Н. В. Петрова, А. А. Чернов

МОНИТОРИНГ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Новосибирск
СГУГиТ
2016

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГЕОСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ»
(СГУГиТ)

Н. В. Петрова, А. А. Чернов

МОНИТОРИНГ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия для студентов 2-го курса,
обучающихся по направлению подготовки бакалавров
20.03.01 «Техносферная безопасность»

Новосибирск
СГУГиТ
2016

УДК 502.1
П305
Рецензенты: кандидат медицинских наук, ученый секретарь ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора Г. П. Ивлева
кандидат технических наук, доцент, СГУГиТ О. Н. Николаева

Петрова, Н. В.
П305 Мониторинг среды обитания. Мониторинг атмосферного воздуха
[Текст] : учеб.-метод. пособие / Н. В. Петрова, А. А. Чернов. – Новосибирск : СГУГиТ, 2016. – 134 с.
ISBN 978-5-87693-977-7
Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре техносферной
безопасности СГУГиТ кандидатом технических наук, старшим преподавателем
Н. В. Петровой, кандидатом физико-математических наук, доцентом А. А. Черновым.
В пособии рассмотрены основные источники загрязнения атмосферного
воздуха и их влияние на здоровье человека, приведены основные положения методик расчета концентраций примесей в атмосферном воздухе с примерами расчетов и заданиями для проведения практических работ.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 2-го курса,
обучающихся по направлению подготовки бакалавров 20.03.01 «Техносферная
безопасность». Также пособие может быть рекомендовано при изучении следующих дисциплин: «Мониторинг среды обитания», «Источники загрязнения
среды обитания», «Природопользование», «Методы и средства контроля среды
обитания».

Печатается по решению редакционно-издательского совета СГУГиТ

УДК 502.1

ISBN 978-5-87693-977-7

© СГУГиТ, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................................................................................................. 5
1. Загрязнение атмосферы ................................................................................ 7
1.1. Характеристика загрязнений и их влияние на здоровье человека ........................................................................................................... 7
1.2. Характеристика источников загрязнения и их классификация ....... 11
1.3. Факторы, влияющие на рассеивание выбросов ................................. 17
1.4. Расчет загрязнения атмосферы............................................................ 32
Практическая работа № 1. Расчет и построение схемы ореола разноса
газовоздушного выброса ................................................................................. 36
Контрольные вопросы...................................................................................... 47
2. Санитарно-гигиеническая оценка состояния атмосферного воздуха ........ 48
2.1. Основные принципы нормирования в области охраны окружающей среды ....................................................................................... 48
2.2. Нормирование загрязняющих веществ в атмосфере ........................ 52
2.3. Установление предельно-допустимых выбросов и определение границ санитарно-защитной зоны предприятий ........................ 60
Практическая работа № 2. Расчет предельно допустимых выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу и определение санитарнозащитной зоны предприятия .......................................................................... 65
Практическая работа № 3. Оценка состояния атмосферного воздуха ....... 75
Контрольные вопросы...................................................................................... 83
3. Организация наблюдений и контроля загрязнения атмосферного
воздуха .......................................................................................................... 85
3.1. Общие положения ................................................................................. 85
3.2. Организация наблюдений на стационарных постах ......................... 89
3.3. Организация наблюдений на маршрутных постах .......................... 96
3.4. Организация наблюдений в районе промышленных предприятий (подфакельные наблюдения) ...................................................... 97
3

3.5. Определение перечня веществ, подлежащих контролю .................. 98
3.6. Отбор проб атмосферного воздуха для анализа .............................. 103
3.7. Современные методы контроля воздушной среды ......................... 110
3.8. Методы обезвреживания газовых выбросов .................................... 119
Практическая работа № 4. Создание стационарного поста мониторинга загрязнения атмосферного воздуха ................................................... 122
Контрольные вопросы.................................................................................... 126
Библиографический список........................................................................... 128
Приложение 1. Исходные данные для практической работы № 1............ 130
Приложение 2. Предельно допустимые концентрации некоторых
веществ.................................................................................. 132
Приложение 3. Фоновые концентрации загрязняющих веществ регионов России....................................................................... 133

4

ВВЕДЕНИЕ
Атмосферный воздух относится к категории неисчерпаемых ресурсов
и как физическое тело практически неисчерпаем. Однако его состав в результате выбросов вредных веществ в атмосферу качественно претерпевает изменения и нуждается в постоянном контроле и возобновлении.
Природа обладает огромным потенциалом для самоочищения и поддержания своего равновесия, и это самоочищение происходит непрерывно
и протекает в связи с круговоротом веществ в природе.
Наиболее распространенный вид самоочищения атмосферного воздуха – это смыв и рассеивание потоками воздуха пылевых и газообразных
загрязняющих веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями
и автотранспортом. В природе достаточно механизмов для поддержания
своего равновесия, и до 1950–1960-х гг. это равновесие практически не
нарушалось. Однако бурное послевоенное строительство промышленных
предприятий с большими выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух и стремительный рост автотранспортных средств пробили
брешь в способностях природы к самоочищению. Наступил момент, когда
неконтролируемый поток выбросов вредных веществ в атмосферу привел
к формированию высоких концентраций примесей, особенно в районах
с суровыми климатическими условиями.
Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Если в начале XX в. в промышленности
применялось 19 химических элементов, то в середине века промышленное
производство стало использовать около 50 элементов, а в 70-х гг. XX в. –
практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому
загрязнению атмосферы, в частности, аэрозолями тяжелых и редких металлов; синтетическими соединениями, не существующими и не образующимися в природе; радиоактивными, канцерогенными, бактериологическими и другими веществами.
5

Особенно острой проблема загрязнения атмосферы стала во второй
половине XX в., том числе в период научно-технической революции, характеризующийся чрезвычайно высокими темпами роста промышленного
производства, выработки и потребления электроэнергии, выпуска и использования в большом количестве транспортных средств.
Негативное антропогенное воздействие на этот природный компонент
в настоящее время привело к существенному ухудшению его качества.
А от качественного состояния воздуха зависят как условия жизни на Земле, так и сама жизнь, и, в частности, состояние здоровья населения нашей
планеты. Именно поэтому важно осуществлять государственный контроль
в области охраны атмосферного воздуха, чтобы сохранить атмосферу на
планете в состоянии, пригодном для ее использования без ущерба для
здоровья и других жизненно важных функций.

6

1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
1.1. Характеристика загрязнений и их влияние
на здоровье человека
Атмосфера Земли – газовая оболочка, имеющая сложный неоднородный состав, строение, свойства, которая служит источником кислородного
дыхания, воспринимает газообразные продукты обмена веществ, оказывает влияние на теплообмен и другие функции живых организмов. Основное
значение для жизнедеятельности организма имеют кислород и азот, содержание которых в воздухе, составляет соответственно 21 % и 78 %
(табл. 1.1).
Таблица 1.1
Состав атмосферного воздуха
Наименование
основных газов
Азот
Кислород
Аргон
Углекислый газ
Неон

1,8  10-3

Относительная
молекулярная масса, кг/моль
28
32
39
44
20

Гелий

5,2  10-4

4

Криптон

1,0  10-4

83

Ксенон

8,0  10-6

131

Водород

5,0  10-5

2

Озон

1,0  10-6

48

Содержание, %
78,09
20,95
0,93
0,03

Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных
элементов окружающей среды: за сутки человек вдыхает около 350–500 л
кислорода, а выделяет приблизительно 580 л углекислого газа, в соответ7

ствии с Федеральным Законом «Об охране атмосферного воздуха», под
атмосферным воздухом понимается «жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений» [14].
В удалении от источников загрязнения химический состав атмосферного воздуха достаточно стабилен. Однако в результате хозяйственной
деятельности человека появились очаги выраженного загрязнения воздушного бассейна в тех районах, где размещены крупные промышленные
центры, в атмосфере которых отмечают присутствие различных веществ,
оказывающих неблагоприятное воздействие на условия жизни и здоровья
населения.
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими
и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно, после химических превращений в атмосфере, либо совместно с другими веществами.
Производственная пыль образуется в результате механической обработки различных материалов (дробление, размол, взрывание, заполнение,
разравнивание), тепловых процессов (сжигание, прокаливание, сушка,
плавление), транспортировки сыпучих материалов (погрузка, просеивание, классификация).
Жидкие загрязняющие вещества образуются при конденсации паров,
распылении и разливе жидкостей, в результате химических реакций.
Газообразные загрязнители формируются в результате химических
реакций, например, окисления, обжига руд и нерудного минерального сырья (цветная металлургия, производство цемента). При сжигании топлива
образуются большие количества газообразных соединений – оксиды серы,
азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов. Реакции восстановления также являются источником газообразных загрязняющих соединений, например, производство кокса, соляной кислоты из хлора и водорода,
аммиака из атмосферного азота и кислорода.
Загрязнение атмосферы имеет два аспекта: воздействие на состояние экосистем и на здоровье человека. Первое определяется выбросом
парниковых газов (диоксид углерода и метана), возникающих в резуль8

тате разрушения биоты, а также оксидов серы и азота, вызывающих кислотные дожди, второе – выбросом в атмосферу вредных веществ и пылевых частиц.
К настоящему времени накопилось много научных данных о том, что
загрязненность атмосферы, особенно в крупных городах, достигла опасных для здоровья людей размеров. Ежегодно в атмосферу выбрасывается
около 5 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т оксида углерода, 146 млн. т
серы, 53 млн. т оксидов азота. За последние 100 лет в атмосфере увеличилось содержание углекислого газа в 1,5 раза, а за последние 50 лет промышленные выбросы в атмосферу возросли в 16 раз [6].
Изменения физических и химических свойств атмосферного воздуха
влияют на здоровье людей, например, приводят к развитию бронхолегочных заболеваний, вызывая бронхит, эмфизему, астму. К раздражителям,
вызывающим эти болезни, относятся SO2, SO3, азотистые пары, HCl,
HNO3, H2SO4, H2S, фосфор и его соединения. Пыль, содержащая оксиды
кремния, вызывает тяжелое легочное заболевание – силикоз.
Особенно остро проблема загрязнения воздуха стоит в крупных городах и промышленных центрах. Почти во всех городах России с населением 100 тыс. человек и более среднегодовое содержание тех или иных
вредных примесей в атмосферном воздухе превышает допустимые нормы.
Около 40 млн. жителей страны проживают в районах, где уровень концентрации вредных примесей в разовых или суточных пробах воздуха регулярно превышает ПДК в 10 раз [6].
Основными загрязнителями атмосферы в промышленных городах являются: SiO2, CO, CO2, SO2, оксиды азота, углеводороды, пыль.
Диоксид кремния (SiO2) и свободный кремний, содержащиеся в летучей золе, являются причиной тяжелого заболевания легких, развивающегося у горняков, работников коксохимических, угольных, цементных
и ряда других предприятий.
Монооксид углерода (CO) – бесцветный и не имеющий запаха газ, который воздействует на нервную и сердечно сосудистую систему и вызывает удушье. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление головной боли) возникают у человека через 2–3 часа его пребыва9

ния в атмосфере, содержащей 200–220 мг/м3 СО, при более высоких концентрациях СО учащается пульс в висках, головокружение.
Диоксид углерода (CO2) является основным газом в развитии парникового эффекта, его вклад по разным данным составляет от 50 до 65 %.
На возникновение парникового эффекта оказывают влияние и другие газы, такие, как метан (около 20 %), оксиды азота (примерно 5 %), озон,
фреоны и др. (10–25 %). Вследствие парникового эффекта среднегодовая
температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3 – 0,6 оС.
Основным антропогенным источником поступления CO2 в атмосферу является сжигание углеродосодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.).
Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение
уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа для биосферы в целом.
Оксиды азота (NO2, N2O3, N2O5, N2O4). В атмосферу выбрасывается
в основном диоксид азота (NO2) – бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов и образуют фотохимический туман – смог.
Диоксид серы (SO2) – бесцветный, с острым запахом, уже в малых
концентрациях (20–30 мг/м3) создает неприятный вкус во рту, раздражает
слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Вдыхание SO2 вызывает
болезненные явления в легких и дыхательных путях, иногда возникают
отек легких и паралич дыхания.
Углеводороды (СnHm, пары бензина, метана и т. п.) обладают наркотическим действием, в малых концентрациях вызывают головную боль,
головокружение и т. п. Особенно опасны полициклические ароматические
углеводороды типа 3,4-бензапирена (С20Н12), образующиеся при неполном сгорании топлива.
Пыль. Особое значение пыли и других взвешенных частиц объясняется тем, что они загрязняют атмосферу не только в результате прямых выбросов, но, в большей мере, в результате различных превращений газообразных веществ, выбрасываемых в атмосферу (сернистых соединений, ок10

сидов азота, углеводородов) с образованием мелкодисперсных аэрозолей.
Исследования показали, что высокодисперсная пыль в большей степени
подвержена электрическим зарядам. Наибольшую опасность представляют токсические пыли.
1.2. Характеристика источников загрязнения
и их классификация
Существуют два вида загрязнения атмосферы: естественное и искусственное (рис. 1.1). Искусственное загрязнение часто называют еще антропогенным или техногенным.

Источники загрязнения атмосферы

Искусственные
(антропогенные)

Естественные

Пыльные бури

Сельское хозяйство

Валканизм

Транспорт

Лесные пожары

Теплоэнергетика

Выветривание

Отопление жилищ

Разложение
живых организмов

Промышленные
предприятия

Рис. 1.1. Источники загрязнения атмосферы
11

Антропогенные источники делятся на стационарные (трубы промышленных предприятий) и передвижные (главным образом, автотранспорт).
Источники выбросов вредных веществ в атмосферный воздух классифицируют по следующим признакам [11].
1. По месту расположения:
а) высокие, находящиеся в зоне недеформированного ветрового потока (высокие трубы, а также точечные источники, которые удаляют загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты здания);
б) низкие, расположенные в зоне подпора или в зоне аэродинамической тени, образующейся на здании, или за ним на высоте, равной или
больше 2,5 высоты здания (трубы и крышные вентиляторы с колпаками);
в) наземные, находящиеся за пределами зданий вблизи земной поверхности (открыто расположенное технологическое оборудование, имеющее много разъемных соединений или запорной и регулирующей арматуры; аппараты, у которых полости периодически сообщаются с атмосферой; колодцы производственной канализации; пролитые токсические вещества и др.).
2. По геометрической форме:
а) точечные источники, когда удаляемые загрязнения сосредоточены
в одном месте (например, выбросы из труб и других близко расположенных источников, вредные вещества которых при рассеивании в циркуляционной зоне не накладываются одно на другое на расстоянии высот здания от заветренной стороны);
б) линейные источники, имеющие значительную протяженность в направлении, перпендикулярном ветру (аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шкафы, факелы выбросов которых
накладываются один на другой на расстоянии от заветренной стены здания менее двух его высот).
3. По режиму работы:
а) непрерывного действия – источники, работающие продолжительное время с мало изменяющейся интенсивностью (выбросы от постоянно
действующих технологических установок, местные отсосы вытяжной вентиляции, общеобменная вытяжка и др.);
12

б) периодического действия – источники, работающие непродолжительное время с перерывами (периодически включаемые местные отсосы,
продувки аппаратов);
в) залповые – в короткий промежуток времени в воздух удаляется
большое количество вредных веществ, которые распространяются в виде
облака или стелющегося потока (выбросы, происходящие при аварийных
ситуациях, нарушениях технологического процесса, при которых в результате внезапного резкого повышения температуры и давления из аппарата выбрасывается продукт);
г) мгновенные, когда выброс происходит в доли секунды на некоторую высоту, а загрязняющие вещества распространяются в виде облака.
4. По дальности распространения:
а) внутриплощадочные источники, когда выбрасываемые в атмосферный воздух загрязняющие вещества при их рассеивании создают высокие
концентрации только на территории промышленной площадки (например,
маломощные вентиляционные выбросы общеобменной вентиляции и некоторые источники выбросов местной вытяжной вентиляции);
б) внеплощадочные источники, когда выбрасываемые в атмосферный
воздух загрязнения потенциально способны создавать высокие концентрации за пределами площадки предприятия, в том числе и на территории
жилого района (к этой группе относится подавляющее большинство выбросов от технологического оборудования, содержащих значительное количество вредных веществ, удаляемых через высокие трубы).
5. По способу вывода загрязненного воздуха:
а) организованные (канализованные) источники с выбросами через
трубы, шахты и т. п., они поддаются очистке и контролю;
б) неорганизованные (неканализованные) источники с выбросами
через фонари промышленных зданий, выделением вредных веществ через неплотности оборудования, из-за испарения с открытой поверхности
жидкости и др. Их, как правило, не очищают, поэтому контроль очень
затруднен.

13

6. По температуре газовоздушной смеси, поступающей в атмосферный воздух:
а) сильно нагретые при ∆Т больше 100 °С (∆Т − разница между температурами газовоздушной смеси и окружающего воздуха). Это дымовые
газы, горящие факелы, выбросы из сушилок и др.;
б) нагретые − при ∆Т больше 20 °С и меньше 100 °С;
в) слабонагретые – при ∆Т больше 5 °С и меньше 20 °С;
г) изотермические − при ∆Т, равной 0 °С;
д) охлажденные − при ∆Т меньше 0 °С.
7. В зависимости от высоты устья трубы над уровнем земной поверхности:
а) высокие источники, H > 50 м;
б) средней высоты, H = 10 / 50 м;
в) низкие, H = 2 / 10 м;
г) наземные.
8. По степени централизации:
а) централизованные, при которых загрязненный воздух собирается
в одну или две трубы. Высокие централизованные выбросы обеспечивают
чистоту атмосферного воздуха на площадке предприятия и хорошее рассеивание загрязняющих веществ в высоких слоях атмосферы;
б) децентрализованные − от каждого агрегата устраивается самостоятельный выброс. Речь идет о невысоких трубах, выбросах через воздушки
от аппаратов и емкостей, утечки через неплотности оборудования и коммуникации и др.
Основные источники загрязнения воздуха в городах – промышленность, бытовые котельные и транспорт.
Насколько существенный «вклад» в атмосферу делает каждый из этих
источников, зависит от местности. Лидером загрязнения атмосферы всетаки остается промышленное производство.
В табл. 1.2 показано, какие загрязняющие вещества характерны для
разных отраслей промышленности.

14

Таблица 1.2
Содержание загрязняющих веществ
в выбросах различных производств [8]
Отрасль
промышленности
Электроэнергетика

Черная металлургия
Цветная металлургия
Нефтедобывающая
промышленность
Нефтеперерабатывающая
промышленность
Химическая
и нефтехимическая
промышленность

Угольная
промышленность

Основные компоненты
выбросов

Загрязняющие факторы

Сжигание и переработка
угля, нефти, газа, горючих
сланцев, торфа (тепловое
загрязнение атмосферы)
Спекание, выплавка,
обжиг, дробление, пересыпка, травление

Сжигание в факелах нефтяного газа

Извлечение серы, регенерация катализаторов, испарения из емкостей для
хранения сырья и продуктов нефтепереработки
Производство кислот, резинотехнических изделий,
фосфора, пластмасс, красителей, моющих средств, искусственного каучука, растворителей, крекинг нефти,
сжигание, складирование
токсичных отходов
Загрязнение земной поверхности отходами добычи и обогащения угля и
сланца, выбросы котельных, дымящиеся терриконы
и др., добыча, переработка,
хранение и транспортировка природного газа

Диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, оксид ванадия (V), сажа, 3,4 бензапирен
Диоксид серы, оксид углерода,
оксид азота, твердые вещества,
соединения хрома (IV)
Диоксид серы, оксид углерода, пыль, свинец, ртуть
Углеводороды, оксид углерода, твердые вещества

Доля,
в общем
загрязнении,
в%
23,3

11,7
17,63

7,4

Диоксид серы, оксид углерода, оксид азота
4,1

Твердые вещества, диоксид
серы, оксид углерода, оксид
азота, углеводороды, летучие
органические соединения, металлическая ртуть, оксид ванадия (V), хром шестивалентный, сероуглерод, сероводород, аммиак, олефины и др.
Твердые вещества, диоксид
серы, оксид углерода, оксид
азота, сероводород, фториды

15

2,1

2,9

Окончание табл. 1.2

Основные компоненты
выбросов

Доля,
в общем
загрязнении,
в%

Выбросы и сбросы литейного производства, механической обработки, сварочных и покрасочных
цехов

Диоксид серы, пыль и взвешенные вещества, ксилол,
толуол, ацетон, бензин, бутилацетат, аммиак, этилацетат,
серная килоста, марганец,
хром, свинец

2,5

Промышленность
строительных материалов

Выбросы реактора для гашения извести, шахтных
мельниц для гипса, цементных мельниц, дробильноразмольного оборудования,
устройств для транспортировки и отгрузки, печей
дожига и сушки и др.

Карбонат кальция, оксид
кальция, шлак, цемент, глина,
уголь, диоксид серы, оксид
углерода, фтор и др.

Деревообрабатывающая
промышленность

Сжигание отходов, выброс Твердые вещества, диоксид
и сброс реагентов, исполь- серы, оксид углерода, оксид
зуемых в деревообработке азота, толуол, сероводород,
ацетон, ксилол, бутил, этилацетат, метилметкаптан, формальдегид и др.

Отрасль
промышленности
Машиностроение

Загрязняющие факторы

Легкая про- Испарения из электролизмышленных ванн, пылевые выброность
сы из мест дробления, загрузки и пересыпки сырья,
испарения при окраске изделий и др.
Пищевая
промышленность

Твердые вещества, диоксид
серы, оксид углерода, оксид
азота, толуол, сероводород,
ацетон, бензин, бутил, этилацетат, бутилацетат, аммиак,
бензол, оксид ванадия и др.

Выбросы шелушителей,
Пыли, органические примеси
нейтрализаторов, сепараторов, мучных силосов, технологических печей, фасовочных автоматов, табакорезательных машин и др.

16

2,1

1,9

0,27

1,1

1.3. Факторы, влияющие на рассеивание выбросов
Знания особенностей процессов рассеивания загрязняющих веществ
помогает понять механизм их существования в атмосфере.
Не вся масса атмосферы непосредственно участвует в рассеивании
вредных выбросов, а перемешивание загрязненных нижних слоев атмосферы и сравнительно чистых верхних происходит очень медленно. Поэтому загрязнения накапливаются в приземных слоях, для рассеивания которых большое значение имеет диффузия [8].
В основном рассеивания загрязняющих веществ достигается благодаря турбулентной диффузии, которая обеспечивает одинаковое течение
процессов переноса тепла, вредных газов, мелких аэрозолей, водяных паров и т. д. Если бы не было процессов диффузии, загрязнения накапливались бы в нижнем слое воздуха, что приводило бы к созданию критических значений концентраций примесей на уровне дыхания человека.
Диффузия вызывается двумя группами факторов: динамическими
и термическими.
Динамические факторы связаны с движением воздушных масс независимо от распределения температур. Термические – с градиентами температур по высоте.
В зависимости от атмосферных условий внешний вид факела может
отличаться большим разнообразием. Он может выглядеть как вертикальный столб над трубой или тянуться компактной струей в горизонтальном
направлении, быстро размываться в горизонтальном, вертикальном или
обоих направлениях.
Движение дымовой струи при наличии горизонтального перемещения
воздушных масс атмосферы (ветра) будет отличаться следующими особенностями:
1) струя после выхода из трубы или другого источника искривляется:
вначале она поднимается круто вверх, а затем медленно отклоняется из-за
ветра пока, наконец, ее ось не займет горизонтальное положение;
2) вначале на движение струи влияет скорость и температура выброса, а после перехода в горизонтальное направление – наличие и параметры
ветра. Дымовые газы, имеющие высокую температуру, достигнув некото17

рой высоты, приобретают температуру окружающего воздуха, а затем
диффундируют как нейтральная смесь;
3) расширенная струя по направлению ветра касается на том или ином
расстоянии от поверхности земли. Эта точка обозначается как начало зоны задымления или загазованности;
4) за началом зоны задымления (загрязнения) концентрация создается
двумя источниками: падающим из атмосферы факелом струи и газом, который достиг поверхности раньше.
Вредные вещества, поступающие через дымовые и вентиляционные
трубы, сосредоточиваются в дымовых и газовых факелах, которые постепенно расширяются по мере удаления от источника по направлению ветра. Концентрация загрязняющих веществ в приземном слое на разном расстоянии от источника неодинакова.
Около мощного источника организованного точечного высокого нагретого выброса (например, трубы ТЭЦ) выделяют несколько зон, которые показаны на рис. 1.2.
Зоны распределения концентрации вредных веществ в атмосфере над
факелом организованного высокого источника выброса.
1. Зона неорганизованного загрязнения, распространяющаяся на расстояние до 1 000 м.
2. Зона переброса факела выбросов, которая простирается на расстояние до 10 высот трубы, и, характеризуется относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы.
3. Зона задымления, распространяется на расстояние от 10 до 40 высот
трубы, в которой наблюдается максимальное содержание вредных веществ.
4. Зона постепенного снижения уровня загрязнения.
Зона задымления является наиболее опасной для населения и должна
быть исключена из селитебной застройки.
Максимальная концентрация прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над
землей. Подъем горячих струй обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух, следовательно, повышение температуры выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.
18

Рис. 1.2. Распределение приземной концентрации
загрязняющего вещества в атмосфере на оси факела
выброса одиночного точечного источника

Рассеивание примесей происходит в горизонтальном и вертикальном
направлениях. Установлено, что максимальная концентрация отмечается
в центре факела, т. е. по его оси. Концентрация вредных веществ уменьшается по оси струи по мере удаления от точки выброса.
Максимальные концентрации загрязняющих веществ по данным натурных исследований создаются:
 для нагретых выбросов на расстоянии, равном 20 высотам трубы
(20 Н)
 для холодных выбросов на расстоянии, равном 5–10 высотам источника (5 – 10 Н).
19

Дымовой факел, выйдя из трубы, постепенно расширяется, «раскрывается» на тот или иной угол.
На раскрытие факела влияют многие факторы.
Рассеивание загрязнений в атмосферном воздухе происходит под
влиянием следующих основных факторов.
1. Техногенные параметры источника выброса.
2. Метеопараметры окружающей среды.
3. Физико-географические особенности местности (характер подстилающей поверхности).
К техногенным параметрам источника выброса относят:
 высоту источника выброса (Н, м);
 температуру выброса (∆Т, °С), которая определяется как разность
между температурой газовоздушной смеси, выбрасываемой источником,
и температурой окружающей среды;
 скорость выхода газовоздушной смеси из трубы ω0.
Концентрация вредных веществ в атмосфере при прочих равных условиях зависит от высоты выбрасывающей трубы.
Низкие выбросы (менее 10 м) чаще бывают неорганизованными (выбросы из труб мелких котельных, печных труб) или распределенными
(выбросы автотранспорта). Низкие выбросы, поступая в атмосферу, сразу
оказываются в слое жизнедеятельности и слабо разбавляются в атмосфере
(рис. 1.3, а) [8].
Выбросы, поступающие из труб высотой 50 м и более (согласно классификации, относящиеся к высоким), как правило, являются организованными. К ним относят промышленные стационарные источники. Такие выбросы, прежде чем достигнут земной поверхности, разбавляются в большом объеме атмосферного воздуха, поэтому создаваемое ими загрязнение
обычно невелико (рис. 1.3, б).
Поэтому, с одной стороны, низкие источники чаще, чем высокие, являются виновниками повышенных уровней загрязнения атмосферного
воздуха, с другой, следует учитывать, что выбросы высоких источников
распространяются на значительные расстояния и могут поражать удаленные от источников растения и живые организмы, чувствительные к более
низким уровням загрязнения.
20

а)

б)

Рис. 1.3. Характер разноса летучей золы дымовых газов:
а) при низких дымовых трубах; б) при высоких дымовых трубах

Чем выше источник выброса, тем ниже приземная концентрация выбрасываемой примеси. Это объясняется следующими моментами:
 при низкой трубе ось факела ближе всего располагается к поверхности земли. Известно, что именно по оси факела дымовой струи отмечаются наибольшие концентрации вредных веществ. Чем выше труба,
тем больше сечение дымового факела в точке прикосновения его к земле
(рис. 1.4) [8];
 чем выше труба, тем больше скорость ветра в точке выброса и более интенсивно идут процессы перемешивания и рассеивания веществ
в атмосфере. Высокая труба отодвигает начало зоны задымления.

Рис. 1.4. Схема дымового факела при разной высоте трубы
21

Высота трубы имеет значение также и в формировании нисходящего
потока от трубы, для предупреждения повышенного загрязнения зоны
аэродинамической тени зданий, для эффективной диффузии выбросов
в атмосфере и снижения их концентрации в приземных слоях.
Низкие трубы способствуют частому осаждению загрязняющих веществ с подветренной стороны у земли.
При больших скоростях движения воздуха газовоздушная струя как
бы сдувается, эффективная высота источника меняется мало, и ее можно
считать равной геометрической высоте трубы. При этих условиях диффузия вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух, происходит
с постоянной высоты. При малых скоростях воздуха газовоздушная смесь
будет подниматься на ту или иную высоту, т. е. эффективная высота выброса будет меняться.
Температура выброса из источника имеет большое значение для формирования газовоздушной струи.
В промышленности и на транспорте наиболее распространены горячие выбросы, например, на металлургических предприятиях температура
выброса колеблется от 200 до 1 200 °С, выбросы тепловых электростанций
имеют температуру 100–200 °С, нефтеперерабатывающих заводов –
300–400 °С и 180–540 °С на разных установках, предприятий химической
промышленности – в основном от 30 до 50 °С.
Чем выше температура, тем на большую высоту может подниматься
факел. При слабом ветре и при инверсиях факел может достигать большой
высоты. Например, при скорости ветра 5 м/с и температуре газов от 100 до
200 °С разница температуры газов и окружающего воздуха в 1 °С дает
приращение высоты выброса на 1,5 м.
Как уже отмечалось, на формирование газовоздушной смеси оказывает
значение скорость газов на выходе из устья трубы. Влияние кинетической
энергии на форму факела выброса зависит от отношения скорости газов на
выходе к скорости ветра. Чем выше это отношение, тем выше факел. Влияние температуры и скорости выхода газовоздушной струи из трубы при сильном ветре не имеет такого большого значения для формирования факела.
При наличии смежных зданий и застройки изменяются структура
и турбулентность воздушных потоков, что приводит к изменению формы
22

факела, его деформации, созданию неблагоприятных условий для рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Влияние здания обнаруживается по высоте на расстоянии 2,5 высоты его с наветренной стороны и до 8 высот с подветренной стороны. Это влияние уменьшается при
снижении ширины здания по сравнению с его высотой. Зона деформации
воздушного потока за зданием называется аэродинамической тенью.
Именно здесь скапливаются загрязняющие вещества и затруднено рассеивание, поэтому рекомендуют поднимать высоту труб не менее, чем
на 2,5 высоты над примыкающими зданиями.
При сильных ветрах за трубой могут образовываться завихрения, изза чего загрязняющие вещества забрасываются в зону аэродинамической
тени примыкающих зданий. Кроме того, возможно опускание загрязнений
непосредственно до поверхности земли. С подветренной стороны трубы
при наличии ветра создается зона пониженного давления. Здесь накапливаются и перемещаются вредные выбросы. Для того, чтобы устранить наблюдающееся снижение высоты факела при этом явлении, рекомендуют
создавать такую скорость выброса газов, чтобы она в 2–2,5 раза превышала скорость ветра.
Влияние метеорологических условий на рассеивание примесей
При постоянном режиме выбросов вредных веществ колебания уровня
загрязнения происходят под влиянием условий переноса и рассеивания примесей в атмосфере. В зависимости от вида источников и характера их размещения на территории города изменчивость концентрации примеси меняется под влиянием метеорологических условий и составляет от 20 до 80 %
общей изменчивости концентраций. В отдельные дни при сочетании неблагоприятных метеорологических условий (периоды НМУ) именно они определяют повышение концентраций примесей в приземном слое атмосферы.
Горизонтальные перемещения воздуха (ветер) зависят от особенностей распределения атмосферного давления. Скорость и направление ветра постоянно меняются. В среднем у земной поверхности скорость ветра
колеблется в пределах от 5 до 10 м/с, хотя иногда она может возрастать до
50 м/с и более.
23

Когда говорят о направлении ветра, то имеют в виду ту сторону горизонта, откуда он дует. В практике выделяют 8 или 16 румбов направлений
ветра, которые показаны на рис. 1.5, где С – север, ССВ – севернее северовостока, СВ – северо-восток, ВСВ – восточнее северо-востока, В – восток,
ВЮВ – восточнее юго-востока, ЮВ – юго-восток, ЮЮВ – южнее юговостока, Ю – юг, ЮЮЗ – южнее юго-запада, ЮЗ – юго-запад,
ЗЮЗ – западнее юго-запада, З – запад, ЗСЗ – западнее северо-запада, СЗ –
северо-запад, ССЗ – севернее северо-запада.
Каждому румбу соответствует определенный угол его с меридианом
(табл. 1.3).

Рис. 1.5. Направление ветра по 16 румбам
Таблица 1.3
Соответствие румбов и градусов
Румбы
С
ССВ
СВ
ВСВ
В
ВЮВ
ЮВ
ЮЮВ

Градусы
360
22
45
68
90
112
135
158

Румбы
Ю
ЮЮЗ
ЮЗ
ЗЮЗ
З
ЗСЗ
СЗ
ССЗ
24

Градусы
180
202
225
248
270
292
315
337

Наблюдениями установлена постоянная повторяемость ветров определенных румбов для каждой местности. По данным метеорологических
наблюдений повторяемости ветра по основным румбам строят так называемую «розу ветров» (рис. 1.6), в которой от начала координат откладывают отрезки, пропорциональные повторяемости ветров по каждому румбу. Концы этих отрезков соединяют ломаной линией. Повторяемость
штилей обозначается в центре «розы ветров» или выделяется иначе.

Рис. 1.6. Роза ветров г. Новосибирска

Скорость ветра возрастает по мере удаления от поверхности земли,
так как в приземном слое на снижение скорости ветра влияет шероховатость земли.
В городах скорость ветра уменьшается, но одновременно увеличивается турбулентность из-за неровности подстилающей поверхности, поэтому ветер более порывист даже при устойчивой стратификации. Кроме то25

го, в условиях городской застройки из-за зданий и иных построек ветер
часто меняет направление и скорость.
Таким образом, воздух может перемещаться вверх, вниз и в горизонтальной плоскости. Вместе с тем, имеет значение также скорость выхода
газов из трубы. В зависимости от величины соотношения скоростей выхода газов и ветра факелы существенно отличаются (рис. 1.7) [8].
VS

VS

u

u

h

h

при

V s  1,5

при

u

V s  2,5
u

Рис. 1.7. Влияние отношения скоростей выхода газов и ветра
на высоту выброса факела

Скорость ветра существенно влияет на концентрацию примесей благодаря изменению объема воздуха, который проходит через сечение дымового факела, и изменению сечения самого факела. Изменение сечения
факела в каждой точке определяется величиной угла его раскрытия, который колеблется от 10 до 60 ° при разных скоростях ветра.
При этом чем больше скорость ветра, тем больше турбулентность,
а, следовательно, лучше рассеивание (разбавление) загрязняющих веществ
в атмосфере.
Загрязнение в одной и той же точке в разные сезоны года и в разные
часы суток сильно отличается в связи с изменением направления и скорости ветра. Из рис. 1.8 видно, что розы ветров в июле месяце и в январе
в г. Новосибирске отличаются, а значит и условия накопления вредных
примесей в атмосфере будут разные.
26

а)

б)
Рис. 1.8. Роза ветров г. Новосибирск:
а) в июле; б) в январе

Многолетние наблюдения за условиями рассеивания выбросов в атмосферном воздухе выявили опасные скорости ветра, которые создают
наибольшие концентрации вредных веществ от поступающих выбросов
в приземных слоях атмосферы. Опасная скорость ветра зависит от температуры выбросов и высоты источника. Для мощных источников нагретых
выбросов (тепловые электростанции, предприятия металлургической промышленности и др.) она колеблется от 2 до 7 м/с.
Для малой мощности источников со слабонагретыми выбросами (разница температур окружающего воздуха и выбрасываемой газовоздушной
смеси менее 50 °С), что характерно для большинства вентиляционных установок, опасная скорость ветра составляет 0,5–1,0 м/с.
Вторым источником турбулентности является расслоение приземного
слоя воздуха, неравномерное распределение его температуры по высоте –
инверсия температуры. Атмосфера представляет собой термодинамическую систему. Любая масса поднимающегося вверх воздуха будет охлаж27

даться, а опускающегося – нагреваться. В основе этого явления лежит
уменьшение давления и увеличение объема массы воздуха при подъеме
и снижении температуры. При опускании объем уменьшается, а температура возрастает.
Нагревание и охлаждение нижних слоев атмосферы происходит в основном радиационным путем, и изменение температуры определяется изменениями температуры земной поверхности. При подъеме на каждые
100 м температура воздуха снижается на 1 °С, а при опускании на каждые
100 м она возрастает на ту же величину. Распределение температуры по
высоте характеризует так называемый вертикальный градиент температуры, т. е. изменение температуры в атмосфере на единицу высоты (обычно
на 100 м). Но в ряде случаев у поверхности земли воздух оказывается более холодным, чем на некоторой высоте. Это явление и обозначают термином «инверсия».
Инверсии тоже влияют на рассеивание вредных веществ в атмосфере.
Так как в нижнем слое температура воздуха более низкая, а плотность
наибольшая, из-за силы тяжести воздух не может подняться вверх, и, следовательно, не может смешаться с более теплым воздухом, расположенным выше, поэтому загрязняющие вещества концентрируются в приземной части под слоем теплого воздуха.
Выделяют следующие виды инверсии:
 приземные инверсии – наблюдаются у поверхности земли и возникают в результате выхолаживания воздуха над почвой;
 высотная инверсия, наблюдающаяся на некоторой высоте;
 приподнятые инверсии, встречаются на небольшой высоте от земли
и развиваются в результате атмосферных циркуляционных процессов (циклонов и антициклонов, холодных и теплых атмосферных фронтов).
Приземные и приподнятые инверсии температуры, имеющие устойчивую стратификацию, являются задерживающими слоями, так как препятствуют распространению примесей в атмосфере. Если слой приподнятой инверсии располагается непосредственно над трубой источника выброса, то в приземном слое атмосферы могут создаваться опасные условия
загрязнения, так как инверсионный слой ограничивает подъем выбросов,
28

способствует их опусканию и накоплению в приземном слое. Если слой
приподнятой инверсии располагается на достаточно большой высоте от
труб промышленных предприятий, то концентрация примеси не будет
сильно увеличиваться. Примеси несколько разбавляются в атмосфере.
Слой инверсии, расположенный ниже уровня выбросов, препятствует их
переносу к земной поверхности. В этом случае слой инверсии оказывает
благоприятное действие.
Если слой инверсии располагается ниже устья трубы, а над ней
происходит перемешивание воздуха, то факел распространения примесей вихреобразно направлен вверх. Получается так называемая приподнятая струя.
В том же случае, когда слой инверсии располагается выше устья
трубы, а ниже происходит перемешивание воздуха, факел распространения примесей направлен вниз, обусловливая загрязнение приземных
слоев воздуха. Этот вид дымовой струи получил название задымляющей
(рис. 1.9) [8].

Рассеивание
дыма

Более
теплый воздух
Граница слоя инверсии

Осаждение
дыма

Более холодный воздух

Завод

Жилой дом
Ход температуры
воздуха

Рис. 1.9. Влияние слоя инверсии на распространение
выбросов из труб
29

В городских условиях наблюдаются опасные условия накопления
примесей, так как из-за наличия большого числа низких источников выбросов, особенно с температурой выбросов ниже температуры окружающего воздуха, создается высокая повторяемость приземных и низких приподнятых инверсий.
Инверсии особенно часты в приземном слое воздуха по ночам. Длительные и устойчивые инверсии образуются при штилях, сопровождающихся сильными туманами.
Инверсия может усиливаться также из-за рельефа местности. Например, в низких местах (котловинах, ущельях, впадинах) охлаждение приземного слоя воздуха выражено больше. Охлажденный воздух там застаивается. При неровностях земной поверхности холодный воздух может стекать
по склонам возвышенностей, заполняя лощины, углубления, впадины.
Состояние атмосферы бывает равновесным, устойчивым и неустойчивым (говорят о равновесной, устойчивой и неустойчивой стратификации).
Обычно условия горизонтального и вертикального перемешивания
учитывают с помощью коэффициента атмосферной стратификации (А).
В настоящее время установлена прямо пропорциональная зависимость
между величиной максимальной наземной концентрации примеси и от нагретых и от холодных выбросов и величиной А. Коэффициент А для Сибири составляет 200.
Влияние физико-географических особенностей местности
На распространение примесей влияют также упорядоченные вертикальные движения, обусловленные неоднородностью подстилающей поверхности. Неровности рельефа при отсутствии инверсии и наличии ветра,
в общем, благоприятны для рассеивания выбросов, поскольку они способствуют вертикальной турбулентности атмосферы. Резко выраженные топографические особенности (высокие холмы и складки, глубокие долины)
способны вызвать сильные вертикальные отклонения от средних значений
воздуха, которые тем значительнее, чем больше скорость ветра.
В условиях пересеченной местности, на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных – нисходящие движения, над
водоемами летом – нисходящие, а в прибрежных районах – восходящие
30

движения. При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих – уменьшаются. В некоторых формах рельефа,
например, в котловинах, воздух застаивается, что приводит к накоплению вредных веществ вблизи подстилающей поверхности, особенно от
низких источников выбросов. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примеси обычно больше, чем на равнинных поверхностях.
На рассеивание примесей в условиях города существенно влияют
планировка улиц, их ширина, направление, высота зданий, зеленые массивы и водные объекты, образующие как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящие к возникновению особых метеорологических условий.
Особенности рельефа местности следует учитывать еще и потому, что
его неровности могут изменять турбулентный режим воздушных потоков.
Это означает, что благодаря местной циркуляции воздуха меняются направление и скорость ветра (рис. 1.10) [8]. В частности, на наветренных
склонах и вершинах возвышенностей скорость ветра может возрастать
на 10–40 %.

Рис. 1.10. Влияние жилого массива на распространение примесей

31

1.4. Расчет загрязнения атмосферы
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного
источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Xм (м) от источника (см. рис. 1.2)
и определяется по формуле [9]:

Cм 

AMFmn
,
23
H V 1T

(1.1)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяемый климатическими зонами России (табл. 1.4);
М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания
вредных веществ в атмосферном воздухе:
а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей
(пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F = 1;
б) для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше, при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % –
F = 2; от 75 до 90 % – F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки –
F = 3;
m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной
смеси из устья источника выброса;
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности, если в радиусе 50 высот труб Н от источника перепад отметок местности не превышает 50 м на 1 км (уклон менее 0,05), η = 1. В других случаях величину
η определяют исходя из анализа картографического материала, освещающего рельеф местности в радиусе до 50 высот наиболее высокого из размещаемых на промплощадке источника, но не менее, чем до 2 км.
32

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных
источников при расчетах принимается Н = 2 м);
∆Т, С° – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (ГВС) Тг, °С и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С (Тв следует принимать равной средней температуре наружного
воздуха наиболее жаркого месяца года, а для котельных, работающих по
отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Тв,
равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц. Тг определяется по технологическим расчетам и действующим для
данного производства нормативам);
3
V 1 – расход ГВС, м /с, определяется по формуле:

D 2
V 1  4 0 ,

(1.2)

где D – диаметр устья источника выброса, м;
0 – средняя скорость выхода ГВС, м/с.
Таблица 1.4
Зависимость коэффициента А от климатической зоны России
Географические районы
(климатические зоны России)

Климатическая
зона

А

Бурятия, Читинская область

1

250

Европейская территория (районы РФ южнее 50° северной
широты, районы Нижнего Поволжья и Кавказа), Дальний
Восток и остальные территории Сибири южнее 50°
северной широты (источники высотой менее 200 м)

2

200

Европейская территория и Урал от 50° до 52° северной
широты (источники высотой менее 200 м)

3

180

Европейская территория и Урал севернее 52° северной
широты (за исключением центра Европейской части)

4

160

Московская, Тульская, Рязанская, Владимировская,
Калужская, Ивановская области

5

140

33

Величину безразмерного коэффициента m определяют в зависимости
от параметров f и fе.
f  1 000

02 D
;
H 2 T

(1.3)

f е  800(vм )3 ;

при f  m 

1
;
3
0,67  0,1 f  0,34 f

при f 

при fе  f  100

(1.4)

m

m

(1.5)

1,47
;
3 f

(1.6)

1
0,67  0,1 f

е

 0,34 3

fe

.

(1.7)

Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от параметра vм:

v м  0,65 3
при v м  2

V T
;
H
n = 1;

при 0,5  vм  2 n  0,532v 2м  2,13v м  3,13 ;
при vм  0,5 n = 4,4 vм.

(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)

Расстояние Хм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает
максимального значения, определяется по формуле:

Xм

5 F
dH ,
4

(1.12)

где безразмерный коэффициент d находится по формулам:

d  2,48(1  0,28) 3 f e при vм ≤ 0,5;
34

(1.13)

d  4,95v м(1  0,28 3 f ) при 0,5  vм  2;

(1.14)

d  7 v м (1  0,28 3 f ) при vм  2.

(1.15)

Значение опасной скорости ветра uм (м/с) на уровне флюгера (обычно
10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение
приземной концентрации вредных веществ СМ, в случае f < 100 определяется по формулам:
uм = 0,5 при vм ≤ 0,5;

(1.16)

uм = vм при 0,5 ˂ vм ≤ 2;

(1.17)

u м  v м(1  0,12 f ) при vм > 2.

(1.18)

При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ С (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (м) от источника выброса определяется по формуле:

C  S 1C м ,

(1.19)

где S1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отX
ношения
и коэффициента F по формулам
Xм
при

X
Xм

4
3
2
 X 
 X 
 X 
 1 S 1  3
  8
  6
 ;
 X м
 X м
 X м

при 1 

при F  1,5 и

X
Xм

X
Xм

 8 S1 



1,13

0,13 X

S1 



3,58 X

35

;

(1.21)

Xм
X

8

 1
2

Xм

  35, 2 X X   120
2

Xм

(1.20)

м

;

(1.22)

при F  1,5 и

X

8

Xм

S1 



1

0,1 X

  2, 47 X X  17,8
2

Xм

.

(1.23)

м

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере CY
(мг/м3) на расстоянии Y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:
C y  S 2C ,

(1.24)

где S 2 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от
скорости ветра v (м/с) и отношения Y/X по значению аргумента ty:

S2 

vY 2
при v  5 t y  2 ;
X

(1.25)

5Y 2
при v  5 t y  2 ;
X

(1.26)

1
(1  5t y  12,8t y2  17t 3y  45,1t y4 )

2

.

(1.27)

Практическая работа № 1
Расчет и построение схемы ореола разноса
газовоздушного выброса
Цель работы: рассчитать протяженность ореола разноса газовоздушной смеси по 8 направлениям антирозы ветров для одиночного точечного
источника, производящего нагретые выбросы.
Порядок выполнения работы
1. В соответствии с вариантом заданий (прил. 1) рассчитать максимальное значение приземной концентрации газовоздушной смеси (ГВС) См.
36

2. Рассчитать расстояние Хм, на котором достигается максимальное
значение приземной концентрации ГВС.
3. Определить опасную скорость ветра, при которой достигается максимальная концентрация.
4. Определить приземные концентрации С по оси факела для точек:
100 м; 200 м; 300 м; 400 м; 500 м; 600 м; 800 м; 1 000 м; 1 200 м; 1 400 м;
1 600 м; 2 000 м; 4 300 м и отобразить на графике.
5. Построить розу и антирозу ветров.
6. Рассчитать протяженность ореола разноса ГВС смеси по 8 направлениям антирозы ветров.
7. Построить ореол разноса ГВС смеси с учетом розы ветров.
Расчет приземной концентрации газовоздушной смеси и расстояния,
на котором достигается ее максимальное значение, выполняют в соответствии с вариантом задания по формулам 1–6.
Пример расчета выполняется по данным, представленным в табл. 1.5.
Таблица 1.5

Место
нахождения
источника
выброса

Направления ветров, %
характерные для данного
Состав D, Н, ω0, V1, Тгвс, Тв,
населенного пункта
3
о
о
выбросов м м м/с м /с С С

С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ

Масса (М, г/с)

Исходные данные для примера

Оксид
Владивосток 500 азота 1,5 80 8
(КО 95%)

–

50 25 7 2 2 36 8 3 2 6

1. Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ См, выполняется по формуле (1.1):

Cм 

AMFmn
.
23
H V 1T

По физической карте России определяем координаты г. Владивостока –
о

о

43 с.ш. 131 в.д. По табл. 1.4 определяем климатическую зону и коэффи37

циент А. Так как источник выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) находится в г. Владивосток, значит это климатическая зона 2, а коэффициент
А = 200 (для Дальнего Востока).
Значение безразмерного коэффициента F принимается равным 2,5,
так как коэффициент очистки более 90 %.
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом
высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1. При выполнении расчетов
для всех вариантов считать, что источник выброса расположен на равнинной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, следовательно, η = 1.
По формуле (1.2) найдем расход ГВС V1:
D 2
3,14 1,52
V1 
8  14,3 м3/с.
0 
4
4

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, vм , v 'м и fe.
По формуле (1.3) определяем параметр f:

02D
82 1,5
f  1 000 2
 1 000 2
 0,6  100.
H T
80 (50  25)
Параметр vм определяем по формуле (1.8):

v м  0,65 3

V T
14,13(50  25)
 0,65 3
 1,1 .
H
80

Значение fe рассчитывается по формуле 1.4:
f е  800(v м)3  800 1,13  970 .

Так как f меньше 100 и меньше fe, коэффициент m рассчитывается по
формуле (1.5):

m

1
0,67  0,1 f  0,343 f



1
 0,97 .
0,67  0,1 0,6  0,343 0,6
38

Так как f ˂ 100, 0,5 ≤ vм ˂ 2 коэффициент n рассчитывается по формуле (1.10):

n  0,532v 2м  2,13v м  3,13  0,532 1,12  2,13 1,1  3,13  1,43.
Выполнив расчет, получаем: См = 7,66 мг/м3
2. Расчет расстояния Хм, на котором будет наблюдаться максимальная приземная концентрация См.
Хм рассчитываем по формуле (1.12):

Xм

5 F
5  2,5
dH 
 5,77  80  288,5 .
4
4

Значение d зависит от параметра vм:

v м  0,65 3

V T
 1,1 .
H

Поскольку в нашем случае 0,5 < vм ≤ 2, то для расчета безразмерного
показателя d используем формулу (1.14):

d  4,95 v м (1  0,283 f )  4,95  1,1(1  0,283 0,6 )  5,77 .
Выполнив расчет, получаем: d = 5,77; Хм = 288,5 м.
3. Определение опасной скорости ветра uм.
Опасная скорость ветра, при которой достигается максимальная приземная концентрация вредных веществ См, определяется по формуле (1.17):
uм = vм = 1,1.
4. Определение приземных концентраций С по оси факела на разных расстояниях.
Приземная концентрация вредных веществ С (мг/м3) в атмосфере по
оси факела выброса на различных расстояниях X (м) от источника выброса
определяется по формуле (1.19):

C  S 1C м ,
39

где S 1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отX
ношения
и коэффициента F по формулам.
Xм
Результаты вычислений занесем в таблицу.
X
Так как для точек Х(100) и Х(200) отношение
 1, то S 1 рассчитываXм
ем по формуле (1.20):
4
3
2
S 1(100)  3(0,35)  8(0,35)  6(0,35)  0, 46 ;
4
3
2
S 1(200)  3(0,69)  8(0,69)  6(0,69)  1,04 .

Для точек от Х(300) до Х(2000) отношение 1 

X
Xм

 8, поэтому S1 рас-

считываем по формуле (1.21):

S1 



1,13

0,13 X

 1
2



1,13
 0,99 .
0,13 1,04 2  1

Xм

По аналогии рассчитываем S 1 для остальных точек. По формуле (1.19)
рассчитываем С, все результаты заносим в табл. 1.6 и строим график
(см рис. 1.11).
Таблица 1.6
Результаты расчетов
Расчеты

Расстояния от источника, на которых рассчитывается С
100 200 300 400 500 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 2 000 4 300

Х/Хм

0,35 0,69 1,04 1,39 1,73 2,08 2,77 3,47 4,16 4,85 5,55 6,93 14,9

S1

0,46 0,91 0,99 0,9 0,81 0,72 0,56 0,44 0,35 0,28 0,23 0,16 0,02

C = S1·7,66 3,52 6,94 7,58 6,92 6,23 5,55 4,33 3,37 2,66 2,13 1,73

40

1,2

0,19

Рис. 1.11. График снижения концентрации загрязняющих веществ
по мере удаления от источника выбросов
5. Построение розы ветров и антирозы.
На листе формата А4 в верхнем правом углу начертить пресекающиеся линии, показывающие основные и промежуточные стороны горизонта
и подписать названия сторон горизонта (рис. 1.12, а).
Учитывая то, что антироза ветров представляет собою розу ветров,
о

развернутую на 180 , получаем следующие данные для построения антирозы ветров:
С = 32 %;
СВ = 11 %;
В = 6 %;
ЮВ = 5 %;

Ю = 2 %;
ЮЗ = 2 %;
З = 16 %;
СЗ = 16 %.

В масштабе 1 мм = 1 % отложить отрезки от центра в сторону, по направлениям основных румбов, и поставить точки. Затем полученные точки ветров, отмеченные на сторонах горизонта, последовательно соединить
линией (см. рис. 12 а, б). По построенной розе ветров определить преобладающие ветры.
Согласно построенной розы ветров видно (см. рис. 12, а), что преобладают южные ветры.
41

Масштаб построения: 1 мм = 1 % повторяемости ветров

а)

б)
Рис. 1.12. Роза и антироза ветров:
а) роза ветров; б) антироза ветров

6. Расчет протяженности ореола разноса по 8 направлениям антирозы ветров.
Протяженность ореола разноса по главному направлению антирозы
ветров принимается равной Хм (288,5 м). Протяженность ореола разноса
по остальным 7 направлениям рассчитывается, исходя из пропорции:
для главного направления (С): 32 % – 288,5 м
для направления СВ:

11 % – ХСВ
ХСВ = 11 ∙ 288,5 / 32 = 99,2 м.

42

Для остальных направлений расчеты ведутся аналогично, результаты
заносятся в табл. 1.7.
Таблица 1.7
Расчетные данные для построения ореола разноса ГВС
Направление
антирозы ветров
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ

Повторяемость
ветра
32 %
11 %
6 %
5 %
2%
2%
16 %
16 %

Протяженность ореола разноса
вдоль данного направления, м
288,5
99,2
54,09
45,08
18,03
18,03
144,25
144,25

7. Построение схемы ореола разноса газовоздушной смеси.
Для вычерчивания схемы используется лист формата А4 (21 на 29 см).
Выбирается масштаб построения схемы:
а) ранее рассчитанное значение Хм грубо округляем до целых в сторону увеличения. Получаем Хм = 300 м;
б) учитывая, что протяженность главного направления ореола разноса в масштабе схемы не должна превосходить 10 см, составляем пропорцию:
Хм (300 м) – 10 см.
Х – 1 см.
Х = 300 м ∙ 1 см / 10 см = 30 м.
Следовательно, знаменатель масштаба получается равным 30 м,
и масштаб построения схемы будет: в 1 см – 30 м.
Перевести вычисленные величины протяженности ореола разноса
в масштаб схемы и заполнить табл. 1.8.
Далее на листе формата А4 строится ореол разноса (рис. 1.13).
43

Таблица 1.8
Расчет протяженности ореола ГВС в масштабе построения
Направление
антирозы ветров
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ

Протяженность
ореола разноса вдоль данного направления
в метрах местности
в сантиметрах схемы
288,5
9,6
99,2
3,3
54,09
1,8
45,08
1,5
18,03
0,6
18,03
0,6
144,25
4,8
144,25
4,8

См = 0,60 мг/м3
Хм = 1 790,4 м

Рис. 1.13. Схема ореола разноса нагретого газовоздушного выброса
от одиночного точечного источника
Отчет. При оформлении отчета необходимо указать название и цель
работы, представить исходные данные. При оформлении расчетной части
44

отчета указать определяемую величину, привести расчетную формулу
с пояснениями, выполнить расчеты и требуемые графические построения. Титульный лист и отчет оформляются на листах формата А4 в соответствии с требованиями.
Решение обратных задач
Задача № 1
Рассчитать мощность выброса М (данные для расчетов приведены
в табл. 1.9) вредных веществ в атмосферу, удаляемых с дымовыми газами от
отопительных котельных, которые расположены в Новосибирской области.
Таблица 1.9
Исходные данные к задаче № 1
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

F
2
1
3
1
3
1
2
3
3
3
2
1
1
3
2
2
1
3
3
2,5
3
3
1
1
2,5

m
0,9
1
1,3
0,8
1,2
1,3
1
0,9
1,4
1,1
1
0,8
0,8
0,8
1,3
1,2
1
1,4
0,9
0,8
1,1
1,5
0,9
0,8
1,3

n
1,3
1,5
2
1,1
2,2
1,2
1,8
1,3
2,8
2,6
2
2,6
1,9
3
2,7
2,9
1,2
3
2
1
1,5
2,3
2
1,9
2,3

H
80
45
110
67
75
100
40
66
120
90
110
45
60
94
75
70
90
40
70
67
60
80
84
70
110
45

V
1 200
800
1 500
900
1 030
1 400
900
1 400
2 200
900
3 000
750
1 100
1 900
1 100
800
1 540
400
930
1 300
1 000
1 900
1 100
1 300
2 300

∆T
23
34
65
57
63
63
78
29
50
73
63
43
64
85
35
26
30
21
33
30
24
26
150
35
14

Cм
1,209 854
3,000 018
2,873 989
0,450 559
2,978 258
0,269 151
5,956 065
4,876 489
1,881 697
1,176 048
1,013 834
1,032 631
1,096 171
4,788 167
5,25 566
2,530 782
0,817 487
11,15 706
3,301 679
1,300 651
2,917 318
3,808 013
0,4 372
1,392 001
2,815 628

Задача № 2
Рассчитать оптимальную высоту трубы источника выбросов H (данные для расчетов приведены в табл. 1.10), соответствующих заданному
уровню максимальной приземной концентрации См, при прочих фиксированных параметрах выброса. Источники выбросов расположены на территории Новосибирской области.
Таблица 1.10
Исходные данные к задаче № 2
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

1,176 048
1,013 834
1,032 631
1,096 171
4,788 167
5,255 66
1,209 854
3,000 018
2,873 989
0,450 559
2,978 258
0,269 151
5,956 065
4,876 489
1,881 697
1,300 651
2,917 318
3,808 013
0,437 2
1,392 001
2,815 628

m
1,1
1
0,8
0,8
0,8
1,3
0,9
1
1,3
0,8
1,2
1,3
1
0,9
1,4
0,8
1,1
1,5
0,9
0,8
1,3

n
2,6
2
2,6
1,9
3
2,7
1,3
1,5
2
1,1
2,2
1,2
1,8
1,3
2,8
1
1,5
2,3
2
1,9
2,3

М
320
1 100
200
670
1 600
790
500
870
1 140
610
340
480
780
1 300
690
550
340
540
470
890
580

V
900
3 000
750
1 100
1 900
1 100
1 200
800
1 500
900
1 030
1 400
900
1 400
2 200
1 300
1 000
1 900
1 100
1 300
2 300

∆T
73
63
43
64
85
35
23
34
65
57
63
63
78
29
50
30
24
26
150
35
14

F
3
2
1
1
3
2
2
1
3
1
3
1
2
3
3
2,5
3
3
1
1
2,5

2,530 782
0,817 487
11,157 06
3,301 679

1,2
1
1,4
0,9

2,9
1,2
3
2

350
1 100
180
670

800
1 540
400
930

26
30
21
33

2
1
3
3

Cм

46

Контрольные вопросы
1. Что такое атмосфера?
2. Каким образом качество атмосферного воздуха влияет на состояние здоровья человека?
3. Назовите основные загрязнители атмосферного воздуха.
4. Виды загрязнения.
5. По каким признакам классифицируют источники загрязнения?
6. Классификация источников загрязнения по месту расположения
и форме.
7. Классификация источников загрязнения по дальности распространения и режиму работы.
8. Классификация источников загрязнения по температуре газовоздушной смеси источника загрязнения и степени централизации.
9. Что такое турбулентная диффузия?
10. Перечислите факторы, влияющие на рассеивание выбросов.
11. Назовите зоны распределения концентрации вредных веществ
в атмосфере. Какая из них является наиболее опасной для населения?
12. На каком расстоянии от источника выброса наблюдается максимальная концентрация загрязняющих веществ?
13. Каким образом техногенные параметры источника выбросов
влияют на рассеивание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе?
14. Как метеопараметры окружающей среды влияют на рассеивание
загрязняющих веществ в атмосферном воздухе?
15. В каких случаях инверсии оказывают благоприятное действие,
а в каких – способствуют накоплению вредных веществ в атмосфере?
16. Виды инверсий.

47

2. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
2.1. Основные принципы нормирования в области
охраны окружающей среды
В Федеральном законе «Об охране окружающей среды» [14] дано
следующее определение качества окружающей среды – это состояние
окружающей среды, которое характеризуется физическими, химическими,
биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.
В соответствии со статьей 42 Конституции Российской Федерации [13],
каждый гражданин имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением.
Для того, чтобы иметь возможность оценивать состояние окружающей среды, отделять благоприятную среду от неблагоприятной, необходимы очевидные и ясные ориентиры.
Нормирование в области охраны окружающей среды (ст. 19 Федерального закона «Об охране окружающей среды» [13]) заключается в установлении:
- нормативов качества окружающей среды;
- нормативов допустимого воздействия на окружающую среду при
осуществлении хозяйственной и иной деятельности;
- иных нормативов в области охраны окружающей среды;
- а также государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды.
В учебных и иных источниках нормирование включает три группы [14]:
– санитарно-гигиенические;
– экологические, или производственно-хозяйственные;
– комплексные.
К санитарно-гигиеническим нормативам относятся нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ (химических,
48

биологических), физических воздействий и др., нормативы санитарных
и защитных зон, предельно допустимых уровней (ПДУ) радиационного
воздействия и др. Они не связаны с конкретными источниками вредного
воздействия и не регулируют их поведение.
Целью создания таких нормативов является определение показателей
качества окружающей среды применительно к здоровью человека.
Вторую группу образуют производственно-хозяйственные нормативы – нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух, нормативы допустимых сбросов вредных веществ в водный объект (НДС)
и лимитов на образование отходов. Они устанавливают требования непосредственно к источнику вредного воздействия от конкретного предприятия, ограничивая его деятельность определенной пороговой величиной.
Комплексные нормативы определяют предельно допустимые нормы
нагрузки (ПДН) на природу, которые зависят от размеров антропогенного
воздействия на экосистемы, природные ресурсы, не приводящие к нарушению экологических функций среды.
Классификация наиболее распространенных и применяемых нормативов представлена на рис. 2.1.
Нормативы качества окружающей среды, или санитарно-гигиенические нормативы – нормативы, которые установлены в соответствии
с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для
оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда.
К нормативам качества окружающей среды относятся (ст. 21 Федерального закона «Об охране окружающей среды»):
– нормативы, установленные в соответствии с химическими показателями состояния окружающей среды, в том числе нормативы предельно
допустимых концентраций химических веществ, включая радиоактивные
вещества;
– нормативы, установленные в соответствии с физическими показателями состояния окружающей среды, в том числе с показателями уровней
радиоактивности и тепла;
– нормативы, установленные в соответствии с биологическими показателями состояния окружающей среды, в том числе видов и групп расте49

ний, животных и других организмов, используемых как индикаторы качества окружающей среды, а также нормативы предельно допустимых концентраций микроорганизмов;
– иные нормативы качества окружающей среды.
Нормирование в области охраны
окружающей среды
Нормативы
качества
или санитарногигиенические
нормативы

Нормативы
воздействия или
производственнохозяйственные
нормативы

ПДК
атмосферного
воздуха
ПДК воды
водных объектов

ПДВ
НДС
Нормативы
и лимиты отходов

Комплексные
нормативы

Нормативы
допустимого
изъятия
компонентов
природной
среды

ПДК почвы
Нормативы
физического
состояния
окружающей
среды
Нормативы
санитарных
и защитных зон

ПДУ шума
ПДУ вибрации
и т. д.

Предельно
допустимая
антропогенная
нагрузка на
окружающую
среду

Санитарнозащитные зоны
Водоохранные
зоны
Нормативы
и лимиты отходов

Рис. 2.1. Нормирование в области охраны окружающей среды [7]
50

Нормативы качества окружающей среды являются величиной неизменной на всей территории Российской Федерации и могут иметь
только одно и то же значение.
Методология гигиенического нормирования качества окружающей
среды в нашей стране основана на положении о предельно допустимых
концентрациях.
Предельно допустимая концентрация – такая концентрация загрязняющих веществ в единице объема природной среды, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия,
не снижает его работоспособности и не влияет на самочувствие.
Важнейшим принципом гигиенического нормирования является
принцип пороговости. Он основан на учете того, что живой организм до
определенных пределов способен приспосабливаться к воздействию окружающей среды. Если воздействие вредного фактора переходит этот
предел, в организме происходит срыв приспособительных реакций, развиваются патологические процессы и возникает болезнь.
Порог вредного воздействия – минимальная доза вещества, при воздействии которой на организм в последнем возникают изменения, выходящие за пределы его нормального состояния.
Работа по нормированию проводится в строго определенной последовательности, связанной с выполнением соответствующего этапа исследований. Для химических веществ первым этапом данных исследований является аналитический этап, который включает в себя оценку физикохимических свойств: данных о структуре химического вещества, его параметрах – температуре плавления, точке кипения, растворимости в воде
и других растворителях.
Вторым обязательным этапом гигиенических исследований при установлении ПДК является токсикометрия, т. е. определение основных параметров токсичности.
Токсичность – способность веществ вызывать нарушение физиологических функций организма, мера несовместимости вещества с жизнью.
Степень токсичности характеризуется величиной токсической дозы,
т. е. количеством вещества, отнесенным к единице массы, которое вызывает определенный токсический эффект (смерть).
51

Летальная доза (ЛД) – доза, вызывающая при однократном введении
гибель 50 % или 100 % экспериментальных животных.
Исследования и количественная оценка токсичности и опасности веществ включают в себя большой набор показателей с обязательной оценкой смертельных эффектов, кумулятивности, кожно-раздражающего, сенсибилизирующего, эмбриотропного действия, влияния на сердечнососудистую систему, репродуктивную функцию, а также исследование отдаленных эффектов.
Нормативы качества устанавливаются и утверждаются специально
уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов.
2.2. Нормирование загрязняющих веществ
в атмосфере
Разработка ПДК для атмосферно воздуха основывается на лимитирующем показателе вредности загрязняющего вещества. Лимитирующий
(определяющий) показатель вредности характеризует направленность
биологического действия вещества: рефлекторное и резорбтивное.
Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей – ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т. п. Указанные эффекты возникают
при кратковременном воздействии вредных веществ, поэтому рефлекторное действие лежит в основе установления максимальной разовой ПДК –
ПДКмр. Принято, что в этом случае длительность воздействия вещества
на организм составляет не более 20 мин.
Под резорбтивным действием понимают возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только
от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания.
С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК – ПДКсс.
52

Для веществ, порог токсического воздействия которых на организм
пока не известен, а также для особо опасных веществ существуют только
максимальные разовые ПДК.
Вещества, загрязняющие атмосферный воздух, делятся на следующие
классы опасности:
1-й класс – чрезвычайно опасные;
2-й класс – высоко опасные;
3-й класс – опасные;
4-й класс – умеренно опасные
Класс опасности – показатель, характеризующий степень опасности
для человека веществ, загрязняющих атмосферный воздух.
В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» [4], класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных
в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Классификация опасности вредных веществ
Наименование показателя
ПДК вредных веществ
в воздухе рабочей зоны, мг/м3
Средняя смертельная доза при
введении в желудок, мг/кг
Средняя смертельная доза при
нанесении на кожу, мг/кг
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3
Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)
Зона острого действия
Зона хронического действия

1
Менее
0,1
Менее
15
Менее
100
Менее
500
Более
300
Менее
6,0
Более
10,0
53

Норма для класса опасности
2
3

4
Более
0,1–1,0
1,1–10,0
10,0
Более
15–150
151–5000
5 000
Более
100–500
501–2500
2 500
Более
500–5000 5 001–50 000
50 000
Менее
300–30
29–3
3
Более
6,0–18,0
18,1–54,0
54,0
Менее
10,0–5,0
4,9–2,5
2,5

По мере накопления знаний о безопасности или опасности тех или
иных веществ значения ПДК для некоторых веществ изменяются. Например, в 50-е годы ДДТ (трихлор-дихлорфенилэтан, широкораспостраненное
название «дуст») считался одним из безопасных для человека инсектицидов и широко рекламировался для использования в быту. Сегодня ДДТ
запрещен для применения во многих странах из-за того, что способен накапливаться в организме животных и человека.
В нашей стране установлены следующие виды ПДК для атмосферного воздуха:
– максимальная разовая ПДКмр, при которой не обнаруживаются
рефлекторные реакции у человека (запах, световое ощущение) при 30-минутном воздействии вещества;
– среднесуточная ПДКсс – это среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест в мг/м3,
которая не оказывает прямого или косвенного вредного воздействия на
организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного
вдыхания.
Значения ПДКсс веществ в атмосферном воздухе санитарно-курортной
зоны принимается численно на 20 % меньше, чем для обычных населенных мест;
– ПДК рабочей зоны, ПДКрз – концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности (но не более 41 часа в неделю) на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Рабочая зона – пространство высотой до 2 м над уровнем пола или
площадки, на котором находятся места постоянного или временного (непостоянного) пребывания работников.
Для воздуха на территории предприятия (промплощадке) считается
допустимым присутствие вредных веществ с максимальной концентрацией не более 30 % от их допустимой концентрации в рабочей зоне.
Классификация ПДК атмосферного воздуха представлена на рис. 2.2.
54

Предельно допустимая концентрация
атмосферного воздуха

В рабочей
зоне – ПДКрз

На территории
предприятия
(промплощадке)
ПДКпп = 0,3 ПДКрз

В атмосферном воздухе
населенного пункта

Максимально разовая – ПДКмр
Среднесуточная –
ПДКсс
Среднесуточная
для курортов,
0,8 ПДКсс

Рис. 2.2. Классификация ПДК атмосферного воздуха

Значения ПДК загрязняющих веществ утверждены в следующих документах:
- ГН 2.1.6.1338-03 (в редакции от 22.02.2015) Предельно допустимые
концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных
мест (содержит 656 наименований веществ, в том числе 45 веществ, выброс которых запрещен) [1];
- ГН 2.2.5.1313-03 (в редакции от 16.09.2013) Предельно допустимые
концентрации вредных веществ воздухе рабочей зоны (содержит 2 400 наименований веществ) [2].
Некоторые значения ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов приведены в прил. 2.
Может создаться ситуация, когда в воздухе одновременно находятся
вещества, обладающие суммированным (аддитивным) действием. В таком
55

случае сумма их концентраций (С), нормированная на ПДК, не должна
превышать единицы согласно следующему выражению:

C3
C1
C2


 1.
ПДК1 ПДК 2 ПДК3
К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся,
как правило, близкие по химическому строению и характеру влияния на
организм человека, например:
 диоксид серы и аэрозоль серной кислоты;
 диоксид серы и сероводород;
 диоксид серы и диоксид азота;
 диоксид серы и фенол;
 диоксид серы и фтористый водород;
 диоксид и триоксид серы, аммиак, оксиды азота;
 диоксид серы, оксид углерода, фенол и пыль конверторного производства.
Вместе с тем многие вещества при одновременном присутствии в атмосферном воздухе не обладают суммацией действия, т. е. предельно допустимые значения концентраций сохраняются для каждого вещества
в отдельности, например:
 оксид углерода и диоксид серы;
 оксид углерода, диоксид азота и диоксид серы;
 сероводород и сероуглерод.
В том случае, когда отсутствуют значения ПДК, для оценки гигиенической опасности вещества можно пользоваться показателями ориентировочно-безопасного максимального разового уровня загрязнения воздуха (ОБУВ), которые утверждаются на 3 года, после чего их заменяют
на ПДК, утверждают на новый срок или отменяют, в зависимости от перспективы применения вещества и имеющейся информации о его токсических свойствах.
ГН 2.1.6.2309 – 07 (в редакции от 10.12.2014) «Ориентировочные
безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» содержат 1 701 наименование веществ.
56

Допустимые эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду
регламентируют установлением нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ), предельно-допустимых сбросов (ПДС) и предельнодопустимых энергетических воздействий (ПДЭВ). ПДВ в атмосферу устанавливают для того, чтобы при неблагоприятных условиях рассеивания не
превышались ПДК аэрополютантов. Они устанавливаются для всех проектируемых и действующих предприятий.
Под выбросами понимается кратковременное или за определенное
время (сутки, год) поступление в окружающую природную среду загрязняющих веществ и физических излучений. Величина выбросов нормируется. В качестве нормируемого показателя принят предельно допустимый
выброс (ПДВ).
ПДВ – это норматив, устанавливаемый для каждого конкретного источника исходя из условия, что от источника и всей совокупности окружающих его источников в городе или промышленном комплексе приземная концентрация вредных веществ с учетом их рассеивания и фона не
превышает нормативов качества воздуха. Норматив ПДВ пересматривается не реже, чем один раз в 5 лет.
Кроме нормируемых выбросов существуют аварийные и залповые
выбросы.
Выбросы характеризуются количеством загрязняющих веществ, их
химическим составом, концентрацией, агрегатным состоянием.
Промышленные выбросы подразделяют на организованные и неорганизованные. Под организованными выбросами понимаются выбросы, поступающие в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.
Неорганизованные выбросы поступают в атмосферу в виде ненаправленных потоков в результате нарушения герметизации, невыполнения
требований охраны атмосферы при погрузке и выгрузке грузов, нарушения технологии производства или неисправности оборудования.
По агрегатному состоянию выбросы подразделяют на четыре класса: I – газообразные и парообразные; II – жидкие; III – твердые, IV –
смешанные.
57

Газообразные выбросы – сернистый ангидрид, диоксид углерода, оксид и диоксид азота, фтористые соединения, сероуглерод, сероводород,
хлор, синильная кислота, аммиак, фенол и др.
Жидкие выбросы – кислоты, щелочи, растворы солей, растворы жидких металлов, органические соединения, синтетические материалы.
Твердые выбросы – канцерогенные вещества, соединения свинца,
органическая пыль, неорганическая пыль, сажа, смолы, синтетические
и другие вещества.
По величине массы выбросы объединены в шесть групп (т/сут.): первая группа – масса менее 0,01 включительно; вторая – от 0,01 до 0,1; третья – от 0,1 до 1; четвертая – от 1 до 10; пятая – от 10 до 100; шестая –
свыше 100.
Для условного обозначения выбросов по составу принята следующая
схема: класс (I, II, III, IV), группа (1, 2, ..., 19), подгруппа (1, 2, 3, 4), индекс группы массового выброса (ГОСТ 17.2.1.01 – 76).
Выбросы подлежат периодической инвентаризации, под которой понимается систематизация сведений о распределении источников выбросов
по территории объекта, их количество и состав.
Целями инвентаризации являются:
 определение видов вредных веществ, поступающих в атмосферу от
объектов;
 оценка влияния выбросов на окружающую среду;
 установление ПДВ или временно согласованные выбросы (ВСВ);
 выработка рекомендаций по организации контроля выбросов;
 оценка состояния очистного оборудования и экологичности технологий и производственного оборудования;
 планирование очередности воздухоохранных мероприятий.
Инвентаризацию выбросов в атмосферу проводят один раз в 5 лет
в соответствии с «Инструкцией по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу». Источники загрязнения атмосферы определяют исходя из схем производственного процесса предприятия.
Значения ПДВ вредных веществ в атмосферу устанавливают при условии, что они не создадут приземную концентрацию выше предельно
допустимой (ПДК). Значения ПДВ (ВСВ) для временных интервалов
58

(20 мин., сутки, месяц, год) регламентируют для каждого источника загрязнения атмосферы по каждому вредному веществу. Для неорганизованных выбросов и совокупности мелких одиночных источников (вентиляторы) устанавливают суммарные ПДВ (ВСВ).
Если значения ПДВ не могут быть достигнуты, то по согласованию
с местными органами охраны природы и санитарного надзора предусматривается поэтапное, с указанием длительности каждого этапа, снижение
выбросов вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. На каждом этапе устанавливаются временно согласованные выбросы. При установлении ВСВ пользуются теми же приемами расчета, что и для ПДВ.
Все расчеты по ПДВ оформляются в виде специального тома в соответствии с «Рекомендациями по оформлению и содержанию проекта нормативов ПДВ в атмосферу для предприятий» [12].
По расчету ПДВ должно быть получено экспертное заключение отдела экспертизы местного комитета охраны природы.
Нормативы ПДВ после согласования с органами санитарного надзора
утверждают органы охраны природы. На утверждение представляется ходатайство предприятия о рассмотрении ПДВ, пояснительная записка, расчеты, планы мероприятий по достижению ПДВ. После утверждения нормативов ПДВ (ВСВ) органы охраны природы дают разрешение на выбросы вредных веществ предприятием сроком на 5 лет. Если предприятие не
может обеспечить ПДВ, дается разрешение на ВСВ с установлением размеров снижения выбросов каждый год и достижения ПДВ в течение
3–5 лет. Разрешение выдает отдел охраны атмосферного воздуха и отдел
экспертизы областной службы охраны природы. В разрешении указывают
этапы изменения выбросов, срок достижения ПДВ, время действия разрешения, перечень и количество загрязняющих веществ, разрешенных к выбросу в атмосферу.
Загрязнение окружающей среды при рассеивании выбросов предприятий через высокие трубы зависит от многих факторов: высоты трубы,
скорости выбрасываемого газового потока, расстояния от источника выброса, наличия нескольких близко расположенных источников выбросов,
метеорологических условий и др.
59

2.3. Установление предельно-допустимых выбросов
и определение границ
санитарно-защитной зоны предприятий
Норматив предельно допустимого выброса вредного (загрязняющего)
вещества в атмосферный воздух устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха при условии непревышения данным источником гигиенических и экологических
нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых (критических) нагрузок на экологические системы и других экологических
нормативов.
Заменяя значение максимальной приземной концентрации значением
норматива для конкретного вещества, т. е. его ПДК, получаем предельные
значения мощности выбросов, которые обеспечат выполнение условия
С ˂ ПДК, т. е. ПДВ.
Таким образом, регламентация выбросов в атмосферу осуществляется
путем установления ПДВ вредных веществ в атмосферу, т. е. нормативов,
определенных из условия, при котором содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не
превышает нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира.
При этом обязательно учитываются фоновые концентрации тех же
веществ от внешних источников Сф и эффект суммации.
Для нагретых выбросов:

ПДВ 

(ПДК  С ф)  H 2
AFmn

 3 V 1 T .

(2.1)

Для холодных выбросов:

ПДВ 

(ПДК  С ф)  H
AFn

60

3

4



8V
.
D

(2.2)

Для определения ПДВ загрязняющего вещества для предприятия необходимо суммировать значения ПДВ этого загрязняющего вещества для
каждого источника загрязнения (трубы).
Санитарно-защитная зона предприятия (СЗЗ) устанавливается на
предприятии в целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха
до установленных пределов после проведения на предприятии всех мер по
очистке промышленных выбросов.
СЗЗ устанавливается согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений
и иных объектов» [15]. Санитарно-защитная зона – это специальная территория с особым режимом использования, отделяющая предприятия, их
отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека,
от жилой застройки.
Ширина санитарно-защитной зоны устанавливается в зависимости от
класса предприятия.
В зависимости от массы и видового состава выбросов в атмосферу
определяют категорию опасности предприятия (КОП) по формуле:

M  i  i

КОП   
 ,
ПДК
i 1 
cci 
n

(2.3)

где M  i – масса i-го вещества в выбросе, т/год, рассчитывается по формуле:
N

M  i   M i T ,

(2.4)

i 1

где Т – годовой фонд работы оборудования, ч (количество смен в году – 320,
с учетом круглосуточной работы принимаем Т = 7 680 ч);
ПДК cci – среднесуточная ПДК i-го вещества;
n – кол-во загрязняющих веществ;
αi – безразмерная константа, позволяющая соотнести степень вредности i-го вещества с вредностью диоксида азота, определяется по табл. 2.2.
61

Таблица 2.2
Класс опасности загрязняющего вещества
Класс опасности
вещества
Константа αi

1

2

3

4

1,7

1,3

1,0

0,9

В зависимости от величины КОП предприятия подразделяют на следующие категории опасности (табл. 2.3).
Таблица 2.3
Категории опасности промышленных предприятий
Категория
предприятия
Значение КОП

1

2

3

4

> 106

104–106

103–104

< 103

Зона должна быть соответствующим образом планировочно организованна, озеленена и благоустроена. Полученные размеры санитарнозащитных зон уточняются как в сторону увеличения, так и в сторону
уменьшения, в зависимости от розы ветров района расположения предприятия по формуле:
Li  L0

P

,

(2.5)

P0

где L – расчетный размер СЗЗ, м;
L0 – расчетный размер участка в данном направлении, где концентрация вредных веществ превышает ПДК, м;
P – среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %;
Р0 – повторяемость направлений ветров одного румба при круговой
розе ветров, %.
Так при 8-румбовой розе ветров

P0 

100 %
 12,5 .
8
62

(2.6)

Размер СЗЗ обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух (химического, биологического, физического) до значений, установленных гигиеническими нормативами. Она является обязательным элементом любого объекта, который может быть источником
химического, биологического или физического воздействия на среду обитания и здоровье человека.
Определение размеров СЗЗ сводится к комплексному расчету рассеивания вредных веществ, выделяемых всеми источниками, с учетом суммации их действия и наличия загрязнений, создаваемых соседними предприятиями и транспортом.
Ширина санитарно-защитной зоны устанавливается с учетом санитарной классификации, результатов расчетов ожидаемого загрязнения атмосферного воздуха и уровней физических воздействий, а для действующих предприятий – и натурных исследований. В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов [15] устанавливаются следующие размеры СЗЗ (L0) предприятий:
 предприятия первого класса – 1 000 м (производство по переработке нефти, попутного нефтяного и природного газа, производство суперфосфатных удобрений, мусоросжигательные и мусороперерабатывающие
заводы мощностью свыше 40 тыс. т/год);
 предприятия второго класса – 500 м (производство синтетических
моющих средств, производство искусственной кожи с применением летучих органических растворителей);
 предприятия третьего класса – 300 м (производство никотина,
производство искусственных минеральных красок, заводы по розливу
природных минеральных вод с выделением пахучих веществ);
 предприятия четвертого класса – 100 м (производство мыла, бетонно-растворный узел, швейная фабрика, банно-прачечные комбинаты,
снеготаялки и снегосплавные пункты);
 предприятия пятого класса – 50 м (сборка мебели из готовых изделий без лакирования и окраски, заводы коньячного спирта).
Разработка проекта санитарно-защитной зоны регламентируется
СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [13]. Необходимость разработки проекта исходит из расчетов по ПДВ (если выбросы менее 0,1 ПДК, то проект СЗЗ не
63

требуется). В случае, когда рядом находится несколько предприятий, зачастую целесообразно создать один общий проект СЗЗ (если СЗЗ перекрываются, то результирующая СЗЗ обычно определяется огибающей отдельных СЗЗ). Если классы СЗЗ различаются, то производят натурные исследования по заранее определенной программе и выводят общую окончательную СЗЗ (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Пример санитарно-защитной зоны предприятия

При установлении протяженности СЗЗ учитываются господствующие
направления ветров, т. е. она может в зависимости от розы ветров иметь
различную протяженность в разных направлениях. Размеры СЗЗ могут
быть уменьшены за счет технологических мероприятий, например использования систем очистки и обезвреживания загрязняющих веществ, снижения влияния иных вредных производственных факторов.
Примерную схему проекта СЗЗ представить в графическом виде на
основе схемы ореола разноса газовоздушного выброса.
64

Практическая работа № 2
Расчет предельно допустимых выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу и определение
санитарно-защитной зоны предприятия
Цель работы: рассчитать и отобразить графически основные нормативные показатели для одиночного источника нагретых газовоздушных
выбросов в атмосферу.
Порядок выполнения работы
1. В соответствии с вариантом задания (см. табл. 2.7) рассчитать максимальную концентрацию загрязняющих веществ и определить их ПДВ.
2. Определить категорию опасности предприятия.
3. Рассчитать ширину санитарно-защитной зоны вокруг данного источника и заполнить табл. 2.5.
4. Построить схему санитарно-защитной зоны с учетом особенностей
местной розы ветров.
Пример. Рассмотрим расчет ПДВ для стационарного источника без
учета фонового загрязнения от уже функционирующих предприятий. Источник: котельная с одной дымовой трубой (без очистки), расположенная
на ровной, открытой местности в г. Владивостоке. Характеристики котельной представлены в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Исходные данные для примера
Характеристики, обозначения
Высота дымовых труб, Н
Диаметр устья трубы, D
Скорость выхода газовоздушной смеси (ГВС), ω0
Температура ГВС, Тг
Температура окружающего воздуха, Тв
Выброс двуокиси серы, МSO2
Выброс сажи, Мз
Выброс двуокиси азота, МNO
65

Значение
35 м
1,4 м
7 м/с
125 оС
25 оС
12 г/с
2,6 г/с
0,2 г/с

1. Расчет максимальной концентрации и предельно допустимого выброса.
Максимальная концентрация загрязняющих веществ рассчитывается
по формуле (1.1).
В соответствии с табл. 1.4 коэффициент А = 200 (для Дальнего Востока),
а коэффициент η = 1, так как котельная расположена на ровной местности.
Так как выбросы осуществляются без очистки F = 3.
Расход ГВС рассчитывается по формуле (1.2):
D 2
3,14 1, 4 2
7  10,8 м/с.
V1 
0 
4
4

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, vм, v 'м и fe.
По формуле (1.3) рассчитывается параметр f:

02 D
7 21, 4
f  1 000 2
= 1 000 2
 0,56  100.

T
(125

25)
H
35
Параметр vм рассчитывается по формуле (1.8):

VT

v м  0,653 H  0,653

10,8(125  25)
 2,04 .
35

Так как f < 100, коэффициент m рассчитывается по формуле (1.5):

m

1
0,67  0,1 f  0,343 f



1
 0,98.
0,67  0,1 0,56  0,343 0,56

Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от параметра vм.
Так как vм = 2,04, то n = 1 в соответствии с формулой (1.9).
Расчет ПДВ для стационарного источника
с учетом фонового загрязнения
Расчеты ПДВ выполняются, как правило, при проектировании предприятия и выборе места его расположения на местности с учетом техноло66

гического процесса и при планировании изменения технологического
процесса либо при изменении проектных мощностей.
При установлении ПДВ загрязняющих веществ необходимо учитывать, что средняя суточная концентрация Сi каждого i-го загрязняющего
вещества в приземном слое атмосферы населенных пунктов не должна
превышать его предельно допустимой концентрации ПДК (см. значения
ПДК в прил. 2).
При наличии фонового загрязнения атмосферы (оно характеризуется
значением Сфон), которое может возникнуть при расположении на данной территории функционирующих предприятий, уже выбрасывающих
в атмосферу аналогичные загрязняющие вещества, необходимо, чтобы
совместное загрязнение атмосферного воздуха было ниже ПДК, т. е.
(См + Сф) < ПДК. В этом случае при размещении предприятия на данной
территории с учетом уже имеющихся предприятий экологическая обстановка в любой точке территории при любых метеоусловиях будет пригодной для жизни людей.
Для зон курортов, мест размещения зон отдыха населения и других
территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха вместо ПДК необходимо применять значение, равное 0,8 ПДК.
При расчете См необходимо определить все предприятия, выбрасывающие в атмосферу аналогичные загрязняющие вещества, определить
уровень концентрации ЗВ от имеющихся источников в районе размещаемого предприятия. Полученные значения концентрации для расчетных
предприятий будут считаться фоновыми концентрациями ЗВ в атмосферном воздухе.
Расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в район
источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях:
а) двуокиси серы:

C М SO2 

200 12  3  0,98 11
 0,56 мг/м3 ;
2  3 10,8  (125  25)
35

б) окислов азота: аналогично СмNO = 0,009 мг/м3;
2

в) золы: аналогично п. 1, См золы = 0,12 мг/м3.
67

Так как котельная осуществляет нагретые выбросы, ПДВ рассчитывается по формуле (2.1):
ПДВSO2 

(ПДК  С ф)  H 2
AFmn

3

0,5  352
3 10,8 100  10,69 г/с.
V 1 T 
200  3  0,98 11

Сф для расчетов определяется по прил. 3.
Аналогично рассчитываются ПДВ для окислов азота и золы:
ПДВNO = 1,82 г/с;
2

ПДВзолы = 10,69 г/с.
2. Определение категории опасности предприятия.
В зависимости от массы и видового состава выбросов в атмосферу
определяем категорию опасности предприятия по формуле (2.3):

331,8 1  71,9 1  5,53 1

КОП   
 
 
  8 166 ;
 0,05   0,06 
i1  0,05 
3

M  i – масса i-го вещества в выбросе, т/год, рассчитывается по формуле (2.4):

M SO 
2

MS 

12  3 600  7 680
 331,8 т/год;
1 000 000

2,6  3 600  7 680
 71,9 т/год;
1 000 000

M NO 

0, 2  3 600  7 680
 5,53 т/год,
1 000 000

где Т – годовой фонд работы оборудования, ч (количество смен в году – 320,
с учетом круглосуточной работы принимаем Т = 7 680 ч);
ПДКссi – среднесуточная ПДК i-го вещества (см. прил. 2);
n – количество загрязняющих веществ.
В соответствии с выполненными расчетами КОП = 8 166 > 106, следовательно, рассматриваемая котельная, работающая без очистки, отно68

сится к 1-й категории опасности и соответственно размер СЗЗ – 1 000 м.
Вещества в выбросах относятся к 3-му классу опасности и, соответственно, если установить золоуловители или другие очистные сооружения,
возможно сократить размер СЗЗ до 300 м.
3. Расчет СЗЗ.
СЗЗ устанавливается в зависимости от категории опасности предприятия6 если значение КОП слишком велико, для расчетов нужно условно
приравнять класс предприятия к классу опасности выбрасываемого в атмосферу загрязняющего вещества. Например, класс опасности для оксида
азота, сажи, диоксида серы – третий (см. прил. 2). Следовательно, нормативная ширина санитарно-защитной зоны L0 = 300 м.
Поправки за антирозу ветров рассчитываем по формуле (2.5):
Li  L0

где L i

–

P

,

P0

исправленная ширина санитарно-защитной зоны вдоль i-го румба

антирозы ветров;
L 0 – нормативная ширина санитарно-защитной зоны, равная 300 м.

Pi

–

процент повторяемости ветра по i-му направлению.

P 0 – средний процент повторяемости ветра вдоль одного румба при
круговой розе ветров, вычисляется по формуле (2.6):

P0 

100 %
 12,5 %,
8

где n – количество румбов (направлений) в антирозе.
С учетом этого, для тех направлений антирозы, где повторяемость
ветра меньше 12,5 %, L i принимается равным 300 м.
Для направлений антирозы, вдоль которых повторяемость ветра превышает 12,5 %, L i рассчитывается по формуле (2.5), а полученные значения заносятся в табл. 2.5.

69

Таблица 2.5
Расчет ширины СЗЗ
Направление
антирозы ветров

Повторяемость
ветра, %

Исправленная ширина
санитарно-защитной зоны L i , в м

С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ

32 %
11 %
6 %
5 %
2%
2%
16 %
16 %

768
300
300
300
300
300
384
384

4. Построение схемы санитарно-защитной зоны с учетом особенностей местной розы ветров.
Схема санитарно-защитной зоны строится в том же масштабе, что
и ореол разноса газовоздушного выброса (в работе использовался масштаб
1 : 3 000). При этом схема должна быть совмещена с ранее построенным
ореолом разноса загрязненных воздушных масс (рис. 2.4).
Сначала полученные значения L i переводят в масштаб схемы и заполняют табл. 2.6.
Таблица 2.6
Расчет СЗЗ в масштабе
Направление
антирозы ветров
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ

Исправленная ширина санитарно-защитной зоны L i
в метрах местности
в сантиметрах схемы
768
25,6
300
10,0
300
10,0
300
10,0
300
10,0
300
10,0
384
12,8
384
12,8
70

Далее на листе формата А4 строится схема санитарно-защитной зоны.
Контур ореола разноса загрязненных воздушных масс переносится из
1 части работы.

Рис. 2.4. Схема санитарно-защитной зоны для одиночного
точечного источника нагретых выбросов
Таблица 2.7
Исходные данные к практической работе № 2
№
варианта
1
2
3
4
5
6

А
(см. табл. 1.4)
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь

Н, м
30
25
52
45
40
48

о
о
D, м ω0, м/с Тг, С Тв, С МSO2 Мcажи МNO

1,2
1,0
1,8
1,6
1,4
1,4

6
5
8
8
7
8
71

150
100
120
125
115
105

15
20
23
21
19
11

0,3
79
0,1
715
0,2
13

0,1
3,0
0,1
3,2
0,08
502

0,2
19,3
0,3
0,5
0,4
30,3

Окончание табл. 2.7
№
варианта
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

А

Н, м

(см. табл. 1.4)
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь
Москва
Чита
Сибирь
Москва

37
29
42
38
43
37
32
26
21
34
15
19
20
25
35
37
34
42
40

о
о
D, м ω0, м/с Тг, С Тв, С МSO2 Мcажи МNO

1,3
1,2
1,6
1,6
1,5
1,6
1,1
1,1
0,9
1,3
1,0
1,2
1,2
1,0
0,9
1,3
1,3
0,9
1,0

7
6
8
8
7
9
7
6
5
8
6
5
8
7
6
8
7
6
5

100
125
115
125
117
123
118
116
121
114
115
125
117
123
118
116
121
114
105

25
16
10
21
9
11
21
6
12
13
20
25
21
19
15
21
20
22
23

0,08
11
0,2
115
14
213
10
12
20,8
17
10
14
16
16
17
115
14
0,3
10

0,9
2,5
850
3,2
2,8
2,9
191
2,7
2,2
301
20
2,8
32,1
347
3,2
2,8
5,0
0,1
1,9

0,4
0,3
22,2
0,6
0,3
21,4
0,9
0,6
170
0,8
0,5
0,2
19,3
0,3
0,5
0,4
0,9
0,6
170

Задача № 1
С помощью формулы (2.5) уточнить размеры санитарно-защитной зоны
в соответствии с розой ветров данного района. Среднегодовую повторяемость направлений ветров принять с учетом номера варианта по табл. 2.8.
Таблица 2.8
Исходные данные к задаче № 1
№
варианта
1
2
3
4
5

Класс
опасности
предприятия
I
II
III
IV
V

Повторяемость ветров по 8 румбам, %
С
8
9
10
11
12

СВ
10
6
10
9
9

В
15
10
12
6
8
72

ЮВ
5
14
8
10
6

Ю
4
8
19
11
6

ЮЗ
7
5
8
15
10

З
8
5
7
13
11

СЗ
18
8
6
9
9

Окончание табл. 2.8
№
варианта
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Класс
опасности
предприятия
I
II
III
IV
V
I
II
III
IV
V
I
II
III
IV
V
I
II
III
IV
V

Повторяемость ветров по 8 румбам, %
С
15
16
17
13
5
6
19
4
5
10
14
13
15
9
8
7
6
11
12
17

СВ
13
11
13
18
7
10
6
10
9
9
13
11
13
18
7
10
6
10
9
9

В
10
9
8
9
9
15
10
12
6
8
10
9
8
9
9
15
10
12
6
8

ЮВ
8
12
7
10
11
5
14
8
10
6
8
12
7
10
11
5
14
8
10
6

Ю
5
8
6
8
9
4
8
19
11
6
5
8
6
8
9
4
8
19
11
6

ЮЗ
7
7
10
7
8
7
5
8
15
10
7
7
10
7
8
7
5
8
15
10

З
9
8
11
7
10
8
5
6
13
11
9
8
11
7
10
8
5
6
13
11

СЗ
5
10
9
6
15
18
8
7
9
9
5
10
9
6
15
18
8
7
9
9

Задача № 2
Рассчитать максимальные значения приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе (См, мг/м3) от работающей одиночной трубы теплоэлектростанции (или котельной) по оси направления ветра на расстояниях Хм/2, Хм, 2Хм, 5Хм, 8Хм, 10Хм и на расстоянии Y (м) по
перпендикуляру к оси факела выброса, которое равно расстоянию, на котором приземная концентрация загрязняющих веществ достигает максимального значения. Данные, полученные при выполнении расчетов,
оформить в виде таблицы. Построить график изменения концентраций
в зависимости от расстояния при найденной опасной скорости ветра. Рассчитать ПДВ. Рельеф местности считать ровным. Другие параметры принять в соответствии с номером варианта (табл. 2.9).
73

Таблица 2.9
Исходные данные к задаче № 2
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Регион

D, м

F

H

Тульская обл.
Московская обл.
Свердловская обл.
Челябинская обл.
Ивановская обл.
Рязанская обл.
Казахстан
Читинская обл.
Бурятия
Свердловская обл.
Челябинская обл.
Тульская обл.
Московская обл.
Молдова
Ивановская обл.
Тульская обл.
Московская обл.
Свердловская обл.
Челябинская обл.
Ивановская обл.
Рязанская обл.
Казахстан
Читинская обл.
Бурятия
Свердловская обл.

1,5
2
3
2,1
1,8
3,5
3
2
3,5
2,8
1,5
1,5
1,3
2,7
2,5
3,5
1,8
1,5
1
3,2
4
2,8
2
1,2
2

1
2
2,5
1
3
2
1
2,5
1
1
1
2
1
2,5
1
3
1
1
2
1
1
1
3
1
2,5

35 м
50 м
2 500 см
31 м
4 300 см
22 м
45 м
28 м
48 м
2 300 см
40 м
49 м
50 м
4 300 см
5 500 см
41 м
41 м
3 500 см
34 м
52 м
49 м
3 900 м
56 м
59 м
4 300 см

С
SO2 50 мг/м3
СО 15 мг/м3
Пыль 50 г/м3
Пыль 28 г/м3
SO2 150 мг/м3
Пыль 28 г/м3
Пыль 48 г/м3
SO2 50 мг/м3
SO2 50 мг/м3
Пыль 50 г/м3
Пыль 28 г/м3
SO2 50 мг/м3
СО 15 мг/м3
SO2 150 мг/м3
SO2 150 мг/м3
SO2 50 мг/м3
СО 15 мг/м3
Пыль 50 г/м3
Пыль 28 г/м3
SO2 150 мг/м3
Пыль 28 г/м3
Пыль 48 г/м3
SO2 50 мг/м3
SO2 50 мг/м3
Пыль 50 г/м3

NO2 15 мг/м3
Пыль 31 г/м3
NO2 12 мг/м3
SO2 60 мг/м3
NO2 115 мг/м3
Сажа 60 мг/м3
СО 35 мг/м3
NO2 15 мг/м3
Пыль 28 г/м3
NO2 12 мг/м3
SO2 60 мг/м3
NO2 15 мг/м3
Пыль 31 г/м3
NO2 115 мг/м3
NO2 115 мг/м3
NO2 15 мг/м3
Пыль 31 г/м3
NO2 12 мг/м3
SO2 60 мг/м3
NO2 115 мг/м3
Сажа 60 мг/м3
СО 35 мг/м3
NO2 15 мг/м3
Пыль 28 г/м3
NO2 12 мг/м3

Тг,
°С
90
25
150
100
25
88
96
26
190
150
24
90
115
25
120
30
96
23
100
96
250
125
88
25
70

Тв ,
°С
25
23,5
21
22,5
25
24
25
21,5
23,5
21
22,5
25
23,5
25
25
25
23,5
21
22,5
25
24
25
21,5
23,5
21

ω0,
м/с
5
6
6,5
6
4
5
6,5
8
7
5
6
6,5
6
4
6
5

V1,
м3/с
21
11
15
3
21
11
13
15
15
-

Практическая работа № 3
Оценка состояния атмосферного воздуха
Цель работы: рассчитать комплексный парциальный показатель индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) и установить уровень загрязнения.
Порядок выполнения работы
1. В соответствии с данными своего варианта, представленными
в табл. 2.13, составить список веществ, загрязняющих атмосферный воздух в городе N.
2. Установить ПДКсс, класс опасности веществ (см. прил. 2) и определить значение показателя степени αi (см. табл. 2.2). Данные свести
в табл. 2.12, заполнить графы 1-4.
3. Рассчитать парциальный ИЗА для всех веществ и заполнить графу 5
табл. 2.12.
4. Выбрать 5 наибольших значений парциального индекса и рассчитать комплексный ИЗА.
5. Установить уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе N.
Для характеристики качества атмосферного воздуха используются
следующие показатели.
1. Стандартный индекс (СИ) – это наибольшая измеренная за короткий период (20 минут) концентрация СI , разделенная на ПДКмр:
max

СИ 

C I max
.
ПДК мр

(2.7)

2. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).
Индекс загрязнения атмосферы основан на положениях, сформулированных М. А. Пинигиным, в соответствии с которыми опасность воздействия на здоровье человека вредного вещества в атмосфере может быть
оценена из соотношения между ПДК для воздуха населенных мест и ПДК
для производственных помещений.
75

Предполагается, что на уровне ПДК все вредные вещества характеризуются одинаковым влиянием на человека, а по мере увеличения превышения ПДК их вредность возрастает с различной скоростью, которая зависит от класса опасности вещества.
Степень загрязнения одним веществом выражается через парциальный ИЗА – Ji :
i

 q cpi 
Ji 
 ,
ПДК

cci 

(2.8)

где q cpi – средняя концентрация i-го вещества;
ПДК cci – среднесуточная ПДК i-го вещества, мг/м3 (см. прил. 2);

αi – безразмерная константа, позволяющая привести степень вредности i-го вещества к вредности сернистого газа (табл. 2.2).
Для суммарной оценки степени загрязнения атмосферы рассчитывается комплексный ИЗА Jm, учитывающий m веществ, присутствующих
в атмосфере, по формуле:


 q cpi  i
.
J m   Ji   

i 1
i 1 ПДК cci 
m

m

(2.9)

Для оценки степени загрязнения атмосферы за рассматриваемый период (месяц и год) рассчитываются следующие индексы:
 ИЗА i-й примесью на j-м посту в городе (Jij);
 ИЗА i-й примесью на всех постах в городе (Ji);
 комплексный ИЗА на j-м посту (Ji(m));
 комплексный ИЗА по всем постам в городе (Jm).
Расчет комплексного ИЗА производится по формулам, представленным в табл. 2.10.
При сравнении комплексных ИЗА на различных постах в городе, за
различные временные интервалы на одном посту или в городе, в различных городах необходимо учитывать, что комплексный ИЗА есть показатель загрязнения атмосферы суммой веществ. Поэтому при сравнении необходимо использовать J ( m ) с одинаковым количеством примесей.
76

Таблица 2.10
Расчет комплексного ИЗА
Место измерения

Комплексный ИЗА
месяц

год
i

 q годIJ 
J j год( m)   

i 1  ПДК cci 

i

 q годI 

J год( m)  

i 1 ПДК cci 

Пост

 q MIJ 
J j ( m)   

i 1 ПДК cci 

Город

 q MI 
J ( m)   

i 1  ПДК cci 

m

m

m

m

i

i

В табл. 2.10: q MI – средняя за месяц концентрация примеси, мг/м3;
q годI – средняя за год концентрация примеси, мг/м3.

С целью сравнения уровней загрязнения и составления списка городов с наибольшим уровнем загрязнения и сравнимости значения комплексных ИЗА для разных городов для расчета J ( m ) используется значение для 5 веществ, для которых значения Ji были наибольшими.
Значение комплексного ИЗА, рассчитанного по 5 веществам описанным выше способом, может использоваться для оценки тенденции изменения загрязнения воздуха в городе при наличии в течение всего рассматриваемого пятилетнего периода результатов измерения концентрации тех
веществ, Ji которых вносят основной вклад в загрязнение.
При расчете J(5) следует использовать результаты определения концентраций бензапирена и металлов, если измерения этих веществ в городе
проводились.
В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается:
 ниже среднего по городам страны, если ИЗА = 5;
 средний, если ИЗА = 5 – 8;
 выше среднего, если ИЗА = 5 – 15;
 значительно выше среднего, если ИЗА больше 15.
77

Рассмотрим пример расчета комплексного парциального ИЗА.
В табл. 2.11 для расчета представлены среднегодовые концентрации веществ в городе N.
Таблица 2.11
Исходные данные для примера
Вещество
Среднегодовая
концентрация,
мг/м3

Пыль SO2 NO2
0,3

NO

CO Фенол Бензапирен

0,09 0,06 0,002 4,5

0,002

2,5·10-6

Pb
0,0005

1. Установить по прил. 2 значение ПДК cc класс опасности веществ
и определить значение показателя степени αi. Данные свести в табл. 2.12,
заполнить графы 1–4.
Таблица 2.12
Результаты вычислений
Вещество
1
Пыль
Диоксид серы
Диоксид азота
Оксид азота
Оксид углерода
Фенол
Бнзапирен
Свинец

ПДК cc ,
мг/м3

2
0,15
0,05
0,04
0,06
3,00
0,007
10-6
0,0003

Класс
опасности
вещества
3
3
3
2
3
4
3
1
1

Степень αi

Парциальный
ИЗА, Ji

4
1
1
1,3
1
0,9
1
1,7
1,7

5
2,000
1,800
1,694
0,033
1,440
0,286
4,748
2,380

2. По прил. 2 устанавливаем их ПДК cc , класс опасности веществ и по
табл. 2.2 определяем значение показателя степени αi и заполняем графы 2-4.
78

3. По формуле (2.8) рассчитываем парциальный ИЗА для всех веществ и заполняем графу 5 табл. 2.10:
1

J пыли

 0,3ср пыли 

  2;
0,15

сс пыли 
1

 0,09 ср SO 2 
J SO 2  
  1,8 ;
0,05
сс SO 2 

1,3

 0,06ср NO 2 
J NO 2  

 0,04сс NO 2 

 1,694 ;
1

 0,002ср NO 
J NO  
  0,033 ;
0,06

сс NO 
J CO

 4,5

  ср CO 
 3сс CO 

0,9

 1, 44 ;
1,3

 0,002ф 

Jф 

 0,007 ссф 

 1,8 ;
1,7

 2,5 10 6 ср бенз. 
J бенз.  

6
 10 сс бенз. 

 4,748 ;

1,7

J Pb

 0,0005ср Pb 


 0,0003сс Pb 

 1,8 .

4. Комплексный ИЗА рассчитываем по 5 наибольшим значениям парциального индекса, который имеют: бензапирен, свинец, пыль, диоксид
серы, диоксид азота:
ИЗА J(5) = 4,748 + 2,38 + 2,0 + 1,8 + 1,694 = 12,622.
5. В соответствии с классификацией загрязнения атмосферного воздуха устанавливаем, что уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе
выше среднего, так как 5 < 12,622 < 15.
79

Таблица 2.13
Исходные данные для решения задачи
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Пыль SO2
0,30
0,60
0,20
0,50
0,10
0,15
0,25
0,17
0,35
0,20
0,40
0,60
0,20
0,50
0,10
0,15
0,18
0,14
0,50
0,10

0,1
0,09
0,08
0,07
0,12
0,009
0,085
0,06
0,05
0,013
0,089
0,08
0,07
0,12
0,009
0,08
0,06
0,07
0,089
0,08

Среднегодовая концентрация, мг/м3
БензаNO2
NO
CO
Фенол
пирен
0,08 0,004 0
3,0
0,000 9 1,8·10
0,07 0,003 0
4,8
0,006 0 2,5·10
0,06 0,000 8
5,0
0,000 9 2,0·10
0,05 0,002 0
3,5
0,005 0 3,0·10
0,04 0,001 0
4,5
0,007 0 2,2·10
0,10 0,000 9
2,9
0,002 0 1,4·10
0,08 0,006 0
2,5
0,004 0 2,1·10-6
0,07 0,000 9
1,3
0,003 0 2,6·10
0,12 0,005 0
4,0
0,000 8 2,2·10
0,08 0,007 0
1,8
0,001 0 1,7·10
0,03 0,002 0
1,9
0,001 5 2,3·10
0,07 0,001 0
6,0
0,002 5 2,8·10
0,01 0,001 5
2,6
0,004 0 2,5·10
0,06 0,002 5
2,4
0,005 0 2,0·10
0,03 0,004 0
3,2
0,007 0 1,9·10
0,04 0,000 9
2,7
0,006 0 1,7·10
0,02 0,010 0
3,3
0,000 9 1,5·10
0,05 0,001 0
4,1
0,005 0 2,5·10
0,08 0,000 8 0,007 0 0,000 9 1,4·10
0,07 0,002 0 0,002 0 0,006 0 2,1·10-6

Pb
0,000 4
0,000 5
0,000 1
0,000 3
0,000 2
0,000 09
0,000 08
0,000 5
0,000 6
0,000 5
0,000 7
0,000 1
0,000 4
0,000 09
0,000 5
0,000 3
0,000 2
0,000 55
0,000 09
0,000 5

Доп.
№
задач
1,5
2,6
3,1
4,7
5,2
6,8
7,3
8,9
9,10
10,4
1,10
2,9
3,8
4,6
5,7
6,9
1,2
6,3
4,9
5,8

Задача № 1
Измеренные концентрации SO2 в атмосфере составили: 0,6; 0,4; 0,8;
0,3; 0,1; 1,2; 0,24 мг/м3. Рассчитайте стандартный индекс, результаты расчетов отобразите на графике.
Задача № 2
Рассчитайте стандартный индекс, если измеренные концентрации диоксида азота составили: 0,01; 0,04; 0,12; 0,08; 0,025; 0,034 мг/м 3, результаты расчетов отобразите на графике.
Задача № 3
Средняя концентрация фенола составила 0,021 мг/м3. Рассчитайте
парциальный ИЗА.
80

Задача № 4
Средние концентрации загрязняющих веществ составили: диоксид
серы 0,06 мг/м3, диоксид азота 0,03 мг/м3, оксид углерода 3,3 мг/м3. Рассчитайте парциальные ИЗА.
Задача № 5
Средние за год концентрации примесей на посту № 1 составили:
взвешенные вещества 0,25 мг/м3, диоксид серы 0,04 мг/м3, диоксид азота
0,06 мг/м3, оксид углерода 2,85 мг/м3. Рассчитайте комплексный ИЗА по
посту № 1.
Задача № 6
Оцените по J(5) уровень загрязнения атмосферы в городе, если средние за год концентрации примесей составили: взвешенные вещества
0,18 мг/м3; диоксид азота 0,056 мг/м3; диоксид серы 0,068 мг/м3; оксид углерода 5,6 мг/м3; фенол 0,085 мг/м3; бенз(а)пирен 3·10–6 мг/м3.
Задача № 7
Рассчитайте комплексный ИЗА по постам № 1, № 2, № 3, результаты
представьте в виде столбчатой диаграммы. Средние за год концентрации
примесей на постах представлены в табл. 2.14.
Таблица 2.14
Исходные данные для решения задачи № 7
Загрязняющие
вещества
Взвешенные
вещества
Диоксид азота
Диоксид серы
Оксид углерода
Фенол

Концентрация примесей, мг/м3 по постам наблюдения
1
2
3
0,22

0,12

0,33

0,042
0,056
3,3
0,001

0,055
0,033
5,6
0,0012

0,03
0,071
4,2
0,0014

81

Задача № 8
Сравните уровень загрязнения атмосферы на постах контроля № 1
и № 2, результаты представьте в виде столбчатой диаграммы. Данные для
расчетов представлены в табл. 2.15.
Таблица 2.15
Исходные данные для решения задачи № 8
Загрязняющие
вещества
Взвешенные вещества
Диоксид азота
Диоксид серы
Оксид углерода
Фенол
Аммиак
Ацетон

Концентрация примесей, мг/м3
по постам наблюдения
1
2
0,150 0
0,350 0
0,025 0
0,065 0
0,044 0
0,088 0
4,600 0
3,800 0
0,001 2
0,001 5
0,080 0
0,056 0
0,330 0
0,560 0
Задача № 9

Сравните уровень загрязнения в двух городах по данным, которые
представлены в табл. 2.16. Результаты сравнения представьте в виде
столбчатой диаграммы.
Таблица 2.16
Исходные данные для решения задачи № 9
Загрязняющие
вещества
Взвешенные вещества
Диоксид азота
Диоксид серы
Оксид углерода
Формальдегид
Аммиак
Фтористый водород
Бензапирен

Средняя за год концентрация примесей, мг/м3
по городам
1
2
0,120 0
0,550 0
0,035 0
0,050 0
0,049 0
0,043 0
2,800 0
3,600 0
0,001 4
0,001 8
0,080 0
0,056 0
0,002 2
0,004 6
-6
2,3·10
3,1·10-6
82

Задача № 10
Отобразите на графике тенденцию изменения загрязняющих веществ
и общего уровня загрязнения атмосферы в городе N в течение трех лет.
Данные по годам представлены в табл. 2.17.
Таблица 2.17
Исходные данные для решения задачи № 10
Загрязняющие
вещества
Взвешенные
вещества
Диоксид азота
Диоксид серы
Оксид углерода
Аммиак
Ацетальдегид
Ксилол

Концентрация примесей, мг/м3 по годам наблюдения
2005
2010
2015
0,310

0,220

0,210

0,032
0,066
4,300
0,029
0,020
0,120

0,055
0,028
3,600
0,032
0,018
0,210

0,043
0,051
3,200
0,024
0,031
0,180

Контрольные вопросы
1. Перечислите нормативы качества и нормативы воздействия на окружающую среду.
2. В чем отличие рефлекторного действия от резорбтивного действия
на организм?
3. Какие нормативные показатели установлены для контроля химического загрязнения воздушной среды? В чем заключаются их различия.
4. Дать определения максимально разовой ПДК и среднесуточной
ПДК.
5. Поясните понятие предельно допустимый выброс. Какие выбросы
бывают.
6. Для чего устанавливают ПДВ?
7. Что такое СЗЗ и от чего зависит ее ширина?
8. Какая ширина санитарно-защитной зоны устанавливается для предприятий 1-го и 5-го класса?
83

9. Какая ширина санитарно-защитной зоны устанавливается для предприятий 3-го и 4-го класса?
10. Что запрещается располагать в санитарно-защитной зоне предприятий?
11. На какие классы в зависимости от агрегатного состояния подразделяют выбросы? Приведите примеры.
12. В чем заключается принцип пороговости?
13. Поясните термин токсичность вещества и летальная доза.
14. В чем отличие показателей СИ от ИЗА?
15. Дайте определение комплексного показателя ИЗА.
16. Что такое СИ и как этот показатель определяется?

84

3. ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ И КОНТРОЛЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
3.1. Общие положения
В крупных промышленных центрах степень загрязнения атмосферного воздуха может в ряде случаев превысить санитарно-гигиенические
нормативы. Характер временной и пространственной изменчивости концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе определяется большим числом разнообразных факторов. Знание закономерностей формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха, тенденций их изменений является крайне необходимым для обеспечения требуемой чистоты
воздушного бассейна. Основой для выявления закономерностей служат
наблюдения за состоянием загрязнения воздушного бассейна.
От возможностей и качества проводимых наблюдений зависит эффективность всех воздухоохранных мероприятий.
Служба наблюдений и контроля состояния атмосферного воздуха, как
следует из названия, состоит из двух систем:
1) системы наблюдений (мониторинга), обеспечивающей наблюдение за качеством атмосферного воздуха в городах, населенных пунктах
и территориях, расположенных вне зоны влияния конкретных источников
загрязнения;
2) системы контроля, которая обеспечивает контроль источников загрязнения и регулирование выбросов вредных веществ в атмосферу.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (в городах, промышленных и агропромышленных центрах и т. д.) и в районах, удаленных от источников загрязнения (в фоновых районах).
Наблюдения в районах, значительно удаленных от источников загрязнения, позволяют выявить особенности отклика биоты на воздействие
фоновых концентраций загрязняющих веществ.
85

Как правило, фоновые наблюдения по специальной программе фонового экологического мониторинга проводятся в биосферных заповедниках
и заповедных территориях. В них осуществляется оценка и прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха путем анализа содержания в нем
взвешенных частиц, свинца, кадмия, мышьяка, ртути, бенз(а)пирена,
сульфатов, диоксида серы, оксида азота, диоксида углерода, озона, ДДТ
и других хлорорганических соединений. Программа фонового экологического мониторинга включает также определение фонового уровня загрязняющих веществ антропогенного происхождения во всех средах, включая
биоты. Кроме измерения состояния загрязнения атмосферного воздуха, на
фоновых станциях производятся также метеорологические измерения.
Сеть фоновых станций, расположенная на территории нашей страны,
включена в Глобальную систему мониторинга окружающей среды (ГСМОС),
функционирующую в соответствии с программой ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) под эгидой ЮНЕП. Информация, получаемая
с фоновых станций, позволяет оценивать состояние и тенденции глобальных
изменений загрязнения атмосферного воздуха. Фоновые наблюдения проводятся также с помощью научно-исследовательских судов в морях и океанах.
При наблюдении за фоновыми уровнями загрязнения атмосферного
воздуха разрабатываются модели переноса примесей, и определяется роль
в процессах переноса гидрометеорологических и техногенных факторов.
На фоновых станциях исследуются и уточняются: критерии создания сети
наблюдений, перечни контролируемых примесей, методики контроля
и обработки данных измерений, способы обмена информацией и приборами, методы международного сотрудничества. Так, например, по международным соглашениям станция базисного и регионального мониторинга
должна размещаться на расстоянии 40–60 км от крупных источников загрязнения с подветренной стороны. На территориях, примыкающих к станции, в радиусе 40–400 км не должен изменяться характер деятельности
человека. Было также установлено, что пробы воздуха должны отбираться
на высоте не менее 10 м над поверхностью растительности.
На станциях фонового мониторинга наблюдение за качеством атмосферного воздуха осуществляется по физическим, химическим и биологическим показателям.
86

Необходимость организации контроля загрязнения атмосферного воздуха в зоне интенсивного антропогенного воздействия определяется предварительными экспериментальными (в течение 1–2 лет) и теоретическими
исследованиями с использованием методов математического и физического моделирования. Такой подход позволяет оценить степень загрязнения
той или иной примесью атмосферного воздуха в городе или любом другом
населенном пункте, где имеются стационарные и передвижные источники
выбросов вредных веществ.
Обычно расположение источников выбросов и их параметры известны
или их можно определить. Зная метеорологические параметры, в том числе
«розу ветров», можно с использованием математических и физических моделей рассчитать поля концентраций загрязняющих веществ в атмосферном
воздухе для любой ситуации. Но адекватность принятых моделей реальным
ситуациям все равно должна проверяться экспериментально.
Для получения репрезентативной информации о пространственной
и временной изменчивости загрязнения воздуха нужно предварительно
провести обследование метеорологических условий и характера пространственной и временной изменчивости загрязнения воздуха с помощью передвижных средств. Для этого чаще всего используется передвижная лаборатория, производящая отбор, а иногда и анализ проб воздуха во время
остановок. Такой метод обследования называется рекогносцировочным.
Он находит достаточно широкое применение за рубежом.
На карту-схему города (населенного пункта, района) наносится регулярная сетка с шагом 0,1; 0,5 или 1,0 км. На местности пробы отбираются
и анализируются в точках, совпадающих с узлами сетки, наложенной на
карту-схему (по программе случайного отбора проб). Для получения статистически достоверных средних значений измеренных концентраций
проводится анализ комбинаций точек на сетке, объединенных в квадраты,
например, площадью 2–4 км2, с учетом направлений ветра по направлениям. Такой метод позволяет выявить как границы промышленных комплексов и узлов, так и зоны их влияния. При этом обеспечивается возможность
сравнения полученных результатов с расчетными данными математических моделей. Использование методов моделирования в этих работах является обязательным.
87

Если обнаруживается, что существует вероятность роста концентрации примеси выше установленных нормативов, то за содержанием такой
примеси в выявленной зоне следует установить наблюдение. Если же такой вероятности нет и отсутствуют перспективы развития промышленности, энергетики и автотранспорта, установление стационарных постов наблюдений за состоянием атмосферного воздуха нецелесообразно. Такой
вывод не распространяется на организацию наблюдений за фоновым
уровнем загрязнения воздуха вне населенных пунктов.
Установив степень загрязнения атмосферного воздуха всеми примесями, выбрасываемыми существующими и намечаемыми к строительству
и пуску источниками, а также характер изменения полей концентрации
примесей по территории и во времени с учетом карт загрязнения воздуха,
построенных по результатам математического и физического моделирования, можно приступить к разработке схемы размещения стационарных постов наблюдений на территории города и программы их работ. Программа
разрабатывается исходя из задач каждого измерительного пункта и особенностей изменчивости концентрации каждой примеси в атмосферном
воздухе. Пост наблюдений может давать информацию об общем состоянии воздушного бассейна, если пост находится вне зоны влияния отдельных источников выбросов, и осуществлять контроль за источниками выбросов, если пост находится в зоне влияния источников выбросов.
При размещении постов наблюдений предпочтение отдается районам
жилой застройки с наибольшей плотностью населения, где возможны случаи превышения установленных пороговых значений гигиенических показателей ПДК. Наблюдения должны проводиться за всеми примесями,
уровни которых превышают ПДК.
В обязательном порядке измеряются основные, наиболее часто встречающиеся загрязняющие воздух вещества: пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота. Выбор других веществ, требующих контроля, определяется спецификой производства и выбросов в данной местности, частотой превышения ПДК.
Контроль над радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха
осуществляется как на фоновом уровне, так и в зонах влияния атомных
электростанций и других источников возможных выделений или выбро88

сов радиоактивных веществ. При контроле радиоактивного загрязнения на
фоновом уровне используются существующие фоновые станции или специальные станции, установленные на расстоянии 50–100 км от возможного источника радиоактивного загрязнения. При контроле в радиусе до
25 км от возможных источников выбросов радиоактивных веществ используется как существующая сеть контроля, так и специальные посты
наблюдений, где устанавливаются датчики гамма-излучения и приборы
для отбора проб и анализа воздуха. Рекомендуется в зоне до 25 км иметь
10–15 специализированных пунктов контроля, оснащенных дистанционными системами и высокопроизводительными фильтрующими воздух установками, а также около 30 дополнительных стационарных пунктов контроля радиационной обстановки, оснащенных интегрирующими термолюминесцентными дозиметрами. При этом в пределах санитарнозащитной зоны создаются посты дистанционного контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха. Подсистемы дистанционного контроля оборудуются каналами связи. Для повышения достоверности информации в каждом пункте устанавливается несколько датчиков.
Существующая в нашей стране сеть наблюдений загрязнения атмосферного воздуха включает посты ручного отбора проб воздуха и автоматизированные системы наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС).
Посты наблюдений загрязнения (ПНЗ) могут быть стационарными, маршрутными и передвижными (подфакельными). С постов ручного отбора
пробы для анализа доставляются в химические лаборатории. Системы
АНКОС являются стационарными, они оснащены устройствами непрерывного отбора и анализа проб воздуха и передачи информации по каналам связи в центр управления и регулирования состоянием атмосферного
воздуха в заданном режиме.
3.2. Организация наблюдений на стационарных постах
Стационарный пост наблюдений – это специально оборудованный
павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации
концентраций загрязняющих веществ и метеорологических параметров по
установленной программе.
89

Место для установки стационарного поста выбирается с учетом метеорологических условий формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха [11]. При этом заранее определяется круг задач: оценка средней месячной, сезонной, годовой и максимальной разовой концентраций, вероятности возникновения концентраций, превышающих
ПДК и др.
Перед установкой поста следует проанализировать:
 расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвижных источников;
 особенности застройки и рельефа местности: перспективы развития
жилой застройки и расширения предприятий промышленности, энергетики, коммунального хозяйства;
 особенности транспорта и других отраслей городского хозяйства,
функциональные особенности выбранной зоны;
 плотность населения;
 метеорологические условия данной местности и др.
Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны
зеленых насаждений, его территория должна хорошо проветриваться, не
подвергаться влиянию близкорасположенных низких источников (стоянок
автомашин, мелких предприятий с низкими выбросами и т. п.).
Количество стационарных постов в каком-либо населенном пункте
зависит от следующих показателей:
 численность населения;
 рельеф местности;
 особенности промышленности;
 функциональная структура (жилая, промышленная, зеленая зона
и т. д.);
 пространственная и временная изменчивость полей концентраций
вредных веществ.
Так, например, исходя из численности населения, количество постов
определяется следующим образом (табл. 3.1).
Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом
источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые 5–10 км2.
90

Таблица 3.1
Зависимость количества стационарных постов
от численности населения
Численность населения, тыс. чел.
< 50
50–100
100–200
200–500
500–1 000
1 000–2 000
> 2 000

Количество постов
1
2
3
3–5
5–10
10–15
15–20

Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города, рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных зонах – жилой, промышленной и зоны отдыха. В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются
также и вблизи автомагистралей.
Для обеспечения оптимальных условий проведения стационарных наблюдений отечественной промышленностью выпускаются стандартные
павильоны-посты наблюдений или комплектные лаборатории типа ПОСТ.
Лаборатория ПОСТ – это утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для
отбора проб воздуха, проведения метеорологических измерений.
Практически все стационарные пункты контроля загрязнения оборудованы комплектными лабораториями ПОСТ–1. Выпускаются и устанавливаются более новые модификации лаборатории – ПОСТ–2 и ПОСТ–2a, которые отличаются более высокой производительностью отбора проб и степенью автоматизации.
При определении химического состава воздуха основным видом наблюдений является отбор проб воздуха на стационарных и маршрутных
постах.
В комплекс метеорологических наблюдений, проводимых при обследовании загрязнения воздуха в городах, входят (табл. 3.2):
 метеорологические наблюдения при отборе проб воздуха на стационарных, маршрутных постах и при подфакельных измерениях;
91

 наблюдения (дополнительные) на метеорологических станциях;
 специальные микрометеорологические съемки.
Таблица 3.2
Метеорологические наблюдения
Метеорологические Приборы для
измерения
измерения
Температура
Аспирационвоздуха
ный психрометр, который устанавВлажность воздуха ливают на
высоте 1,5 м
от земли

Примечания

Снимают 6 показаний термометров психрометра (3 по сухому, 3 по влажному)
с точностью до 0,1оС. Усредняют показания сухого и влажного термометров, по
психрометрическим таблицам определяют
абсолютную влажность, а затем рассчитывают относительную влажность воздуха в %
Метеорологические Приборы для Примечания
измерения
измерения
Скорость ветра
Анемометр, Включают на 10 мин, записывают начальустанавлива- ные и конечные отсчеты, затем вычисляют на высоте ется разность отсчетов и делится на 600,
2м
и по графику или таблице определяется
скорость ветра с точностью до 0, 1 м/с.
По флюгеру или флажку с компасом трижды определяют направление ветра в течение 1-2 мин по 16 румбам (см. рис. 1.5),
результат записывается в градусах
(см. табл. 1.3)
Актинометрические Пиранометр На южной стороне павильона, располоизмерения: инте(вид актино- женного в самом загрязненном районе,
гральные потоки
метра), галь- на расстоянии 3-5 м от него в момент порадиации и спекванометр
сле отбора пробы, после второго отсчета
тральные характепо психрометру, последовательно строго
ристики
синхронно делают три отсчета по гальванометру (отсчет-запись) при пиранометре
Давление воздуха Барометр

Микрометеорологические съемки организуются для получения детального распределения по территории города температуры, влажности
воздуха и скорости ветра и проводятся при устойчивом состоянии погоды
без осадков. Для такой съемки организуется учащенная сеть пунктов,
92

в которую включаются все стационарные и маршрутные посты, а также
специалист-метролог выбирает дополнительно пункты наблюдений в центре выраженных форм рельефа, районах различных типов застройки
и планировки, садах и парках крупного размера, на берегах водоемов.
Программа микрометеорологических съемок включает: измерения
разности температуры и влажности воздуха на уровнях 0,5 и 1,5 м, скорости ветра на высотах 0,5 и 2 м, определения направления ветра и состояния погоды.
Состояние погоды оценивается визуально по характерным признакам,
указанным в табл. 3.3, и в зашифрованном виде записывается в таблице ТЗА-0 (таблица записи ежедневных наблюдений за загрязнением атмосферы на постах) [11]. Состояние подстилающей поверхности (влажная,
сухая) также записывается в ТЗА-0.
Таблица 3.3
Характеристика состояния погоды
Шифр

Состояние погоды,
атмосферные явления

0
1
2

Ясно
Мгла

3

Дымка

4
5

Дождь
Морось

6

Пыльная буря

7
8

Снег
Туман

9

Туман (или дымка) с
осадками

Признаки
Атмосферных явлений шифра 2–9 нет
На небе нет облаков
Помутнение воздуха за счет взвешенных частиц пыли, дыма, гари, воздух имеет синеватый
оттенок
Слабое помутнение атмосферы за счет пересыщения воздуха влагой. Воздух имеет сероватый оттенок:
видимость более 1 км
Осадки в виде жидких капель
Атмосферные осадки в виде мелких капель,
их падение почти незаметно для глаза
Ухудшение видимости на большой территории
из-за пыли, поднятой сильным ветром
Осадки в виде ледяных кристаллов
Помутнение атмосферы при горизонтальной
видимости менее 1 км
Помутнение атмосферы за счет тумана (или
дымки) при наличии осадков
93

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного
воздуха и метеорологическими параметрами должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий.
Установлено 4 программы наблюдения на стационарных постах: полная, неполная, сокращенная и суточная.
Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной
программе выполняются ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки
времени не менее четырех раз при обязательном отборе в 1, 7, 13, 19 ч по
местному декретному времени либо по скользящему графику: вторник, четверг, суббота – 7, 10 и 13 ч; понедельник, среда, пятница – 15, 18 и 21 ч.
Неполная программа наблюдения предназначена для получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 ч местного декретного времени.
Сокращенная программа наблюдения предназначена для получения
информации только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч. Наблюдения проводятся при температуре воздуха ниже минус 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой
ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений концентрации
примеси используемым методом.
Программа суточного отбора проб предназначена для получения
информации о среднесуточной концентрации. В отличие от наблюдений
по полной программе, наблюдения по этой программе проводятся путем
непрерывного суточного отбора проб и не позволяют получать разовых
значений концентрации.
Все программы наблюдений позволяют получать концентрации среднемесячные, среднегодовые и средние за более длительный период.
При неблагоприятных метеорологических условиях (туман, продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех постах
наблюдений должен производиться через каждые 3 ч. Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных источников загрязнения на
территории наибольшей плотности населения. Подфакельные наблюдения
осуществляются за характерными для данного предприятия примесями.
94

Стационарный пункт контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха представляет собой либо стационарный павильон типа
ПОСТ либо домик размером 3  3  3 м. Он устанавливается, как правило,
на специально оборудованных гидрометеорологических станциях (ГМС),
огороженных металлической сеткой с размером ячеек 10  10 см. Площадь
огороженной площадки составляет 5  10 м, а высота сетки – 1,2–1,5 м.
Площадка должна располагаться на расстоянии не менее десяти высот до
ближайшего здания и не менее 30 м от дорог. Площадка должна иметь
травяной покров. Не допускается высаживание других растений, тем более кустарников и деревьев.
На территории ГМС не ближе 4 м от домика и ограды устанавливается марлевый планшет для сбора радиоактивных выпадений и термолюминесцентный дозиметр. Установку для отбора проб воздуха лучше размещать в специальной будке с жалюзи, приподнятой над поверхностью земли на 80–100 см. Выброс воздуха, прошедшего через фильтры установки
типа «Тайфун», должен производиться обязательно в противоположную
от планшета сторону. Если стационарный пункт не обеспечен электропитанием (трехфазное, 5–10 кВт), то вместо фильтрующей установки допускается использование марлевого конуса.
Наблюдение за радиоактивностью атмосферного воздуха осуществляется систематически, круглый год. Смена марли на планшетах и вертикальных экранах, также фильтров в установках производится ежедневно
в 7 ч 30 мин утра по местному декретному времени. С фильтрующих установок фильтры могут сниматься как через 24 ч (в 7 ч 30 мин), так и через
12 ч, т. е. два раза в сутки. При двухразовом отборе установлено время работы установок: с 7 ч 30 мин до 13 ч 30 мин и с 19 ч 30 мин до 1 ч 30 мин. Скорость воздуха в установке определяется с помощью расходомеров УС-125
или УС-175-12 три раза в сутки: в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.
Средняя скорость воздуха, проходящего через фильтры, помещенные
в кассетный фильтродержатель, определяется по формуле:


Vср  V 1 V 2V 3 ,
3

95

(3.1)

где V1, V2 и V3 – значения скорости соответственно в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин
и 1 ч 30 мин следующих суток (км/ч). Объем прошедшего через фильтры
воздуха (Q, м3/ч) находится из соотношения:

Q  S V  t  70 V  t ,

(3.2)

где S – площадь сечения сопла измерительной насадки (S = 70 см2);
t – время работы установки, ч.
Для определения количества воздуха, прошедшего через экран, ручной анемометр помещают над центром экрана и скорость ветра измеряют
четыре раза в сутки: в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин, 19 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.
Среднюю скорость ветра определяют, как среднее арифметическое, а объем воздуха, прошедшего через экран, находят по уравнению:

Q  S 1 V  f  t  3 600 .

(3.3)

Здесь S 1 – площадь экрана, м2;
t – время экспозиции экрана, с;
f – продуваемость экрана, равная примерно 45 %.
3.3. Организация наблюдений
на маршрутных постах
Маршрутный пост наблюдений – место на определенном маршруте
в городе, предназначенное для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся
с помощью передвижной аппаратуры. Маршрутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с помощью автолабораторий. Маршрутным постам присваивается порядковый номер, и их местоположение наносится на план города. Порядок объезда маршрутных постов
ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц
машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором –
в порядке их убывания, а в третий – с середины маршрута к концу и от
начала к середине и т. д. Такая передвижная лаборатория имеет произво96

дительность около 5 000 отборов проб в год, в день на такой машине
можно произвести отбор 8-10 проб воздуха. Одна автолаборатория может
объехать 4-5 постов в день, так как на каждом посту отбор проб воздуха
должен производиться два раза в сутки.
Лаборатория состоит из переносных и стационарных измерительных
приборов для анализа воды, воздуха и почвы и позволяет производить отбор, хранение, консервацию, транспортировку проб для последующих исследований, а также метеорологические наблюдения для оценки экологического состояния.
3.4. Организация наблюдений в районе
промышленных предприятий
(подфакельные наблюдения)
Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб
под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально
разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия.
Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных
расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях (0,2–0,5);
1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также
с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся
за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема
выбросов и их токсичности. В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб
воздуха, а в других зонах минимум должен быть не меньше 25. Отбор
проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на
высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20–30 мин не менее, чем
в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно
отобрать пробы последовательно в 5-8 точках.
97

3.5. Определение перечня веществ, подлежащих контролю
В атмосферный воздух города поступает большое количество различных вредных веществ, таких, как пыль (взвешенные вещества), диоксид
серы, диоксид и оксид азота1, оксид углерода, которые принято называть
основными, а также различные специфические вещества, выбрасываемые
отдельными производствами, предприятиями, цехами.
Перед отбором проб в соответствии с РД 52.04.186-89 [11] составляется перечень загрязняющих веществ подлежащих контролю. Перечень
веществ для измерения на стационарных, маршрутных постах и при подфакельных наблюдениях устанавливается на основе сведений о составе
и характере выбросов от источников загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Определяются вещества, которые
выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможностьi превышения ПДК этих веществ. В результате составляется список веществ,
подлежащих контролю в первую очередь. Принцип выбора вредных веществ и составления списка приоритетных веществ основан на использовании параметра потребления воздуха (ПВ):
реального

ПВ i 

Mi
qi

(3.4)

и требуемого

ПВТi 

Mi ,
ПДК i

(3.5)

где M i – суммарное количество выбросов i-й примеси от всех источников,
расположенных на территории города; q i – концентрация, установленная
по данным расчетов или наблюдений.
Устанавливается, будет ли средняя или максимальная концентрация
примеси при данных выбросах превышать соответственно среднюю суточную ПДКсс или максимальную разовую ПДКмр. Если ПВтi > ПВi,
1

Наблюдения за оксидом азота обязательно проводят только в городах с численностью населения 250 тыс. человек и более.
98

то ожидаемая концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК
или превысит ее, и, следовательно, i-я примесь должна контролироваться.
Перечень веществ для организации наблюдений устанавливается путем
сравнения реального потребления воздуха (ПВi) и требуемого (ПВТ) для
средних (ПВсс) и максимальных (ПВмр) концентраций примесей.
Необходимость наблюдений за i-й примесью с использованием ПВсс
определяется графическим методом. На рис. 3.1 показано семейство прямых линий, соответствующих q = ПДКсс по заданным значениям Mi, потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) и характерного размера города Lj,
определяемого условно как радиус круга площадью Sj, соответствующей
площади города по формуле:
Sj
.


Lj 

(3.6)

Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) – способность атмосферы
рассеивать примеси, включает комплекс метеофакторов по табл. 3.4.
Таблица 3.4
Определение ПЗА по среднегодовым значениям
метеорологических параметров
Приземные инверсии
Потенциал
загрязнения повторя- мощинтенатмосферы емость, ность, сивность,
%
км
°C
(ПЗА)
Низкий
Умеренный
Повышенный
континентальный
Повышенный
континентальный
приморский
Высокий
Очень
высокий

20–30

Повторяемость, %

Высота

в том числе
слоя
Продолжискоронепрерывно
переме- тельность
сти
ряд дней
ветра
щения, тумана, ч
застой
0–1 м/с
км
воздуха

0,3–0,4
0,4–0,5

2–3
3–5

10–20
20–30

5–10
7–12

0,7–0,8
0,8–1,0

80–350
100–500

0,3–0,6

2–6

20–40

3–18

0,7–1,0

100–600

0,3–0,6

2–6

20–40

3–18

0,7–1,0

100–600

0,3–0,7
0,3–0,7

2–6
3–6

10–30
30–60

10–25
10–30

0,4–1,1
0,7–1,6

100–600
50–200

0,3–0,9

3–10

50–70

20–45

0,8–1,6

10–600

99

Частая повторяемость неблагоприятных природных условий, способствующих скоплению примесей в приземном слое атмосферы, указывает
на высокий потенциал загрязнения в данном районе.
Если один или группа источников расположены за городской чертой на
одной промплощадке, то учитывается повторяемость Pj (в долях единицы)
направления ветра со стороны промплощадки. В этом случае вместо Mi берется M'i = MiPj (в среднем для европейской части России (ЕЧС) ΣPj принимается равной 0,5), а вместо Lj берется L'j, равное 2 км, т. е. расстоянию, на
котором средняя концентрация примеси имеет наибольшее значение.
На рис. 3.1 для i-й примеси по значениям Mi (M'i) Lj (L'j) определяется
местоположение точки по отношению к расчетной прямой q i = ПДКссi. Если
точка попадает в область выше прямой или на прямую, то это означает, что
ожидаемая средняя концентрация i-й примеси будет превышать санитарногигиеническую норму (ПДКсс) или будет равна ей и, следовательно,
i-ю примесь необходимо контролировать. Если точка ложится ниже прямой,
то контролировать i-ю примесь не следует (если при этом ожидаемое максимальное значение концентрации не будет превышать ПДК).
При применении графического метода следует учитывать, что прямые
на рис. 3.1 соответствуют значениям ПДКсс от 0,005 до 0,05 мг/м3. Если
значение ПДК i-й примеси больше 0,05 (или меньше 0,005), используется
прямая линия, соответствующая значению ПДКсс, в 10 раз меньшему (или
большему), чем ПДК, а значения M, нанесенные на оси координат, умножаются (или делятся) на 10. Например, для серной кислоты, имеющей
ПДКсс = 0,1 мг/м3, используем линию ПДКсс в 0,01 мг/м3, а значения M на
оси ординат умножаем на 10.
После отбора примесей, подлежащих контролю, определяется очередность организации контроля за специфическими примесями, выбрасываемыми разными источниками. Для этого рассчитывается параметр требуемого потребления воздуха (ПВт1) по формуле:

ПВт1i 

Mi .
ПДК cci

100

(3.7)

а)

б)

Рис. 3.1. Зависимость между суммарными выбросами M, характерным
размером города L и средней концентрацией примеси Q = ПДК:
а) для городов с ПЗА – 2,5 ... 3,0; б) для городов с ПЗА > 3,0

Если ПВт1 1 > ПВт1 2 > ПВт1 3 > ..., то первой в список контролируемых
примесей войдет примесь с наибольшим значением ПВт1 под номером 1,
второй – примесь со следующим значением ПВт1 под номером 2 и т. д. Таким образом составляется первый предварительный список примесей в порядке 1, 2, 3, .… Если несколько примесей имеют одинаковые значения
ПВт1, то сначала записывается примесь класса опасности 1, затем 2, 3 и 4.
С помощью рис. 3.1 можно определить целесообразность организации
наблюдений за основными примесями в городах, где контроль не осуще101

ствляется, а по величине ПВт1 составить список городов, где необходимо
организовать наблюдения за основными примесями на территории УГМ
(территориальное управление по гидрометеорологии).
Перейдем к оценке ожидаемой максимальной концентрации примесей.
В этом случае при выборе примесей для контроля их содержания в воздухе
устанавливается соотношение (ПВ2) между ожидаемой при данных выбросах максимальной разовой концентрацией i-й примеси и ее ПДКмр. Значения
ПВ2 для наиболее часто встречающихся неблагоприятных условий рассеивания отдельно для холодных и горячих выбросов на соответствующих высотах и различных скоростей выхода газовоздушной смеси из трубы,
т. е. для различных A, ΔT, H, υ, приведены в табл. 3.5. Отдельно рассматриваются выбросы с разностью значений температуры выбрасываемой паровоздушной смеси и окружающего воздуха ΔT < 50 °С и ΔT ≥ 50 °С.
Таблица 3.5
Параметр ПВ2 = M/q (тыс. т × м3 / (мг × год))
для разных значений A (с2/3 × м × °С1/3/г) и V (м3/с)
Hм
Hм
υ
20
50
100
50
100
250
Низкие и холодные выбросы (ΔT < 50) Высокие и горячие выбросы (ΔT ≥ 50)
120
1
0,3
1,6
6,6
50
3,5
14,0
87,4
120
10
0,6
3,6
14,2
1 200
10,1
40,3
252,1
160
1
0,2
1,2
5,0
50
2,6
10,5
65,6
160
10
0,4
2,7
10,7
1 200
7,6
30,3
189,1
200
1
0,2
1,0
4,0
50
2,1
8,4
52,4
200
10
0,3
2,1
8,5
1 200
6,0
24,2
151,3
240
1
0,1
0,8
3,3
50
1,8
7,0
43,7
240
10
0,3
1,8
7,1
1 200
5,0
20,2
126,1
А

υ

Значения H устанавливаются с учетом следующих условий.
Если примесь поступает в атмосферу от многих мелких источников
и автотранспорта, принимается H ≤ 20 м. Если примеси выбрасываются из
нескольких промышленных источников разной высоты, то принимаем условно H = 50 м, что примерно соответствует средней высоте труб. Если
в городе основные примеси выбрасываются в основном промышленными
102

предприятиями с высокими трубами (ТЭЦ, ГРЭС и др.), то для них принимается H, равная 100–250 м.
По значениям Mi и ПДКмрi определяется параметр реального потребления воздуха, который сравнивается затем с ПВт2. Если ПВт2i > ПВт2, то
i-я примесь включается во второй предварительный список примесей, рекомендованных для контроля.
С помощью значений ПВ2, приведенных в табл. 3.5, определяется
второй предварительный список. Этот список одновременно является списком городов, где необходимо организовать наблюдения за основными
примесями.
Окончательный приоритетный список примесей, рекомендуемых для
наблюдений в городах на сети ОГСНКа (общегосударственная система
наблюдения и контроля атмосферного воздуха), составляется из двух списков. Сначала распределяются места в списке примесей по значению
ПВт1. Номер первый присваивается примеси, которой соответствует наибольшее значение ПВт1. Затем распределяются места в порядке убывания
значений ПВт2.
Работа проводится в несколько этапов. Окончательный приоритетный
список составляется по сумме мест в предварительных списках, составленных по значениям ПВт1 и ПВт2. При этом примеси, для которых нет
ПДКмр, включаются в список по удвоенному номеру места, полученного
по значению ПВт1. Если несколько примесей имеют одинаковые номера
мест в окончательном списке, то очередность этих примесей устанавливается по классу опасности веществ. В первую очередь записываются примеси классов опасности 1 и 2.
3.6. Отбор проб атмосферного воздуха для анализа
Одним из основных элементов анализа качества атмосферного воздуха является отбор проб. Если отбор проб выполнен неправильно, то результаты самого тщательного анализа теряют всякий смысл. Отбор проб
атмосферного воздуха осуществляется через поглотительный прибор ас103

пирационным способом путем пропускания воздуха с определенной скоростью или заполнения сосудов ограниченной емкости. Для исследования
газообразных примесей пригодны оба метода, а для исследования примесей в виде аэрозолей (пыли) – только первый.
В результате пропускания воздуха через поглотительный прибор
осуществляется концентрирование анализируемого вещества в поглотительной среде. Для достоверного определения концентрации вещества
расход воздуха должен составлять десятки и сотни литров в минуту.
При наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферы используются
следующие режимы отбора проб:
– разовый, продолжающийся 20-30 мин;
– дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на
фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб,
– суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или
на фильтр производится непрерывно в течение суток.
Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы, пылесосы и другие приборы и устройства, пропускающие воздух, а также устройства, регистрирующие объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры и другие расходомеры).
Схема отбора проб приведена на рис. 3.2.
Учитывая, что метеорологические факторы определяют перенос
и рассеяние вредных веществ в атмосферном воздухе, отбор проб воздуха
должен сопровождаться наблюдениями за дымовыми факелами источников выбросов и основными метеорологическими параметрами, к числу которых относятся: скорость и направление ветра, температура и влажность
воздуха, атмосферные явления, состояние погоды и подстилающей поверхности. Результаты наблюдений записываются в рабочий журнал гидрометнаблюдателя, а обработанные результаты – в книжку записи наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими элементами (КЗА-1).
Методы дискретного отбора проб воздуха для последующего анализа
в химической лаборатории, несомненно, важны и необходимы в общей
системе наблюдений загрязнения атмосферного воздуха.
104

Рис. 3.2. Газовая схема отбора проб воздуха на стационарном посту:
1 – защитный стакна из пластмассы; 2 – металлическая трубка; 3 – крыша
павильона; 4 – воздухозаборная трубка; 5 – нагреватель; 6 – теплоизоляция
нагревателя; 7 – стеклянный тройник; 8 – пробка; 9 – стеклянная гребенка;
10 – штатив; 11 – поглотительные приборы; 12 – резиновая трубка; 13 – защитный прибор; 14 – электроаспиратор

Однако при получении информации о загрязнении атмосферного воздуха только в сроки 7, 13 и 19 ч нельзя быть уверенным в объективности
информации о средней суточной концентрации. Не исключено, что в промежуточные сроки наблюдались значительно более высокие или более
низкие концентрации. По данным таких дискретных наблюдений нельзя
установить суточный ход концентрации примеси и его зависимость от метеорологических условий. Поэтому на пунктах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ) используются газоанализаторы, позволяющие восполнить пробел в ручных методах дискретного отбора проб
и представляющие информацию о суточном ходе концентрации по записи
105

на диаграммной ленте. Наиболее широко используются на ПНЗ следующие газоанализаторы: для диоксида серы – кулонометрический газоанализатор (ГПК-1) и флюоресцентный газоанализатор (667ФФ), оксида углерода – оптико-акустический (ГМК-З), оксида, диоксида и суммы оксидов
азота – хемилюминесцентный (645ХЛ), углеводородо-ионизационный
(623ИН), озона – хемилюминесцентный (652ХЛ).
Условия отбора проб
До начала отбора необходимо убедиться в соблюдении ряда требований. Для правильного определения концентрации пыли при отборе разовых проб воздуха должно выполняться условие изокинетичности, т. е.
скорость пропускаемого через фильтр воздуха должна быть равна скорости набегающего потока; выравнивание скоростей осуществляется за счет
применения конусных насадок, выбор которых зависит от скорости ветра.
Фильтродержатель должен быть ориентирован навстречу ветровому потоку. При суточном отборе пробы пыли в условиях высокой запыленности
масса пыли на фильтре может превысить его пылеемкость, равную 5 мг/см
(т. е. 200 мг на весь фильтр). В таком случае следует переходить к циклическому отбору проб.
На точность определения объема воздуха, прошедшего через поглотительные устройства, влияет нарушение герметичности воздуховодов
и фильтродержателя. Проверка состояния системы производится не реже
одного раза в месяц. Наиболее вероятно натекание воздуха через фильтродержатель, подводящие резиновые шланги за счет старения резины
и появления трещин, соединения резиновых шлангов со штуцерами и поглотительными устройствами. При отборе проб воздуха для определения
концентраций газовых примесей напряжение электропитания электроаспиратора должно составлять 220 В 10 %.
Воздушные коммуникации один раз в месяц очищают от пыли и промывают теплой мыльной водой, чистой водой, затем спиртом. Воздуховод
устанавливается только после просушивания. Промытая система перед
отбором проб должна быть продута воздухом в течение примерно 20 мин.
О проведенной работе делается запись в журнале профилактических работ, который должен храниться на посту. Колпачок, предохраняющий
106

воздухозаборную трубку от прямого попадания осадков и грязи, промывается один раз в три месяца. Для защиты ротаметров электроаспираторов
от брызг поглотительных и пропитывающих растворов к выходным штуцерам присоединяют патроны, заполненные промытым и высушенным
силикагелем с диаметром зерен 0,5–4 мм (рис. 3.3) и ватными тампонами.

Рис. 3.3. Патрон с силикагелем

Проверка градуировки ротаметров электроаспираторов проводится
ежемесячно.
Сразу после отсоединения поглотителей штуцера гребенки должны
быть герметично закрыты заглушками. Наличие открытых штуцеров недопустимо. Поглотительные приборы должны присоединяться к распределительной гребенке (или воздуховодам) встык с помощью коротких резиновых трубок. Все воздуховоды и распределительная гребенка до поглотительных приборов должны быть изготовлены только из фторопласта
или стекла. Применение для этой цели хлорвинила, полиэтилена, других
пластмасс и всех типов резины недопустимо.
При отборе проб воздуха в сорбционные трубки (СТ) присоединяются
к S-образной трубке с помощью резиновой муфты. Присоединение СТ
непосредственно к распределительной гребенке недопустимо. Общая
длина резиновых соединений, с которыми непосредственно соприкасается анализируемый воздух, не должна превышать 10 мм. Нельзя допускать
загрязнения S-образной трубки пропитывающим раствором. Промывка
107

трубки и присоединительных муфт должна производиться еженедельно
в химической лаборатории [11].
Сорбционные трубки устанавливаются при отборе пробы строго вертикально слоем сорбента вниз, чтобы воздух проходил слой сорбента снизу вверх (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Принципиальная схема отбора проб
через сорбционную трубку:
1 – сорбционная трубка; 2 – светозащитный экран; 3 – побудитель расхода

Перед присоединением СТ к электроаспиратору слой сорбента уплотняется легким постукиванием нижнего конца СТ о кусочек чистой фильтровальной бумаги, лежащей на твердой поверхности.
При отборе проб воздуха для определения содержания диоксида серы,
сероводорода и сероуглерода СТ должны быть защищены от света.
При отборе пробы воздуха для определения концентрации фторида
водорода в качестве материала для воздуховода нельзя применять не
только резину, но и стекло. Допускается только фторопласт. Поэтому отбор проб для определения HF не может осуществляться с помощью воздухоотборника «Компонент», имеющего стеклянные распределительные
гребенки. Можно присоединять СТ снаружи поста к патрубку для отбора
проб на сажу. Внутреннюю поверхность воздуховодов при отборе проб
108

HF внутри поста следует очищать от пыли 1 раз в неделю. При проведении работ в автолаборатории «Атмосфера-II» необходимо соблюдать следующие условия. Автомашина устанавливается таким образом, чтобы ее
левый борт или задняя часть были наветренными.
На магистралях города лаборатория устанавливается параллельно оси
движения транспорта у тротуара или на обочине дороги. Расстояние от лаборатории до места подключения к электросети не должно превышать 100 м.
Определению концентрации диоксида серы с помощью газоиндикатора «Атмосфера-1» мешают некоторые органические вещества и сероводород, определению концентрации сероводорода мешают те же органические вещества и диоксид серы, определению концентрации озона – диоксид серы и сероводород. Для устранения мешающего влияния неорганических газов следует использовать селективные фильтры.
Условия хранения проб
Сразу после отбора проб поглотительные приборы (СТ) закрывают
заглушками; особенно тщательно закрываются СТ с пробами на оксиды
азота и аммиак. Пробы на диоксид серы, сероуглерод и сероводород
должны предохраняться от попадания света как при отборе проб, так
и при хранении. При температуре воздуха выше 25 °С пробы на сероуглерод и диоксид серы следует сразу после отбора поместить в холодильник,
а при его отсутствии – в широкогорлый термос, в котором находится лед.
Для этой цели могут использоваться термосы объемом 0,25–1 л. Количество льда, необходимое для сохранения низкой температуры в течение дня, зависит от наружной температуры, но обычно не превышает
20–30 % емкости термоса. Лед вносят в термос в виде небольших кусочков, помещенных в два полиэтиленовых мешка, герметично запаянных
или закрытых с помощью резинового кольца. Во избежание поломки
стеклянной колбы на ее дно помещают кусочек поролона, а стенки защищают цилиндром из толстой бумаги.
Сорбционные трубки, закрытые заглушками или колпачками из полиэтиленовой пленки, вкладывают в термос в полиэтиленовом мешке слоем
сорбента вниз. Мешок должен быть герметично закрыт во избежание конденсации в нем влаги из воздуха. При использовании небольших термо109

сов, в которых СТ не помещаются целиком, сверху на него надевают теплозащитный колпак, изготовленный из двух слоев материи с прокладкой
из ваты или поролона.
По окончании отбора проб (после автоматического отключения электроаспираторов ЭА-2 и ЭА-1) нужно извлечь из люка блок отбора проб,
снять фильтродержатель, вынуть из него патрон с фильтром на пыль, извлечь из патронов фильтры на пыль и на сажу и вложить их в соответствующие пакеты, на которых отметить соответственно конечное показание
счетчика РГ-40 и расход воздуха в сажевом канале ЭА-1, а также значения
температуры воздуха, прошедшего через счетчик и ротаметр. Отсоединить
все поглотительные приборы, закрыть их заглушками и установить в ящик
для транспортировки в лабораторию.
По истечении времени отбора проб воздуха для определения концентрации соответствующих газовых примесей отсоединить поглотительные
приборы, закрыть их заглушками, поместить в ящик для транспортировки.
Штуцера распределительной гребенки закрыть заглушками во избежание
конденсации паров внутри воздуховода в холодное время года.
Записать в ТЗА-0 (таблица записи ежедневных наблюдений за загрязнением атмосферы на постах) номера поглотительных приборов и фильтров, название примесей, время начала и конца отбора, расход воздуха
и объем протянутого воздуха.
Порядок отбора проб и наблюдений в «Пост-1» и «Пост-2» приведен
в приложениях 4.3-4.5 РД 52.04.186-89 [11].
3.7. Современные методы контроля воздушной среды
После отбора проб на стационарных, маршрутных или подфакельных
постах проводят их анализ различными методами.
Классификация контактных методов мониторинга
Контактные методы контроля состояния атмосферного воздуха представлены не только классическими методами химического анализа, но
и современными методами инструментального анализа (рис. 3.5).
110

Контактные
методы
анализа

Химические

Физикохимические

Физические

Гравиметрический

Хроматографический

Массспектрометрия

Титриметрический

Электрохимический

Рентгеноспектральный
анализ

Рис. 3.5. Структура контактных методов наблюдения и контроля
за состоянием окружающей среды

Предпочтение отдается инструментальным методам измерения как
наиболее избирательным и высокочувствительным.
Так, например, выделяют химические, физико-химические и физические методы анализа. На схеме (рис. 3.5) представлена структура контактных методов наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды,
в том числе и атмосферного воздуха.
Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием
объектов окружающей среды оценивается следующей совокупностью показателей:
 селективностью и точностью определения;
 воспроизводимостью получаемых результатов;
 чувствительностью определения;
 пределами обнаружения элемента (вещества);
 экспрессностью анализа.
У каждого вида анализа есть свои собственные достоинства и недостатки, тем и объясняется разнообразие методов контактного мониторинга
111

атмосферного воздуха Земли. И выбор того или иного производится в зависимости от исследуемых и контролируемых параметров среды.
Для анализа загрязненного воздуха в настоящее время используются
спектральные и хроматографические методы [17]. Электрохимические методы применяются реже, хотя некоторые из них (ионометрия, потенциометрия) находят ограниченное применение.
Вредные вещества, определяемые в воздушной среде конкретными
методами анализа, представлены в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Наиболее распространенные инструментальные методы
контроля загрязнения атмосферы
Методы определения

Наименования контролируемых показателей

Газовая хроматография

Сероуглерод, метиламин, анилин, диметил (диэтил), триметиламин (триэтил), акролеин, метанол,
циклогексан (-ол) (-нон), 3,4-бензпирен, хлорпрен
бензол, толуол, ксилол, этилбензол, хлороформ
Серная кислота, сульфаты
Фософрная кислота, метилмеркаптан, фенол, метанол, формальдегид, карбоновые кислоты С4–С9,
оксиды азота, аммиак; суммарные ванадий, свинец,
селен, хром, мышьяк, цинк, хлориды, цианид водорода, фторид водорода, пиридин, диоксид серы, сероводород
Железо, кадмий, кобальт, магний, марганец, медь,
никель, свинец, хром, цинк, ртуть
Борная кислота, фторид водорода

Турбидиметрия
Фотометрия

Атомно-абсорбционная
спектрометрия
Потенциометрия

Общая схема контроля включает этапы: 1) отбор пробы; 2) обработка
пробы с целью консервации измеряемого параметра и ее транспортировка;
3) хранение и подготовка пробы к анализу; 4) измерение контролируемого параметра; 5) обработка и хранение результатов.
Основным требованием к выбранному методу является его применимость в широком интервале концентраций элементов (веществ), включающих как следовые количества в незагрязненных объектах фоновых
112

районов, так и высокие значения концентраций в районах технического
воздействия.
Рассмотрим более подробно метод газовой хроматографии, атомноабсорбционный и фотометрический метод анализа загрязнения атмосферного воздуха.
Метод газовой хромотографии является составной частью физикохимических контактных методов анализа, в основу которого положен
следующий принцип: анализ смеси веществ в результате распределения
компонентов между несмывающимися фазами, одна из которых подвижная – инертный газ (азот, гелий и др.), другая – неподвижная (высококипящая жидкость или твердая фаза). На рис. 3.6 представлена схема
хроматографа.

Рис. 3.6. Структурная схема хроматографа:
t1 – время, через которое появится первый компонент; t2 – время, через
которое появится второй компонент; АП – анализируемая проба

Этот метод имеет два варианта: газоадсорбционная и газожидкостная хроматография.
Разделение компонентов смеси происходит в хроматографической
колонке. Хроматографические колонки: набивные (длина – 1–3 м, диаметр – около 4 мм, материал-стекло, сталь и др.) и капиллярные (длина –
до 50 м, материал – стекло, кварц).
113

Выбор неподвижной фазы (Нф). Эффективность колонки (способность разделять сложные смеси на отдельные компоненты) зависит от
размера частиц, на которые нанесена жидкая фаза. Она возрастает при использовании однородных частиц малого размера. Для стандартных набивных колонок оптимальный размер частиц 0,12–0,17 мм. Необходимо учитывать их близость к анализируемым соединениям. Для анализа полярных
компонентов применяют полярные фазы, для анализа неполярных компонентов – менее полярные или полностью неполярные.
Неполярные фазы для газо-адсорбционной хроматографии силикагель, оксид алюминия, цеолиты, полимерные сорбенты (например, полисорб, поропак и др.).
Наиболее употребляемые неподвижные жидкие фазы для газожидкостной хроматографии: карбовакс, силиконовые элястомеры, апиезоны,
твердый носитель – хроматов и др.
Подвижные фазы: азот, гелий, аргон, пары воды.
Детекторы. История развития газовой хроматографии – это история
появления и развития детекторов для хроматографии. Применятся несколько типов детекторов.
1. Детектор теплопроводности (ДТП) или катарометр. Принцип его
действия основан на различии теплопроводностей анализируемого вещества и газа-носителя.
2. В детекторе ионизационо-пламенном (ПИД или ДИП) используется
зависимость электропроводности пространства между электродами от
числа находящихся в нем ионизированных частиц, которые образуются
в водородном пламени под действием термических и окислительных процессов при попадании в него молекул анализируемого вещества. Выходным сигналом детектора является значение силы тока, протекающего между электродами под действием приложенного к ним напряжения.
3. Электронно-захватный детектор (ЭЗД), или детектор по захвату
электронов, как и ДИП, основан на зависимости электропроводности промежутка между электродами и числом ионов, находящихся в этом промежутке, которое связано с числом молекул, поступающих в детектор. Однако механизм и способ образования ионов принципиально отличаются от
такового в случае ДИП – ионы образуются в результате взаимодействия
114

молекул анализируемого вещества и потока электронов в камере детектора в результате бета распада радиоактивного вещества.
Необходим очень чистый газ-носитель, например азот «ОСЧ», не содержащий следов кислорода, который снижал бы чувствительность детектора ЭЗД.
Чувствительность определения зависит от наличия галоид-, нитрои других групп, взаимодействующих с электронами.
4. Детектор термоионный (ДТИ) по принципу действия аналогичен
ДИП. Однако дополнительно в водородное пламя непрерывно поступает
поток ионов щелочных металлов (калий, натрий, цезий). В их присутствии
резко возрастает эффективность ионизации соединений, содержащих азот,
фосфор, хлор и др. ДТИ применяют для определения ФОС и азотосодержащих соединений.
5. Пламенно-фотометрический детектор (ПФД) селективен и обладает
повышенной чувствительностью по отношению к соединениям, содержащим серу.
Качественный анализ состоит в сравнении периодов времени удерживания данного вещества на хроматограмме от момента ввода пробы в испаритель до момента, соответствующего максимальному значению сигнала для данного компонента.
Количественный анализ основан на прямо пропорциональной зависимости содержания вещества в пробе от площади пика данного компонента
на хроматограмме. Расчет ведется в основном тремя методами.
1. Метод абсолютной калибровки заключается в построении графиков
зависимости высоты или площади пика Х от содержания компонентов
в смеси. Расчет ведется по формулам (3.4) и (3.5):

X  1 000
X

a
;
V

cV
,
V 20

(3.8)

(3.9)

где a – содержание вещества, определенное по графику, мг;
V – объем пробы воздуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл;
115

с – концентрация вещества, рассчитанная по графику, мг/мл;
V20 – объем пробы воздуха, произведенный в стандартных условиях.
2. Метод внутреннего стандарта основан на введении в анализируемую смесь известного количества вещества, принимаемого за стандарт.
По своим свойствам оно должно быть достаточно близко к анализируемым соединениям, но полностью отличаться от них по хроматограмме.
3. Метод норматизации площадей пиков. При этом сумму площадей
всех пиков с учетом поправочных коэффициентов принимают за 100 %.
Для вычисления концентрации вещества (в объемных процентах) необходимо его площадь умножить на 100 и разделить на сумму всех площадей.
Метод прост, но может быть использован лишь тогда, когда все компоненты известны и полностью разделены.
Атомно-абсорбционный анализ (атомно-абсорбционная спектрометрия) – метод количественного элементного анализа по атомным спектрам
поглощения (абсорбции). Через слой атомных паров пробы, получаемых
с помощью атомизатора, пропускают излучение в диапазоне 190–850 нм.
В результате поглощения квантов света атомы переходят в возбужденные
энергетические состояния. Этим переходам в атомных спектрах соответствуют резонансные линии, характерные для данного элемента.
Приборы для атомно-абсорбционного анализа – атомно-абсорбционные
спектрометры (рис. 3.7) – прецизионные высокоавтоматизированные устройства, обеспечивающие воспроизводимость условий измерений, автоматическое введение проб и регистрацию результатов измерения.

Рис. 3.7. Структурная схема абсорбционного
недисперсного газоанализатора:
1 – источник излучения; 2 – фильтр; 3 – газовая кювета; 4 – приемник
излучения; 5 – блок обработки информации; 6 – показывающий прибор
116

В некоторые модели встроены микроЭВМ. В качестве примера на
рис. 3.7 приведена схема одного из спектрометров. Источником линейчатого излучения в спектрометрах чаще всего служат одноэлементные лампы с полым катодом, заполняемые неоном. Для определения некоторых
легколетучих элементов (Cd, Zn, Se, Те и др.) удобнее пользоваться высокочастотными безэлектродными лампами.
Перевод анализируемого объекта в атомизированное состояние и формирование поглощающего слоя пара определенной и воспроизводимой
формы осуществляется в атомизаторе – обычно в пламени или трубчатой
печи. Наиболее часто используют пламя смесей ацетилена с воздухом
(макс. t 2 000 °С) и ацетилена с N2O (2 700 °С). Горелку со щелевидным соплом длиной 50–100 мм и шириной 0,5–0,8 мм устанавливают вдоль оптической оси прибора для увеличения длины поглощающего слоя.
Трубчатые печи сопротивления изготавливают чаще всего из плотных
сортов графита. Для исключения диффузии паров через стенки и увеличения долговечности графитовые трубки покрывают слоем газонепроницаемого пироуглерода. Максимальная температура нагрева достигает
3 000 °С. Менее распространены тонкостенные трубчатые печи из тугоплавких металлов (W, Та, Мо), кварца с нихромовым нагревателем. Для
защиты графитовых и металлических печей от обгорания на воздухе их
помещают в полугерметичные или герметичные камеры, через которые
продувают инертный газ (Аr, N2).
При атомно-абсорбционном анализе необходимо исключить наложение излучения атомизатора на излучение источника света, учесть
возможное изменение яркости последнего, спектральные помехи в атомизаторе, вызванные частичным рассеянием и поглощением света твердыми частицами и молекулами посторонних компонентов пробы. Для
этого пользуются различными приемами, например, модулируют излучение источника с частотой, на которую настраивают приемнорегистрирующее устройство, применяют двухлучевую схему или оптическую схему с двумя источниками света (с дискретным и непрерывным
спектрами). Наиболее эффективна схема, основанная на зеемановском
расщеплении и поляризации спектральных линий в атомизаторе. В этом
случае через поглощающий слой пропускают свет, поляризованный
117

перпендикулярно магнитному полю, что позволяет учесть неселективные спектральные помехи, достигающие значений А = 2, при измерении
сигналов, которые в сотни раз слабее.
Достоинства атомно-абсорбционного анализа – простота, высокая селективность и малое влияние состава пробы на результаты анализа. Ограничения метода – невозможность одновременного определения нескольких элементов при использовании линейчатых источников излучения
и, как правило, необходимость переведения проб в раствор.
Атомно-абсорбционный анализ применяют для определения около
70 элементов (главным образом, металлов). Не определяют газы и некоторые другие неметаллы, резонансные линии которых лежат в вакуумной области спектра (длина волны меньше 190 нм). С применением графитовой
печи невозможно определять Hf, Nb, Та, W и Zr, образующие с углеродом
труднолетучие карбиды. Пределы обнаружения большинства элементов
в растворах при атомизации в пламени 1–100 мкг/л, в графитовой печи
в 100–1 000 раз ниже. Абсолютные пределы обнаружения в последнем случае составляют 0,1–100 пг. Относительно стандартное отклонение в оптимальных условиях измерений достигает 0,2–0,5 % для пламени и 0,5–1,0 %
для печи. В автоматическом режиме работы пламенный спектрометр позволяет анализировать до 500 проб в час, а спектрометр с графитовой печью – до 30 проб. Оба варианта часто используют в сочетании с предварительным разделением и концентрированием экстракцией, дистилляцией,
ионным обменом, хроматографией, что в ряде случаев позволяет косвенно
определять некоторые неметаллы и органические соединения.
Методы атомно-абсорбционного анализа применяют также для измерения некоторых физических и физико-химических величин – коэффициент диффузии атомов в газах, температур газовой среды, теплот испарения
элементов и др.; для изучения спектров молекул, исследования процессов,
связанных с испарением и диссоциацией соединений.
Фотоколориметрические методы анализа – одна из широко используемых разновидностей абсорбционного оптического анализа. Принцип
действия фотоколориметрических газоанализаторов основан на измерении
интенсивности окраски цветного соединения, образующегося при взаимодействии измеряемого компонента со вспомогательным реагентом.
118

Фотометрические приборы имеют высокую чувствительность, подбором соответствующих реагентов можно добиться хорошей селективности,
однако точность и избирательность этих приборов достигаются путем их
значительного усложнения.
3.8. Методы обезвреживания газовых выбросов
Огромное значение в решении проблемы защиты атмосферного воздуха придается мерам научно-технического характера, в частности, разработке новых малоотходных и безотходных технологий. Технология должна позволять обеспечивать производство необходимых продуктов не
только с минимальными расходами сырья, энергии и рабочей силы, но
и с соблюдением экологических условий, сводящих к минимуму выбросы
вредных веществ в атмосферу.
Основные методы удаления газообразных загрязнителей: абсорбция,
адсорбция, хемосорбция, термическая нейтрализация.
Абсорбция – это растворение вредной газовой примеси сорбентом.
Для абсорбции газа используют жидкие растворители, как правило, воду.
Ее применение особенно эффективно при значительных концентрациях
газообразных загрязнителей, таких, как аммиак, хлороводород, пары кислот и щелочей. Однако возможно применение этих растворителей и при
весьма низких концентрациях, когда растворимость газа в жидкости очень
высока. Хотя вода используется как растворитель наиболее часто для поглощения газов, плохо растворимых в воде, можно применять другие растворители с низким давлением пара. Примером указанных газов могут
служить углеводороды или сероводород. Вода, используемая для абсорбции, может содержать добавки химических веществ: кислот, щелочей,
окислителей или восстановителей, реагирующих с поглощаемым газом
и снижающих равновесное давление его пара.
Адсорбция – это улавливание микропористой поверхностью адсорбента молекул вредных веществ. Адсорбцию применяют для очистки запыленности газа не более 5 мг/м3, паров растворителей, органических соединений. Данный метод применяется для обработки больших объемов
119

газов с очень низкой концентрацией загрязняющих веществ и снижение
концентраций этих веществ до следовых уровней. Полярные адсорбенты,
такие, как активированные оксиды алюминия, силикагель и молекулярные
сита, обладают высокой селективностью по отношению к газам с полярными молекулами. Однако присутствие часто встречающихся полярных
продуктов (водяного пара) может приводить к снижению их адсорбирующей способности по отношению к другим веществам или делать их вовсе
неэффективными.
Неспецифический адсорбернт – активированный уголь – получил
наиболее широкое распространение. Он является одним из немногих адсорбентов, которые можно использовать для влажных газов. Вследствие
неспецифичности активированный уголь адсорбирует все газы, присутствующие в малых количествах, пропорционально их концентрациям, поэтому следует учитывать тот факт, что, помимо газа, который необходимо
уловить, будут адсорбироваться и другие примеси.
Поскольку адсорбент должен регенерироваться для повторного использования, при разработке процесса необходимо также подробно рассматривать и стадии десорбции. Некоторые материалы обладают такой
сильной адсорбирующей способностью, что при десорбции одновременно удаляется некоторое количество молекул адсорбента (хемосорбция). Другие материалы, на которых происходит полимеризация в порах
адсорбента, постоянно теряют свою активность, потому что удаления
полимерного материала не происходит и площадь поверхности адсорбента уменьшается.
Хемосорбция – это орошение очищаемого газа растворами реагентов.
В результате химической реакции с вредными примесями образуются нетоксичные малолетучие или нерастворимые химические соединения.
Применяют для улавливания газовых примесей, нерастворимых или плохо
растворимых в воде.
Термическая нейтрализация. Различают 3 схемы термической нейтрализации.
1. Прямое сжигание используют, когда очищаемые газы обладают
значительной энергией, достаточной для поддержания горения (факельное
сжигание циановодорода на нефтехимических заводах).
120

2. Термическое дожигание – это процесс окисления вредных веществ
кислородом воздуха при температуре 900–1 200 оС (токсичный угарный
газ СО окисляют до нетоксичного СО2, углеводороды СхНу – СО2 и Н2О):
2СО + О2 = 2СО2;
СхНу + О2 = СО2 + Н2О.
Процесс термического дожигания энергоемок, если температура очищаемых газов низкая. Применяется для очитки отходящих газов от паров
растворителей и красок.
3. Каталитическая нейтрализация – это превращение токсичных веществ отходящих газов в нетоксичные или менее токсичные в результате
контакта с катализаторами. Катализаторы ускоряют протекание реакций
или делают их возможными при более низких температурах. В качестве
катализаторов используются благородные металлы – платина, палладий,
медь, которые напыляются на металлические или керамические носители.
Очищаемый газ пропускается через слой катализатора, на поверхности которого протекают экзотермические (идущие с выделением теплоты) окислительные реакции.
Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных
ядов. Эти методы используют для очистки газов от оксидов азота, серы,
углерода и органических примесей. Их проводят в реакторах различных
конструкций.
Существуют следующие методы осаждения пыли.
1. Сухой метод очистки. В основе работ сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения. Они
отличаются простотой изготовления и эксплуатацией и их широко используют в промышленности.
2. Фильтрация – широко используемый метод удаления частиц из запыленных газовых потоков, обеспечивающий улавливание самых разнообразных частиц размером от видимого до околомолекулярного, основанный на том, что частицы пыли, обладая инерцией двигаться прямолинейно, сталкиваются с волокнами или зернами фильтрующего материала
и удерживаются ими под действием сил диффузии и электрического при121

тяжения. Такой метод вне конкуренции, когда речь идет об обеспечении
исключительно высокой эффективности улавливания очень мелких частиц
ценой умеренных затрат.
3. Мокрый метод очистки. В мокрых пылеуловителях осаждение
происходит на каплю, поверхность газовых пузырей или пленку жидкости. В мокрых скрубберах происходит тесный контакт газа и жидкости,
сопровождающийся генерацией жидких капель. Захват капель газом может привести к уносу жидкости из скруббера в подогреватель, канал, вентилятор, дымовую трубу, а затем в атмосферу. Если не принять мер к отделению потоком жидкости, это может вызвать коррозию, эрозию, забивание, повреждение вентиляторов и выбросы загрязнителя.
4. Электрический метод очистки. На электродах аппарата, в котором
используются электрические силы для отделения взвешенных частиц от
газов (электрофильтра), происходит отделение взвешенных частиц от газов. В процессе ионизации молекул газа электрическим полем происходит
заряд содержащихся в нем частиц. Ионы абсорбируются на поверхности
пылинок, которые затем под действием электрического поля осаждаются
на осадительных электродах.

Практическая работа № 4
Создание стационарного поста
мониторинга загрязнения атмосферного воздуха
Цель работы: приобрести навыки составления отчета о местоположении стационарного поста мониторинга за атмосферным воздухом.
Порядок выполнения работы
1. В соответствии с табл. 3.7 выбрать район в г. Новосибирске для
создания виртуального поста экологического мониторинга для наблюдений за качеством атмосферного воздуха.
2. Побывать на месте расположения виртуального поста с целью сбора информации для заполнения отчета.
122

3. Заполнить отчет, который должен содержать следующие пункты:
1) карта района с указанием расположения поста (пример на рис. 3.8);
2) описание местоположения поста (пример описания поста приведен
ниже);
3) описание источников загрязнения атмосферного воздуха в данном
районе;
4) характеристика одного наиболее опасного вещества, которое выделяется в описываемом районе.
Описание местоположения поста должно содержать следующие
пункты:
 название города, номер поста, адрес и высоту над уровнем моря,
указание составителя и даты составления описания;
 характеристика района (жилой, промышленный, привокзальный, район зеленых насаждений, район с интенсивным движение транспорта и т. п.);
 тип отопления жилых и промышленных зданий в районе расположения поста в радиусе 1,5 км (центральное, печное и пр.);
 расстояние пункта отбора проб до ближайших мощных источников
загрязнения воздуха, которые могут влиять на степень загрязнения воздуха в точке отбора, и их взаимное расположение с учетом розы ветров;
 перечень основных загрязняющих веществ;
 описание покрытия почвы в месте отбора проб (бетон, асфальт, щебень, песок, глина, чернозем, трава и т. п.);
 степень закрытости горизонта (по 16 румбам) с указанием расстояния от поста до ближайших зданий или деревьев и их высоты;
 характеристика зеленых насаждений вблизи поста (сад, сквер, бульвар, парк, газон) с указанием плотности древесных и кустарниковых насаждений (единичные насаждения, рядовая или групповая посадка и т. п.);
 наличие ближайших водных объектов (река, пруд, водохранилище
и т. п.) и их краткая характеристика;
 характеристика источников загрязнения атмосферного воздуха (их
расположение, основные загрязняющие вещества этих источников).
К описанию постов прилагается схематических план района расположения поста в радиусе 2-3 км (см. рис. 3.8).
123

Таблица 3.7
Исходные данные для создания виртуального поста
экологического мониторинга
№ варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Район г. Новосибирска
Ленинский
Кировский
Центральный
Октябрьский
Железнодорожный
Дзержинский
Первомайский
Калининский
Советский
Заельцовский
ГРЭС

ЖБИ

ЭМК

Кислор.
з-д
4-5 эт.
II

Кож.
з-д

3-5 эт.
IV

2-4эт
III

ул. Победы

1-5 эт.
I
Обувн.
ф-ка

4-5 эт.
II

Цеха
ТЮР
1 эт.

Трампарк

V

ЛВЗ

ХЗ

Рис. 3.8. Схематический план района расположения
поста наблюдения в радиусе 2-3 км:
I, II, III, IV, V – жилые районы; а – жилой район (2 эт.); б – хлебозавод;
в – сад; г – больница, д – жилой район (4 эт.)
124

Пример описания поста
1. Общие сведения.
Город N
Пост № 4
Адрес: пересечение улиц Победы и Российской.
Высота над уровнем моря 216 м.
Составитель: Иванова Г.И.
Дата: 15.08.2015 г.
2. Характеристика района.
Район жилых кварталов и промышленных предприятий с интенсивным движением грузового автотранспорта (особенно по ул. Победы).
3. Отопление жилых и промышленных зданий.
На севере, северо-востоке и юго-востоке района – центральное отопление; жилой массив трехэтажных зданий, расположенный в югозападной части района, отапливается котельной, в одноэтажных зданиях –
печное отопление. На северо-западе от поста расположены преимущественно четырех-пятиэтажные дома со специальным отоплением. В качестве
топлива используется уголь, сернистось которого (по справочным данным) составляет 4 %, а зольность – 15,4 %. На расстоянии 50 м к востоку
происходит электрифицированная железная дорога.
4. Расстояние до ближайших мощных источников загрязнения.
В направлении к северу и северо-востоку от поста расположены:
 гидроэлектростанция – на расстоянии 3 км;
 электрометаллургический комбинат – на расстоянии 2,6 км;
 завод железобетонных изделий – на расстоянии 3,2 км.
5. Основные загрязняющие вещества.
Окись углерода, сернистый газ, двуокись азота, угольные соединения.
6. Покрытие почвы в месте отбора проб.
Асфальт.
7. Степень закрытости горизонта.
В направлении к северу на расстоянии 20 м от пункта расположены
четырехэтажные дома, на востоке на расстоянии 100 м – трех-пятиэтажные

125

дома, на юге и западе на расстоянии 25 м – забор высотой 1,5 м, за ним
расположены складские помещения высотой 4 м.
8. Зеленые насаждения вблизи поста.
Садовые деревья в районе одноэтажной застройки.
9. Ближайшие водные объекты.
В 75 м к западу от пункта в направлении с севера на юг протекает
р. Желтая шириной около 20 м. В зимний период река покрывается льдом
(начало замерзания – октябрь, вскрытие – апрель).
Контрольные вопросы
1. Как организованы наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы
в населенных пунктах.
2. Виды постов наблюдений за атмосферным воздухом.
3. По каким программам ведут наблюдения за атмосферным воздухом?
4. Какие физико-химические методы контроля воздушной среды на
содержание токсичных ингредиентов наиболее распространены?
5. Назовите наблюдаемые метопараметры и приборы для их измерения.
6. Опишите методы обезвреживания газовых выбросов.
7. Какой метод применяют для очищения воздуха от углеводородов
и сероводородов?
8. В чем суть метода фильтрации?
9. Назовите положительные стороны и недостатки атомно-абсорбционной спектрометрии.
10. Какие вредные вещества в воздушной среде определяют методом
газовой хроматографии?
11. Виды термической нейтрализации.
12. Какие факторы влияют на количество стационарных постов в населенных пунктах?
13. С какой целью и по какой программе проводят микрометеорологические съемки?
14. В каких случаях разрешается проведение наблюдений за атмосферным воздухом по сокращенной программе?
126

15. Каким образом организуются наблюдения на маршрутных постах?
16. Какие показатели контролируются при помощи турбидиметрии и
фотометрии?
17. На чем основан принцип действия фотоколориметрического метода?
18. В чем суть метода газовой хромотографии?

127

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы (в ред. от 22.02.2015) [Электронный ресурс]. – Доступ
из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
2. ГН 2.2.5.1313-03. Химические факторы производственной среды.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы (в ред. от 16.09.2013) [Электронный
ресурс]. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
3. ГН 2.1.6.2309-07 (в ред. от 10.12.2014). Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном
воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы [Электронный ресурс]. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
4. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности (в ред. от 28.03.1990) [Электронный ресурс] : постановление Госстандарта СССР от 10.03.1976. – Доступ из справ.-правовой
системы «КонсультантПлюс».
5. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей
среды Российской Федерации в 2013 году [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: www. http://mnr.gov.ru /.
6. Киселева Т. В., Темлянцев Н. В. Экологическая безопасность в техносфере. – М. : Теплотехник, 2012. – 174 с.
7. Коновалова В. А. Нормирование качества окружающей среды. –
М. : РГУИТП, 2011. – 158 с.
8. Тунакова Ю. А., Новикова С. В. Прикладная экология. – Казань:
Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008. – 155 с.
9. ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе
вредных веществ» [Электронный ресурс] : утв. Госкомгидромет СССР
04.08.1986. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
10. Раковская Е. Г., Цветкова А. Д. Источники загрязнения среды обитания. – СПб : СПбГЛТУ, 2011. – 128 с.
128

11. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы
[Электронный ресурс] : утв. Госкомгидромет СССР 16.05.1989 (в ред. от
04.09.2014). – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
12. Рекомендации по оформлению и содержанию проекта нормативов
ПДВ в атмосферу для предприятий [Электронный ресурс] : утв. Госкомгидромет СССР 28.08.1987. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
13. Конституция Российской Федерации от 12.12.1993 [Электронный
ресурс]. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
14. Об охране окружающей среды [Электронный ресурс]: федер. закон от 10.01.2002 № 7 ФЗ. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
15. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов (в ред. от
25.04.2014) [Электронный ресурс] : постановление Гл. гос. сан. врача РФ
№ 74 от 25.09.2007. – Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
16. Собгайда Н. А. Мониторинг атмосферного воздуха. – Саратов :
Изд-во РИЦ СГТУ, 2006. – 68 с.
17. Якунина И. В., Попов Н. С. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос.
техн. ун-та, 2009. – 182 с.
Кроме указанной литературы, можно воспользоваться следующими
источниками:
1. Министерство природных ресурсов и экологии России. – Режим
доступа : www.mnr.gov.ru
2. Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор). – Режим доступа : www.control.mnr.gov.ru
3. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). – Режим доступа : www.meteorf.ru

129

Приложение 1
Исходные данные для практической работы № 1

№ варианта

Таблица П1
Место
нахождения Масса
источника (м, г/с)
выброса

1 Владивосток
2 Владимир
3 Воронеж
4 Иваново
5 Иркутск
6 Казань
7 Калуга
8 Кемерово
9 Омск
10 Москва
11 Новосибирск

Состав выбросов1

свинец (КО 95 %)
оксид азота
(газообразн. в-ва)
1 140 сажа (КО 30 %)
610 диоксид азота
(газообразн. в-ва)
340 диоксид серы
(КО 67 %)
480 оксид углерода
(газообразн. в-ва)
780 предель. углеводород
(КО 95 %)
1 300 сажа (КО 71 %)
690 пыль известняковая
(КО 47 %)
320 диоксид серы
(КО 55 %)
1 100 сажа (КО 97 %)
500
870

D,
м

Направления ветров,
% характерные для данного
населенного пункта

Н, ω0, V1, Тгвс, Тв,
м м/с м3/с оС оС

С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
2,5

75

-

14

50

25

7

2

2

36

8

2

45

-

11

90

23

7

10

6

9

15 18 10 16

3

110

8

150 21

15 14 16 11

2,1

67

7

100 23

10

8

10 10 16 19 13 11

1,8

75

6,5

70

25

5

6

10 33

6

88

24

13

9

8

96

25

10 11 14 10 10 20 15 10

3,5 100
3

40

-

2

66

15

21

120 21

3,5 120

-

14 190 23

2,8

90

7

1,5 110

5

7

9

4

9

6

3

2

6

12 17 12

3

12 25

15 19 15 13 12

23 17 27

7

10

10 10 12

8

150 21

13

8

11 11 15 15 17

86

7

11 10 13 19 23

22

8

15 19 13 14

9

7

№ варианта

Окончание табл. П1
Место
нахождения Масса
источника (м, г/с)
выброса

12 Краснодар
13 Пермь
14 Ростов
15 Рубцовск
16 Рязань
17 Саратов
18 Томск
19 Тула
20 Тюмень
21 Улан-Удэ
22 Уфа
23 Хабаровск
24 ХантыМансийск
25 Чита

Состав выбросов1

диоксид азота
(газообразн. в-ва)
670 оксид азота
(газообразн. в-ва)
1 600 бензол (КО 78 %)
790 аммиак (КО 95 %)
350 диоксид серы
(КО 95 %)
1 100 оксид углерода
(газообразн. в-ва)
180 пыль цементная
(КО 32 %)
670 сажа (КО 52 %)
550 свинец (КО 78 %)
340 оксид азота
(газообразн. в-ва)
540 сажа (КО 48 %)
470 диоксид азота
(газообразн. в-ва)
890 оксид углерода
(газообразн. в-ва)
580 свинец (КО 76 %)
200

D,
м

Направления ветров,
% характерные для данного
населенного пункта

Н, ω0, V1, Тгвс, Тв,
м м/с м3/с оС оС

С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ
1,5

45

6

90

25

7

18 19

1,3

60

7

115 23

12

8

2,7
2,5

94
75

8
-

125 25
10 120 25

8
7

14 26
21 3

8
9

3,5

70

5,5

30

25

10

7

9

12 12 18 17 15

1,8

90

-

96

23

9

6

10 12 15

1,5

40

8

125 21

1
3,2

70
67

5

4

60

2,8

12

5

7

17 16 12

10 15 15 17 12 10

6

3 12 20
31 24 5

6

39 13

9
5

17 25

10 14

9

20 100 22
96 25

9
11

8
6

13 11 9 15 20 15
6 10 14 23 15 12

6

88

21

5

5

17

3

4

80

-

19 170 23

14

7

3

7

27 17 10 15

2

84

-

11

5

16 11

4

3

55

6

2

1,2

70

7

2

2

110

21 24 22

70

21

2

8

90

25

13 24

5

3

11 34

7

115 23

15

2

6

8

3

4

14 31 20

Приложение 2
Предельно допустимые концентрации
некоторых веществ
Вещество
Азота (II) оксид
Азота диоксид
Азотная кислота
Акролеин
Аммиак
Ацетон
Бенза(а)пирен
Бензол
Ванадия пятиокись
Взвешенные частицы
PM10
Водород хлористый
Ксилол
Пыль
Ртуть металлическая
Свинец и его соединения
Серная кислота
Сероводород
Серы диоксид
Углерода оксид
Углерод черный (сажа)
Угольная зола
Фенолы сланцевые
Формальдегид

ПДК, мг/м3
Максимальная
Среднеразовая
суточная
0,4
0,06
0,2
0,04
0,4
0,15
0,03
0,01
0,2
0,04
0,35
0,000001
0,3
0,1
0,002
0,3
0,06

Класс
опасности
вещества
3
3
2
2
4
4
1
2
1
-

0,2

0,1

2

0,5
0,001
0,3
0,008
0,5
5,0
0,15
0,05
0,007
0,05

0,15
0,0003
0,0003
0,1
0,05
3,0
0,05
0,02
0,01

3
1
1
2
2
3
4
3
2
3
2

132

Приложение 3
Фоновые концентрации загрязняющих веществ
регионов России
ФедеКонцентрация (мг/м3)
Концентрация, нг/ м3
ральный
Диок- Диок- Оксид Оксид ВзвеПолиаром.
свинец
округ
сид
сид угле- азота шенные углеводород
азота серы рода
частицы (бензапирен)
Москва

0,162

0,007

5,0

–

35,0

0,1 нг/м3

0,1 нг/м3

ДФО

0,051

0,024

3,2

0,07

48,0

0,1 нг/м3

7,7 нг/м3

ЦФО

0,05

0,015

1,5

–

38,0

0,1 нг/м3

5,2 нг/м3

СФО

0,12

0,06

4,0

–

42,0

0,1 нг/м3

7,0 нг/м3

ЮФО

0,05

0,003

4,0

–

27,0

0,02 нг/м3

2,2 нг/м3

УФО

0,117

0,022 4,125

–

49,0

0,1 нг/м3

3,7 нг/м3

ПФО

0,073

0,011

0,048

32,0

0,02 нг/м3

3,1 нг/м3

2,3

133

Учебное издание

Петрова Наталья Владимировна
Чернов Анатолий Альбертович

МОНИТОРИНГ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Редактор Е. Н. Ученова
Компьютерная верстка Н. Ю. Леоновой

Изд. лиц. ЛР № 020461 от 04.03.1997.
Подписано в печать 26.10.2016. Формат 60  84 1/16.
Усл. печ. л. 7,79. Тираж 86 экз. Заказ 138.
Гигиеническое заключение
№ 54.НК.05.953.П.000147.12.02. от 10.12.2002.
Редакционно-издательский отдел СГУГиТ
630108, Новосибирск, ул. Плахотного, 10.
Отпечатано в картопечатной лаборатории СГУГиТ
630108, Новосибирск, ул. Плахотного, 8.