки расчетных данных положены: а) формулы расчета максимальных разовых концентраций (СН 369—74) и среднегодового содержания примесей [1,3]; б) определение процентного вклада выбросов отдельного предприятия и (или) источника газовыделения в общее загрязнение воздушного бассейна города по формуле:
ЕС, 1С
•100,
где С, — уровень загрязнения атмосферы в расчетной точке города, формирующийся от /-го источника; С — уровень загрязнения атмосферы в расчетной точке, формирующийся от всех источников; в) .определение процента площади (с18) города, на которой загрязнение атмосферы ' превышает допустимые значения за счет выбросов отдельных групп источников и всех вместе взятых по формуле:
¿с.
п
N
•100,
где п — число точек города с недопустимыми уровнями загрязнения атмосферы; N — общее число точек города; г) установление кратности снижения валовых выбросов отдельных источников для устранения их влияния на состояние атмосферы по формуле:
К
С,
С
п
где К{ — кратность снижения выбросов ¿-го источника; С,- — концентрация, создаваемая ¿-м источником; С — допустимая концентрация от всех источников; п — число источников, имеющих С1 больше 0.
Для реализации алгоритмов разработаны специальные программы3. Выходными формами являются табулограммы, рисунки полей рассеивания вредных веществ на территории города (от всех и отдельных промышленных предприятий) с комментариями и заключением (выводами).
Формирование характеристики валовых выбросов промышленных источников выполняется специальной программой4. Выбросы отдельных источников и их групп оцениваются как по абсолютным значениям, так и по величинам потенциалов кратковременного и хронического действия (сумма отношений содержания веществ к макси-
А
' Программы разработаны А. К. Румянцевым и А. Г. Афа-насенко, постановка задач выполнена В. М. Прусаковым,
Э. А. Вержбицкой, А. Г. Афанасенко и А. К. Румянцевым.
1 Программа и постановка задачи выполнены А. Г. Афанасенко и В. А. Минченко.
мальным разовым или среднесуточным ПДК).
Гигиеническое заключение в настоящее время формируется с помощью специально разработанного макета. Структурно макет гигиенического заключения содержит: а) преимущественно текстовой материал, включая характеристику используемого материала, методы анализа и критерии оценок; общее заключение об уровне загрязнения воздушного бассейна и вклада промышленных источников; санитарно-гигиеническую характеристику уровней содержания вредных примесей в атмосфере в рабочие и выходные дни, результаты сравнительной оценки этих характеристик; санитарно-гигиеническую оценку кратковременных и среднегодовых расчётных концентраций и вкладов отдельных источников; рекомендации по сокращению выбросов на отдельных промышленных предприятиях; б) табулограммы и рисунки (машинные распечатки) как приложение к текстовой части заключения.
Разработка схемы анализа и оценки АИС для мониторинга потребовала сформировать и разработать совокупность критериев, в том числе санитарно-гигиенических (табл. 1 и 2).
Таким образом, созданный инструмент можно использовать в нескольких режимах функционирования: для анализа и оценки наблюдаемого состояния и роли промышленных источников; для прогноза и оценки состояния воздушного бассейна в связи с ожидаемой эффективностью мероприятий по сокращению выбросов.
Реальность этого подтверждают результаты опытной эксплуатации АИС. Исследование аналитических данных показало, что уровни содержания комплекса вредных веществ в атмосфере жилых районов города в 1983—1984 гг. превышали допустимые. Максимальные разовые концентрации отдельных вредных веществ (сероводорода, углеводородов, окиси углерода, сернистого ангидрида, двуокиси азота, фенола, аммиака, неорганической пыли) в атмосферном воздухе города достигали величин, превышающих ПДК в 1,7—9 раз, а содержание суммы их — в 8— 14 раз. Частота разовых концентраций, превышающих ПДК, для фенолов составила 13,6 %, суммы углеводородов— 15,3%, двуокиси азота — 29,2 %, аммиака — 13,6 %, окиси углерода — 8,3 %, сероводорода — 8,3 %.
Разовое загрязнение, по данным служб контроля, в рабочие (понедельник—пятница) дни превышало средний уровень такового в выходные (суббота и воскресенье) по сумме веществ в 1,3—2,3 раза, в том числе по содержанию сероводорода в 1,7 раза, фенола в 2,1 раза, углеводородов в 1,5 раза и окиси углерода в 1,4 раза. В то же время загрязнение воздуха сернистым ангидридом и двуокисью азота оказалось выше в выходные дни соответственно в 1,8 и 1,5 раза.
Среднегодовое суммарное загрязнение воздуха, по данным среднесуточных наблюдений, превышало допустимое в условно чистом и условно за-
í
4
4
*
Таблица 2
Критерии оценки опасности загрязнения воздуха по аналитическим и расчетным данным
Класс опасности , Суммарное 1 содержание вещества Виды изменения в организме человека
загрязнения разовое среднегодовое при кратковременном воздействии при длительном воздействии
Безопасное (допустимое) Умеренно опасное (или вы зывающее опасение)
1
1,6—16,5
1
1
6,5
Опасное (или вредное)
16,6
6,6
Отсутствие изменений Функциональные изменения в одной или нескольких системах организма в пределах физиологических норм Признаки сенсибилизации организма
Обострение реакции на специфические запахи, вегетативные расстройства. Аллергические состояния у чувствительных лиц
Увеличение неспецифической, в том числе хронической, заболеваемости
Отсутствие изменений Функциональные изменения уровне адаптационных и пенсаторных механизмов
на ком-
Функциональные изменения за пределами физиологической нормы Увеличение неспецифической, в том числе хронической, заболеваемости
Примечание. Суммарное содержание вещества (С) в воздухе определяется по формуле: С
с
Мэ С
пдкм>с
м.с
, где с?'с
максимальная разовая (индекс «м») или среднегодовая (индекс «с») концентрация вещества в мг/м'5, ПДК/ разовая или среднесуточная ПДК вещества для атмосферного воздуха.
максимальная
грязненном районах соответственно в 2,6—3,2 ность по ряду специфических веществ подойти и 3,1—3,8 раза, суммарное среднесуточное загрязнение — в 97—99,3 % случаев. Максимальные уровни среднесуточного загрязнения достигали
величин, в условно чистом районе в 7,4—8,4 раза, а в условно загрязненном в 8,8—11 раз превышающих допустимые.
Наблюдаемые уровни загрязнения воздуха по принятым критериям (см. табл. 2) являются умеренно опасными (или вызывающими опасение).
Более высокие уровни среднегодового загрязнения воздуха наблюдали в условно загрязненном районе по средним уровням .суммарного содержания вещества (на 10—20%), особенно сероводорода (на 30—40 %), сернистого ангидрида (до 90 % и более), двуокиси азота (на 40 %), аммиака (на 30—50 %); по частоте проб с концентрациями суммы веществ выше допустимого уровня в целом в 2,7 раза, до 5 ПДК в 2,3 раза, свыше 5 ПДК в 3,8 раза.
Среднегодовые уровни изучаемых веществ превышали ПДК только для углеводородов (в 1,4— 1,9 раза) и сероводорода (в 1,2 раза). Содержание остальных газообразных примесей не превышало ПДК-
Оценку вклада отдельных веществ в общем загрязнении осуществляли путем сравнивания уровней максимальных разовых и среднесуточных концентраций, повторяемости превышающих ПДК разовых и среднесуточных концентраций и долей концентраций каждого в среднегодовом суммарном загрязнении. В частности, установлено, что в среднегодовом загрязнении, по данным среднесуточных наблюдений, ведущий вклад принадлежит углеводородам. Такой подход дает возмож-
к предварительной оценке роли отдельных промышленных предприятий в загрязнении атмосферы. Вместе с тем выброс одних и тех же вредных веществ от различных источников в изучаемых условиях не позволяет выделить влияние каждого из них на основании аналитических данных. В таком случае необходимо использование расчетных методов.
Сопоставление расчетных кратковременных и среднегодовых уровней загрязнения воздушного бассейна с аналогичными аналитическими данными показало удовлетворительное совпадение среднегодовых и расхождение примерно в 2 раза максимальных разовых концентраций. Последнее обстоятельство учтено при расчетах площадей загрязнения и необходимой кратности сокращения выбросов.
Кратковременные суммарные уровни загрязнения воздушного бассейна, рассчитываемые при неблагоприятных метеорологических условиях, превышают допустимые уровни по максимальным значениям от 3,7 до 13,3 раза. При этом площадь города с недопустимыми уровнями содержания вредных' веществ в зависимости от метеорологической ситуации составляет от 12,8 до
97,8%.
По формированию кратковременных суммарных уровней загрязнений ведущими предприятиями являются заводы полукоксования, нефтеперерабатывающий (НПЗ), газовый, гидрирования и ТЭЦ-1, а значимыми — химический и азотнотуковый заводы, ТЭЦ-2, заводы ремонтно-меха-нический (РМЗ) и опытный, общезаводское хо-
зяйство (ЗХ) и база готовой продукции (БГП), нефтебаза (НБ), завод бытовой химии (ЗБХ).
Среднегодовые суммарные уровни содержания вредных веществ в воздухе, рассчитываемые с учетом всех метеорологических условий, наблюдавшихся в течение года, превышают допустимые уровни на 68,7 % площади города, достигая максимальной величины, в 7 раз выше допустимой. Ведущими предприятиями являются завод полукоксования, НПЗ, ТЭЦ-3, значимыми — заводы гидрирования, газовый, химический и
ТЭЦ-1.
Для устранения недопустимых уровней содержания суммы веществ в атмосфере города рассчитывали требуемые кратности снижения выброса вредных веществ для 172 значимых отдельных промышленных источников, из которых 134 являются ведущими.
Кратность сокращения выбросов вредных веществ на этих источниках достигает на заводах полукоксования до 670 раз, НПЗ до 203 раз, газовом до 108,6 раза, ЗХ и БГП до 48,6 раза, заводах гидрирования до 46,8 раза, химическом до 39,6 раза, НБ до 31,8 раза, теплоэлектроцентралях до 27,5 раза, азотно-туковом заводе до 18,8 раза, РМЗ и опытном до 15,3 раза и полимеров до 4,5 раза.
Определение кратности сокращения выброса от конкретных источников существенно конкретизирует рекомендации для органов контроля и управления. В таком случае АИС и мониторинг работают в информационно-советующем режиме.
Вышеизложенные материалы демонстрируют лишь часть результатов опытной эксплуатации АИС в режиме мониторинга. Продолжающийся анализ полученных данных позволит выявить достоинства и недостатки принятой схемы, разработать рекомендации по совершенствованию алгоритма и дальнейшей оптимизации и автоматизации расчетов и статистических методов анализа.
Прогноз и оценка состояния воздушного бассейна в связи с планируемой или ожидаемой эффективностью мероприятий по сокращению выбросов могут выполняться по следующей принци-
пиальной схеме: 1) определение максимальных разовых концентраций и среднегодовых уровней по аналитическим данным за определенный временной отрезок и сравнение их с расчетными, другими словами, проведение верификации расчетных данных; 2) определение и оценка расчетных характеристик максимальных разовых и среднегодовых концентраций суммарного загрязнения или отдельных примесей, создаваемых источниками при ожидаемых выбросах. При этом учитываются результаты верификации на I этапе.
Таким образом, программно-технический комплекс и методики получения, анализа и оценки аналитических и расчетных данных АИС позволяют успешно решать задачи санитарно-гигиенического мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
В целях оптимизации и совершенствования функционирования мониторинга необходимо дальнейшее исследование с использованием его для изучения аналитических данных и моделирования всевозможных ситуаций.
Литература
1. Воробьев Е. И., Прусаков В. М., Душугин К. К. Охрана атмосферы и нефтехимия.— Л., 1985.— С. 29; 143—153.
2. Израэль И. А. Экология и контроль состояния природной среды.—М., 1984.—С. 11 — 12; 174—188.
3. Прусаков В. M. // Гиг. и сан.— 1974.—№ 5.— С. 86—90.
Поступила 08.07.88
Summary. The paper presents the analysis of the development and pilot operation of hygienic monitoring of ambient air pollution on the basis of the automized informational system (AIS). Monitoring involves services of surveillance and control over sources of discharges and harmful impurities content in the atmosphere, meteorological conditions, and AIS carrying out the functions of data collection and accumulation, analysis and assessment, prediction of the air basin status. The created instrument can be functioning in several regimens: for the analysis and assessment of the observed atmospheric status and the role of industrial sources in air pollution; for the prediction and assessment of the air basin status in association with the planned or expected effectiveness of measures aimed at thev reduction of exhaust. The feasibility of it is demonstrated in the paper through results of pilot operation of the proposed system.
В. с. БЕЛЕЦКИЙ, 1990 УДК 613.633:613.155.3
В. С. Белецкий
ОБОСНОВАНИЕ СРЕД НЕСМЕННЫХ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПЫЛЕЙ С РАЗЛИЧНОЙ ФИБРОГЕННОСТЬЮ
НИИ гигиены труда и профзаболеваний, Кривой Рог
Информативность максимально разовых концентраций пылей как показателя потенциальной опасности пылевого фактора на производстве значительно уступает таковой среднесменных кон-
центраций [4, 5, 8, 9, 11, 12]. На практике это проявляется в том, что частота пневмокониоза обнаруживает отчетливо выраженную зависимость от уровня среднесменных концентраций
