К вопросу о корректировке Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)

Принципиальная несостоятельность методики ОНД-86 [1] состоит в том, что при определении концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе не введено понятие «объем (расход)» воздуха, который необходим для образования концентрации C (мг/м3) вредного вещества, соответствующей заданному значению M (г/с) его массы, поступающей в атмосферу из устья источника в единицу времени.

Разумеется, отсутствие понятия «расход» противоречит понятию «концентрация, которое, в данном случае выражается формулой

f01 (1)

где, кроме уже упомянутых величин C и M, присутствует величина V (м3/с) — расход воздуха. Коэффициент k=103 нужен для преобразования исходного значения массы M (г/с) вредного вещества в значение 103M (мг/с), чтобы рассчитанное значение концентрации C (мг/м3) было выражено в единицах измерения, принятых в методике.

Исключить величину V (м3/с) из формулы (1) нельзя, но можно исказить формулу, используя искусственную величину G вместо V, но при этом «новая» формула будет давать то же значение концентрации C (мг/м3), что и формула (1)

f02

Именно так в ОДН-86 получена основополагающая формула

f03 (2.1)

(Формулы методики ОНД-86, используемые в этом тексте, воспроизводятся вместе с их номерами по [1].)

В формуле (2.1) величина G представлена комплексом

f04

содержащем фиктивную, с физической точки зрения, величину A, которая названа коэффициентом, зависящим от температурной стратификации атмосферы. А на самом деле эта величина есть произведение названного коэффициента (обозначим его A0) на коэффициент k=103 (мг/г), назначение которого было указано ранее, т.е.

f05

Если из комплекса, образующего величину G, устранить фиктивную величину А, то получим уравнение

06

для определения расхода атмосферного воздуха V (м3/с), который обеспечивает получение максимальной концентрации CM (мг/м3) вредного вещества в приземном слое воздуха, соответствующую любому (!) заданному значению M (г/с) массы этого вещества, содержащегося в выбросах одиночного точечного источника (ОТИ) выбросов

f07  (2)

Численное значение M (г/с) может быть любым, подчеркнем это еще раз, поскольку расход V(м3/с), при прочих равных условиях, которые определяются коэффициентами Ac, F, η, зависит исключительно от конструктивно-технологических параметров данного ОТИ: высоты расположения устья источника над уровнем земли — H (м); диаметра устья — D (м); средней скорости газовоздушной смести (ГВС) в срезе устья источника — W0 (м/с); разности температур ГВС (Tг, ℃) и атмосферного воздуха (Tв, ℃).

Приведенный список параметров учитывает формулу

f08 (2.2)

для определения расхода V13/с) ГВС в срезе устья круглой формы данного ОТИ.

Коэффициенты m, n, зависящие от условий выхода ГВС в атмосферу, в конечном счете тоже выражаются через названные параметры источника.

Таким образом, зная параметры источника выбросов и общие условия рассеивания, коэффициенты Ac, F, η, по формуле (2) можно рассчитать расход V (м3/с) атмосферного воздуха, вовлекаемого источником в процесс рассеивания собственных выбросов.

В методике указано, что Cм (мг/м3) — максимальная концентрация, следовательно, расход Vм3/с), при заданной величине массы M (г/с) вредного вещества, должен иметь минимальное значение. Это свойство расхода V (м3/с), определенного по формуле (2), позволяет утверждать, что он (расход) является наиболее общей экологической характеристикой данного ОТИ по его влиянию на процесс рассеивания собственных выбросов в атмосферном воздухе при неблагоприятных условиях. Учитывая это, введем в обозначение расхода индекс «м», т.е. Vм.

При любых других условиях рассеивания расход V атмосферного воздуха, вовлекаемого в процесс рассеивания, превышает минимальный расход Vм, а это, в свою очередь, влечет уменьшение концентрации Cм (мг/м3) при заданной (постоянной) величине массы M (г/с) вредного вещества, содержащегося в ГВС.

Наконец, поскольку при расчете концентрации вредного вещества, содержащегося в атмосферном воздухе по методике ОНД-86 масса М (г/с) принята постоянной, об этом свидетельствует одно и то же значение М в формулах

f09 (2.48)

и в (2.1), то зная численное значение расхода Vм, концентрацию Cм можно рассчитать по формуле (1), т.е. нет нужды в специальной формуле типа (2.1). Следовательно, концентрация вредного вещества, определяемая в ГВС, или в атмосферном воздухе, всегда рассчитывается по формуле, соответствующей определению понятия «концентрация» ингредиента в системе (смеси, растворе, сплаве). Различие может быть лишь в численном значении коэффициента k, зависящем от выбора единиц измерения величин M, V и C в общей формуле

f10

Так, в (2.48) k=1, а в (1) k=103 (мг/г).

Еще одна принципиальная ошибка в методике ОНД-86 допущена при определении итоговой концентрации C (мг/м3) вредного вещества, создаваемой выбросами N>1 источников, содержащих данное вредное вещество.

В ОНД-86 предлагается формула

f11 (5.1)

где С1, С2, …, Сn — концентрации, созданные выбросами отдельных источников при заданных одинаковых условиях расчета концентраций.

Из формулы (5.1) следует, что концентрация C может иметь сколь угодно большое значение в зависимости от числа N. Действительно, с увеличением числа источников выбросов увеличивается общая масса М вредного вещества, выбрасываемая в атмосферный воздух, но одновременно увеличивается и объем воздуха, вовлекаемый источниками в процесс рассеивания собственных выбросов. Таким образом, исключение из методики понятия «расход» системы, в которой определяется концентрация ингредиента при заданной величине его массы, повлекло за собой появление, точнее, сделало возможным, появление ошибочной формулы (5.1). В этой формуле спекулятивно заменена сумма масс вредного вещества, содержащегося в выбросе отдельного источника, на сумму концентраций, которые зависят не только от величины массы вредного вещества, указанной в исходных данных, и, сохраняющей постоянное значение при любых условиях расчета, но и от объема системы. Последнее в методике не учитывается, по крайней мере, в явном виде, что открывает простор для всякого рода фальсификаций. Такие фальсифицированные результаты в методике ОНД-86 выдаются за истинные решения ряда практических задач.

Подтвердим сказанное примером определения предельно допустимого выброса (ПДВ, г/с) вредного вещества, содержащегося в ГВС, выводимой в атмосферу данными источником (ОТИ).

Вредное вещество, выброс которого подлежит нормированию, изначально может содержаться в атмосфере, поскольку оно может быть ингредиентом ГВС, выводимых другими источниками. Эти источники в ОНД-86 называют «фоновыми», а концентрация данного вредного вещества в атмосферном воздухе — фоновой концентрацией, обозначаемой Сф (мг/м3). В ОНД-86 допускается полное отсутствие информации о фоновых источниках выбросов, кроме концентрации Сф.

Об источнике выбросов, в которых масса вредного вещества нормируется, имеется информация, необходимая для расчета концентрации См (мг/м3) и, добавим от себя, для расчета опасной скорости ветра им (м/с) и опасного расстояния xм (м). На это следует обратить внимание, поскольку концентрация См (мг/м3) образуется только при скорости ветра им в точке приземного слоя воздуха с координатами (xм; 0). По условию определения ПДВ, масса М (г/с) будет предельно допустимой, если созданная этим выбросом концентрация См (мг/м3), вместе с концентрацией Сф (мг/м3), созданной выбросами фоновых источников будет равна ПДК — максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вредного вещества в воздухе населенных мест.

По формуле (5.1) это условия записывается так:

ПДК=Смф.

Концентрация Сф (мг/м3) должна быть определена при тех же условиях, что и концентрация См (мг/м3), т.е. при скорости ветра Uм (м/с) и в точке (Xм;0), а это можно сделать лишь после того, как величины Uм и Xм рассчитаны для данного источника выбросов.

Но об источниках фонового загрязнения нет информации, каким же образом можно определить концентрацию Сф, величина которой сопряжена с концентрацией См. Следовательно, в общем случае, концентрацию Сф нельзя использовать в формуле (5.1). А в ОНД-86 утверждается противоположное, см. примечание 3 к формуле (5.1).

Далее в ОНД-86 находят

f12

и подставляют в формулу (2.1)

f13

откуда определяют М=ПДВ

f14 (8.8)

Проанализируем полученный результат, но это нельзя сделать на основе формулы (2.1) поскольку она не имеет физического смысла.

Если записать эту формулу в кратком виде, то формула (8.8) получит вид

f15

где ПДВ=М (г/с) — масса вредного вещества; (ПДК-Сф) — разность концентраций, т.е. тоже имеет смысл концентрации. А какой смысл имеет G?

Поэтому, чтобы проанализировать смысл решения (8.8) нужно взять исправленную формулу для определения концентрации См, тогда

f16

или

f17

здесь

f18

— масса вредного вещества, содержащаяся в выбросе данного источника, которая при скорости ветра Uм (м/с) в точке (Xм;0) может создать максимальную концентрацию См=ПДК. Эта концентрация избыточна, т.к. создана выбросом только данного источника. Поэтому её следует уменьшить на величину массы

f19

которую выбрасывают фоновые источники загрязнения. Именно эти выбросы создают концентрацию СФ (мг/м3).

Но каким образом источники фонового загрязнения атмосферы «узнали» о величине расхода VМ3/с) атмосферного воздуха? Ведь фоновые источники функционируют независимо от того есть ли вообще источник, выбросы которого решили подвергнуть нормировке.

Следовательно, решение (8.8) таковым не является, но оно используется в течение 28 лет, с 01.01.1987 — даты введения ОНД-86 вместо СН369-74, для защиты (!) атмосферного воздуха от загрязнения вредными веществами, содержащимися в выбросах предприятий. Так мы стали жертвами документа ОНД-86.

Moriture te Salutant (идущие на смерть приветствуют тебя).

Литература:

1. Методика расчета в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

Об авторе:

Ясельман Михаил Эммануилович

С 1958 года работал в Куйбышевском научно-исследовательском институте нефтяной промышленности. Занимался исследованием электризации нефтепродуктов при перекачке. Спроектировал установку, экранированную от влияния внешних электрических полей (построена на Куйбышевском НПЗ).
С 1962 года работал в Государственном проектном и научно-исследовательском институте промышленности синтетического каучука Гипрокаучук (Новокуйбышевский филиал). Создал и возглавил лабораторию математического моделирования процессов нефтехимии и нефтепереработки. Разработал ряд математических моделей технологических процессов с использованием методов математической статистики и дискретной математики.
В 1973 году заинтересовался моделями переноса загрязнений в атмосферном воздухе. Тогда же стал сотрудничать с Отделом исследование атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы ГГО им А.И. Воейкова. На основе методических материалов отдела были разработаны алгоритмы расчета концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, которые были реализованы в серии программ для ЭВМ под общим названием «Эфир». Описание программы «Эфир-5» включено в «Сборник законодательных и нормативных и методических документов для экспертизы воздухоохранных мероприятий». Л: Гидрометеоиздат, 1986
Проблемами моделирования процессов загрязнения атмосферы занимается и сейчас, после выхода на пенсию.

Загрузить этот документ в формате PDF можно здесь : К вопросу о корректировке Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86).