CC BY
85
УДК 504.064.36
А. Р. Шагидуллин, А. Ф. Гилязова, Г. Ф. Амирянова, А. Р. Магдеева, Р. А. Шагидуллина, Р. Р. Шагидуллин
РАСЧЕТ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ИЗ ИСТОЧНИКОВ
НИЖНЕКАМСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА
Ключевые слова: загрязнение атмосферы, зона влияния выбросов, Нижнекамский промышленный узел/
В настоящей работе рассчитывается размер зоны влияния выбросов промышленности г. Нижнекамска. Значительный вклад в общую массу выбросов стационарных источников дают высокие источники нагретых выбросов. Загрязняющие вещества способны распространяться в атмосферном воздухе на большие расстояния, оказывая влияние на значительные территории. Рассчитанный максимальный размер зоны влияния выбросов в подветренном направлении составляет 70 км.
Keywords: air pollution, zone ofpollution influence, Nizhnekamsk industrial hub/
A size of zone of Nizhnekamsk enterprises emission influence was calculated. The significant contribution to the total emission mass give high heated sources of emissions. The contaminants can propagate in atmosphere to great distances and influence to the large area. The calculated maximum size of zone of pollution influence is 70 km in the downwind direction.
Введение
Попавшие в атмосферный воздух загрязняющие вещества могут переноситься на большие расстояния, оказывая воздействие на значительные территории. Расстояния, на которые переносятся примеси от различных антропогенных источников, могут достигать десятков и даже сотен километров [1]. Процессы переноса примесей, в первую очередь, определяются метеорологическими факторами и параметрами источников загрязнения.
Промышленный узел, расположенный в г. Нижнекамске, представляет собой крупнейший центр нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Большие объемы переработки сырья на объектах Нижнекамского промышленного комплекса сопровождаются значительными выбросами в атмосферный воздух [2], способными оказывать воздействие не только на прилегающие, но и на удаленные территории.
Характерными для нефтяной промышленности компонентами выбросов являются оксиды серы и азота, оксид углерода, углеводороды, сероводород, меркаптаны и несгоревшие твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен [3]. Однако, этими наименованиями перечень веществ, присутствующих в выбросах таких производств, не ограничивается. Как показали сводные расчеты загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска, общий перечень компонентов выбросов предприятий города насчитывает более 320 наименований. При этом 98% от общей массы выбросов производится непосредственно на территории промышленного узла нефтехимическими, нефтеперерабатывающими, вспомогательными и теплоэнергетическими производствами. Доля объектов теплоэнергетики (две нижнекамских ТЭЦ) в общей массе выбросов города при этом составляет 23%. Суммарный разрешенный валовый выброс предприятий города превышает 78 тыс. тонн/год [4].
В г. Нижнекамске функционирует более 5,5 тыс. стационарных источников, большая часть из которых находится непосредственно на территории про-
мышленного узла. Совокупность источников промышленной зоны, работая одновременно, взаимно усиливают негативное воздействие на окружающие территории, расширяя зону влияния.
Важным фактором, определяющим протяженность и направление зоны, подверженной воздействию выбросов промышленного узла в конкретный промежуток времени, являются метеорологические условия. При определенных метеоусловиях выбросы многочисленных источников образуют единый факел, который на расстоянии сопоставим с факелом одного крупного источника выбросов соответствующей мощности [5].
Однако, для источников, имеющих различные параметры, такие как высота, температура выбросов, скорость газовоздушной смеси на выходе, влияние метеоусловий на распространение выбросов проявляется по-разному. В непосредственной близости от высокого источника загрязнения атмосферы концентрация примесей может быть незначительной. Поступающие в атмосферу примеси перемещаются ветром и, рассеиваясь, достигают поверхности земли на некотором удалении от источника. Расположение максимума концентраций, характер изменения концентрации с расстоянием зависят от мощности выброса, параметров источника, а также от конкретных метеорологических условий. Чем выше источник выбросов, тем больше рассеивается примесь в атмосфере, прежде чем достигнет подстилающей поверхности. Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб. Локальное воздействие на территории, находящиеся в непосредственной близости от источников, оказывают низкие и неорганизованные источники выбросов [3].
Результаты и их обсуждение
Таким образом, распространение примесей в воздухе и протяженность зоны влияния выбросов группы промышленных предприятий зависят от характеристик основных источников загрязнения атмосферы. Большая часть стационарных источников
г. Нижнекамска (70%) имеет организованный выброс. Как указывалось в [4], организованные источники города, в большинстве своем, являются низкими и холодными. Лишь сравнительно небольшое количество источников выбрасывают нагретую газовоздушную смесь, и еще меньшее количество по классификации относится к высоким источникам.
Однако, доля выбросов горячих и высоких источников в общей массе является наиболее значительной (рис. 1), что и определяет значительную протяженность зоны влияния выбросов.
Как видно из рис. 1, на долю источников нагретых высоких выбросов приходится больше половины массы всех выбросов, при том, что таких источников всего 31 [4]. Еще 29% массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, обеспечивается нагретыми выбросами с высотой источника менее 75 м, которые согласно классификации РД 52.04.186-89 могут относиться как к высоким (более 50 м), так и низким источникам. Однако, за счет температуры
Рис. 2 - Зона влияния выбросов из источников Нижнекамского промышленного узла по результатам расчетов согласно ОНД-86
газовоздушной смеси факел выброса может подниматься значительно выше устья источника.
ДТ<50: 5,5<у<100: Н<35 дт<50; у>100
Рис. 1 - Соотношение валовых выбросов организованных источников с различными параметрами (ДТ-разница температуры выброса с окружающей средой, °С; V - производительность выброса, м3/с; Н - высота источника, м)
Под зоной влияния группы предприятий по фактору загрязнения атмосферного воздуха понимается территория, в пределах которой выбросами источников предприятий могут формироваться максимальные разовые приземные концентрации, превышающие 5% от установленных нормативов качества
воздуха [6]. Регламентированной методикой расчета максимальных приземных концентраций является методика ОНД-86 [7], разработанная ГГО им. А.И. Воейкова. Методика представляет собой последовательность аналитических выражений, полученных в результате аппроксимации разностного решения урав-
нения турбулентной диффузии. Модель применима для расчета локального загрязнения атмосферы (до 100 км от источника). При достоверных исходных данных указанная модель имеет точность порядка 25%, которой, с учетом динамичности воздушной среды, достаточно для решения задач оценки загрязнения приземных слоев атмосферного воздуха.
Расчеты приземных концентраций вредных веществ, поступающих из источников Нижнекамского промышленного узла, были проведены для расчетной площадки, охватывающей территорию в пределах 100 км от города. Расчеты проводились с помощью программы «Эколог-Город», разработанной ООО «Фирма «Интеграл», которая реализует методику расчета приземных концентраций ОНД-86. В качестве исходных данных для расчета приняты нормативные уровни выбросов предприятий, собранные в сводной базе данных параметров выбросов загрязняющих веществ г. Нижнекамска, созданной в рамках организации системы сводных расчетов загрязнения атмосферы по заказу Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан. Расчеты проводились с перебором всех возможных направлений ветра в пределах полного круга и скоростей ветра в пределах от 0,5 до 10 м/с (скорость ветра, не превышаемая в 95% случаев). Наличие водных объектов и рельеф не учитывались. В результате перебора направлений и скоростей ветра для каждого узла расчетной площадки фиксировалась максимальная полученная приземная концентрация.
Согласно результатам расчетов загрязнения воздуха стационарными источниками Нижнекамского промышленного узла, наибольшую протяженность зоны влияния (территория в пределах изолинии максимальных концентраций 0,05 ПДК) имеют примеси диоксид азота, диоксид серы, дициклопентадиен, этилбензол, ацетальдегид, а также ряд суммаций вредного действия, преимущественно с участием перечисленных веществ. Зона их воздействия выходит за рамки ближайших населенных пунктов и захватывает территории ближайших городов: Елабуги и Набережных Челнов. Наибольший радиус зоны воздействия имеют суммации вредного действия с участием диоксида азота и диоксида серы - продуктов сжигания
органического топлива. Протяженность их зоны влияния составляет 70 км (рис. 2).
Необходимо отметить, что построенная на рис. 2 окружность представляет собой максимальную зону влияния выбросов при различных метеорологических условиях. При этом не учитывалась повторяемость ветров по направлениям, так как не ставилась задача определения вероятности распространения зоны влияния в различных направлениях.
Значительная протяженность зоны воздействия выбросов Нижнекамского промышленного комплекса обусловлена наличием мощных высоких источников выбросов.
Заключение
Таким образом, выбросы Нижнекамского промышленного узла способны оказывать воздействие как на прилегающие, так и на удаленные территории. Наибольшую зону воздействия имеют сумма-ции с участием диоксида азота и диоксида серы. Максимальная протяженность зоны влияния выбросов промышленного узла, рассчитанная по методике ОНД-86, достигает 70 км. Ее значительный размер обусловлен наличием мощных высоких источников выбросов.
Литература
1. Ю.Г. Хабутдинов, К.М. Шанталинский, А.А. Николаев, Учение об атмосфере. Казанский государственный университет, Казань, 2010. 245 с.
2. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2014 г. МЭПР РТ, Казань, 2015. 531 с.
3. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М., 1991, 556 с.
4. А.Р. Шагидуллин, А.Ф. Гилязова, Г.Ф. Амирянова, А.Р. Магдеева, Р.Р. Шагидуллин, Российский журнал прикладной экологии, № 3, 30-35 (2015).
5. Ю.П. Переведенцев, Ю.Г. Хабутдинов, А.П. Шлычков, Природно-климатические ресурсы и загрязнение атмосферы. Изд-во Казанского государственного университета, Казань, 2008. 110 с.
6. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (Дополненное и переработанное). ОАО «НИИ Атмосфера», СПб, 2012. 224 с.
7. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Гидрометеоиздат, Л., 1987. 93 с.
© А.Р. Шагидуллин - к.ф.-м.н., с.н.с., лаб. прикладной экологии, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Artur.Shagidullin@tatar.ru; А. Ф. Гилязова - м.н.с., той же лаборатории, Alia.Gilyazova@tatar.ru; Г. Ф. Амирянова - м.п.с. той же лаборатории, amig028@mail.ru; А. Р. Магдеева - м.п.с. той же лаборатории, mag.all@mail.ru; Р. А. Шагидуллина - д.х.н., начальник Управления государственной экологической экспертизы и нормирования воздействия на окружающую среду, Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан, Raisa.Shagidullina@tatar.ru; Р. Р. Шагидуллин - д.х.н., директор, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Shagidullin_@mail.ru.
© A. R. Shagidullin - candidate of physical and mathematical sciences, researcher, laboratory of applied ecology, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, Artur.Shagidullin@tatar.ru; A. F. Gilyazova - junior research scientist, laboratory of applied ecology, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, Alia.Gilyazova@tatar.ru; G. F. Amiryanova - junior research scientist, laboratory of applied ecology, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, amig028@mail.ru; A. R. Magdeeva - junior research scientist, laboratory of applied ecology, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, mag.all@mail.ru; R. A. Shagidullina - candidate of chemical sciences, head of the state environmental review and rating of environmental impact management, Ministry of ecology and natural resources of the Republic of Tatarstan, Raisa.Shagidullina@tatar.ru; R. R. Shagidullin - the doctor of chemistry, Director of the Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, Shagidullin_@mail.ru.
