Выбросы в атмосферу, перенос и проникновение в организм

При выбросе газов необходимо учитывать высоту расположения выходного отверстия над поверхностью земли, скорость выброса, общее количество газа, его температуру и скорость распространения. Все эти данные могут быть получены с помощью современной измерительной техники. При этом для оценки загрязнённости атмосферы особенно важно знать природу и массу выбросов.

Значительно сложнее обстоит дело с выяснением условий переноса выбросов. Их техническая оценка может быть осуществлена лишь до известной степени (так, например, с учётом высоты источника выброса и температуры, которые оказывают значительное влияние на распространение абгазов в атмосфере).

В то время как перенос пыли в первую очередь зависит от размеров и плотности частиц, а также от перемещения воздушных потоков, распространение газов в основном определяется их растворимостью в воде и способностью к химическому взаимодействию с компонентами атмосферы. Их наличие в атмосфере зависит от того, ограничивается ли перенос
100-километровой зоной или распространение принимает глобальный характер. Среди газов, имеющих тенденцию к глобальному распространению, можно назвать СО_2, в то время как SO₂ и NO₂, подобно пыли в тропосфере, сохраняются в атмосфере от нескольких дней до нескольких недель.

Этим определяется значительное различие концентраций загрязнений в местностях, подверженных действию выбросов, по сравнению с теми, где выбросы отсутствуют. Кроме того, перенос связан с метеорологическими условиями и особенностями земной поверхности. Направление переноса выбросов определяется направлением ветра, а высота подъёма выбросов – его скоростью. С увеличением скорости ветра перемешивание газов с окружающим воздухом становится всё более интенсивным, что приводит к разбавлению выбросов. В то же время большая скорость ветра препятствует подъёму выбросов, ограничивая их распространение в вертикальном направлении. Аналогично на направление распространения выбросов влияет и температура отдельных слоёв воздуха. Обычно в тропосфере температура падает на 1°С с увеличением высоты на 100 м, при этих условиях выбросы могут беспрепятственно подниматься вверх.

Если при увеличения высоты на каждые 100 м температура воздуха понижается меньше чем на 1°С, то при этом нарушается нормальный газообмен по вертикали. Особым случаем установления постоянного вертикального распределения выбросов служит инверсия, при которой с ростом высоты увеличивается и температура воздуха. Такое явление возникает при внезапном ночном охлаждении слоёв воздуха, прилежащих к земной поверхности, или при наложении потока тёплого воздуха на нижние холодные слои. Инверсия приводит к увеличению концентрации выбросов, в результате чего при достаточной солнечной радиации может наблюдаться образование смога. Обычно различают приповерхностную и высотную инверсии. В первом случае температура воздуха в нижних слоях имеет минимальное значение и постепенно увеличивается с высотой, это препятствует подъёму выбросов, расположенных у земной поверхности. Приповерхностная инверсия с наступлением дня при сильном солнечном освещении быстро исчезает. Только осенью и зимой, когда земля едва прогревается, она может сохраняться в течение дня. При верхней инверсии слой воздуха с инверсионным температурным градиентом лежит над слоем воздуха с нормальным перепадом температур. При этом все выбросы, расположенные под нижним инверсионным слоем, загрязняют прилегающее к земле воздушное пространство.

Иногда восходящие потоки воздуха в центре области высокого давления также не могут поднять выбросы от земли в тех случаях, когда рельеф местности препятствует их горизонтальному распространению.

Сильное нагревание поверхности земли вызывает вертикальные потоки воздуха, этот восходящий воздух увлекает вверх все выбросы с земной поверхности. Процессы такого рода наблюдаются и на производстве, в частности в градирнях, где температура абгазов на 10 – 15°С превышает температуру окружающего пространства, в результате чего возможен подъём выбросов на 500 – 700 м и их максимальное перемешивание с окружающим воздухом.

При горизонтальном распространении выбросов решающим фактором служит преобладающее направление ветра. Западные ветры, преобладающие в наших широтах, однако, могут менять направление из-за встречающихся у них на пути горных вершин и долин, чередования областей высокого и низкого давления, а также лесов. Перенос газов зависит также от погодных условий: дожди и снег задерживают растворимые в воде компоненты, ограничивая их распространение. В то же время накопление в облаках растворимых в воде газов может нарушить естественный процесс распределения выбросов в атмосфере.

Многообразие различных факторов, которые влияют на перенос газов в атмосфере, делает крайне сложным предсказание процесса распределения выбросов в воздухе, а также направления и скорости их распространения. Определить концентрацию выбросов с подветренной стороны от их источника было бы возможно, только если допустить, что у выбросов практически отсутствует направленная вниз скорость, сам выброс осуществляется при неизменных внешних условиях, в атмосфере не происходит никаких химических реакций и концентрация газов не уменьшается при взаимодействии с водой, перенос выбросов осуществляется над ровной, незастроенной местностью и, наконец, погодные условия остаются постоянными. Естественно, что одновременное выполнение всех вышеизложенных условий является нереальным. Тем не менее такой расчёт позволяет сделать первую ориентировоч

где Q – выброс в единицу времени (кг/ч); m - скорость ветра (м/с);
и s _y, s _z – метеорологические параметры рассеяния, описывающие угол распространения облака выброса в направлениях y и z (высота и ширина, м);
Н – эффективная высота источника выброса (высота строения и высота облака выброса, м); х, y – координаты участка загрязнения; S _{( x,y )} – иммиссионная концентрация (концентрация выброса при координатах х и y с подветренной стороны от источника выброса).

Под иммиссией понимают введение или наличие посторонних веществ в определённом объёме воздуха, оказывающее вредное воздействие. При этом подразумевается конкретное воздействие на живой организм, на определённый объём или площадь внутри строения, а также на определённый участок местности. Иногда иммиссией называют сам выброс загрязняющих веществ в атмосферу.

При установлении иммиссии не следует рассматривать только общее состояние атмосферы. Поскольку речь идёт о действии на живые организмы, необходимо учитывать и те вредные вещества, которые содержатся в незначительных количествах, так как они могут находиться в изолированных помещениях или в помещениях с недостаточным обменом воздуха.

5.2.2. Предельные концентрации загрязняющих веществ
в выбросах (абгазов)

При изучении выбросов в атмосферу прежде всего встаёт вопрос о том, насколько совершенна очистка газов и какое количество примесей могло сохраниться, так как полное отделение всех загрязнений антропогенного характера практически невозможно. Достижение этой цели нереально и потому, что подобные загрязнения (например SO₂, NO_x, NH₃ и многие другие соединения) создаются также самой природой, независимо от деятельности человека (табл. 17).

Предельные концентрации этих соединений должны устанавливаться в первую очередь с учётом того обстоятельства, что основным критерием является ущерб для живых организмов. Необходимо отметить, что если при определении значений предельных концентраций учитывается только токсическое действие выбросов на живые организмы, то такой подход является явно недостаточным. Не следует придерживаться только прямой причинной зависимости, а необходимо проследить все побочные явления, связанные с выбросом абгазов в атмосферу, например нарушение её теплового баланса, изменение рН вод и почв и др. Это воздействие на окружающую среду отражается и на живых организмах, что позволяет рассматривать действие этих факторов как косвенное отравление природы. С этой точки зрения существующие нормативы максимальных эмиссионных концентраций (МЭК) вредных газов могут рассматриваться только как ориентировочные, нуждающиеся в уточнении, поскольку могут быть выявлены косвенные признаки отравления, а также токсическое действие даже следовых количеств некоторых газов при длительных воздействиях.

Таблица 17

Перечень некоторых выбросов природного
и антропогенного происхождения