Спосіб визначення осереднених концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі

Корисна модель відноситься до гігієни довкілля і може бути використана для кількісної оцінки забруднення атмосферного повітря з подальшим застосуванням у методології оцінки ризику для здоров'я населення. Відомий спосіб визначення осереднених за обраний часовий інтервал (день, місяць, рік) концентрацій окремих забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря з викидами промислових підприємств, шляхом виведення середньоарифметичних значень концентрацій на основі разових концентрацій речовини, отриманих шляхом інструментальних замірів протягом 20-30хв. [див. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - М., 1991. - 693с.]. Недоліком цього способу є лише часткове врахування поправок на метеопараметри та рельєф, а також короткий період осереднення, що може впливати на достовірність результатів. Найбільш близьким до способу, що заявляється, за технічною суттю є спосіб, що реалізується шляхом проведення моніторингових досліджень та відбору проб в контрольних точках на території дослідження та обрахунку значень концентрацій забруднюючих речовин за допомогою комп'ютерного алгоритму системи EOL 2000 v.3.1, у якому якості вхідних даних для розрахунку використовуються дані інструментальних замірів та параметри характеристики території дослідження, що включають ключові метеопараметри та основні поправки на рельєф [див. Методика расчета концентрацій в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Госкомгидромет. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93с.]. Недоліком цього способу є те, що отриманні в результаті розрахунку значення концентрацій відносяться до 20-30 хвилинного періоду осереднення, що не дозволяє визначити значення концентрацій для триваліших періодів осереднення. В основу запропонованого способу поставлено завдання створити спосіб визначення таких осереднених концентрацій шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря від промислових підприємств, які дозволяють знайти середні значення концентрацій для тривалих часових проміжків. Завдання вирішене тим, що в способі визначення осереднених концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі, який включає проведення замірів концентрацій забруднюючих речовин, визначення параметрів стаціонарних джерел викидів, метеорологічних параметрів території та обрахунок осереднених концентрацій забруднювачів, згідно з запропонованим рішенням, визначення метеорологічних параметрів проводять погодинно на протязі року, визначають характеристики рельєфу та типів землекористування місцевості, а обрахунок погодинних концентрацій забруднювачів проводять у рецепторних точках за формулою: 2 é æ y ö ù QKVD ÷ ú X= expê - 0,5ç ê ç sy ÷ ú 2nu 5 s y s z è ø ú ê û, ë де Q - величина викиду забруднюючої речовини (маса на одиницю часу) К - коефіцієнт шкали для переведення обрахованих концентрацій в бажані одиниці (по замовчуванню встановлені г/с для Q та мкг/м3 для концентрації) V - вертикальний коефіцієнт D - коефіцієнт осідання σу, σz - стандартне відхилення горизонтального та вертикального розподілу концентрацій (м) Us - середня швидкість вітру (м/с) на висоті викиду з подальшим розрахунком середньодобових, середньомісячних та середньорічних значень концентрацій забруднюючих. Спосіб реалізується таким чином: Для обраної території дослідження визначають промислові об'єкти з наявними діючими стаціонарними джерелами викидів та заміряють основні параметри останніх: висоту, діаметр, температуру газопилового потоку, швидкість газопилового потоку, об'ємну витрату, величину викиду. Отримані значення параметрів джерел викидів заносять до електронної бази даних. За допомогою програмного забезпечення ArcGis проводять уточнення положення обраних стаціонарних джерел викиду по план-схемах промислових майданчиків взятих для дослідження об'єктів. Пріоритетні речовини визначають на основі результатів замірів та аналізу небезпечності забруднювачів за такими банками та базами даних як IRIS, RTECS, WHO, NCEA, та OSHA. Відбір проб здійснюють відповідно до вимог РД 52.04.186-89 „Руководство по контролю загрязнения атмосферы", МУ „171977, №МУ 2892-83, ГОСТ 12.1.014-84. На основі річних даних метеорологічних спостережень метеостанції найближчого аеропорту формують файл метеоданих, що містить такі основні параметри: температура, швидкість вітру, кут напрямку вітру, хмарність, висота хмарового покриву, відносна вологість, атмосферний тиск на рівні метеостанції, висота перемішування. Дані приводять у придатні для подальшого опрацювання формати. При характеристиці рельєфу використовують дані радарної топографічної зйомки. Для характеристики рельєфу території дослідження будують цифрову модель рельєфу на основі топографічних даних, які опрацьовують інструментом Terrain Processing програми ISC-Aermod. Цей набір даних конвертують у необхідну картографічну проекцію, яка повинна відповідати картографічному фотозображенню території дослідження. Цифрова модель рельєфу є основою для електронної карти досліджуваної території. Оцінку землекористування проводять базуючись на даних дистанційного зондування поверхні Землі (ДЗЗ) високої роздільної здатності - Quick Bird. Стандартний продукт Quick Bird Standard Imagery PAN+MSI опрацьовують за допомогою програмного забезпечення ArcGIS відповідно до класифікатора Геологічної Служби США (U.S. Geological Survey) У середовищі ArcGIS 9.х будують електронну проекцію території та формують геобазу даних (geodatabase) з відповідними класами об'єктів. Результати проведеної класифікації землекористування території вивчення, зокрема різні типів забудови, рослинності, в подальшому використовують, як вихідну інформацію (через певні коефіцієнти) власне в розрахунковій моделі значень осереднених концентрацій забруднюючих речовин. На електронну карту території дослідження наносять рецепторну сітку з рецепторними точками для обрахунку осереднених концентрацій забруднювачів. Значення погодинних концентрацій забруднюючих речовин обраховують за формулою: X= é æ y QKVD expê - 0,5ç ê ç sy 2nu 5 s y s z è ê ë ö ÷ ÷ ø 2ù ú ú ú, û де Q - величина викиду забруднюючої речовини (маса на одиницю часу) К - коефіцієнт шкали для переведення обрахованих концентрацій в бажані одиниці (по замовчуванню встановлені г/с для Q та мкг/м3 для концентрації) V - вертикальний коефіцієнт D - коефіцієнт осідання σу, σz - стандартне відхилення горизонтального та вертикального розподілу концентрацій (м) Us - середня швидкість вітру (м/с) на висоті викиду. На основі отриманих погодинних значень концентрацій речовин-забруднювачів визначають одночасові, середньодобові, середньомісячні та середньорічні концентрації в рецепторних точках шляхом знаходження середньоарифметичного значення погодинних концентрацій за відповідний період часу в кожній рецепторній точці від заданої групи джерел. Даний спосіб був реалізований в індустріальному районі одного з пілотних міст Запорізької області України. У заданому районі знаходиться діюче промислове підприємство з десятьма стаціонарними джерелами викидів. На обраному об'єкті визначали параметри стаціонарних джерел викидів (табл. 1): висоту вимірювали за допомогою рулетки, діаметр для джерел з круглим гирлом вимірювали за допомогою рулетки, а для джерел з прямокутним гирлом обраховували ефективний діаметр за формулою D=2Lb/L+b, (де L- довжина, b - ширина [див. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД86. Госкомгидромет. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93с.], температуру газопилового потоку вимірювали в гирлі труби за допомогою термометра, швидкість газопилового потоку вимірювали за допомогою вимірювача швидкості ИС-1 у необхідній кількості точок залежно від діаметра гирла джерела, об'ємну витрату обраховували на основі швидкості газопилового потоку та площі гирла джерела: V=2пD2/4ω, де D - діаметр гирла (м), ω - швидкість газопилового потоку (м/с) [див. Методика расчета концентрацій в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Госкомгидромет, - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93с.], величину викиду розраховували на основі значення об'ємної витрати. Таблиця 1 Параметри стаціонарних джерел викидів Код Тип Координата джерела джерела X, м Координата У, м Потужність викиду, г/с RELE3 RELE3 RELE7 RELE9 RELE14 RELE14 RELE16 RELE16 RELE20 RELE20 RELE20 RELE20 RELE21 RELE22 RELE22 RELE22 RELE22 RELE23 RELE23 RELE23 RELE23 RELE24 RELE24 RELE24 RELE24 5591809,082 5591809,082 5591786,082 5591784,082 5591749,082 5591749,082 5591649,082 5591649,082 5591661,082 5591661,082 5591661,082 5591661,082 5591632,082 5591656,082 5591656,082 5591656,082 5591656,082 5591661,582 5591661,582 5591661,582 5591661,582 5591659,082 5591659,082 5591659,082 5591659,082 0,000150 0,000000 0,000000 0,000000 0,001900 0,001200 0,001300 0,003700 0,000240 0,000007 0,000270 0,000057 0,000000 0,000140 0,000004 0,000160 0,000034 0,000240 0,000007 0,000260 0,000056 0,000210 0,000006 0,000230 0,000048 POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT POINT 316888,584 316888,584 316987,584 316995,584 317052,584 317052,584 317052,584 317052,584 317013,584 317013,584 317013,584 317013,584 316850,584 316942,084 316942,084 316942,084 316942,084 316938,584 316938,584 316938,584 316938,584 316931,584 316931,584 316931,584 316931,584 Об’ємна Висота, Температура, Діаметр, витрата, м К м 3 м /с 45,00 273,45 5,94 0,30 45,00 273,45 5,94 0,30 45,00 274,35 2,39 1,20 45,00 274,35 1,91 1,20 45,00 274,95 1,06 1,80 45,00 274,95 1,06 1,80 40,00 273,65 1,51 0,50 40,00 273,65 1,51 0,50 7,00 273,59 7,24 0,44 7,00 273,59 7,24 0,44 7,00 273,59 7,24 0,44 7,00 273,59 7,24 0,44 9,00 273,80 5,42 0,65 9,00273,53 8,38 0,38 9,00 273,53 8,38 0,38 9,00 273,53 8,38 0,38 9,00 273,53 8,38 0,38 9,00 274,83 0,72 1,68 9,00 274,83 0,72 1,68 9,00 274,83 0,72 1,68 9,00 274,83 0,72 1,68 9,00 274,50 0,84 1,35 9,00 274,50 0,84 1,35 9,00 274,50 0,84 1,35 9,00 274,50 0,84 1,35 На території дослідження проводили заміри концентрацій таких забруднюючих речовин: оксиду вуглецю, сажі, діоксиду азоту, діоксиду сірки, мілкодисперсного пилу. Відбір проб здійснювали в 10-ти точках, які знаходилися на досліджуваній території і проводили протягом 7 днів чотири рази на день о 800, 1400, 18 00, 2200, визначення полютантів виконували у відповідності з нормативними документами щодо проведення вимірювань [РД 52.04.18689 „Руководство по контролю загрязнения атмосферы", МУ „1719-77, №МУ 2892-83, ГОСТ 12.1.014-84]. Вимірювання проводили за наступними методиками: оксид вуглецю - методика визначення концентрації оксиду вуглецю і метану методом реакційної газової хроматографії [див. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Госкомгидромет СССР, Гидрометиоиздат., Ленинград, 1987.]; сажа - методика визначення концентрації пилу в технологічних газах [див. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Госкомгидромет СССР, Гидрометиоиздат., Ленинград, 1987.]; діоксид азоту - „Методика выполнения измерений массовой доли диоксида азота в пылегазовых промышленных потоках." НИПИ Энергосталь, Харьков; діоксид сірки - „Методика выполнения измерений массовой доли диоксида серы в пылегазовых промышленных потоках." НИПИ Энергосталь, Харьков; мілкодисперсний пил - методика визначення концентрації пилу в технологічних газах [Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Госкомгидромет СССР, Гидрометиоиздат., Ленинград, 1987]. На основі річних даних метеорологічних спостережень метеостанції найближчого до території вивчення аеропорту формували файл метеоданих, що містить такі основні параметри: температура, швидкість вітру, кут напрямку вітру, хмарність, висота хмарового покриву, відносна вологість, атмосферний тиск на рівні метеостанції, висота перемішування. Дані конвертували з стандартного формату METAR до формату Samson (застосовується у системах моделювання). Розрахунок метеорологічних параметрів виконували за допомогою програмного продукту RAMMET View v.5.7.0. компанії Lakes Environmental. При характеристиці та побудові моделі рельєфу використовували дані Shuttle radar topographic mission (SRTM) - радарної топографічної зйомки більшої частини земної кулі, за виключенням самих північних (>60), самих південних широт (>54), а також океанів, що представляє собою 11-ти денний (лютий 2000 року) замір за допомогою спеціальної радарної системи. Двома радіолокаційними сенсорами SIR-C и X-SAR, було зібрано більш ніж 12 терабайт даних. Результуючі дані відповідали специфікації інтерферометричних даних щодо рельєфу (Interferometric Terrain Height Data (ITHD)-2), a саме, розмір елементу 30х30 м,