Нормування викидів забруднюючих речовин у атмосферне повітря

Джерела, масштаби і наслідки забруднення атмосфери. Нормативи забруднення повітря: максимально-разова і середньодобова гранично допустимі концентрації. Нормування якості повітря робочої зони, ГДК забруднюючих речовин на території підприємства

Атмосферне повітря – один з основних елементів природного середовища, повітря необхідне всьому живому на Землі. Атмосфера виконує наступні функції:

- містить кисень, необхідний для дихання живих організмів;

- є джерелом вуглекислого газу для фотосинтезу рослин;

- захищає живі організми від космічних випромінювань;

- зберігає тепло Землі і регулює клімат;

- трансформує газоподібні продукти обміну речовин;

- переносить водяну пару по планеті;

- є середовищем життя літаючих форм організмів;

- служить джерелом хімічної сировини й енергії;

- приймає і трансформує газоподібні і пилоподібні відходи.

Атмосфера є середовищем для розміщення газоподібних відходів виробництва. Під забрудненням атмосферного повітря розуміють збільшення концентрації фізичних, хімічних і біологічних компонентів понад рівень, що виводять природні системи зі стану рівноваги. Домішка в атмосфері- це розсіяна в атмосфері речовина, що не міститься в її постійному складі. Забруднююча повітря речовина - це домішки в атмосфері, що створює несприятливий вплив на навколишнє середовище і здоров'я населення.

Від якості повітря залежить здоров'я людей, стан рослинного і тваринного світів, міцність і довговічність будь-яких конструкцій будинків, споруджень. Забруднене повітря може бути джерелом забруднення вод, суші, морів, ґрунтів. Без їжі людин може обходитися 5 тижнів, без води – 5 днів, без повітря – 5 хвилин. Для нормальної життєдіяльності людей потрібна наявність не тільки повітря, але й повітря визначеної чистоти.

Близько 85 % забрудників повітря викидають над промисловими районами, 10-15 % - над містами, 1-2 % - над сільською місцевістю і 0,1 % - над Світовим океаном. У великих містах на кожному квадратному кілометрі за добу осідає 1,5 т пилу. Найбільш забрудненими містами України є Київ, Дніпропетровськ, Донецьк, Дніпродзержинськ, Одеса, Харків та інші промислово розвинені міста.

В атмосферне повітря міста потрапляє двоокис сірки, оксиди і диоксиди вуглецю, оксиди азоту, сірководень, сірковуглець, діоксини, фенол, формальдегід, хлор, аміак, сульфати, важкі метали, бензпірен, пил та інші шкідливі речовини.

За кількістю промислових забруднень на душу населення Україна посідає одне з перших місць у Європі. Щорічний обсяг шкідливих речовин, які потрапляють на один квадратний кілометр площі України, у 6,5 раз вищій, ніж у США, і в 3,2 рази – ніж у країнах Європи. Це є наслідком нераціональної структури господарювання і недосконалих технологій. У країні переважають енерго- та матеріалоємні технології, що характеризуються значними обсягами забруднень. Зонами екологічного лиха оголошено понад 15 % території країни.

У легені людини, через які за добу проходить 10000 л повітря, попадає численна кількість домішок, включаючи бактерії, віруси, пил, здатні діяти як антигени.

Для кількісної оцінки вмісту домішок в атмосфері використовуються поняття концентрації – кількості речовини, яка міститься в об’ємі повітря, доведеного до нормальних умов (мг/м³).

Якість атмосферного повітря – це сукупність його властивостей, що визначає ступінь впливу фізичних, хімічних і біологічних факторів на людей, рослинний і тваринний світ, а також матеріали, конструкції, на навколишній світ в цілому. Якість атмосферного повітря може бути задовільною, якщо вміст домішок в ньому не перевищує гранично допустимих концентрацій (ГДК).

Нормативи якості повітря.

Гранично допустима концентрація (ГДК) – це максимальна концентрація домішок в атмосфері, яка при періодичному впливі чи на протязі життя людини не впливає на нього і на навколишнє середовище прямо чи опосередковано, включаючи окремі наслідки. Під прямим впливом розуміють нанесення організму людини тимчасового дратуючого впливу, яке викликає відчуття запаху, кашель, головну біль. При накопиченні в організмі шкідливих речовин вище граничної дози можуть виникати паталогічні зміни окремих органів чи організму в цілому. Під опосередкованим впливом розуміють такі зміни в навколишньому середовищі, які, не здійснюючи шкідливого впливу на живі організми, погіршують звичайні умови існування: це ураження зелених насаджень, збільшення кількості туманних днів і т. д.

Якщо речовина впливає на навколишнє середовище з меншою концентрацією, ніж на організм людини, то при нормуванні виходять із порогу впливу цієї речовини на навколишню природу.

У Радянському Союзі вперше у світі почали нормувати гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі.

Для повітряного середовища існує декілька видів ГДК. Нормативами якості повітря визначені допустимі межі вмісту шкідливих речовин як у виробничій (призначеної для розміщення промислових підприємств, дослідних виробництв науково-дослідних інститутів і тому подібне), так і в селітебній зоні (призначеної для розміщення житлового фонду, громадських будівель і споруд) населених пунктів. Для кожної речовини забруднюючого атмосферу встановлюється два нормативи: разова і середньодобова ГДК.

Гранично допустима концентрація максимально разова (ГДК_м.р., мг/м³) - концентрація шкідливої речовини в повітрі населених місць, яка не викликає рефлекторних реакцій в організмі людини при вдиханні протягом 20 хвилин.

Максимально разову ГДК розраховують для попередження рефлекторної реакції в людини: відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей і ін. Максимально разові ГДК атмосферніх забруднень обгрунтовують на людях, які короткочасно вдихають повітря з вмістом малих концентрацій речовини, що вивчається. При цьому максимальна концентрація не повинна перевищувати ГДК, яку установлено для повітря виробничих приміщень, що і є гарантією безпеки таких досліджень. Спочатку визначають порогову концентрацію по запаху, потім порогові і підпорогові концентрації при роздратуванні рецептивних зон органів дихання.

Гранично допустима середньодобова концентрація шкідливої речовини в повітрі населених місць (ГДК_с.д., мг/м³) - це концентрація, яка не повинна викликати відхилень в стані здоров'я сьогодення і подальших поколінь при невизначено довгому (на протязі декількох років) вдиханні. Таким чином, ГДК_с.д. розрахована на всі групи населення і на невизначено довгий період дії і, отже, є найжорсткішим санітарно-гігієнічним нормативом, що встановлює концентрацію шкідливої речовини в повітряному середовищі. Саме величина ГДК_с.д. може виступати як "еталон" для оцінки благополуччя повітряного середовища в селітебній зоні.

СередньодобовуГДКустановлюють з метою попередження резорбтивного (загальнотоксичного, канцерогенного, мутаційного й ін.) впливів шкідливих речовин. Для встановлення середньодобової ГДК атмосферних забруднень проводять токсикологічний експеримент на тваринах з метою вивчення резорбтивної дії шкідливих речовин. У експерименті моделюють умови контакту людини з речовиною, що вивчається. У спеціальних камерах тварин піддають цілодобовій інгаляційній дії хімічної речовини протягом 3-4 місяців. Для вивчення стану органів і систем організму враховують всілякі фізіологічні, біохімічні, гістохімічні, морфологічні і інші показники.

Всі шкідливі речовини за ступенем негативного впливу на людину діляться на чотири класи:

1 – надзвичайно шкідливі;

2 – високо шкідливі;

3 – помірно шкідливі;

4 – мало шкідливі.

Чим шкідливіша речовина, тим складніші, масштабніші зусилля по захисту атмосферного повітря і тим нижчі ГДК в атмосферному повітрі.

Для зон санітарної охорони курортів, місць розміщення великих санаторіїв і будинків відпочинку, а також для зон відпочинку міст ГДК встановлена на 20 % менше, ніж для звичайних населених місць.

ГДК є єдиними для всієї території, вони затверджені для більш чим 1000 шкідливих речовин, які забруднюють атмосферне повітря населених місць.

Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони – це концентрації, які при щоденній (крім вихідних днів) роботі протягом 8 годин або при іншій тривалості, але не більше 41 години на тиждень, протягом усього робочого стажу не можуть викликати захворювань чи відхилень у стані здоров’я, які виявляються сучасними методами досліджень у процесі роботи чи у віддалений термін життя сьогодення і наступних поколінь. Як випливає з визначення, ГДК_р.з. є нормативом, що обмежує дію шкідливої речовини на дорослу працездатну частину населення протягом періоду часу, встановленого трудовим законодавством.

Робоча зона – це є простір, обмежений по висоті 2 м над рівнем підлоги (площадки), на яких знаходяться місця постійного чи тимчасового перебування працюючих.

Гранично допустимі концентрації шкідливі речовини на території підприємства становлять 0,3 ГДК_р.з..

Гігієнічні нормативи – це державні вимоги до керівників підприємств. За їхнім виконанням стежать органи санітарного нагляду, міністерства охорони здоров’я, державний комітет з охорони природи.

Таблиця 1.1 – Перелік ГДК деяких речовин в атмосферному повітрі (по ГН 2.3.6.695-98 і ГН 2.3.6.696-98)

Продовження таблиці 1.1

Вплив речовин, для яких не встановлені ГДК, оцінюються за орієнтовним безпечним рівнем впливу (ОБРВ) забруднюючих атмосферу речовин. ОБРВ – тимчасовий гігієнічний норматив для забруднюючих атмосферу речовин, який встановлюють розрахунковим методом для цілей проектування промислових об’єктів.

Нормативи ГДК для атмосферного повітря є єдиними для всієї території України. Встановлені в інших країнах ГДК можуть відрізнятися в більшу чи меншу сторону. Наприклад, в США встановлено ГДК_м.р. для SO₂ – 0,75 мг/м³, а в Україні – 0,5 мг/м³.

1.2 Критерії якості атмосферного повітря. Ефект сумації дії забруднюючих речовин. Визначення ступеню забрудненості атмосфери залежно від значення індексу забруднення атмосфери (ІЗА)

Основним критерієм якості атмосферного повітря при встановленні ГДВ для джерел забруднення атмосфери є виконання співвідношення:

(1.1)

де С – розрахункова концентрація шкідливої речовини в приземному шарі повітря, яка не повинна перевищувати гранично дозволену максимально разову концентрацію даної речовини в атмосфері.

Ефект сумації - це ефект посилення дії кожного із забруднювачів атмосфери при їх одночасному находженні у повітрі. В цьому випадку ефект дії суми речовин перевищує суму ефектів, які виникають при дії кожної речовини окремо. У випадку присутності в атмосферному повітрі декількох речовин, які мають здатність до сумації дії, сума їхніх концентрацій не повинна перевищувати одиниці при розрахунку по формулі:

(1.2)

де С₁, С₂ …, С_п - фактичні концентрації речовин у повітрі; мг/м³;

ГДК₁, ГДК₂, ГДК_п – максимально разові гранично допустимі концентрації (ГДК_м.р.) цих речовин, мг/м³.

Ефект суммаціі дії мають 45 композіцій забруднюючих речовин, наприклад:

1 Аміак, сірководень, формальдегід;

2 Оксиди азоту (II) і (IV) (N0 і N0₂), мазутна зола, діоксид сірки;

3 Оксид азоту (IV), гексан, монооксид вуглецю, формальдегід;

4 Оксид азоту, гексен, діоксид сірки, монооксид вуглецю;

5 Оксид азоту (IV) і диоксид сірки;

6 Оксид азоту (IV), діоксид сірки, монооксид вуглецю, фенол;

7 Ацетон, фурфурол, формальдегід і фенол;

8 Озон, оксид азоту (II) і формальдегід;

9 Діоксид сірки, монооксид вуглецю, фенол і пил конверторного виробництва;

10 Діоксид сірки і фенол;

11Діоксид і триоксид сірки, аміак і оксиди азоту;

12 Сильні неорганічні кислоти (сірчана, соляна, азотна);

13. Монооксид вуглецю і пил цементного виробництва.

Запропонований ряд комплексних показників забруднення атмосфери (спільно декількома забруднюючими речовинами); найбільш поширеним і рекомендованим методичною документацією є індекс забруднення атмосфери (ІЗА). ІЗА – є характеристикою рівня забрудненості атмосфери, що створюється п- речовинами, які присутні у атмосфері міста. Кількість домішок, що розглядається, може включати всі забруднюючі речовини, які присутні в атмосфері міста, або тільки пріоритетні речовини, які визначають його стан. ІЗА розраховують як суму концентрацій вибраних забруднюючих речовин в долях ГДК:

(1.3)

де Y_i - одиничний індекс забруднення для i-ї речовини;

q_cpi - середня концентрація i-ї речовини, мг/м³;

ГДК_с.д. – гранично дозволена середньо добова концентрація для i-ї речовини, мг/м³;

а_i – безрозмірна константа приведення ступеню небезпеки i-ї речовини до шкідливості діоксиду сірки, залежна від того, до якого класу небезпеки належить забруднююча речовина (див. таблицю 1.2).

Таблиця 1.2 – Безрозмірна константа відповідно до класу небезпеки речовин

Залежно від значення ІЗА рівень забруднення повітря визначається таким чином (таблиця 1.3):

Таблиця 1.3 – Визначення рівня забруднення атмосферного повітря

Рівень забруднення атмосферного повітря	Значення ІЗА
Низький	5
Підвищений	5-7
Високий	7-14
Дуже високий	14

Для зіставлення даних про забрудненість декількома речовинами атмосфери різних міст або районів міста індекси забруднення атмосфери мають бути розраховані для однакової кількості (n) домішок. При складанні щорічного списку міст з найбільшим рівнем забруднення атмосфери для розрахунку індексу Y_n використовують значення одиничних індексів Y_i тих п'яти речовин, в яких ці значення найбільші. Для кожного населеного пункту встановлений перелік п’яти забруднювачів, по яких розраховують ІЗА. В зв’язку з тим, що концентрації забруднень в атмосферному повітрі не постійні в часі і міняються в залежності від метеорологічних умов, рельєфу місцевості, характеру викиду, виду та густоти забудови і ін., разові проби у відповідності з вимогами стандартів відбирають регулярно декілька раз в добу на протязі короткого проміжку часу (20-30 хв). Найвище значення вмісту забруднюючих домішок в атмосфері, отримане при аналізі багаторазових проб, називають максимальною разовою концентрацією.