CC BY
6
Ленинская мысль всегда была обращена к интересам трудящихся. Многие социально-гигиенические проблемы, вставшие перед нашей страной в первые годы Советской власти, успешно решены. Следуя ленинскому курсу, наш народ под руководством Коммунистической партии построил социализм и неуклонно движется к его высшей фазе — коммунизму. Есть еще не полностью решенные социально-гигиенические проблемы, полученные нами в наследие от прошлого и углубленные тяжелыми санитарными последствиями второй мировой войны. Возникают и новые вопросы, связанные с бурным техническим прогрессом. Страницы ленинских трудов, ленинский стиль и метод в подходе к решению коренных социальных проблем сохраняют величайшую научную ценность и в наши дни, служат настоящему и будущему народов нашей страны, народов всех социалистических стран, будущему всего человечества.
Поступила 14/1II 1969 г.
УДК 614.71
ЗНАЧЕНИЕ И НАДЕЖНОСТЬ РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В ГИГИЕНЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Р. С. Гильденскиольд Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
В последние годы большое развитие получило расчетное прогнозирование уровня загрязнения промышленными предприятиями атмосферного воздуха в селитебных районах. Из всего довольно значительного перечня выведенных для этой цели формул отечественных и зарубежных авторов (Г. В. Шелейховский, С. А. Клюгин, П. И. Андреев, Н. Ф. Дергачев, Сеттон, Холланд и др.) проектные организации и органы государственного санитарного надзора руководствуются сейчас в основном двумя методиками — формулой П. И. Андреева и Временной методикой расчетов рассеивания в атмосфере выбросов (золы и сернистых соединений) из дымовых труб электростанцийутвержденной постановлением Государственного комитета по координации научно-исследовательских работ СССР в 1963 г. В развитие этой методики Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства 5/VI 1967 г. утверждены Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ (пыли и сернистого газа), содержащихся в выбросах промышленных предприятий (СН 369-67) 2.
Близкий к результатам натурных измерений расчетный показатель вероятной зональной загазованности и запыленности атмосферного воздуха, выполненный с учетом конкретных условий выброса, позволяет с большой степенью надежности уже при проектировании расширения действующего или строительства нового предприятия на основе сопоставления с гигиенически допустимыми уровнями загрязнения принимать правильные решения о необходимой величине санитарно-защитной зоны, судить о достаточности запланированных мероприятий по улавливанию и очистке технологических и вентиляционных выбросов, высоте труб, о целесообразности дальнейшего наращивания мощности предприятия с учетом сложившегося взаиморазмещения промышленных
1 Сокращенно: Временная методика.
2 Сокращенно: Указания (СН 369-67).
объектов и жилых территорий, существующего фонового загрязнения, особенностей климата и рельефа. Однако, отмечая положительное значение правильного расчетного определения вероятного загрязнения воздушного бассейна, следует подчеркнуть, что принцип рассеяния выбросов в атмосфере за счет высоких труб наименее желателен в цепи технических мероприятий по предотвращению отрицательного влияния выбросов на население (изменение технологического процесса, улавливание и очистка отходящих газов и др.). При этом необходимо отметить, что строительство высоких дымовых труб на тепловых электростанциях является вынужденным техническим решением, так как до настоящего времени не получили путевку в жизнь экономически оправданные, эффективные производственные методы очистки дымовых газов от сернистого газа; вместе с тем высокие трубы явились даже как бы тормозом развития и внедрения крайне нужных с санитарно-гигиенических позиций промышленных методов улавливания окислов серы.
Расчетные методы определения степени возможного загрязнения атмосферы населенных мест повысили роль разрабатываемых в СССР предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Дело в том, что, помимо использования их лишь для оценки сложившихся санитарных условий в том или ином жилом районе, их стали активно применять с целью профилактики загрязнения атмосферы городов.
Необходимость развития расчетного пути при прогнозировании в гигиене атмосферного воздуха подтверждается самой жизнью. Рядом проектных специализированных институтов (Гипромез, Гипронефтеза-воды, Гипрокаучук и др.) разрабатываются новые и уточняются существующие методические подходы к математической оценке интенсивности промышленного загрязнения атмосферы в перспективе. Общим недостатком большинства методик расчета является их малая обоснованность данными о фактическом зональном загрязнении приземного слоя атмосферы, увязанными с метеорологическими условиями и возможно полной характеристикой выброса. В этом смысле Временная методика и Указания (СН 369-67) представляют исключение. Формула определения максимальной приземной концентрации выбрасываемого точечным источником вещества разработана в Главной геофизической обсерватории (ГГО) им. А. И. Воейкова (М. Е. Берлянд с соавторами) на основе современных представлений о турбулентной диффузии и подкреплена всесторонними исследованиями загрязненности атмосферы (Р. С. Гильденскиольд с соавторами, 1966).
Распространение загрязнителей в воздухе изучалось в районе 3 тепловых электростанций с высотой труб 120 и 180 м. Исследования проводились в различное время года в течение ряда лет. Методика полевых исследований предусматривала возможность регистрации строго максимальных разовых концентраций веществ в пробах воздуха, одновременно отобранных в нескольких зонах с наибольшим удалением от источника выброса до 20 км. Велись метеорологические наблюдения на специально созданной сотрудниками ГГО метеостанции, регистрировались количество и температура выбрасываемых газов, содержание в них золы, количество выбрасываемого сернистого газа (Всесоюзный научно-исследовательский теплотехнический институт им. Ф. Э. Дзержинского и Южное отделение треста организации и рационализации районных электростанций и сетей). Аспирационным методом было отобрано 17 369 проб воздуха на сернистый газ и 2871 проба витающей золы. При обработке первичного натурного материала был использован выборочный метод определения зональных максимальных концентраций (Р. С. Гильденскиольд и Б. В. Рихтер).
В большинстве циклов комплексных исследований сопоставление рассчитанных по основной формуле Указаний (СН 369-67), п. 2.1, и натуральных статистически достоверных концентраций зонального загряз-
мг/л^
Рис. 1. Зональное распределение максимальных разовых концентраций сернистого газа в атмосферном воздухе (натурные и расчетные, осень 1962 г.). / — максимальные разовые статистически достоверные концентрации; 2 — усредненные максимальные концентрации; 3— расчетные концентрации (по Временной методике); 4— экстремальные концентрации; 5—максимальная концентрация (по формуле П. И. Андреева).
нения атмосферы отмечено удовлетворительное совпадение показателей. Пример такого совпадения приведен на рис. 1. Вместе с тем в отдельных циклах удалось установить достоверное превышение уровня натурного загрязнения над расчетными. На этой основе было рекомендовано внести во Временную методику поправку, касающуюся возможного уве-
мг/м3
Рис. 2. Зональное распределение максимальных разовых концентраций пыли (витающей золы) в атмосферном воздухе (натурные и расчетные, осень 1961 г.)
Обозначения те же, что на рис. 1.
7
/иг/м
Рис. 3. Зональное распределение максимальных разовых концентраций сернистого газа в атмосферном воздухе (натурные и расчетные, лето 1965 г.).
Обозначения те же, что на рис. 1.
личения конечной расчетной концентрации, посчитанной применительно к устоявшимся условиям распространения сохраняющейся в атмосфере примеси над ровной или слабо пересеченной поверхностью.
Распределение концентраций пыли по зонам в пробах, отобранных под факелом ГРЭС, потребляющей в 1 час до 700 т бурого угля подмосковного бассейна (максимальный выброс золы составлял более 15 т/час), а также расчетных значений запыленности показано на рис. 2. На всех расстояниях максимальные статистически достоверные концентрации пыли располагаются выше расчетных, а наибольшая разница
(соответственно 3,13 и 2,34 мг/м3) составляет 25,3%. Экстремальная величина, оказавшаяся статистически недостоверной, для всего ряда максимальных концентраций равна 3,82 мг/м3. Усредненные максимальные концентрации (средние величины со своей двойной средней ошибкой) располагаются значительно ниже расчетных. Следовательно, часто встречающееся максимальное загрязнение атмосферного воздуха всегда учитывается расчетом. Максимальная концентрация, рассчитанная по формуле П. И. Андреева, неоправданно завышена (рис. 1).
Взаимозависимость максимальных разовых фактических и расчетных концентраций сернистого газа, установленная в исследованиях 1965 г., показана на рис. 3. При выбросе в атмосферу 4,25 т сернистого газа в час расчетная по Временной методике составила 0,27 мг/м3. Наибольшая максимальная концентрация — 0,364 мг/м3 — обнаружена в 4 км от источника выброса и превышает расчетную примерно на 30%. Экстремальные концентрации располагаются выше достоверных максимальных разовых и на расстояниях 2—4 км практически соответствуют уровню ПДК. Усредненные максимальные концентрации значительно
Рис. 4. Границы «зоны задымления», по данным нескольких циклов исследований (максимальная концентрация каждого цикла принята за 100). 1— пыль; 2— сернистый газ; 3— отдельный цикл исследований.
меньше расчетных. Поэтому не без оснований в новую редакцию методики расчета была предложена поправка к итогу, равная 25%, что и нашло отражение в Указаниях (СН 369-67) п. 2.3. Использование поправки оправдано при наличии селитебных территорий в районе будущего влияния выбросов, при наличии в районе строительства промышленного производства и большого количества разновысоких, различных по мощности и химической природе источников выброса (в этом случае расчет даже с учетом фоновых концентраций не всегда регистрирует весь комплекс загрязнений и потому должен проводиться с наибольшей строгостью), при необходимости строительства в курортных районах и т. д.
В СН 369-67 специально дается оговорка о показателях эффективности пылегазоулавливающих установок (следует заметить, что по этому поводу существуют споры между проектными и санитарными контролирующими организациями). Что должно приниматься к расчету — паспортный или достижимый на практике эксплуатационный КПД? В примечании 2 п. 2.4 Указаний говорится о необходимости принятия в расчетах реальных значений КПД очистных устройств при обычных эксплуатационных условиях.
Теоретически расстояние, на котором определяется максимальная концентрация вредных веществ у земной поверхности на оси факела точечного выброса, составляет примерно 20 высот трубы. Результаты исследований динамики распространения примеси в атмосфере показали, что фактически наибольшие концентрации вредных веществ зависят от физических условий рассеяния и определяются не в точке, а в зоне обна-
ружения максимальных концентраций — зоне задымления. На рис. 4 приведены 2 линии распределения максимального зонального загрязнения атмосферы сернистым газом и пылью в нескольких циклах исследований. Для того чтобы сопоставить выявленные различные уровни загазованности и запыленности воздуха в разное время года при различных характеристиках работы ГРЭС, величины загрязнения показаны в процентах, причем максимальная концентрация каждого цикла принята за 100%. Такое построение позволяет наглядно показать распределение наибольших концентраций по зонам. Учитывая известную высоту дымовых труб ГРЭС, составляющую 120—180 м, можно приближенно считать, что зона задымления лежит в пределах 10—40 Н. Материалы изучения состояния здоровья детского населения, проживающего в зоне влияния выбросов ГРЭС, подтвердили выявленные закономерности зонального распространения примеси в атмосфере (Р. С. Гильденскиольд с соавторами, 1968). В примечании к п. 2.8 Указаний (СН 369-67) нашли свое отражение данные натурных исследований.
Ближайшая к мощной ГРЭС зона оказалась загрязненной в основном неорганизованными источниками (склад открытого хранения угля, маневровые паровозы и т. д.), а также за счет выпадения под действием силы тяжести крупных фракций зольных частиц из дымового облака. Поэтому минимальный разрыв между границей жилого массива и ГРЭС должен быть не менее 1000 м. Установленные закономерности переноса примеси в атмосферном воздухе позволили разработать планировочные рекомендации к взаиморазмещению мощных ГРЭС и селитебных территорий. При высоте дымовых труб 180 м и более и благоприятном расположении жилого района с учетом ветров господствующих направлений возможно размещение поселка эксплуатационников — города энергетиков — в интервале между 1000 м и 10—12 Н, т. е. в зоне переброса основного выброса. В случае необходимости строительства мощной ГРЭС вблизи существующего города целесообразно (учитывая наличие зоны задымления) сохранить разрыв, равный примерно 40 Н. Такое размещение оправдано даже при обеспечении расчетом максимальных разовых концентраций в пределах допустимых уровней загрязнения атмосферы, так как не исключается вероятность дальнейшего наращивания мощности ГРЭС, возникновения аномальных аэроклиматологических условий для рассеяния выбросов, возможное изменение топливных качественных характеристик и т. д.
В разделах 3 и 4 Указаний (СН 369-67) освещены пути расчетного решения на практике, положения, когда выброс осуществляется через несколько источников разной высоты, отстоящих друг от друга на расстояние более 1,5—2 Н (в этих пределах рассчитанные величины загрязнения просто суммируются), и при наличии фонового загрязнения атмосферы в районе намечаемого нового промышленного строительства. Сущность учета фонового загрязнения сводится к тому, что расчетная максимальная концентрация в сумме с фоновой, не должна превышать ПДК. Некоторые гигиенисты (М. И. Гусев с соавторами) рекомендуют учитывать не только фон, создаваемый веществом одной химической природы, но и при многокомпонентном загрязнении атмосферного воздуха жилого района весь определяемый фон загрязнения, сравнивая конечную расчетную концентрацию с допустимой, посчитанной по формуле эффекта суммарного действия.
Таким образом, применение в практике проектирования и гигиенической экспертизы Указаний (СН 369-67) вполне обосновано и представляет определенный шаг вперед в развитии проблемы гигиенического расчетного прогнозирования требуемой чистоты атмосферного воздуха. Утверждение Госстроем СССР этих Указаний (СН 369-67), основанных на результатах исследований на тепловых электростанциях, ставит вопрос о необходимости отмены названной выше Временной методики.
Некоторые проектные институты, в частности Теплоэлектропроект, принимают при проектировании в качестве основного технического решения в борьбе с загрязнением атмосферного воздуха метод рассеяния (выбросы сернистого газа), что просчитывается только по Временной методике. Сооружение мощных и сверхмощных тепловых электростанций (2,4—3—4 млн. квт) требует для обеспечения гигиенически допустимых уровней загрязнения атмосферы строительства все более высоких дымовых труб. Если несколько лет назад были редки трубы высотой 180 м, то теперь строится и действует значительное количество труб высотой 250 м, проектируются дымовые трубы высотой 320 и 360 м. При этом суточный выброс сернистого газа составляет сотни тонн. Очевидно, при таком одностороннем подходе, в условиях все возрастающего количества суммарного поступления в атмосферу окислов серы, расчетный путь в широком понимании этого слова не способствует улучшению санитарного состояния воздушного бассейна.
Выводы
1. Введение в практику проектирования и предупредительного санитарного надзора расчетных методов прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха позволяет принимать более обоснованные решения производственно-технического, планировочного и санитарно-гигиенического характера.
2. Положения и формулы, изложенные в Указаниях (СН 369-67), вытекают из практики эксплуатации действующих производств и подтверждены длительной всесторонней натурной проверкой, что служит доказательством их высокой надежности.
3. С гигиенических позиций в целом нельзя признать правильным санитарную охрану атмосферного воздуха исключительно за счет рассеяния огромных масс промышленных выбросов в высоких слоях атмосферы, обосновывая достаточность разбавления расчетным путем (выбросы сернистого газа через трубы мощных ГРЭС).
ЛИТЕРАТУРА
Андреев П. И. Рассеяние в воздухе газов, выбрасываемых промышленными предприятиями. М., 1952. — Б е р л я н д М. Е., Генихович Е. Л., О ник у л Р. И. Труды Главной геофизической обсерватории. Л., 1964, т. 158, с. 3. — Временная методика расчетов рассеивания в атмосфере выбросов (золы и сернистых газов) из дымовых труб электростанций. В кн.: Предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений. М., 1964, в. 8, с. 192. — Г и льде иски о ль д Р. С., Рихтер Б. В., Стяжки н В. М. Учен, записки Московск. лаучно-иослед. ин-та гигиены им. Эрисмана, 1966, с. 117. — Они же. Там же, с. 131. — Гильденскиольд Р. С., Рихтер Б. В. Там же, 1968, с. 16. — Гильденскиольд Р. С., Юшко Я. К., Тюрина Г. Н., Духа но в а В. П. Там же, с. 75. — Гусев М. И., Гильденскиольд Р. С., БайковБ. К. и др. Гиг. и сан., 1968, № 4, с. 69.
Поступила 2/VII 1968 г.
SIGNIFICANCE AND SAFETY OF CALCULATED FORECASTING IN THE ATMOSPHERIC AIR HYGIENE
R. S. Gildenskiold
The author demostrated the possibility of forcasting by means of calculation the atmospheric pollution in settlements for the purpose of their scheming and sanitary control. As the result of comparing the data obtained by means of calculation and that of the field investigation the author points to the safety of using the existing instruction for calculating the extent of spreading in the atmosphere of noxious substances (dust and sulphurous gas), contained in discharges of industrial enterprises.
