Влияние метеорологических условий на загрязнение атмосферы промышленными выбросами

ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ

А.В. Звягинцева, О.А. Пригородова, Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж

Моделирование распространения примесей в атмосферном воздухе промышленного города требует комплексного учета многих факторов, влияющих на состояние атмосферы. Для решения этой сложной задачи удобно использовать методы математического моделирования и ГИС-технологии [1, 2]. Для построения поверхностей мы выбрали метод интерполяции - крикинг. Кригинг -это относительно быстрый метод интерполяции и допускает автокорреляцию пространственных данных. В воздухе города Воронеж присутствуют многие вредные вещества, но уровень загрязнения ниже, чем в других городах. Средние за месяц концентрации пыли и оксида азота (IV) в отдельные периоды превышают санитарные нормы в 2-5 раз. Загрязнен воздух в юго-западной части города, расположенной на левом берегу Воронежского водохранилища. Здесь концентрации вредных примесей в 1.5-2 раза выше, чем на другом берегу. В правобережной части города повышенный уровень загрязнения воздуха создается в основном зимой при ветрах со стороны промышленных источников. Выбросы пыли от промышленных предприятий составляют порядка 17 тысяч тонн в год. Примерно такое же количество поступает в атмосферу оксида серы (IV). Выбросы оксидов азота несколько меньше (~9 тыс. т.), но они более токсичны (таблица 1). Причиной высокой запыленности воздуха является недостаточно надежная работа очистных аппаратов. На предприятиях города около 30 % всех газоочистных установок неисправны. На предприятиях тяжелого машиностроения неисправна половина таких устройств [3].

Таблица 1.

Соотношение вредных веществ, поступающих в атмосферу,

Выброс вещества Процессы образования Суммарный %

Оксид углерода Неполное сгорание топлива 52

Оксид серы Сгорание серосодержащего топлива 18

Пыль Сгорание топлива, производственные процессы 10

Углеводоро ды Нефтепереработка 12

Оксид азота Окисление атмосферного азота при сгорании топлива 6

Другие вещества 2

По данным областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды максимальные значения содержания в воздухе пыли наблюдались в весенне-летний период, оксида углерода - в зимне-весенний, оксидов азота и формальдегида в весенне-летний период.

На основе анализа мониторинговых данных о вкладе различных предприятий в загрязнение атмосферы города Воронеж источником загрязнения был выбран левый берег города Воронежа район Машмет. В работе для расчетов использовались только четыре элемента: РЬ, СО, Б02, N02, имеющих наибольшие концентрации в атмосфере. Для проведения моделирования использовалась следующая входная информация: данные об источниках выбросов (наименование и тип, высота, диаметр устья, скорость выхода и температура газовой воздушной смеси, координаты источника на местности и т.д.) и выбрасываемых ими веществах; сведения о постах контроля атмосферы, измеренных на них концентрациях загрязняющих веществ и метеорологических параметрах. Сопутствующая входная информация включает стандартные параметры расчета концентраций: условия рассеивания для города, используемые для расчета источники и вещество, границы и интервалы сетки расчетной области, параметры изолиний. При моделировании оценки загрязнения атмосферы города промышленными выбросами задавались метеорологические параметры (скорость и направление ветра, температура окружающего воздуха), измеренные на стационарных постах, так же использовались данные о количестве выбросов загрязняющих веществ, зафиксированных системами непрерывного контроля и учета выбросов. Расчеты зон распространения и накопления примесей загрязняющих веществ в окружающей среде основаны на статистической обработке данных, таблица 2. Атмосфера имеет такое свойство как самоочищение. При этом большую роль играет интенсивность осадков. Анализ результатов наблюдений показал, что повышение концентрации пыли и сернистого газа редко наблюдаются после дождя, а удаление их из атмосферы в большой степени зависит от интенсивности и количества выпавших осадков.

Таблица 2

Статистические данные средней концентрации примесей загрязняющих веществ (РЬ, СО, Б02, N0^ и гидродинамического режима архивной выборки с гидрометеорологических постов города Воронеж

Показатели Р1 Р2 Рз Р4 Р5

Концентрация, мг/м3 1,286 1,287 3,101 0,1 0,347

Скорость ветра, м/с 1 1 2 3 3

Атмосферное давление, мм. рт. ст 750 750 749 750 749

Количество облаков 9 8 9 10 10

Влажность, % 87 87 89 90 89

Температура, °С 13 13 11 9 10

Модель. Метеорологические условия, влияющие на самоочищение атмосферы от примесей загрязняющих веществ в воздухе. Метеорологические условия: пасмурно, осадки; атмосферное давление 740 - 770 мм. рт. ст.; ветер Южный, Юго-Восточный, скорость ветра 0- 5 м/ с. Обозначение: светлым цветом - концентрация близкая к ПДК; темный цветом - концентрация больше ПДК

Концентрация диоксида азота уменьшается при выпадении осадков, а озон и другие окислители в летнее время после дождя исчезают из атмосферы почти полностью. Отсюда следует, что при изучении условий формирования среднего уровня загрязнения воздуха, надо учитывать интенсивность и количество осадков. В таблице 3 приведены показатели средней концентрации примесей загрязняющих веществ и гидродинамического режима, по которым моделировались метеорологические условия, влияющие на самоочищение атмосферы при распространении и накоплении примесей 4-х компонентов в воздухе при выбросе от промышленных предприятий район Машмет Левобережный район города Воронеж. Контрольная точка для измерения концентрации загрязняющих примесей - гидрометеорологический пост на ул. Д.И. Менделеева район Машмет. На рисунке приведен пример модели возможного загрязнения атмосферы на территории города Воронежа, показаны зоны выбросов загрязняющих веществ при осадках. При прогнозировании НМУ,

способствующих накоплению концентрации ЗВ выше ПДК в атмосфере, существуют 3 степени предупреждения вредных выбросов, которым соответствуют определенные режимы работы предприятий, таблица 3.

Таблица 3

Предупреждение вредных выбросов и мероприятия по сокращение выбросов при

НМУ

Предупреждение вредных выбросов в периоды НМУ Режим работы предприятия при НМУ Мероприятия по сокращению выбросов

Первая степень (ожидаемые концентрации одного или несколько ЗВ при НМУ составят >1ПДК) Первый режим работы а) сокращение концентрации ЗВ в приземном слое атмосферы на 1520%; б) усилить контроль за точным соблюдением технологического регламента производства; в) усилить контроль за техническим состоянием и эксплуатацией всех газоочистных сооружений.

Вторая степень (ожидаемые концентрации одного или несколько ЗВ при НМУ составят >3ПДК Второй режим работы а) сокращение концентрации на ЗВ в приземном слое атмосферы 20-40%; б) снизить производительность отдельных аппаратов, работа которых связана со значительным выделением в атмосферу ЗВ; в) запретить работы на установках, связанные с утечкой ЗВ.

Третья степень (ожидаемые концентрации одного или несколько ЗВ при НМУ составят >5ПДК) Третий режим работы а) сокращение концентрации ЗВ в приземном слое атмосферы на 4060%; б) отключить оборудование, работа которого связана со значительным загрязнение воздуха; в) остановить производства, не имеющих газоочистных сооружений.

Таким образом, при построении распределения загрязнений по данным каждого поста контроля атмосферы было оценено влияние факела промышленного предприятия на загрязнение атмосферного воздуха города Воронежа в районе расположения постов. С помощью географической информационной системы ArcGIS 9.3 модуля Geostatistical Analyst построены электронные карты, учитывающие влияние осадков на самоочищение атмосферы, с помощью которых можно определить ожидаемую концентрацию загрязняющих веществ, таких как PL (пыль), CO, SO2, NO2.

Список использованной литературы

1. Артемьев А.С., Звягинцева А.В. Возможности геоинформационного моделирования при прогнозировании распространения загрязняющих веществ помышленных выбросов объектов техносферы в окружающей среде. - Вестник ВГТУ, 2011. Т.7. №11.1. С. 106-110.

2. Звягинцева А.В., Долженкова В.В. Перспективы применение гис технологий Floodmap при прогнозировании риска затопления на водных объектах Воронежской области. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Самара: изд-во Самарского научного центра РАН. 2015. Т.17, № 6. С. 70-81.