Оценка запахового загрязнения атмосферного воздуха

По мере роста численности населения в крупных городах плотность застройки постоянно увеличивается, и новое жильё зачастую оказывается расположенным всё ближе к ранее построенным объектам негативного воздействия на окружающую среду (НВОС) — промышленным предприятиям и коммунальным сооружениям. При этом жители таких новостроек часто сталкиваются с проблемой неприятного запаха: несмотря на то, что объекты НВОС обязаны обеспечивать непревышение предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, во многих случаях этого бывает недостаточно для устранения запаха, который отдельно в России не нормируется. Для предотвращения или разрешения таких ситуаций необходимо, помимо стандартного анализа качественного и количественного состава проб воздуха, проводить органолептическую оценку запаха.

Исключительно методами аналитической химии определить, как воздух будет восприниматься обонянием человека, практически невозможно. Во-первых, способность вещества вызывать запах практически невозможно предсказать: она в большей степени определяется формой молекул, нежели физико-химическими свойствами вещества [1]. Во-вторых, зависимости между интенсивностью запаха и концентрацией пахучего вещества плохо изучены: обычно речь идёт о логарифмической зависимости, но коэффициенты уравнения индивидуальны для каждого одоранта [2]. В-третьих, совместное действие нескольких одорантов носит неаддитивный характер и не может быть предсказано теоретически, что объясняется явлениями синергизма (усиления общего запаха), маскировки (замены одного запаха другим) и нейтрализации (снижения или исчезновения запаха при добавлении нового вещества в смесь) [3]. По этим причинам оценка запаха осуществляется с привлечением экспертной комиссии.

Наиболее детально проработанным методом количественной оценки запаха является ольфактометрия. Для анализа газовоздушных проб из источников выбросов применяется динамическая ольфактометрия, а для оценки качества атмосферного воздуха — полевая ольфактометрия. Оба метода описаны в ГОСТ Р 58578-2019 «Правила установления нормативов и контроля выбросов запаха в атмосферу».

Первый этап исследований методом динамической ольфактометрии заключается в откачивании проб воздуха от источника в ПЭТ-мешки, предварительно проверенные на отсутствие запаха. Для этого используется пробоотборное устройство с вакуумным насосом, сконструированное таким образом, чтобы контакт отбираемого воздуха с частями устройства был минимальным (рис. 1 а). Для площадных источников требуется применение дополнительных приспособлений — колпаков (рис. 1 б, в). Для исключения возможности изменения состава газовой фазы за счёт адсорбции, конденсации или химических превращений проба должна поступить на анализ в ольфактометрическую лабораторию в течение 30 часов после отбора. В лаборатории проба в разных соотношениях разбавляется нейтральным воздухом без запаха с помощью ольфактометра (рис. 2) и с заданной скоростью подаётся на анализ членам экспертной комиссии, которые должны определить наличие или отсутствие запаха в каждом из образцов [4, 5]. При этом исследование проводится вслепую: эксперты не знают, какую пробу и в каком разбавлении они в данный момент анализируют и какие ответы дают другие члены комиссии.

В динамической ольфактометрии концентрация запаха измеряется в единицах запаха на кубический метр (ЕЗ/м3). Единица запаха — это количество одорантов в одном кубическом метре газовой смеси (при температуре 293 К и давлении 101,3 кПа) при достижении порога выявления экспертной комиссии. В процессе ольфактометрического анализа проб воздуха для каждого члена комиссии определяется индивидуальный порог выявления, который рассчитывается как среднее геометрическое между первым из двух последовательных значений разбавления (значение разбавления — это отношение общего объёма пробы к объёму пахучего воздуха в ней), при которых данный эксперт верно определил наличие запаха, и предыдущим (большим) значением разбавления, при котором эксперт ещё не ощущал запаха. После исключения из анализа аномальных значений индивидуальных порогов выявления рассчитывается скорректированный порог выявления комиссии — среднее геометрическое из оставшихся после цензурирования выборки индивидуальных порогов выявления. Полученное значение численно равно концентрации запаха в исходной пробе воздуха в ЕЗ/м3, так как пороговая концентрация, т. е. такая концентрация, при которой вероятность ощущения запаха приближена к 50 %, равна 1 ЕЗ/м3 [4, 5].

На основе измеренной концентрации запаха и известного расхода можно рассчитать массовый выброс запаха от данного источника в ЕЗ/с или ЕЗ/ч. Это значение может использоваться как для локальной оценки выброса запаха (например, при определении эффективности работы газоочистного оборудования или сравнительном анализе различных источников запаха на предприятии), так и для построения карт рассеяния запаха, которые позволяют определять и визуализировать запаховое воздействие источника на близлежащую местность. Для прогнозирования рассеивания запаха используются те же математические модели, что и при работе с загрязняющими веществами [5].

Полевая ольфактометрия применяется для контроля качества атмосферного воздуха на предмет наличия запаха в зоне интереса. Область поведения мониторинга определяется поставленными задачами и может находиться как на территории предприятия, так и в жилой зоне. Перед началом длительных наблюдений определяются конкретные точки измерений; они могут быть фиксированными или привязанными к направлению ветра (в случае проведения подфакельных измерений). Далее на протяжении всего периода исследований эксперты обходят заданные точки и оценивают запах с помощью полевого ольфактометра (рис. 3).

Работа полевого ольфактометра осуществляется за счёт наличия двух путей поступления воздушных потоков: через картридж очистки воздуха от запаха проходит фиксированный объём воздуха, а через выбранное отверстие градуированного диска атмосферный воздух проходит без очистки, а его объём зависит от диаметра выбранного отверстия. Внутри корпуса ольфактометра эти потоки смешиваются в разных соотношениях (в зависимости от выбранного отверстия) и за счёт силы вдоха эксперта, попадание которой в требуемый диапазон контролируется с помощью системы светодиодных индикаторов, поступают к носу эксперта. При вдохе эксперт должен определить, ощущается ли запах при данном разбавлении [5].

В полевой ольфактометрии единицей измерения служит отношение Dilution-to-Threshold (D/T) — наибольшее отношение объёма очищенного воздуха к объёму неочищенного воздуха, при котором экспертом ощущается запах.

Полевые измерения запаха должны носить повторяющийся характер и проводиться на протяжении длительного времени, чтобы такие исследования позволили определить частоту возникновения запаха той или иной силы в разных точках и получить достаточно полную картину запахового загрязнения рассматриваемой местности.

Примером длительного мониторинга запахового воздействия объекта НВОС методом полевой ольфактометрии могут служить исследования вблизи очистных сооружений в Калининградской области [6]. Неподалёку планировалось строительство нового объекта индустрии развлечений, и возникли опасения о возможности появления неприятного запаха в зоне интереса, в связи с чем было принято решение о превентивном проведении полевых исследований запаха. Для первого этапа исследований было выбрано 11 точек на местности: 2 точки у источников запаха (у приёмной камеры и у иловых карт) и 9 точек вдоль близлежащей дороги через каждые 200 метров по направлению от очистных сооружений к району планируемого строительства. За два месяца аттестованные эксперты провели 43 серии измерений, которые показали, что запах не распространяется дальше середины выбранного отрезка дороги, поэтому на втором этапе исследований точки мониторинга были расположены ближе к очистным сооружениям. Второй этап также длился около двух месяцев и включал в себя 43 серии измерений.

Анализ всего массива данных показал, что:

• непосредственно у приёмной камеры запах присутствовал практически постоянно (98 % случаев), причём в большинстве случаев сила запаха составляла 60 D/T;
• в непосредственной близости от иловых карт запах разной силы (от 2 D/T до 60 D/T) возникал время от времени (около 32 % случаев);
• за пределами территории предприятия запах небольшой силы (от 2 D/T до 7 D/T) возникал редко (не более 10 % случаев для каждой отдельно взятой точки), при этом запах регистрировался только в точках мониторинга, расположенных вдоль дороги напротив источников запаха (приёмной камеры и иловых карт) в непосредственной близости от территории предприятия;
• запах от очистных сооружений не распространялся дальше середины расстояния между очистными сооружениями и зоной планируемого строительства, и ни в каких местах пребывания людей, кроме автомобильной дороги в непосредственной близости от предприятия, запах не регистрировался.

Проведённые исследования свидетельствовали о том, что риска возникновения запаха в районе планируемого строительства не было, и это позволило принять окончательное решение о начале строительства. Впоследствии проблемы запаха в этом районе действительно не возникало.

Другой пример применения ольфактометрии — это оценка запахового воздействия канализационно-насосной станции в Барнауле [6]. Жители новостроек в непосредственной близости от КНС постоянно жаловались на неприятный запах как на улице, так и в квартирах. Жалобы не прекратились и после установки газоочистного оборудования, и для поиска решения пришлось проводить комплексные исследования, включавшие в себя технологическую инспекцию, измерение концентраций загрязняющих веществ и концентрации запаха в выбросах до и после газоочистки, моделирование рассеивания запаха, полевой мониторинг запаха в жилой зоне, анализ экологической документации и результатов измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а также сбор жалоб от жителей в режиме реального времени.

Проведённая работа продемонстрировала, что:

• установленные нормативы соблюдались: случаев превышения ПДК аммиака или сероводорода в атмосферном воздухе зафиксировано не было;
• вентиляция КНС была спроектирована грамотно и препятствовала неконтролируемому распространению запаха из помещения;
• эффективность газоочистного оборудования в части удаления нормируемых для данного объекта дурнопахнущих веществ была высокой: 99,6 % для сероводорода и почти 100 % для аммиака;
• эффективность газоочистного оборудования в части удаления запаха оказалась высокой (78 %), но в данном случае недостаточной;
• в рассматриваемом районе было выявлено две области возникновения запаха в атмосферном воздухе — вблизи КНС и вблизи камеры гашения;
• запах в квартирах возникал преимущественно из-за работы КНС, а запах на улице — в основном из-за КНС и в меньшей степени из-за камеры гашения;
• уровень запаха в селитебной зоне после рассеивания на несколько порядков превышал зарубежные нормативы, достигая значения 2500 ЕЗ/м3.

Было показано, что, несмотря на отсутствие каких-либо формальных нарушений, ситуация с запахом в этом районе города была катастрофической. По результатам исследований был разработан и реализован проект модернизации КНС. В дополнение к уже имевшейся абсорбционной установке была внедрена вторая ступень газоочистки. Воздушный поток был разделён на четыре равные части, каждая из которых была направлена на отдельный адсорбер модели ВБС-45, что обеспечило максимальное время контакта и, следовательно, максимальную эффективность очистки. Кроме того, была смонтирована новая отводящая труба высотой около 40 м, что способствовало более значительному рассеиванию выбросов в атмосфере. После реализации проекта жалобы от жителей прекратились, а сам проект занял третье место в номинации «Чистая вода» на V Межрегиональной межотраслевой премии профессионалов ЖКХ.

Таким образом, несмотря на отсутствие в юридическом поле нормативов запаха, проблема запахового загрязнения атмосферы становится всё более актуальной для густонаселённых областей. Грамотный подход к оценке потенциального или существующего запахового воздействия объектов НВОС позволяет предотвратить или решить проблему, снизив градус общественного напряжения.

Литература

1. Пелоси П. Обоняние: Увлекательное погружение в науку о запахах. — М.: КоЛибри, Азбука-Аттикус, 2020.
2. Р. Х. Райт. Наука о запахах. — М.:Книга по Требованию, 2013.
3. Сырчина Н. В., Пилин Л. В., Ашихмина Т. Я. Контроль запахового загрязнения атмосферного воздуха (обзор) // Теорeтическая и прикладная экология. 2022, № 2.
4. EN 13725:2022. Air Quality — Determination of Odour Concentration by Dynamic Olfactometry.
5. ГОСТ Р 58578-2019 «Правила установления нормативов и контроля выбросов запаха в атмосферу».
6. Малых О. С., Свицков С. В. Практический опыт исследования запаха на предприятиях // Справочник эколога. 2023, №9.

Автор: Малых О.С. ООО «АРСИ», г. Москва. E-mail: olga.malykh@odorlab.ru