Теоретический минимум

Согласно пункту 4 статьи 1 Градостроительного кодекса РФ выделяются зоны с особыми условиями использования территории – это охранные, санитарно-защитные зоны, зоны охраны объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов РФ, водоохранные зоны, зоны санитарной охраны источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, зоны охраняемых объектов, иные зоны, устанавливаемые в соответствии с законодательством РФ.

Санитарно-защитная зона – это зона защиты от объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду и человека, накладывающая правовые требования и ограничения ее использования, а также определяющая условия нахождения, правила посещения, режим пребывания и т.п. в данной зоне. Как правило, границы СЗЗ не совпадают с границами объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду и человека (значительно шире).

После выхода из источника выбросов загрязняющие вещества не остаются в ат­мосфере в неизменном виде. Прежде всего происходят физиче­ские изменения, особенно в процессе динамических явлений, та­ких как перемещение и распространение в пространстве, турбу­лентная диффузия, разбавление и т. д. Кроме того, загрязняющие вещества способны вступать в химическое взаимодействие с дру­гими компонентами атмосферного воздуха, меняя во времени и пространстве свой количественный и качественный состав.

Выбросы вредных веществ, содержащихся в отходящих газах промышленных предприятий, осуществляются через дымовые трубы. Главное их назначение — отводить выбросные газы в верхние слои атмосферы (за пределы приземного слоя) и рассеивать их. Рассеивание является одним из путей дос­тижения установленных нормативов качества воздуха в призем­ном слое атмосферы в районе расположения предприятия.

Эффективность рассеивания зависит от многих факторов, и прежде всего, от высоты трубы Н (которая может достигать 300 м и более) и высоты подъема дымовых (выбросных) газов над устьем трубы. Высота подъема газов обеспечивается направленным вверх движением с определенной скоростью, а также всплыванием теплых газов, выпускаемых в более холодный окружающий воздух, и существен­но зависит от горизонтального движения ветра, уменьшающего действие вертикальной скорости и эффекта всплывания.

Струя газа, выходя из дымовой трубы, разбавляется незагряз­ненным воздухом. Поэтому происходит снижение концентрации вредных компонентов дымовых газов, составляющее суть явления рассеивания.

В общем случае степень разбавления выбросов находится в прямой зависимости от расстояния, которое прошел этот выброс до данной точки. Вредные вещества, содержащиеся в выбросе, распространяются по направлению ветра в пределах сектора, огра­ниченного довольно малым углом раскрытия факела вблизи выхо­да из трубы в 10—20°. Если принять, что угол раскрытия факела не меняется с расстоянием, то плошадь поперечного сечения факела должна возрастать прямо пропорционально квадрату расстояния, а концентрация вредных веществ, соответственно, падать обратно пропорционально квадрату расстояния.

У основания трубы и далее вплоть до приземления дымового факела концентрация вредных компонентов равна нулю. Затем она быстро растет до максимальной величины Cmax, хотя в газовой струе продолжает неуклонно падать, после чего по мере отдаления от трубы медленно убывает за счет дальнейшего разбавления вы­бросов незагрязненным воздухом.

Вышеизложенное в полной мере относится к теоретически ожидаемой картине распределения концентрации. Однако, как показывают натурные замеры, в ближайшей к предприятию зоне всегда обнаруживаются вредные компоненты выбросных газов. Причиной этого чаще всего являются не какие-то другие про­мышленные предприятия в данной местности, формирующие фоновое загрязнение атмосферного воздуха, а неорганизованные ис­точники выбросов рассматриваемого предприятия (неплотности в газовых трактах, площадки для перевалки сырья, топлива и скла­дирования отходов). Вследствие этого ближайшая к предприятию зона получила название зоны неорганизованного загрязнения.

Загрязняющие вещества, выбрасываемые с дымо­выми газами промышленных предприятий, переносятся и рассеи­ваются в атмосфере по-разному в зависимости от ряда факторов: метеорологических и климатических условий; рельефа местности и характера расположения на ней объектов предприятия, высоты дымовых труб и гидродинамических параметров истечения вы­бросных газов. При этом к важнейшим метеорологическим и кли­матическим факторам относят скорость ветра, температурную стратификацию (распределение температур окружающего воздуха в вертикальном направлении вблизи дымовой трубы), температу­ру окружающего воздуха. Особая роль их проявляется в нижнем слое атмосферы — до высоты 50—250 м над поверхностью Земли.

Поступившие в атмосферу частицы перемещаются благодаря молекулярной и турбулентной диффузии. Рассеивание газовой струи, осуществляемое за счет молекулярной диффузии, незначи­тельно. Основная доля диффузионного переноса приходится на турбулентную диффузию. Перенос происходит под воздействием ветра в направлении от высокого давления к низкому. Ветер, представляющий собой турбулентное движение воздуха над по­верхностью Земли, является метеорологическим фактором, в зна­чительной мере влияющим на горизонтальное перемещение вред­ных примесей.

Информация о скоростях и направлениях ветра для рассмат­риваемого района расположения промышленного предприятия используются для анализа и выявления частоты образования не­благоприятных метеорологических условий, при которых возни­кает повышенное загрязнение воздуха и расчета СЗЗ.

Каждому источнику выбросов в зависимости от его высоты, объема и температуры газов соответствует своя, так называемая опасная скорость ветра u_max, когда имеет место наибольшая при­земная концентрация вредных веществ Cmax. Сущность понятия опасной скорости ветра для источника выражается в следующем: при штиле или малых скоростях ветра дымовой факел беспрепят­ственно поднимается на большую высоту и не попадает в ближай­шие к источнику приземные слои воздуха. При большой скорости ветра дымовой факел активно перемешивается с большим объе­мом окружающего воздуха; в результате этого, хотя факел и дости­гает земли, величины приземных концентраций невелики. Таким образом, между штилем и высокой скоростью ветра есть такая опасная скорость u_max, при которой дымовой факел, прижимаясь к земле, на определенном расстоянии х_max создает наибольшую ве­личину приземной концентрации Cmax.

Сравнение опасных скоростей ветра с характеристикой ветров по данным климатических наблюдений позволяет определить фактическое влияние промышленного предприятия на загрязне­ние воздуха в городе или поселке.

Сильное влияние на уровень приземной концентрации вред­ных веществ оказывает температурная стратификация атмосфе­ры, которая определяется способностью Земли поглощать или из­лучать тепло. При обычном состоянии атмосферы в дневное время земная поверхность нагревается и за счет конвективного теплооб­мена нагревает приземной слой воздуха. В этих условиях по мере удаления от земной поверхности температура падает. Температур­ный градиент составляет примерно 0,6 °С на 100 м подъема вверх. Ночью при ясной погоде поверхность Земли отдает в окружающее пространство (подобно любому нагретому предмету) большое ко­личество лучистого тепла. При этом земная поверхность, охлажда­ясь сама, охлаждает приземный слой воздуха, который остывает быстрее верхних слоев. В результате происходит инверсия (пово­рот) распределения температур в воздушной оболочке Земли — температура воздуха с высотой (до верхних границ инверсионного слоя) повышается.

Более благоприятные условия для вертикального и горизон­тального рассеивания дымовых газов создаются при обычном со­стоянии атмосферы. С одной стороны, снижение температуры по мере набирания высоты способствует энергичному всплыванию дымовых газов, а с другой — восходящие потоки более теплого воздуха интенсифицируют перемешивание дымовых газов с атмо­сферным воздухом. В инверсионных условиях ослабляются и всплывание дымовых газов, и турбулентный обмен, что ведет в ко­нечном итоге к ухудшению рассеивания выбросов и накоплению вредных веществ в приземном слое.

Особенно интенсивно приземная инверсия формируется во время ясной морозной погоды. Способствуют образованию инвер­сионного слоя и антициклоны, при которых происходит сжатие нижнего слоя воздуха с выделением тепла в окружающую среду.

В случае расчета приземных концентраций вредных веществ температурная стратификация учитывается с помощью коэффи­циента стратификации, отражающего региональные неблаго­приятные условия вертикального и горизонтального перемешива­ния примесей, поступающих в атмосферный воздух с дымовыми газами. Этот коэффициент зонирован по территории России и стран СНГ Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова.

Опасная скорость ветра в сочетании с неустойчивой стратифи­кацией и интенсивным переносом примесей сверху вниз образует совокупность неблагоприятных метеорологических условий, при которых наблюдается максимальное значение приземной концен­трации вредных веществ Cmax.

На характер перемещения и рассеивания в атмосфере загрязняющих веществ, выбрасываемых с дымовыми газами, влияют также рель­еф местности и температура окружающего атмосферного воздуха. Чем выше температура, тем в меньшей степени проявляется эф­фект всплывания дымовых газов. Поэтому расчеты приземных концентраций обязательно проводят при средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца года, используя данные климатических наблюдений в районе предприятия.

Рельеф местности даже при наличии невысоких возвышенно­стей существенно изменяет микроклимат в отдельных районах, а также характер рассеивания вредных веществ. Натурными замера­ми зафиксированы высокие концентрации вредных примесей с заветренной стороны холмов, что можно объяснить образованием за холмами зон пониженных давлений, где наблюдается встречное по отношению к основному потоку движение воздуха.

Источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека являются объекты, для которых уровни создаваемого загрязнения за пределами промышленной площадки превышают 0,1 ПДК и/или ПДУ.

В целях обеспечения безопасности населения и в соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30.03.1999 N 52-ФЗ (в последней редакции) вокруг объектов и производств, являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека устанавливается специальная территория с особым режимом использования - СЗЗ, размер которой обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух (химического, биологического, физического) за ее пределами до значений, установленных гигиеническими нормативами, По своему функциональному назначению санитарно-защитная зона является защитным барьером, обеспечивающим уровень безопасности населения при эксплуатации объекта в штатном режиме.

Все предприятия, в зависимости от совокупности загрязняющих веществ, объединены в 10 групп (например, производства по обработке животных про­дуктов; добывающие; химические; производства по обработке пищевых про­дуктов и вкусовых веществ; санитарно-технические сооружения и установки коммунального назначения и др.). В каждой группе различают пять классов предприятий по степени их опасности. Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 (с изменениями 2014г.), каждое предприятие, где есть источники загрязнения, должно иметь санитарно-защитную зону (СЗЗ).

Так, например, животноводческие фермы и комплексы отделя­ют санитарно-защитными зонами от жилой застройки сельских населенных пунктов. Такую зону устанавливают от границы территории, на которой раз­мещаются здания и сооружения для содержания животных, а также от площа­дей навозохранилищ или открытых складов кормов (см. табл. 4.1).

Со стороны жилой зоны при ширине СЗЗ свыше 100 м предусматривают лесные полосы шириной не менее 48 м (18 рядов).