Расчет загрязнения атмосферы вредными выбросами на примере топливозаправочного комплекса

УДК 504.75.05

Р. М. Гарипов, Л. Л. Семенычева, И. А. Козлов

РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВРЕДНЫМИ ВЫБРОСАМИ НА ПРИМЕРЕ ТОПЛИВОЗАПРАВОЧНОГО КОМПЛЕКСА

Ключевые слова: экологическая опасность, топливозаправочный комплекс, вредные выбросы, расчет загрязнения воздуха.

Выполнен расчет загрязнения атмосферы вредными выбросами на примере альтернативного топливозаправочного комплекса, расположенного на территории аэропорта г. Челябинска. Показано, что создаваемые выбросами предприятия приземные концентрации для всех загрязняющих веществ не превышают критерия качества воздуха в жилой зоне. Выдвинуто предложение установить нормативы предельно допустимых выбросов данных веществ на уровне существующего выброса.

Keywords: ecological hazard, refueling complex, harmful emissions, calculation of air pollution.

The calculation of atmospheric pollution by harmful emissions is performed using the example of an alternative refueling complex located on the territory of the airport in Chelyabinsk. It is shown that the surface concentrations created by the company's emissions for all pollutants do not exceed the criterion of air quality in the residential area. A proposal was made to set standards for maximum permissible emissions of these substances at the level of the existing emission.

Введение

Негативным последствием урбанизации является загрязнение воздуха в жилых зонах благодаря деятельности человека. В настоящее время становится жизненно необходимым мониторинг изменений состояния окружающей среды, прежде всего, воздуха для предотвращения

экологических проблем. В работе [1] проведен анализ вредных выбросов в атмосферу на примере альтернативного топливозаправочного комплекса (АТЗК), расположенного на территории аэропорта г. Челябинска и показано, что необходимо нормирование концентрации выбросов оксида углерода, диоксидов азота и серы, а также сажи, керосина, метанола и этилцеллозольва.

Целью данной работы является расчет загрязнения атмосферы оксидами углерода, азота и серы, а также сажи, керосина, метанола и этилцеллозольва с целью выяснения качества воздуха в жилой зоне. Основной задачей работы стали расчеты загрязнения приземного слоя воздуха на основе экспериментальных данных количества примесей.

Экспериментальная часть

Экспериментальные данные для расчетов получены при инвентаризации АТЗК. Расчет загрязнения атмосферы вредными выбросами проводился с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы УПРЗА Эколог «Базовый» с учетом влияния застройки (версия 3.1), разработанной в соответствии с требованиями ОНД-86 [2]) без учета фоновых концентраций. Характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере г. Челябинска представлены в табл. 1.

Таблица 1 - Характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания

загрязняющих веществ в атмосфере г. Челябинска *

Наименование характеристик Величины

Коэффициент, зависящий от стратификации атмосферы А 160

Коэффициент рельефа 1

местности ^

Средняя температура 24,1

наружного воздуха самого

жаркого месяца в 13 часов дня, °С

Средняя температура -15,8

наружного воздуха наиболее холодного

месяца, °С

Среднегодовая роза

ветров, %

С 15

СВ 5

В 3

ЮВ 10

Ю 23

ЮЗ 12

- данные предоставлены Челябинским центром по гидрометеорологии и окружающей среде — филиалом ФГБУ «Уральское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», на основании письменного запроса.

Обсуждение результатов

Рассчеты загрязнения воздуха проводили на основании методики ОНД-86 и [2], которая в новом документе «Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе», внедрение которого планируется в 2018 г., существенных изменений не претерпела [4]. Необходимо рассчитать коэффициент целесообразности расчета [е], который рассчитывается как отношение

совокупности максимальных концентраций вредного вещества к его предельно допустимой концентрации (ПДК), т.е. См/ ПДК. Если е >0,01, то проводятся детальные расчеты загрязнения атмосферы с целью выяснения необходимости контроля за их содержанием. Соответственно, для вредных веществ, у которых параметр е < 0,01, то расчеты не нужны.

Согласно проведенным ранее расчетам в воздухе АТЗК необходим расчет нормирования оксида углерода, диоксидов азота и серы, а также сажи, керосина, метанола и этилцеллозольва [1]. Значения параметра е для выбросов рассчитывали, учитывая максимальные концентрации

перечисленных веществ в совокупности источников данного предприятия См (мг/м3). Полученные экспериментальные данные приведены табл.2.

Таблица 2 - Значения сумм максимальных концентраций вредных веществ на АТЗК

Наименование ПДК, мг/м3 е

Азота диоксид 0,20 0,0036683

Углерод (Сажа) 0,15 0,0006894

Сера диоксид 0,50 0,0003948

Углерод оксид 5,00 0,0003393

Метанол 1,00 0,3504505

Этилцеллозольв 0,70 0,0189889

Керосин 1,20 7,8997618

Данные, представленные в табл.2, свидетельствуют о необходимости расчета по 3 веществам: метанолу, этилцеллозольву и керосину.

Согласно п. 2.4. ОНД-86 [2] учет фонового загрязнения обязателен для всех предприятий, всех загрязняющих веществ, для которых выполняется условие: величина наибольшей приземной концентрации, создаваемая вредным выбросом рассматриваемого предприятия в зоне влияния выбросов предприятия на границе ближайшей жилой застройки составляет величину больше единицы (значение q рассчитывается в долях ПДК). Согласно ОНД-86 [2], в случае если для вредного вещества, выбрасываемого предприятием, концентрация не превышает 0,1 ПДК, то учет фонового загрязнения атмосферы не требуется, и группы веществ, обладающие комбинированным вредным воздействием, в которые входит данное вещество, не рассматриваются. На основании этого детальные расчеты выполнены по 3 веществам: метанолу, 2-Этоксиэтанолу и керосину. По остальным веществам и группе, обладающей комбинированным действием, расчет

нецелесообразен. Значения фоновых концентраций для метанола, 2-Этоксиэтанола и керосина не установлены (согласно письму Челябинского ЦГМС № 14-1313 от 12.11.2014 г. ) [5]. Детальные расчеты загрязнения приземного слоя воздуха на ЭВМ выполнены без учета фоновых концентраций.

Для проведения расчетов необходимы данные о предприятии, справочные данные о климатических характеристиках района и фоновых концентрациях наиболее распространенных веществ.

Климатическая характеристика включает сведения о преобладающих скоростях и направлениях ветров, средних температурах в летний и зимний периоды, а также содержит информацию о коэффициенте температурной стратификации атмосферы.

Вычисления выполнены для летнего периода на площадке 600 х 600 м с шагом расчетной сетки 20 м по осям Х и У в локальной системе координат (см. табл. 3). За точку отсчета (0) принят юго-западный угол промплощадки АТЗК. Шаг расчетной сетки 20 м выбран таким образом, чтобы ее размер не был больше санитарно-защитная зона (СЗЗ) (ориентировочный размер СЗЗ составляет 100 м). За точку отсчета (0) принят юго-западный угол промплощадки АТЗК. При расчетах были приняты следующие значения градаций направлений и скоростей ветра:

- направление ветра - перебор от 0 до 360 с шагом 1 градус;

- скорость ветра - перебор: 0,5 до и* м/сек через 0,1 м/с.

Таблица 3 - Расчетные точки на границе АТЗК в жилой зоне на высоте 2 м

Координаты точки (м) Тип точки Комментарий

X Y

78,00 244,00 на границе СЗЗ Северная точка СЗЗ

256,00 56,00 на границе СЗЗ Восточная точка СЗЗ

-78,00 -262,00 на границе жилой зоны Частный дом

Значения расчетных максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ и перечень источников, дающих наибольшие вклады в уровень загрязнения атмосферы на АЗТК, приведены в табл. 4.

Представленные в табл. 4 результаты рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере свидетельствуют о том, что создаваемые выбросами предприятия приземные концентрации для всех загрязняющих веществ, не превышают критерия качества воздуха в жилой зоне - значения q=0,1. Это значение превышено только на складе ГСМ (табл.4 строка 6). На основании полученных результатов о том, что в жилой зоне предприятия загрязнение атмосферного воздуха выбросами загрязняющих веществ меньше установленных допустимых значений, было выдвинуто предложение установить нормативы предельно допустимых выбросов данных веществ в целом по предприятию и для каждого источника в отдельности установить на уровне существующего выброса.

Таблица 4 - Максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ с учетом фона и перечень источников, дающих наибольшие вклады в уровень загрязнения атмосферы

Загрязняющее вещество Номер точки (из табл.2) q Источники, дающие наибольший вклад

в жилой зоне на СЗЗ Наименование источника % вклада

Метанол 1 - 0,0258 пункт приема и выдачи ПВКЖ* 100,00

3 0,0078 ---- 100,00

Этилцеллозольв 1 — 0,0014 100,00

3 0,0004 ---- 100,00

Керосин 2 — 0,4775 Склад ГСМ 59,47

3 0,1463 ---- 58,15

*ПВЖК - противокристаллизационная жидкость

Выводы

1. Проведен расчет загрязнения приземного слоя воздуха оксидами углерода, азота и серы, а также сажи, керосина, метанола и этилцеллозольва с целью выяснения качества воздуха в жилой зоне на примере альтернативного топливозаправочного комплекса, расположенного на территории аэропорта г. Челябинска.

2. Показано, что создаваемые выбросами предприятия приземные концентрации для всех

© Р. М. Гарипов, зам. ген. дир. по производству ООО «ЛУКОЙЛ-АЭРО- 1. Челябинск», megaharry@list.ru; Л.Л.Семенычева, д-р хим. наук, доц., зав. лаб. нефтехимии НИИ химии, Нижегородский госуд. национ. исслед. ун-тет имени Н.И. Лобачевского, llsem@yandex.ru; И.А. Козлов, канд., хим. наук, ст. науч. сотр. той же лаборатории, megaharry@list.ru

© R. M. Garipov, Deputy General Director for Production, LUKOIL-AERO- 1, megaharry@list.ru;L. L. Semenycheva, Doctor of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of Laboratory of Petrochemistry, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, llsem@yandex.ru; 1 A Kozlov, Ph.D., Senior Research Associate of Laboratory of Petrochemistry, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, megaharry@list.ru.

загрязняющих веществ не превышают критерия качества воздуха в жилой зоне.

Литература

1. И.А. Козлов, Р.М. Гарипов, Л.Л.Семенычева. Вестник технологического университета, 20, 5, 132-135(2017);

2. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий. Л.: Гидрометеоиздат., 1987 ;

3. Е.П. Хабаров. «Справочник эколога», 2, 75-87 (2017).