Сводные расчеты загрязнения атмосферы выбросами промышленности и автотранспорта и их применение при нормировании выбросов предприятий

Сводные расчеты загрязнения атмосферного воздуха являются необходимым элементом государственного управления в области охраны атмосферного воздуха, позволяющим учесть требования системности и комплексности подхода к такому управлению, а также его научной обоснованности. Сводные расчеты загрязнения атмосферы могут быть использованы при решении рада задач, связанных с охраной атмосферного воздуха. К таким задачам относятся:

- диагноз состояния загрязнения воздушного бассейна города (региона) и его отдельных районов в определенные периоды времени;

- прогноз изменения состояния качества атмосферы города (региона) под влиянием изменений выбросов вредных веществ в результате ввода в действие новых хозяйственных объектов, реконструкции действующих, проведения воздухоохранных мероприятий, изменения схемы движения транспортных потоков и т.п.;

- оценка экологической допустимости намечаемых изменений выбросов;

- нормирование параметров выбросов источников загрязнения атмосферы (ИЗА).

5.1. Руководство работами по организации и выполнению сводных расчетов загрязнения атмосферы на территории субъектов РФ осуществляется территориальными органами Ростехнадзора (головными организациями) (или по их поручению специализированными организациями) совместно с органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации в соответствии с их компетенцией.

В качестве Исполнителей следует привлекать на конкурсной основе организации города (региона), располагающие высококвалифицированными специалистами в области охраны атмосферы, имеющими практический опыт работы по инвентаризации и нормированию выбросов в атмосферу. Эти организации должны располагать необходимым парком быстродействующей компьютерной техники.

Общее методическое обеспечение работами по организации и выполнению сводных расчетов загрязнения атмосферы осуществляется Научно-исследовательским институтом по охране атмосферного воздуха (НИИ Атмосфера) Ростехнадзора.

Финансирование работ может осуществляться из бюджета города (региона), муниципальных фондов, а также из целевых фондов, формируемых за счет долевого участия предприятий, являющихся основными загрязнителями воздушного бассейна города (региона).

5.2. При решении задачи нормирования выбросов сводные расчеты используются для определения предельно допустимых значений характеристик ИЗА.

Проведение сводных расчетов загрязнения атмосферы выбросами источников всех предприятий и других объектов города (региона) на определенном этапе нормирования их выбросов предусмотрено ГОСТ 17.2.3.02-78 [21]. Согласно [21] необходимым условием того, чтобы определенные значения параметров ИЗА предприятий города могли быть приняты в качестве нормативных, является выполнение условия непревышения ПДК для приземной концентрации каждого ЗВ, выбрасываемого в атмосферу, рассчитанной с учетом всех выбросов этого ЗВ всеми предприятиями города.

Подготовка и проведение сводных расчетов загрязнения атмосферы потребовали разработки методического обоснования их выполнения [7]. По сравнению с разработками ведомственных проектов нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) для отдельных предприятий сводные расчеты имеют ряд специфических особенностей.

5.3. Для обеспечения сводных расчетов должны применяться программные комплексы, удовлетворяющие требованиям к данной работе как по объему исходной информации, так и по интерпретации и анализу результатов расчетов. Для решения данной задачи необходима разработка алгоритма, позволяющего проводить детальный анализ результатов расчетов, определять предприятия, вносящие наибольший вклад в формирование общегородских зон повышенного загрязнения воздуха, разрабатывать требования к предприятиям города по снижению их вкладов в загрязнение воздушного бассейна. Сводные расчеты загрязнения атмосферы должны производится с помощью УПРЗА, согласованных в установленном порядке.

5.4. Объем исходной информации о промышленных выбросах изменяется от 2-3 тыс. источников и 100-120 вредных веществ для городов с населением 200-300 тыс. чел. до 10-20 тыс. источников и 200-250 вредных веществ для городов с населением более 0,5 млн. чел. Это предъявляет особые требования к формированию базы данных, их сбору. Значительную сложность представляет определение состояния исходной информации, содержащей данные о выбросах в атмосферу, и ее анализ с точки зрения возможности использования для проведения сводных расчетов.

В частности:

- анализ полноты и достоверности данных, включая информацию об изменении выбросов во времени;

- выяснение необходимости разработки программ для ПЭВМ - конвертеров данных, занесенных на машинный носитель с помощью различных программных средств;

- анализ корректности описания источников с точки зрения используемых расчетных методов.

Как правило, исходная информация о выбросах разных предприятий имеет существенные временные различия в данных ее получения и согласования. Поэтому весьма важной является процедура корректировки исходных данных с учетом фактического объема производств рассматриваемых предприятий. Значительный объем исходной информации определяет необходимость разработки единой системы кодирования предприятий, основных производств и источников, а также формирование словаря примесей. При проведении расчетов загрязнения атмосферы для отдельных предприятий параметры источников (особенно с нестандартными характеристиками выбросов) нередко задаются разными типами, и вредные вещества имеют разную кодировку, что обуславливает необходимость унификации подходов к стилизации источников и их параметров.

При подготовке к выполнению сводных расчетов необходим анализ нестационарности выбросов во времени как в разрезе отдельных предприятий, так и города в целом. В разрезе отдельных предприятий рассматриваются ситуации одновременности работы однотипного оборудования, а также количественные и качественные различия выделений (выбросов) на стадиях крупных технологических процессов. В разрезе города анализируются и выявляются предприятия (или их основные производства), график работы которых отличается от графика работы основной массы предприятий.

5.5. На первом этапе работ по организации сводных расчетов создается электронная топографическая основа города, на которую наносятся источники выбросов в общей системе координат. Создание электронной топоосновы города осуществляется по картографическому материалу, подготавливаемому соответствующими подразделениями исполнительной власти города (в основном архитектурными управлениями). Наличие таких электронных карт позволяет обеспечить точную привязку источников загрязнения атмосферы как промышленных, так и автотранспортных (которые стилизуются участками городских автомагистралей) к единой городской системе координат, отображать, масштабировать, печатать топооснову местности с нанесенными источниками выбросов и полями приземных концентраций по одному или нескольким ЗВ.

5.6. Сводные расчеты должны учитывать выбросы как промышленности, так и автотранспорта. Если автотранспорт, находящийся на производственной территории подлежит учету в рамках проектов ПДВ, то для учета выбросов автотранспорта, движущегося по территории города, необходима постановка специальных натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков, расчет их выбросов для конкретных автомагистралей [16].

5.7. При организации расчетов загрязнения атмосферы следует учитывать, что выбросы далеко не всех веществ и предприятий заметным образом влияют на общий уровень загрязнения воздуха. Имеющийся опыт сводных расчетов показывает, что из 200 - 300 загрязняющих веществ, выбрасываемых источниками среднего российского города, даже в городах с высоким уровнем загрязнения, лишь по 30-40% этих веществ достигаются заметные концентрации, требующие принятия воздухоохранных мер.

Важным требованием к организации расчетов является исключение бессмысленных расчетов, требующих лишних затрат усилий и ресурсов как на стадии их проведения, так и на стадии анализа результатов. В этом смысле очень важно выявление тех примесей, которые не оказывают заметного влияния на общую экологическую ситуацию и описание степени их влияния с помощью интегральных показателей без проведения детальных расчетов.

Как показывает опыт расчетов, для многих веществ, выбрасываемых источниками города, заметные концентрации этих веществ (как правило, специфических) выявляются не на всей территории города, а на сравнительно небольшой ее части. Подробные расчеты полей приземных концентраций этих веществ на всей территории города излишни. Поэтому рекомендуется для всех веществ, для которых проводятся расчеты полей приземных концентраций, вначале провести расчеты этих полей в первом приближении: с крупным шагом порядка 1 км на расчетном прямоугольнике, охватывающем всю территорию города и пригородные территории, в районах расположения предприятий. Такие расчеты можно проводить при одной скорости ветра, равной средневзвешенной опасной скорости ветра, U_мс, U=U_мс.

5.7.1. На основе анализа результатов укрупненных расчетов первого приближения определяются уточненные размеры расчетных прямоугольников и их количество для каждого из рассматриваемых вредных веществ.

Расчетные прямоугольники для каждого вещества выбираются из тех соображений, чтобы они «накрывали» территории, на которых в расчетах первого приближения были получены концентрации, превышающие 0,1 ПДК.

Шаги расчетной сетки выбираются с учетом величин (Х_Mi), рассчитанных программой на первых этапах расчетов для каждого, 1-го источника в соответствии с п.2.8 ОНД-86. По опыту расчетов оказывается, что, как правило, оптимальным является выбор шага расчетной сетки 250-300 м для индивидуальных компонент взвешенных веществ и 400-500 м для газообразных примесей. При необходимости более детальной оценки загрязнения воздуха в районе отдельных предприятий шаг расчетной сетки может быть уменьшен.

При уточненном расчете распределений приземных концентраций примесей для задания расчетных скоростей ветра рекомендуется использовать блоки перебора скоростей и направлений ветра, действующие по умолчанию, которые во многих случаях обеспечивают более точный расчет максимальных концентраций, чем при использовании режима, указанного в ОНД-86.

Анализ результатов расчетов выполняется последовательно для каждой из рассматриваемых примесей и групп суммации. В первую очередь выявляются предприятия и источники, дающие превалирующий вклад в формирование общегородских зон с превышением ПДК, охватывающих городскую территорию вне производственных площадок.

Далее разрабатываются требования к предприятиям по снижению выбросов в целях ликвидации общегородского повышенного загрязнения воздуха.

5.8. Возможно два способа использования сводных расчетов загрязнения атмосферы при определении нормативов выбросов.

При первом способе по результатам сводных расчетов определяются значения фоновых концентраций ЗВ, которые затем используются в соответствии со схемой, приведенной в разделе 7 ОНД-86 [6], аналогично фоновым концентрациям, определенным на основании регулярных измерений в соответствии с [10]. Расчетные фоновые концентрации определяются на основе данных о параметрах выбросов предприятий города органами по охране окружающей природной среды Ростехнадзора и выдаются природопользователям по их запросам.

При втором способе сводные расчеты используются при определении допустимых вкладов предприятий в загрязнение атмосферы. После чего нормирование выбросов каждого предприятия производится с учетом необходимости соблюдения установленной для него величины допустимого вклада.

Поскольку в качестве исходных данных для расчета фона должны использоваться нормативные значения параметров ИЗА, база данных, на основании которой рассчитываются значения фоновых концентраций, меняется по мере утверждения нормативов для предприятий. Т.е. для предприятий, разрабатывающих свои предложения в разное время, фон рассчитывается по разным базам данных. Перечисленные обстоятельства приводят к излишнему расходу ресурсов (финансовых, энергетических и пр.) при достижении выполнения экологических требований с помощью схемы учета совместного влияния выбросов разных предприятий на загрязнение воздуха посредством расчета фоновых концентраций.

По указанным причинам использование сводных расчетов загрязнения атмосферы для расчета фоновых концентраций при нормировании выбросов предприятий целесообразно проводить на начальном этапе организации работ по нормированию выбросов с использованием сводных расчетов.

5.8.1. Более предпочтительным для наиболее обоснованного определения значений нормативов параметров выбросов является второй из указанных подходов к использованию сводных расчетов при нормировании выбросов [7, 19].

При этом подходе процесс определения нормативов выбросов распадается на несколько этапов, отличающихся как по содержанию и «уровню» используемой на каждом из них информации, так и по содержанию решаемых на этих этапах задач и результатам работ в рамках каждого этапа.

На первом этапе, помимо данных о параметрах ИЗА предприятий и планах их развития, может использоваться также обобщенная информация, содержащая характеристики социально-экономической значимости предприятий в масштабах региона и страны, и другая, доступная на региональном уровне обобщенная информация о предприятии. На этом этапе проводятся сводные расчеты полей максимальных приземных концентраций, выбрасываемых предприятиями и другими объектами города (региона). По результатам этих расчетов определяются уровни загрязнения воздушного бассейна города (региона) различными веществами при существующих или проектных регламентных значениях параметров выбросов.

На втором этапе устанавливаются дифференцированно по территории города значения предельно допустимых уровней суммарных приземных концентраций, которые могут создаваться выбросами веек учитываемых источников города (региона).

При этом учитываются:

- результаты сводных расчетов загрязнения атмосферы;

- экологические требования к качеству атмосферного воздуха определенных территорий;

- фоновое загрязнение атмосферного воздуха за счет межрегионального и трансграничного переноса;

- перспективы развития промышленности, автотранспорта и других объектов на разных территориях.

Устанавливаемые предельно допустимые уровни суммарных приземных концентраций не должны превышать гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха.

На третьем этапе определяется допустимый вклад (квота) каждого предприятия в загрязнение атмосферы при нормировании его выбросов, который характеризуется набором полей квот для приземных концентраций ЗВ и групп веществ, обладающих комбинированным вредным действием, содержащихся в выбросах предприятия.

Определенные в результате проведения перечисленных этапов работ квоты предприятий передаются им в территориальные органы Ростехнадзора в качестве ограничений на величины приземных концентраций загрязняющих веществ, которые могут создаваться их выбросами.

Определяются конкретные пути и способы достижения этих допустимых вкладов с учетом детальной информации о возможностях предприятия и определяются нормативы параметров выбросов в атмосферу.

5.9. Весьма важным является учет при сводных расчетах степени негативного воздействия выбросов автотранспорта на атмосферный воздух. Как известно, автотранспорт является специфическим источником загрязнения атмосферы и представляет собой множество наземных точечных источников, сосредоточенных на основных автомагистралях. Формируемые выбросами автотранспортных потоков в районах автомагистралей и их пересечений зоны загрязнения воздуха такими веществами как оксид углерода, диоксид азота, углеводороды могут характеризоваться высокими (часто больше ПДК) значениями концентраций и охватывать достаточно большие территории. Поэтому при сводных оценках загрязнения города в этом случае проводятся раздельные расчеты полей максимальных приземных концентраций, обусловленных выбросами промышленности и автотранспорта.

Как показывает практика, проведение в первую очередь совместных расчетов не позволяет правильно оценить вклад конкретных источников в загрязнении атмосферы и, самое главное, разработать комплекс мероприятий по требуемому снижению выбросов промышленности и автотранспорта. Совместные расчеты загрязнения воздуха выбросами промышленности и автотранспорта целесообразно проводить на заключительных этапах оценки существующего положения в целях определения уровня фонового загрязнения воздуха, а также оценки положения на перспективу для целей определения достаточности предлагаемых мероприятий по сокращению выбросов промышленности и автотранспорта.

5.10. Развитию работ по проведению сводных расчетов загрязнения атмосферы и их применению при нормировании выбросов способствовал Приказ Госкомэкологии № 66 от 16.02.99 г. «О применении системы сводных расчетов при нормировании выбросов». В соответствии с этим приказом в 12 областях Российской Федерации территориальные органы Госкомэкологии РФ приступили к созданию компьютерных банков данных о выбросах промышленных предприятий и автотранспорта и внедрению системы сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленности и автотранспорта в практику воздухоохранной деятельности. К настоящему времени поддержание работы в оперативном режиме компьютерного банка данных о выбросах промышленности и автотранспорта осуществляется в Санкт-Петербурге (на базе НИИ Атмосфера и в администрации города), Череповце (в администрации города), в городах Пермской области, Воронеже, Пскове и др.