Допустимые уровни загрязнения атмосферного

воздуха по рекомендациям экспертов ВОЗ

 

Загрязняющее вещество	Допустимый уровень, мг/м^3
	Среднегодовой	Разовый
Оксиды серы Взвешенные частицы Оксид углерода (II) Окислители (озон)	0,06 0,04 10 (за 8 ч) 0,06 (за 8 ч)	0,2 0,12 40 0,12

 

Внедрение новых промышленных технологий, химических веществ приводит к необходимости разработки расчетных методов ПДК. Основой расчетов ПДК является физиологическое и биологическое воздействие вещества на человека:

– порог обонятельного ощущения;

– порог изменения световой чувствительности глаза;

– порог изменения биоэлектрической активности коры головного мозга;

– среднесмертельная доза отравляющего вещества ЛД₅₀.

Уравнения линейной регрессии для расчета ориентировочных величин максимальных разовых ПДК имеют вид:

 

;

;

,

 

где  – порог обоняния у наиболее чувствительных лиц;  – порог световой чувствительности глаза, мг/м³;  – порог изменения биоэлектрической активности коры головного мозга, мг/м³.

Сравнив ПДК, найденные с помощью различных методов, берут наиболее чувствительный критерий и находят расчетное значение ПДК_м.р по уравнению

 

,

 

где x ₄ – пороговая концентрация по наиболее чувствительному тесту, мг/м³.

Для расчета среднесуточных ПДК используют следующие формулы:

 

                         ;

;

;

                         .

 

Определение предельно допустимой концентрации вещества в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования также основано на комплексном санитарно-гигиеническом исследовании:

– определение предельно допустимой концентрации по органолептическому показателю вредности;

– определение предельно допустимой концентрации по санитарно-токсическим показателям;

– определение предельно допустимой концентрации по общесанитарным показателям (окисляемость, самоочищение водоема).

Из трех значений предельно допустимых концентраций берут наименьший норматив.

Расчет предельно допустимой концентрации вредных веществ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования можно провести по формуле

 

,

 

где  – предельно допустимая концентрация, мг/л;  – предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м³.

Уравнения для расчетов ПДК получены методом регрессионного анализа, отдельные элементы которого рассмотрены в моделировании сложных систем и процессов.

Биологический отклик группы токсичных соединений может быть представлен как сумма активности  отдельных веществ, заместителей и функциональных групп, плюс некоторая средняя активность:

 

БО = ,

 

где БО – биологический отклик; a _i ⁰ – средняя активность компонентов;
a _i – активность отдельных элементов структуры; x _i – вклад активности.

Приведенные выше уравнения разработаны разными авторами в различные периоды времени, поэтому наиболее целесообразно использовать формулы, дающие минимальное значение ПДК для неизвестных веществ.

Экспериментальные методы измерения количества вредных веществ в экологических системах дают наиболее достоверную информацию о состоянии окружающей среды.

Расчеты ожидаемой концентрации вредного вещества менее трудоемки и более приемлемы для быстрой оценки загрязнения воздуха, воды или почвы.

Рассмотрим несколько алгоритмов расчета рассеивания веществ в атмосфере. Перенос веществ в атмосфере осуществляется полем среднего ветра и турбулентными движениями относительно центра рассеивания. Следует различать три основных потока, осуществляющих перенос вещества – приземный слой, переходный слой, градиентный ветровой поток. Все расчеты выполняются в основном для приземного слоя, на который влияют рельеф и шероховатость Земли,

Н ~ 2 м.

Градиентный перенос вещества в атмосфере описывается дифференциальным уравнением второго порядка:

 

,

 

где  – масса вещества;  – коэффициент рассеивания, i = x, y, z.

Используя модель статистической теории рассеивания, находят концентрацию веществ в приземном слое. Для удобства расчетов решение дифференциальных уравнений с граничными условиями интерполируют различными формулами, которые сводят в нормативные документы. Предполагается, что точность расчетов достигает 20–30%, но необходимо помнить, что реальные атмосферные процессы настолько сложны, что ожидаемые расчетные концентрации вредных веществ могут не соответствовать действительному загрязнению системы.

Максимальное значение приземной концентрации вещества при выбросе газовоздушной смеси при неблагоприятных метеорологических условиях определяют по формуле

 

,

 

где  – максимальная концентрация вещества, мг/м³;  – коэффициент температурной стратификации атмосферы (А = 140 – 250);  – мощность выброса, г/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества,   F = 1 для газов, мелкодисперсных частиц и аэрозолей, для остальных частиц F = 2–3;  – коэффициенты, учитывающие условия выброса; – коэффициент учета рельефа местности, если рельеф не учитывают ;  – высота источника выброса с круглым устьем, м; V ₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с;  – разность между температурой смеси и температурой воздуха,

 

 

где D – диаметр устья источника выброса, м; ω₀ – скорость выхода смеси, м/с.

Коэффициенты m, n определяют в зависимости от параметров f, , , f _e. Если условия выброса не учитывают, то m = n = 1

 

< 100;

.

Для f _e < f < 100 значение коэффициента m вычисляют при f _e = f.

Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от v_m по формулам

n = 1, v_m ≥ 2;

n = 0,532· v ² _m – 2,13 v_m + 3,13,  0,5 ≤ v _m < 2;

n = 4,4 v_m, v_m < 0,5.

 

При f ≥ 100 или Δ Т = 0 и  ≥ 0,5 концентрацию вредного вещества рассчитывают так:

 

,

 

где n определяют по формулам при v _m = .

При f < 100, v _m < 0,5 или f < 100,  < 0,5 (случай предельно малых опасных скоростей ветра) максимальную приземную концентрацию загрязняющего вещества находят следующим образом:

 

,

 

где  = 2,86 m; f < 100, v_m < 0,5;  = 0,9; f < 100;  < 0,5.

Расстояние, на котором наблюдают максимальную приземную концентрацию, находят по формуле

 

,

 

где , ,  < 100;

, 0,5 < ,  < 100;

, ,  < 100;

, ,  > 100, ;

, ,  > 100, ;

,  > 2,  > 100, .

 

При неблагоприятных метеорологических условиях приземную концентрацию веществ по оси факела (рис. 5.1) рассчитывают по формуле

 

,

 

где S – безразмерный коэффициент, равный:

;

 1< ≤;

˃8, F≤1,5;

˃8, F˃1,5.

Рис. 5.1. Схема рассеивания веществ в атмосфере:

О ' – центральная точка рассеивания по оси факела; OX – ось факела; (х, y, z) – координаты точек, в которых определяют концентрацию вредных веществ

 

Следует отметить, что расчетные формулы, приведенные выше, справедливы для максимальных концентраций, лежащих по оси факела рассеивания OX.

Значение приземной концентрации вредных веществ в точках с координатами (x, - y, 0), (x, - y, z), (x, y, z), (0, 0, 0) и так далее рассчитывают по другим более сложным формулам, учитывающим различные скорости ветра, отличные от опасных, при которых достигается максимальная приземная концентрация С _м.  Расчет опасной скорости ветра

 

< 0,5, f < 100;

,   f < 100;

U _м = v_m (1+0,12 ), v_m > 2,   f < 100;

U _м = 0,5, v_m <0,5,   f < 100;

U _м = v_m ', 0,5 < v_m '<2,   f < 100;

U _м = 2,2 v_m ', v_m > 2, f < 100,

 

где U _м – опасная скорость ветра, м/с, при которой достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества С _м.

Влияние автомобильного транспорта на качество воздуха городских улиц оценивают по содержанию оксида углерода (II) на проезжей дороге.

 Формула расчета приземной концентрации оксида углерода (II) представлена в таком виде:

 

где С ₀ = 7,39 + 0,26 N + A ₁ + A ₂ + A ₃; N – интенсивность движения автомобилей, шт/ч; А ₁ – соотношение грузового и автобусного транспорта, %; А ₂ – отклонение от скорости движения 40 км/ч, %; А ₃ – поправка на продольный дороги, на каждые 2º добавляют 1,5% С_м; К ₁ – коэффициент улучшения технического обслуживания; К ₂ – коэффициент, учитывающий внедрение каталитических средств обезвреживания выбросов; К ₃ – коэффициент внедрения малотоксичных рабочих двигателей; V ₀ – скорость ветра на улице (1–10 м/с);  – ширина улицы (3–100 м); C _м – концентрация оксида углерода г, мг/м³.

Коэффициенты, учитывающие различные факторы выбросов, даны в табл. 5.6, 5.7.

Таблица 5.6