Актуальность, мотивация, научная новизна работы

Существует нормативно-правовая и нормативная литература по установлению границ СЗЗ. Согласно ей размер СЗЗ связан с количеством выпускаемой предприятием продукции. Единственным уточняющим элементом является роза ветров. Такая приближенная методика расчета была связана с недостаточной степенью развития и внедрения информационных технологий в методику расчета.

Как известно, распределение загрязняющих веществ по территории имеет сложную структуру, которая зависит не только от количества выбрасываемых вредных веществ, но также определяется по конструкции дымовых труб, качественным и количественным составом выбросов, так и метеорологической обстановкой в районе промышленного предприятия.

Внедрение современных информационных технологий позволяет учесть все эти факторы и конкретизировать положение границ СЗЗ для каждого конкретного предприятия.

Цель и задачи работы

Цель - проанализировать существую нормативную литературу по установлению границ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и традиционные способы установления границ. Изучить технологии определения границ СЗЗ с учетом рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Создать программу, которая позволит выполнять построение СЗЗ конкретного предприятия автоматически.

Для раскрытия поставленной цели решаются следующие задачи:

- изучение нормативно-правовой и нормативной базы по установлению санитарно-защитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий в Украине;

- изучение основных принципов построения СЗЗ. Корректировка размеров СЗЗ с учетом рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере;

- создание программы и расчет по ней размеров СЗЗ на примере конкретного предприятия (ОАО "Завод Коксохимооборудование").

Проблематика создания СЗЗ

Проблематика создания санитарно-защитных зон (СЗЗ) вокруг промышленных предприятий встала перед городскими архитекторами уже слишком поздно, поскольку преобладающее большинство городских территорий была застроена в то время, когда даже термина "санитарно-защитная зона" не существовало. К тому же, далеко не все предприятия на данный момент имеют вокруг своих границ свободные участки, где есть возможность обустройства СЗЗ, а там, где есть зеленая зона, она состоит из таких пород деревьев, которые были в арсенале Управления ландшафтной архитектуры города. Современные исследования показали, что путем использования разных их видов в СЗЗ можно улучшить экологическое состояние территории, которая окружает источник выбросов.

При подборе деревьев и травянистых растений для зон повышенного загрязнения воздуха следует учитывать их стойкость к токсинам и эколого-географическое положение. Суть стойкости видов к токсинам заключается в способности тканей и клеток нейтрализовать анионы кислот, которые находятся в них, с помощью свободных неорганических катионов: калия, магния, натрия. К ним относятся растения, которые в процессе длительной эволюции приспособились к произрастанию на почвах, богатых катионами, например, щелочных, слабо засоленных, карбонатных, а также растения с широкой амплитудой приспособления к почвенным условиям (акация белая, лох узколистный, тополь и др.).

Нормативно-правовая база по установлению санитарно-защитных зон

Санитарно-защитные зоны создаются с целью обособления территории жилой застройки от объектов, являющихся источниками выделения вредных веществ, запахов, повышенных уровней шума, вибрации, ультразвуковых и электромагнитных волн, электронных полей, ионизирующих излучений и т. д.

Понятие санитарно-защитной зоны определяется государственным стандартом Украины (ДСТУ 2156-93. Безопасность промышленных предприятий. Сроки и определения) - это территория вокруг потенциально опасного предприятия, в пределах которой запрещено проживание населения и ведение хозяйственной деятельности, размеры которой устанавливаются проектной документацией по согласованию с органами государственного регулирования безопасности в соответствии с государственными нормативными документами [2].

Правовой режим земель санитарно-защитных зон определяется законодательством Украины (табл. 1).

Таблица 1 - Нормативно-правовые акты, указывающие на необходимость установления СЗЗ

Существуют нормативные акты, которые:

а) указывают на необходимость установления санитарно-защитных зон;

б) содержат требования и технические характеристики, позволяющие рассчитать и установить границы санитарно-защитных зон.

Характеристика ОАО "Завод Коксохимооборудование"

В административном отношении территория земельного участка промплощадки с источниками выбросов в атмосферу загрязняющих веществ ОАО "Завод коксохимоборудование" расположена на ул. Майская, 86 Буденовского района города Донецка.

Основной экономической деятельностью ОАО "Завод коксохимоборудование" является изготовление нестандартного чугунного литья, поковок, механизмов, деталей механизмов, металлоконструкций (объем выпускаемой продукции: нестандартное чугунное литье - 1575,0 т/год; металлоконструкции - 410 т/год).

Для объектов, являющихся источником загрязнения атмосферного воздуха, должны быть организованы санитарно-защитные зоны (СЗЗ), ширина которых определяется классом размещаемого производства и устанавливается в соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий, а ее достаточность подтверждается на основании расчета прогнозируемых уровней загрязнения в соответствии с действующими указаниями по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, а также результатами лабораторных исследований атмосферного воздуха в районах размещения аналогичных действующих объектов.

Для промышленных предприятий в зависимости от характера производства и мощности следует предусматривать указанные ниже санитарно-защитные зоны. Для металлургических, машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий и производств принята такая классификация:

Класс I. Санитарно-защитная зона размером 1000 м.

Класс II. Санитарно-защитная зона размером 500 м.

Класс III. Санитарно-защитная зона размером 300 м.

Класс IV. Санитарно-защитная зона размером 100 м.:

1. Производство машин и приборов электротехнической промышленности (динамомашин, конденсаторов, трансформаторов, прожекторов и т.д.) при наличии небольших литейных и других горячих цехов.

2. Производство кабеля голого.

3. Производство котлов.

4. Производство металлических электродов.

5. Предприятия металлообрабатывающей промышленности с чугунным, стальным (в количестве до 10000 т/год) и цветным (в количестве до 100 т/год) литьём.

6. Производство сурьмы электролитическим способом.

7. Шрифтолитейные заводы (при возможных выбросах свинца в атмосферу).

Класс V. Санитарно-защитная зона размером 50 м.

Исходя из того, что ОАО "Завод коксохимоборудование" выпускает в год 1985,0 т чугунного литья, его можно отнести к пункту 5 предприятий IV класса. Таким образом, размер СЗЗ должен составлять 100 м, но при необходимости и соответствующем технико-экономическом и гигиеническом обосновании СЗЗ может быть увеличена, но не более чем в 3 раза. Размеры СЗЗ могут быть уменьшены, если расчетами установлено, что на ее границе концентрация загрязняющих веществ и других факторов не превышает гигиенических нормативов.

К производствам, на которых образуются основное количество загрязняющих веществ, относится Чугунолитейный цех и Цех металлоконструкций №2. План предприятия с нанесенными источниками выбросов представлен на рис. 1.

Рисунок 1 - План предприятия:1-Энерго-механический участок; 2-Цех металлоконструкций; 3-Механо-сборочный цех; 4-Чугунно-литейный цех.

Определение размеров санитарно-защитной зоны

Размеры санитарно-защитных зон (СЗЗ), установленные в "Государственных санитарных правилах планирования и застройки населенных пунктов" [9], а также возможности отклонения от этих размеров в проектах должны подтверждаться расчетами рассеивания [12].

Определение размеров СЗЗ сводится к комплексному расчету рассеивания вредных веществ, которые выделяются всеми источниками выбросов с учетом суммации их действия и наличия загрязнений, которые образуются соседними предприятиями и транспортом. Полученные из расчетов размеры СЗЗ должны уточняться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, в зависимости от розы ветров района расположения предприятий по такой формуле [10]:

где L - расчетная граница СЗЗ, м;

Lo - нормативная граница СЗЗ, м;

Jo - средневзвешенная величина повторяемости направлений ветра %;

По - повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба при круговой розе ветров (при 8-румбовой розе ветров По =100/8=12,5%).

Но в каждом из рассмотренных случаев размер СЗЗ рекомендуется брать не меньше установленного по санитарной классификации [10]. Рассчитанные по этой формуле размеры СЗЗ приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетные размеры СЗЗ по значениям среднегодовой розы ветров.

В объемно - планировочном решении промплощадки указаны такие данные:

Таблица 3 - Расчетные размеры СЗЗ, указанные в планировочном решении промплощадки.

Нанесенные на карту рассчитанная и указанная в планировочнои решении прмплощадки СЗЗ представлены на рис. 2.

Анимация создана с помощью Longtion GIF Animator 3.2, розмер 125 Кб, 5 кадров, длительность кадра 2.0 с, задержка 2.5 с, количество циклов повторения бесконечно.

Рисунок 2 - Санитарно-защитная зона предприятия

Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере

Загрязняющие вещества, которые поступают в атмосферу, разбавляются в воздухе и переносятся ветром на различные расстояния. Это приводит к уменьшению концентрации загрязняющих веществ в зонах их выброса и одновременному увеличению площади с загрязненным воздухом, что может привести к увеличению санитарно-защитной зоны (СЗЗ). На характер распространения загрязняющих веществ в атмосфере и величину зон загрязнения влияют метеорологические условия, рельеф местности, наличие лесов, водоемов, гор; на загрязнение населенных пунктов влияет их планирование и озеленение.

Концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы под факелом дымоходов на различных расстояниях от источника выбросов распределяются таким образом. Вблизи источника концентрация примесей мала. Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы. Максимум и характер изменения концентрации зависят от мощности выброса, высоты трубы, температуры и скорости выбросов, а также от метеорологических условий. Чем выше источник выбросов, тем больше рассеивается примесь в атмосфере, прежде чем достигнет подстилающей поверхности. Наибольшего значения концентрация обычно достигается на расстоянии от 10 до 40 высот трубы.

Исходными данными для расчета рассеивания в воздухе загрязняющих веществ являются материалы инвентаризации источников выбросов на предприятии. В результате инвентаризации определяются источники образования и выбросов загрязняющих веществ и их характеристики: количество источников, количество часов работы в год, высота и диаметр трубы, скорость и объем выброса, координаты источника. Все источники выбросов наносятся на карту-схему предприятия, туда же наносятся и размеры СЗЗ.

В основе методики расчета рассеивания вещества в воздухе лежит такая зависимость для определения значения максимальной концентрации загрязняющего вещества от одиночного точечного источника (или нескольких расположенных близко друг от друга одиночных источников, которые имеют равные высоты, диаметры устья, скорости выхода выброса в атмосферу и температуры газовоздушной смеси):

где А - коэффициент, который зависит от температурной стратификации атмосферы (для г. Донецк он равен 1);

М (г/с) - мощность выброса (масса загрязняющего вещества, которая выбрасывается в атмосферу в единицу времени из данного источника);

F - безразмерный коэффициент, который учитывает скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов он равен 1);

m и n - коэффициенты, которые учитывают условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выбросов;

H - высота источника выбросов над поверхностью земли, м;

V (м.куб./с) - расход газовоздушной смеси от источника, вычисленный по формуле:

где D - диаметр устья источника выбросов, м;

wo - скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выбросов, м/с;

T-разница между температурой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, °С; при этом температуру окружающего атмосферного воздуха принимают такую, которая равняется средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца.

В соответствии с программой по данным инвентаризации для каждого из направлений ветра и при каждой из скоростей ветра, определяется концентрация соответствующего ингредиента в узлах расчетной площадки в приземном слое (2м). размер расчетной площадки определяется по ОНД-86. он должен быть размером 50 высот наиболее высокого источника выбросов. Шаг расчета (сетки) зависит от класса предприятия: 1,2 класс- 250м; 3 класс - 100м; 4 - 50м; 5 - 25м.

Полученные значения концентраций переводят в относительные единицы ПДК (делением значения концентрации на значение ПДК данного ингредиента). Точки с одинаковыми значениями единиц ПДК образовывают на рисунке так называемые изолинии концентраций. После этого на полученный рисунок наносятся границы СЗЗ, источники выбросов загрязняющих веществ.

По результатам расчета рассеивания проводится оценка фактических выбросов со стороны непревышения нормативов качества атмосферного воздуха, а также соблюдение требований ведения технологических процессов в отрасли ограничения выбросов. Если на границе СЗЗ и за ее границами концентрация соответствующего ингредиента в приземном слое атмосферы будет больше, чем 1ПДК, необходимо разрабатывать мероприятия по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для данного ингредиента таким образом, чтобы при следующем расчете рассеивания на перспективу исходные данные были изменены так, чтобы в результате этого расчета концентрация соответствующего ингредиента в приземном слое на границе СЗЗ и за ее границами не превышала 1ПДК [11].

Вывод по работе

В ходе работы было установлено, что расчет размеров СЗЗ в Украине выполняется без учета многих важных уточняющих факторов (скорость ветра, количество выбросов конкретного вещества и т.д.). Цена земли в городи имеет очень высокую цену, что говорит о том, что нужно иметь четкую границу СЗЗ, чтоб не вводить ограничений на земельных участках, приобретенных гражданами.

На данный момент магистерская работа находится в стадии разработки. Окончательное завершение: декабрь 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или у руководителя после указанной даты. С вопросами обращаться:

Email:

Литература:

1. Земельный кодекс Украины: Комментарий. Издание четвертое. - Х.: ООО "Одиссей", 2006. - 512 с.

2. ДСТУ 2156-93 Безпечність промислових підприємств. Терміни та визначення. http://document.ua/documents/doc3429.php

3. Закон України "Про охорону атмосферного повітря" вiд 16.10.1992 № 2707-XII. http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=2707-12

4. Закон України "Про електроенергетику" вiд 16.10.1997 № 575/97-ВР.http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=575%2F97-%E2%F0

5. Закон України "Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку" вiд 08.02.1995 (редакція від 20.05.2010) № 39/95-ВР.http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=39%2F95-%E2%F0

6. Закон України "Про газ (метан) вугільних родовищ" вiд 21.05.2009 № 1392-VI.http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=2707-12

7. Закон України "Про нафту і газ" вiд 12.07.2001 (редакція від 30.04.2010) № 2665-14.http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=2707-12

8. Закон України "Про видобування і переробку уранових руд" вiд 19.11.1997 (редакція від 19.06.2003) № 645/97-ВР.http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=645%2F97-%E2%F0

9. ДСП 173-96 Государственные санитарные правила планирования и застройки населенных пунктов. Утвержден приказом МЗ Украины от 19.06.96 № 173.

10. ОНД-86 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий от 04.08.1986. http://www.skonline.ru/digest/1709.html

11. Нормування антропогенного навантаження на природне середовище. И.А. Некас, П.Р. Максименко, А.Д. Шевченко - К., 2009. - 416 с.

12. Промышленная экология: Учебное пособие для вузов/ К.Н. Ткачук, Д.Ф. Іванчук и др.; Киев, Политехнический інститут.-К.: УМК ВО, 1992, - 272 с.