CC BY
51
© М.А. Пашкевич, Т.А. Петрова, 2006
УДК 504.064
М.А. Пашкевич, Т.А. Петрова
РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ ТЭК
Семинар № 8
я ж роблема старения основных
.К Ж. фондов предприятий ТЭК, как правило, суровые природно-кли-
матические условия приводят к повышению вероятности возникновения техногенных катастроф. Целью исследований являлось создание оптимальной системы производственного экологического мониторинга на одном из дочерних предприятий ОАО «Газпром», что позволит сократить время локализации последствий техногенных катастроф или вообще предотвратить их.
Необходимость и значимость мониторинга именно воздушного бассейна на производственных объектах ТЭК связана с насыщенностью предприятий источниками выделения и опасностью выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. К основным целям мониторинга воздушного бассейна следует отнести: выявление источников и факторов загрязнения, а также степени их воздействия; наблюдение за известными источниками выделения и выбросов веществ в воздушный бассейн; оценку фактического состояния атмосферного воздуха; прогноз загрязнения атмосферного воздуха и пути улучшения ситуации; определение приоритетных загрязнителей воздушного бассейна с использованием результатов прошлых наблюдений и данных об уровнях фонового загрязнения; управление техногенными выбросами в атмосферный воздух.
Создание автоматизированных систем мониторинга окружающей среды (СМОС), позволит увязать все наблюдения за состоянием загрязнения атмосферы, водного бассейна. Внедрение СМОС в качестве подсистемы в интегрированную информационную управляющую систему (ИИУС) промышленных объектов обеспечит в перспективе объединение с информационной системой предприятия в целом. Одним из наиболее важных элементов системы ПЭМ является система управления базами данных, работающая в режиме реального времени.
Для создания и внедрения системы ПЭМ необходимо рассмотреть и решить следующие вопросы: общие требования к системе; размещение и количество постов наблюдений; программу и сроки наблюдений; определение перечня веществ, подлежащих наблюдению, и соответствующего ему аппаратурного оформления; организацию метеорологических наблюдений и анализ проб.
Следует отметить, что инструментальный контроль оказывается более экспрессным и позволяет проводить анализы в гораздо большем числе точек отбора, чем при лабораторной сети наблюдений. При использовании инструментального контроля возможно построение экспериментальных карт содержания вредных веществ, а так же при наличии специальных пакетов программ
ARC GiS, ежемоментная визуализация текущей информации о состоянии атмосферного воздуха c помощью лабораторной сети наблюдений дает возможность построения только расчетных карт на базе методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86).
Огромное количество информации, ежедневно поступающее с постов наблюдения, требует мощных автоматизированных компьютерных ин-
формационных систем мониторинга, предназначенных для хранения, обработки и использования аналитической информации.
Динамика накопления информации и ее выдача автоматической системой определяются периодичностью управляющих воздействий. Периодичность управляющих воздействий систем экологического менеджмента различных уровней можно разделить на три уровня: плановые воздействия с периодом, измеряемым годами, для общего улучшения экологической обстановки; эпизодические воздействия в течение нескольких суток, вызванные неблагоприятными метеоусловиями; аварийные воздействия в течение часов, вызванные опасными внештатными ситуациями на предприятиях.
В соответствии с этим определяется быстродействие средств мониторинга окружающей среды. Быстродействие мониторинга таких взрывопожароопасных предприятий, как предприятия ОАО «Газпром» должно измеряться единицами и десятками минут. С учетом высокой сосредоточенности источников выбросов на предприятиях высокая эффективность управляющих воздействий системы управления качеством окружающей среды может быть обеспечена только при использовании автоматизи-
рованных систем мониторинга окружающей среды (АСМОС).
Таким образом, целью создания АСМОС являются: информационное обеспечение системы экологического управления путем проведения непрерывных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими условиями; оценка этого состояния для принятия мер по предотвращению ущерба здоровью населения и хозяйству; определение вклада предприятия в общее загрязнение атмосферы и проверка эффективности принимаемых мер.
В общем случае, система экологического мониторинга атмосферы осуществляется на постах наблюдения. Но так как невозможно установить датчики на каждый источник выбросов, включая автотранспорт, то приходится идти на сочетание инструментальных и аналитических средств мониторинга, при котором производят инструментальные замеры в некоторых представительных точках и затем расчетным путем с использованием математических моделей получают информацию об уровне загрязнения атмосферы и выбросах.
В соответствии со спецификой предприятий (мощность и насыщенность источниками выбросов вредных веществ) в состав АСМОС должны быть включены: стационарные посты наблюдения, передвижные средства наблюдения, центр сбора и обработки информации о состоянии загрязнения атмосферы, величинах выбросов вредных веществ, о метеорологических параметрах приземного слоя атмосферы.
При этом стационарные посты обеспечивают выявление долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ, передвижные посты - проведение подфакельных наблюде-
ний и отбор проб с целью контроля загрязняющих веществ в зоне влияния предприятия или его подразделений.
Для обеспечения наблюдений за выбросами в состав АСМОС кроме передвижного поста наблюдения должна быть включена сеть датчиков мониторинга с основных (по крайней мере) источников выбросов предприятия. Эта сеть обеспечивается средствами коммутации, центром сбора и обработки информации по выбросам вредных веществ.
Целесообразность объединения центров сбора и обработки информации систем наблюдения за средой и наблюдения за выбросами будет зависеть от аппаратурной базы и методологии обработки информации.
Представительность наблюдений (достоверность получаемой информации) за состоянием загрязнения атмосферы зависит от правильности расположения поста наблюдения. Очевидно, что распределение точек наблюдения является неравномерным и зависит от структуры и размещения источников выбросов, застройки, метеорологических условий и т. п. Выбор места для размещения поста производится также в зависимости от необходимости получить информацию либо об уровне загрязнения воздуха, характерном для данного района, либо получить информацию о концентрации примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельных источников загрязнения атмосферы.
Независимо от цели каждый пост размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с твердым, непылящим покрытием: на асфальте, твердом грунте, газоне.
Стационарные посты размещаются в местах, выбранных на основе проведенного предварительного исследования состояния воздушной среды, выбросов внешних и внутренних источников за-
грязнения и изучения метеорологических условий рассеивания примесей, учета размещения крупных источников выбросов и жилых районов.
Существует несколько подходов к размещению стационарных постов контроля. За рубежом для характеристики загрязнения предлагается применять регулярную сеть наблюдений, которая предусматривает размещение постов контроля за качеством воздуха в узлах сетки с шагом 2 км. Недостатком такого подхода является возможность нерепрезентативного расположения постов по отношению к источникам и значительные финансовые издержки. В соответствии с зонально-функциональным методом на основании однофакторного дисперсионного анализа данных наблюдений посты наблюдения располагаются в зависимости от их принадлежности к функциональным зонам. Трудность заключается в том, что функциональные зоны не имеют четких границ и могут заметно влиять друг на друга. Использование зонально-функционального метода приводит к необходимости размещения стационарных постов наблюдения по периметру предприятия по направлению к функциональным зонам - жилым массивам, автомагистралям и другим мощным источникам выбросов.
Стационарные посты могут располагаться также в районе расположения низких и неорганизованных источников выбросов. В этом случае район предприятия, в котором расположены такие источники загрязнения, может рассматриваться как функциональная зона. Стационарный пост, расположенный в данной зоне, определяет влияние источников загрязнения на состояние атмосферы.
Таким образом, при использовании зонально-функционального метода для размещения стационарных постов на-
блюдения роль функциональных зон могут играть площадные источники загрязнения (например, открытые поверхности испарения объектов очистных сооружений) или расположенные рядом неорганизованные точечные источники выбросов.
Для мониторинга высоких источников загрязнения целесообразно использовать средства системы мониторинга выбросов, например, дат-чики, установленные на дымовых трубах и соответствующие модели рассеяния для обработки полученных данных. Для факельных установок оптимальным является дистанционный мониторинг (лидарное зон-дирование).
Количество стационарных постов определяется в зависимости от уровня загрязнения атмосферного воздуха, степени однородности выбросов, численности населения жилых районов, окружающих производственный объект, площади предприятия, рельефа местности.
По проведенному анализу и оценке представленных фондовых материалов по методическому обеспечению производственного экологического мониторинга видится нерациональным проведение инструментального мониторинга каждого источника выброса на объекте.
Для мониторинга производственных объектов площадью до 1 км2 рекомендуется создание одного стационарного поста на каждом объекте, оборудованного комплексным по определяемым загрязняющим компонентам газоанализатором, работающим в автоматическом режиме. Стационарные посты предлагается располагать в точке суммарно максимальной приземной концентрации, созда-
ваемой выбросами источников выделения (выбросов) определённого вещества (веществ). Данные, получаемые на автоматическом газоанализаторе ежесекундно поступают и подвергаются обработке на пункте автоматического управления, что позволяет в случае дестабилизации экологической ситуации на объекте провести обследование с маршрутных постов, располагаемых в зонах выделяемых с помощью корреляционного группирования. Список определяемых на постах компонентов определяется списком приоритетности загрязняющих веществ на объекте.
Автоматизированная система мониторинга окружающей среды обеспечивает полную программу наблюдений, имеет иерархическую двухуровневую структуру. На нижнем уровне расположены приборы и датчики, а также передающая аппаратура программноаппаратных средств. Верхний уровень образован центральным компьютером системы и приемной аппаратурой (центральный пункт сбора и обработки информации). Связь между уровнями системы осуществляется по коммутируемым телефонным проводам. Передачу информации со стационарных постов осуществляет комплекс программно-аппаратных средств для сбора и выдачи выходной информации в удобной для оператора центрального пункта форме (рисунок).
Таким образом, основными элементами автоматизированной системы мониторинга являются:
• стационарные посты, где замеряются в автоматическом режиме концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе и метеопараметры;
Схема автоматизированной СМОС
• центральный пункт обработки информации (ЦП), монтируемый стационарно и обеспечивающий получение информации со стационарных постов.
Главными объектами автоматизированной системы мониторинга воздушного бассейна предприятий являются источники вредных выбросов в атмосферу, атмосферный воздух на территории предприятия и его санитарно-защитной зоны. Поэтому следующим этапом развития СМОС является создание автоматизированной системы мониторинга выбросов (АСМВ). АСМВ является необходимой частью АСМОС, обеспечивающей вместе с автоматизированной системой мониторинга среды получение полной информации о состоянии воздушного бассейна и своевременное принятие управляющих воздействий.
С использованием методов моделирования определяется перечень технологических производств, на которых необходима в первую очередь установка стационарных постов мониторинга выбросов (СПМВ). Для обеспечения функционирования обеих подсистем СМОС необходимо использование передвижной лаборатории. Передвижная лаборатория обес-печивает: оперативный контроль за содержанием выбросов технологических установок и содержанием вредных веществ в атмосферном воздухе промышленной и санитарнозащитной зон предприятия; детальное обследование и паспортизацию мест, в которых атмосферный воздух содержит вредные вещества в наибольших концентрациях; забор проб воздуха в местах с повышенным загрязнением для прове-
дения арбитражного анализа; измерение содержания в атмосферном воздухе расширенного состава вредных веществ; проведение, в том числе, мониторинга водного бассейна в пределах территории пред-приятий.
На первом этапе разработки АСМВ определяются те источники выбросов вредных веществ, для которых наиболее целесообразно использование инструментальных средств АСМВ.
Во-первых, размещение датчиков целесообразно на тех источниках выбросов вредных веществ, которые являются наиболее экологически опасными.
Во-вторых, использование средств системы мониторинга выбросов возможно на организованных источниках выбросов.
В-третьих, из наиболее значимых источников выбросов вредных веществ наблюдению подлежат те, которые оказывают заметное влияние на жилые массивы, расположенные вокруг предприятии.
Основой для разработки АСМВ являются также информация о предварительных характеристиках источников выбросов (высота источника, диаметр устья трубы, состав и мощность выбросов, их температура), координаты источников выбросов, а также климатическая характеристика месторасположения.
Предварительные характеристики источников выбросов определяются в томах предельно допустимых выбросов (ПДВ). Следует отметить, что для корректного расчета концентраций вредных веществ в приземном слое необходимо иметь метеорологические данные на высоте источников выбросов. Поэтому в состав средств АСМВ должна входить вышка для определения метеорологических параметров.
Перечень определяемых АСМВ веществ устанавливают аналогично, он совпадает с перечнем веществ, определяемых системой мониторинга среды.
Таким образом, разработка и внедрение АСМВ, наравне с автоматизированной системой мониторинга среды, позволит эффективно решать такие задачи СМОС как: проведение непрерывных наблюдений за основными источниками выбросов вредных веществ в районе расположения предприятия; определение состояния загрязнения воздушного бассейна с учетом метеорологических условий (в том числе и в случаях аварийных залповых выбросов); оценка вклада предприятия в общее загрязнение атмосферы; выработка рекомендаций по улучшению состояния загрязнения воздушного бассейна; контроль эффективности проводимых природоохранных мероприятий и проектов, направленных на улучшение состояния воздушного бассейна.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Пашкевич М.А. - доктор технических наук, заведующий кафедрой геоэкологии Петрова Т.А. - аспирантка кафедры геоэкологии
Санкт-Петербургский государственный горный университет (ТИ).
