CC BY
22экология воздушной среды и космического пространства
ecology of air atmosphere and space
Статья поступила в редакцию 05.09.13. Ред. рег. № 1742 The article has entered in publishing office 05.09.13 . Ed. reg. No. 1742
УДК 504
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА, УСТАНОВЛЕННЫХ ДЛЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ, В СИСТЕМЕ НОРМИРОВАНИЯ ВЫБРОСОВ
В.Н. Азаров1, А.Ю. Недре2, И.О. Шарыгина2
'Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет ул. Академическая, 1, Волгоград, 400074, Россия Тел.: (8442)96-99-07, kaf_bgdvt@mail.ru 2НИИ охраны атмосферного воздуха «ОАО НИИ Атмосфера», ул. Карбышева 7, г. Санкт-Петербург, 194021, Россия Тел.: (812) 297-8662, e-mail: info@nii-atmosphere.ru
Заключение совета рецензентов: 10.09.13 Заключение совета экспертов: 15.09.13 Принято к публикации: 20.09.13
Авторы статьи предлагают методические основы системы нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух с учетом экологических нормативов качества атмосферного воздуха, установленных для растительности. В статье рассмотрены особенности проведения инвентаризации источников выбросов, установление нормативов предельно- допустимых выбросов и контроль за установленными нормативами, когда критерием качества атмосферного воздуха являются нормативы, выраженные среднегодовыми концентрациями загрязняющих веществ.
Приведены примеры расчета численных значений экологических нормативов качества атмосферного воздуха, установленных для растительности, для ряда особо охраняемых природных территорий.
Ключевые слова: норматив качества атмосферного воздуха для растительности, среднегодовые концентрации загрязняющих веществ, инвентаризация источников выбросов, система нормирования выбросов загрязняющих веществ.
APPLICATION OF AIR QUALITY STANDARDS SET FOR VEGETATION IN EMISSIONS REGULATION
V.N. Azarov1, A.Y. Nedre2,1.O. Sharygina2
'Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering (VSUACE) 1, Academicheskaya St., Volgograd, 400074, Russia Tel.: +7 (8442) 96-99-07, kaf_bgdvt@mail.ru 2Scientific Research Institute for Atmospheric Air protection, "SRI Atmosphere", JSC
7, Karbyshev St., St.-Petersburg, 194021, Russia Tel.: +7 (812) 297 86 62, email: orep2973031@gmail.com, info@nii-atmosphere.ru
Referred: 10.09.13 Expertise: 15.09.13 Accepted: 20.09.13
Authors of the paper propose a methodical base of rationing of pollutant's emissions considering to standards of atmospheric air quality, which were set for vegetation. Peculiar properties of inventory of emission sources, establishment of emission's limits and control for established standards, when standards of atmospheric air quality are expressed as pollutant's average annual are reviewed in the article.
Examples of atmospheric air standards calculation of the quality set for vegetation and for specially protected territories are presented.
Keywords: standards of atmospheric air quality set for vegetation, average concentrations of pollutants, inventory of emission sources, rationing system of emissions.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 л |-
© Научно-технический центр «TATA», 2013 45
Андрей Юрьевич Недре
Сведения об авторе: канд. техн. наук, Генеральный директор открытого акционерного общества «НИИ охраны атмосферного воздуха» ОАО «НИИ Атмосфера», Заслуженный эколог России.
Образование: Ленинградский гидрометеорологический институт по специальности «Инженер-метеоролог».
Публикации: более 40.
Сведения об авторе: канд. техн. наук, начальник отдела региональных экологических проблем «НИИ охраны атмосферного воздуха ОАО «НИИ Атмосфера».
Образование: Ленинградский гидрометеорологический институт по специальности «География».
Публикации: более 20.
Ирина Олеговна Шарыгина
Концепция нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, используемая в РФ в настоящее время, базируется на подходе, ориентированном на результатах максимального воздействия.
Данный подход применяется в России в течение более 20 лет. В его рамках определяется требуемая степень снижения негативного воздействия выбросов, исходя из фактических результатов воздействия выбросов от конкретного источника, на здоровье населения.
В соответствии с п. 2.1. ГОСТ 17.2.3.02-78 [1], основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источников загрязнения атмосферы являются ПДК, утвержденные Министерством здравоохранения (ныне органы Роспо-требнадзора). При этом отмечается, что предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) может также устанавливаться с учетом ПДК, определенных для растительного и животного мира. Однако в практике воздухоохранной деятельности данный пункт не нашел применения, несмотря на имеющийся опыт разработки ПДК для растительности, в том числе лесных экосистем [2, 3, 4].
Разработанные для ряда территорий экологические нормативы качества атмосферного воздуха определялись на основе традиционного санитарно-гигиенического подхода, основная суть которого состоит в разработке в качестве нормативов критериев с периодом осреднения 20-30 минут - максимальные разовые (ПДКм.р) или за 24 часа - среднесуточные (ПДКсс), что не отражает специфику влияния загрязняющих веществ на лесные экосистемы.
Для объективной оценки влияния загрязняющих веществ на растительность должно быть учтено их длительное воздействие, следовательно, экологические нормативы должны быть выражены среднегодовыми концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, которые до настоящего времени не нашли должного отражения в системе нормирования выбросов для природопользователей.
Как известно, система нормирования выбросов состоит из таких основных составляющих как инвентаризация источников выбросов, установление норма-
тивов ПДВ и контроль за установленными нормативами. Актуальным также остается вопрос установления численных значений экологических нормативов.
Большинство авторов считают, что экологические нормативы качества атмосферного воздуха для естественных экологических систем должны быть разработаны как с учетом длительности воздействия (среднегодовые), так и с учетом экологических условий территории произрастания [5, 6, 7].
Приоритетным методом установления численных значений экологических нормативов качества атмосферного воздуха является метод определения предельно-допустимых концентраций (ПДКэн,) в полевых условиях. Данный метод в максимально возможной степени позволяет учесть региональные особенности условий местопроизрастания насаждений, климатические и погодные условия региона. Определение ПДКэн^ в полевых условиях проводят на постоянных пробных площадях, заложенных по общепринятой методике на разном удалении от источников промышленных выбросов. Размещение постоянных пробных площадей по градиенту загрязнения и на контроле (в фоновых условиях загрязнения) обеспечивает возможность получения всего спектра концентраций вредных веществ, воздействующих на лесные насаждения.
Сопоставление кривых изменения концентраций загрязняющих веществ в воздухе с кривыми изменения физиолого-биохимических, дендрохронологиче-ских и биометрических показателей деревьев позволяет установить экологический норматив качества атмосферного воздуха, имеющий среднегодовую степень осреднения или степень осреднения за вегетационный период для изученного типа лесных экосистем с учетом естественных условий их произрастания [5].
В качестве вспомогательного метода определения численных значений экологических нормативов может быть предложен расчетный метод, основанный на экспериментальных исследованиях, выполненных ВНИИЛМ в лесных экосистемах музея-заповедника «Ясная Поляна» (Тульская область) и Братского промышленного комплекса (Иркутская область).
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Однако для расчета ПДКэн,, имеющей среднегодовое осреднение (ПДКсг), предлагается использовать коэффициент a для выражения ПДКсг. через значения среднесуточного ПДКсс, которое определялось в базовой формуле, предложенной в [5].
Таблица 1
Значение коэффициентов «а» для выражения ПДКсг. через значения ПДКсс для различных веществ
Table 1
Coefficients ratios «а» to express exposure limit values (average annual) of the values for different substances exposure limit values (average daily)
Вещества a
Аммиак, азота оксиды, бензол, бенз/а/пирен, марганца диоксид, серы диоксид, сероуглерод, фенол, формальдегид 1
Амины, взвешенные вещества (пыль), углерода оксид, хлор 0,34
Сажа, серная кислота, фториды (твердые) 0,3
Толуол, фтористый водород, хлористый водород 0,2
Акролеин 0,1
Используя методический подход, предложенный в [5] по расчету ПДКэн,- для сохранения лесных зон, формула расчета численных значений экологических нормативов для лесных экосистем, выраженных среднегодовыми концентрациями загрязняющих веществ, принимает вид:
ПДКэн, = (Ку - 0,01В)ПДКс
(1)
где ПДКэн- - экологический норматив качества атмосферного воздуха, имеющий среднегодовое осреднение, мг/м3; ПДКсан - санитарно-гигиенические ПДК, имеющие среднесуточное осреднение, мг/м3; Ку - коэффициент устойчивости зеленых насаждений; В - показатель бонитета насаждений; а - коэффициент принимается в соответствии с методикой «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия» [8] (табл. 1).
Экологические условия территории произрастания представлены в формуле показателем В, который определяет богатство лесорастительных условий и продуктивность зеленых насаждений. Для ряда особо охраняемых природных территорий, расположенных в разных природных зонах, были получены численные значения экологических нормативов качества атмосферного воздуха (табл. 2).
Несмотря на отсутствие большого разброса данных для территорий с разными лесорастительными условиями, прослеживается определенная тенденция, заключающаяся в том, что для более суровых климатических условий характерны более жесткие численные значения экологических нормативов качества атмосферного воздуха.
Определение нормативов выбросов с учетом ПДКэ.н,- должно выполняться с применением методов расчета среднегодовых концентраций загрязняющих веществ. В настоящее время данные методы расчета изложены в «Методике расчета осредненных за длительный период концентраций, выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, разработанной ГГО им. А.И. Воейкова и прошедшей апробацию в НИИ «Атмосфера» [9].
Таблица 2
Рассчитанные нормативы ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе для лесной растительности ряда особо охраняемых природных территорий
Table 2
Calculated limit values pollutants in the air for a number of forest vegetation protected areas
№ п/п Природная территория/область ПДК-лес (м.р.), мг/м3 ПДК-лес (с.с.), мг/м3
no2 SO2 no2 SO2
1 ГПБЗ «Лапландский» / Мурманская область 0,084 0,27 0,016 0,027
2 ГПБЗ "Таймырский" / Долгано-Ненецкий автономный округ 0,084 0,27 0,016 0,027
3 ГПБЗ "Байкальский" / Республика Бурятия 0,087 0,28 0,017 0,028
4 ГПБЗ «Саяно-Шушенский» / Красноярский край 0,087 0,28 0,017 0,028
5 ГПЗ «Нижне-Свирский» / Ленинградская область 0,089 0,29 0,018 0,029
6 НП «Припышминские боры» / Свердловская область 0,089 0,29 0,018 0,029
7 Памятник природы «Липовый остров» / Кемеровская область 0,090 0,29 0,018 0,029
8 Национальный парк «Лосиный остров» / Московская область 0,091 0,30 0,018 0,03
9 ГПЗ «Белогорье» / Белгородская область 0,091 0,30 0,019 0,03
a
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
При установлении нормативов ПДВ с учетом экологических нормативов, в процессе инвентаризации источников выбросов необходимо определять осредненные за год параметры источников выбросов, в том числе среднюю за год мощность выброса загрязняющего вещества из рассматриваемого источника загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) на разных режимах его работы. Определение осреднен-ных за год параметров источников выбросов позволяет получить наиболее объективную картину воздействия источника на лесные экосистемы в течение года.
Под нестационарностью выбросов загрязняющих веществ понимают зависимость параметров выбросов, а именно концентрацию и расход газовоздушной смеси от времени. В этом случае инструментальное измерение параметров выброса в какой-то определенный момент времени, как это делается при определении максимальных разовых выбросов, не отражает реальной картины выбросов загрязняющих веществ из данного источника, поскольку в другой момент времени концентрация или расход могут измениться во много раз в зависимости от природы конкретного нестационарного технологического процесса [10]. Нестационарностью в большей или в меньшей степени характеризуются выбросы практически каждого источника, а также предприятия в целом. В большей степени это относится к предприятиям, имеющим пылящие поверхности, открытые поверхности испарения, открытое хранение сырья, сушильные печи, в которых производится розжиг и т.п. Вследствие нестационарности некоторые стадии технологического процесса могут вообще не сопровождаться выбросами (открытое хранение сырья в зимний период и т.п.), тогда как на других стадиях выбросы могу достигать значительных величин.
Учитывая временную продолжительность изменчивости выбросов (месяц, сезон, полугодие) ряда промышленных объектов (пылящие поверхности, открытые поверхности испарения, открытое хранение сырья, топлива, отходов, совокупности неплотностей технологического оборудования, расположенного вне производственных помещений и т.п.), в ходе инвентаризации предлагается определять Мj применительно к периоду осреднения экологических нормативов. Для отдельных временных периодов, в течение которых показатели выбросов изменяются более чем на 50% [11], определяют средние разовые значения выброса, на их основе - осредненные значения выбросов за год.
Для промышленных предприятий или специализированных организаций, имеющих собственные аналитические лаборатории или газоанализаторы непрерывного действия, получение информации для таких периодов осреднения не представляется сложным.
На базе общепринятых подходов по расчету максимальной разовой мощности выброса [11] формула для расчета осредненной мощности выброса '-го загрязняющего вещества на выходе из ИЗА с учетом
нестационарности работы оборудования для применения экологических нормативов качества атмосферного воздуха принимает вид:
Мгу = f Ё МсЛ
Т г У
(2)
где Мгу - осредненная за год мощность выброса '-го загрязняющего вещества из ИЗА, г/с; п - количество режимов работы ИЗА; Мср - средний разовый выброс '-го загрязняющего вещества на п-м режиме работы ИЗА, г/с;
1
M =~y\CV
ср / j I к к
0,273
1
T + 273 1 +рвк -1,243 -10-
K (3)
где к - количество отобранных проб; Ск - определенная по результатам измерений концентрация загрязняющего вещества в газовоздушной смеси на выходе из ИЗА в отобранной пробе; Тк () - температура ГВС на выходе из ИЗА, °С; - полный объем ГВС, м3/с; рвк - концентрация паров воды в ГВС на выходе из ИЗА: масса водяных паров, отнесенная к кубометру сухой ГВС при нормальных условиях, г / м^; К -коэффициент, учитывающий длительность выброса, мин.
Для неорганизованных источников выбросов, как правило, применяются расчетные методы определения мощности выброса. При использовании в ходе инвентаризации источников выбросов расчетных (балансовых) методов средняя мощность выброса загрязняющего вещества Мг1/ (г/с), поступившего в атмосферный воздух из ИЗА, определяется на основе показателей удельных технологических выбросов рассматриваемого загрязняющего вещества (расход сырья, материалов, энергии и т.п.) или расходу (в килограммах) сырья, материалов, энергии, количества произведенной продукции и т.п. В этом случае возможен учет нестационарности работы ИЗА посредством учета расхода сырья и топлива разных сортов, нагрузки и продолжительности работы агрегатов, средних значений климатических условий и т. п., используемых для расчета на разных режимах его работы.
Критерием качества атмосферного воздуха для территорий естественных экологических систем являются экологические нормативы качества атмосферного воздуха. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух для предприятия, находящегося в районе расположения экосистемы, производится исходя из условия:
Чсум = ?пр,- + ?уф,- ^ 1 :
C пр.
q . =--—
Чпр' ПДКэш
(4)
(5)
где ПДКэ.н' - среднегодовая предельно допустимая концентрация рассматриваемого '-го вредного веще-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
ства в атмосферном воздухе, мг/м3; Спр,,- - приземная концентрация --го загрязняющего вещества в атмосферном воздухе зеленой зоны, создаваемая выбросом рассматриваемого хозяйствующего субъекта, рассчитанная по утвержденной в установленном порядке методике расчета, мг/м3; дпр-.. - значение Спр- в долях ПДКэ.н-; дуф- - учитываемая среднегодовая фоновая концентрация этого вещества, создаваемая выбросами других объектов, доли ПДК-; дсум- - среднегодовая концентрация --го загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, создаваемая выбросом рассматриваемого хозяйствующего субъекта с учетом среднегодовой фоновой концентрации этого вещества, создаваемая выбросами других объектов.
Учет фоновой концентрации дпр,- , которая должна относится к среднегодовому периоду осреднения, применительно к нормированию с использованием экологических нормативов предлагается осуществлять при условии:
д„р,- > 0,1ПДКэн,. (6)
Ж
Размеры расчетного прямоугольника предлагается выбирать таким образом, чтобы изолиния концентраций 0,05ПДКэн-, характеризующая зону влияния выбросов предприятия с учетом экологических нормативов, не выходила за границу этого прямоугольника. Значения среднегодовых суммарных концентраций загрязняющих веществ определяются на множестве расчетных точек, заданных в узлах сетки и на границе естественной экологической системы.
Если промышленный объект, имеющий средние и высокие источники выбросов, расположен в непосредственной близости от сохраняемой экосистемы, то расчетные точки следует выбирать не только на границе территории этой площадки, но и внутри нее. Это позволит определить зоны с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.
В результате детального расчета среднегодовых концентраций загрязняющих веществ устанавливаются зоны превышения ПДКэн.- в пределах сохраняемых экосистем. Для источников предприятия, ответственных за основной вклад в уровень загрязнения этих зон, должны быть сформированы планы мероприятий по снижению негативного воздействия выбросов.
Нормативы выбросов для предприятий, являющихся основными вкладчиками в уровень загрязнения атмосферного воздуха сохраняемых экосистем, предлагается характеризовать следующими величинами:
- значение осредненного за год выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух (г/с), отражающее среднюю за год массу выбросов этих веществ, выраженную в граммах в секунду из совокупности одновременно работающих источников данного предприятия;
- значение валового выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух (т/год), отражающее сум-
марную массу выброса за год с учетом неравномерности осуществления хозяйственной деятельности, сезонности нагрузки, расхода сырья и материалов;
- значение осредненного за год выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух (г/с) для конкретного источника выброса, отражающее среднюю за год массу выбросов этих веществ, выраженную в граммах в секунду;
- значение валового выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух (т/год) для конкретного источника выброса, отражающее массу выброса за год.
Одним из обязательных условий установления нормативов ПДВ для предприятий, ответственных за соблюдение экологических нормативов качества атмосферного воздуха, является проведение контроля за соблюдением данных нормативов.
Исходя из того, что значения экологических нормативов качества атмосферного воздуха относятся к длительному периоду осреднения, периодичность контроля за соблюдением нормативов ПДВ для предприятий, расположенных вблизи территории естественных экологических систем, должна быть более учащенной по сравнению с типовой периодичностью контроля, принятой при установлении нормативов выбросов по максимальным разовым критериям качества атмосферного воздуха.
По результатам учащенного производственного контроля на предприятиях, примыкающих или расположенных в непосредственной близости от сохраняемой экосистемы, проводится оценка соблюдения нормативов ПДВ, установленных с учетом экологических нормативов качества атмосферного воздуха.
Если преобладающий вклад в значения среднегодовых концентраций загрязняющих веществ на границе сохраняемой экосистемы вносят неорганизованные источники (открытые поверхности испарения, пылящие поверхности, открытое хранение сырья, топлива, отходов, совокупности неплотностей технологического оборудования, расположенного вне производственных помещений и т.п.), для таких предприятий предлагается контролировать соблюдение установленных нормативов ПДВ с помощью измерений приземных концентраций в контрольных точках на границе сохраняемой экосистемы, расположенных с подветренной стороны от источника выбросов, с последующим пересчетом среднесуточных значений концентраций в среднегодовые, согласно табл. 1..
Как было отмечено выше, особенностью нормирования выбросов загрязняющих веществ для предприятий, оказывающих влияние на естественные экологические системы, является использование в качестве критериев значений, выраженных среднегодовыми концентрациями загрязняющих веществ (ПДКсг.) в атмосферном воздухе, наиболее характерными с точки зрения длительного воздействия на зеленые насаждения. Поэтому, для того чтобы система нормирования выбросов была направлена на сохранение естественных экологических систем с
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10 (132) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
учетом экологических нормативов качества атмосферного воздуха, выраженных среднегодовыми концентрациями, в эту систему должны быть внесены соответствующие дополнения, акцентированные на определение, нормирование и контроль осреднен-ного значения разового выброса для конкретного источника выброса и предприятия в целом.
Таким образом, действующая в настоящее время процедура установления нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух для субъектов хозяйственной и иной деятельности требует дальнейшего развития и оптимизации в целях реализации положений действующих Федеральных законов и Постановлений Правительства [12, 13, 14] в части введения экологических нормативов качества атмосферного воздуха с целью сохранения естественных экологических систем.
Список литературы
1. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. М.: Изд-во стандартов, 1979.
2. Временные нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, оказывающих вредное воздействие на лесные насаждения в районе музея-усадьбы «Ясная поляна». М.: ВНИИЛМ, 1984.
3. МГСН 1.02-02. Нормы и правила проектирования комплексного благоустройства на территории города Москвы». М. 2002.
4. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе зон произрастании лесообразующих древесных пород. М. 1995.
5. Мартынюк А.А., Коженков Л.Л., Жидков А.Н., Шарыгина И.О., Коплан-Дикс В.А. Определение численных значений экологических нормативов качества атмосферного воздуха с целью сохранения лесных экосистем // Сб. трудов ОАО «НИИ Атмосфера». 2012. СПб. С. 129-137.
6. Николаевский В.С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979.
7. Якубов Х. Г. Экологический мониторинг зеленых насаждений в крупном городе (на примере г. Москвы). Автореф. ... дис. д-ра биол. наук. М. 2006.
8. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия: Утв. Минприроды РФ 30.11.1992. - http://www.kodeks.ru
9. Методика расчета осредненных за длительный период концентраций выбрасываемых в атмосферу вредных веществ (Дополнение к ОНД-86). СПб. 2002.
10. Яценко-Хмелевская М.А., Цибульский В.В. Особенности осуществления аналитического контроля при нестационарности выбросов загрязняющих веществ в атмосферу // Сб. трудов ОАО «НИИ Атмосфера». СПб. 2008. С. 100-104.
11. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). СПб. 2012.
12. Федеральный закон "Об охране атмосферного воздуха". М. 1999.
13. Федеральный закон "Об охране атмосферного воздуха". М. 2002.
14. Постановление Правительства РФ от 2 марта 2000 г. № 182 «О порядке установления и пересмотра экологических и гигиенических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых уровней физических воздействий на атмосферный воздух и государственной регистрации вредных (загрязняющих) веществ и потенциально опасных веществ».
— TATA — LXJ
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (132) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
