Борьба с атмосферными загрязнениями путем выбора участков для строительства предприятий и зонирования

Основы зонирования как меры против загрязнений атмосферного воздуха

Как уже указывалось, процесс загрязнения атмосферного воздуха проходит четыре стадии: образование вредных веществ, их выброс, распространение и воздействие на объекты. Распределение земельных угодий путем зонирования может оказаться полезным на любой из этих стадий. Размещение источников выброса, определение масс выбросов и характер использования окружающих земельных участков с учетом вредности загрязнений сами по себе образуют основу планирования и зонирования. Само зонирование как мера, направленная против загрязнения атмосферного воздуха, основывается главным образом на данных о процессах, происходящих в атмосфере, которая является средой для распространения загрязнений. Для разработки всестороннего регионального плана использования земельных участков необходимо глубоко изучить демографические, топографические и климатические особенности данной местности. Эти три фактора перечислены по убывающей степени с точки зрения возможности человека оказывать на них влияние. Климатические особенности находятся вообще вне сферы контроля человека, но их корреляцию с атмосферными загрязнениями необходимо учитывать. Небольшие изменения в топографических особенностях местности в настоящее время находятся в пределах возможности человека, но изменения на региональной основе, которые могли бы обусловить изменение климатических условий, пока еще практически неосуществимы. Демографические факторы, полностью зависящие от характера использования или владения данной территории, изучаются.

Климатические особенности

Метеорологическими факторами, непосредственно определяющими способность атмосферы данного района к разбавлению воздушных загрязнений, являются стабильность воздуха и скорость ветра. Наблюдения за скоростью ветра проводятся непрерывно, тогда как измерение стабильности воздуха производится лишь периодически. В промежутках между отдельными измерениями стабильности об изменениях последней, можно судить по температуре поверхности. Данные о скорости ветра обычно всегда имеются, тогда как данных о стабильности воздуха, получение которых обходится гораздо дороже, чаще всего не хватает, особенно в опасных районах.

Фактором погоды, хорошо отражающим степень загрязнения атмосферного воздуха, является видимость. Метеостанции, измеряющие скорость ветра в поверхностном слое, как правило, сообщают также о видимости и условиях, ограничивающих степень видимости. Оценка данных о средней ежедневной видимости или о числе дней с низкой видимостью за месяц на основе продолжительных наблюдений часто отражает степень урбанизации района. Обычно такого рода информацию начинают собирать лишь после того, как практически возникает проблема атмосферных загрязнений, поэтому сравнение с предшествующим периодом оказывается невозможным. Но если на территории данного района имеется достаточное число метеорологических станций, ведущих наблюдения за видимостью, то можно путем сопоставления попытаться оценить влияние того или иного отдельного предприятия или типов производства. Улучшение видимости в конце недели свидетельствует, что непрерывно работающие предприятия, как, например, нефтеочистительные заводы, сталеплавильные и т. п., которые эксплуатируются в течении всей недели, оказывают небольшое влияние на ухудшение видимости.

Атмосферный воздух обладает способностью к самоочищению от загрязнений, подобно самоочищению проточной воды от жидких стоков. Окислительные процессы приводят к снижению количества органических загрязнений путем их превращения в свободную углекислоту и водяные пары. Аэрозоли конгломерируют и оседают или вымываются дождями. Соответствующие климатические данные охватывают все сведения об изменениях в природе во всем мире и информацию, относящуюся только к данной местности. Климатологические аналоги могут быть обнаружены з весьма удаленных друг от друга районах. Так, например, ситуация, возникающая в Лос-Апжелосе и его окрестностях, где особенности циркуляторных процессов обусловливают длительное снижение зоны инверсии, встречается, по крайней мере, еще в четырех районах земного шара. Интенсивное развитие индустрии в этих районах следует, поэтому считать невыгодным, если остальные местные особенности также будут неблагоприятными. В настоящее время к этим районам относятся северо-западное побережье Африки, западное побережье Южной Америки, юго-западное побережье Южной Америки и восточное побережье Австралии, где нет развитой индустрии.

Географические и топографические особенности

Заметной особенностью современных промышленных предприятий является стремление к одноэтажным строениям, что требует почти ровной местности для экономичности строительства и облегчения доступа транспорта. Установлено, что для строительства современных промышленных предприятий наиболее удобны территории с уклоном менее 10%. Необходимо изучение рельефа той местности, где предполагается разместить предприятие, и учет возможного использования участков, непригодных для промышленности. В последнее время обычно принято при зонировании вначале наметить участки для жилого строительства и торговых предприятий, а затем уже передавать остающиеся участки для размещения предприятий соответствующих отраслей промышленности (National Industrial Zoning Committee, 1951). Таким образом, несмотря на кажущийся избыток участков для размещения промышленных предприятий вследствие зонирования, на практике может обнаружиться недостаток участков, пригодных дли размещения промышленных предприятий (Muncy, 1954). Недостаток участков, отвечающих всем требованиям промышленности, подтверждается тем, что постоянно производится модификация или изменение правил о зонировании с целью увеличения площади промышленных районов, несмотря на наличие незанятых промышленностью территорий. Отрасли промышленности, связанные с разработкой природных ресурсов (строительный камень, гравий, песок, нефть, уголь и т. п.) должны располагаться в местах естественного залегания этих ископаемых. Зонирование территории в окрестностях этих залежей должно учитывать связанное с этими видами промышленности загрязнение атмосферного воздуха, а в тех случаях, когда источники выбросов не могут быть перемещены, объекты, на которые эти загрязнения могут воздействовать, должны размещаться таким образом, чтобы они не были подвержены их вредному действию.

Благодаря большой разности давлений и температуры высокие горы и горные массивы не препятствуют потоку загрязнений, но они изменяют направление воздушных потоков, направляй их вдоль долин. Что касается небольших районов или отдельных долин, то там имеются местные воздушные потоки и длительные периоды почти полного безветрия. Индустриализация таких районов должна сводиться к минимуму.

Экономические и культурные особенности

Для того чтобы предсказать будущие условия, необходимо исходить из знания существующих в настоящее время и существовавших в прошлом условий. Имеющиеся отрасли промышленности должны быть взяты на учет и классифицированы до того, как будет рекомендована та или другая программа. Данные о промышленности обычно имеются в самой общей форме, без учета размещения предприятий в пределах определенного района. Обычно границы этих районов определяются административными или юридическими нормами и время от времени изменяются. Выводы должны делаться на основе сопоставления данных. В округе Лос-Анжелос Отделом контроля за атмосферными загрязнениями в качестве единицы для характеристики местных факторов принята помильная система, независимо от местных административных границ. Эта сетка употребляется также для анализа траектории, изодемических корреляций, потоков движении транспорта и других демографических показателей. Так как лишь несколько отдельных перерабатывающих предприятий может попытаться сделать обзор в масштабах целого района, эта работа должна быть проведена правительственными органами или ассоциациями промышленников.

Существующие промышленные зоны могут оказаться недостаточными в будущем, а жилые зоны могут стать зонами, лишенными растительности, и превратиться в промышленные. Для того чтобы найти районы, которые в будущем могут явиться базой для размещения промышленности, может быть использован метод "сита", разработанный в Великобритании в 1938 г. с тем, чтобы отделить такие территории, которые непригодны для промышленного использования вследствие чрезмерного уклона поверхности, отдаленности, нехватки воды или каких-либо других лимитирующих факторов, характерных для данного района (National Resources Planning Board, 1942). Лишь свободные участки на остающейся территории могут считаться потенциальными индустриальными зонами. Некоторые участки, ранее приобретенные в частную собственность, могут отводиться для промышленного использования в США на основе федерального закона, но это допускается лишь в ограниченных районах (Garrabrant, 1955), Этот метод, выделения территорий, лишенных растительности, был предпринят ввиду того, что зонирование само по себе оказалось малоэффективным. Необходимо учитывать также ряд различных демографических показателей, что позволит лучше предвидеть промышленное развитие населенного района. По-видимому, наиболее доступными являются данные о существующем размещении населения в этом районе, которые могут быть представлены в виде изодемических карт изучаемого района. Создавая такие карты па основе данных предшествующих переписей населения, можно представить в графическом виде рост его за последнее время. Распространяя закономерности прошлого на будущее, можно получить изодемические карты, которые могут служить основой для суждения о потребностях данного района в площади для развития промышленности, а также для расчетов потоков грузового и пассажирского транспорта между ожидаемыми населенными центрами и предполагаемыми центрами размещения промышленных предприятий. В настоящее время выхлопные газы автомобильных двигателей, несмотря на то, что они являются важнейшим источником загрязнения атмосферного воздуха, все еще не подвергаются очистке. До тех пор, пока вопрос об устранении этого источника загрязнения не решен, городское движение само по себе должно рассматриваться и как источник загрязнения атмосферного воздуха, и как. результат применения принципов зонирования для борьбы с загрязнением атмосферного воздуха.

Применение зонирования для борьбы с загрязнением атмосферного воздуха

Когда уровень загрязнения атмосферы становится критическим вследствие неэффективности добровольных усилий в этой области, население требует и обычно добивается издания принудительных правил с более жесткими ограничительными мерами, чем те, которые существовали до этого. При таких условиях зонирование может принять более строгий характер и просто предусматривать, запрещение эксплуатации нарушающих порядок предприятий на всей территории или на некоторых отдельных участках. Такие суровые меры не являются идеальным решением вопроса дли больших промышленных центров, но могут иметь положительное значение в пределах менее крупных городов-спутников. Менее ограничительной политикой может быть выделение открытых участков предпочтительно государственной собственности для многостороннего использования, как, например, для водораздела, предупреждения наводнений, для подхода к аэропорту, для отдыха, для обеспечения большего разбавления в атмосфере и выпадения загрязняющих веществ, прежде чем они достигнут объектов воздействия. Если загрязняющие воздух вещества не являются вредными для растительности, то эти открытые районы могут иметь вид защитного зеленого пояса, рекомендуемого специалистами по планировке городов.

Плотность размещения источников выброса

Допустимая плотность размещения промышленных источников выброса может устанавливаться либо непосредственно по количеству источников, либо в виде количества источников на единицу площади с тем, чтобы поддерживать концентрацию их в пределах допустимой массы выброса (Larson, 1956). Косвенное регулирование плотности размещения источников может быть достигнуто путем установления минимума или максимума длины, высоты, положения участка, количества рабочих на единицу площади и объема промышленных зданий. Более того, через соответствующие общественные управления могут быть приняты дополнительные меры для дальнейшей децентрализации промышленности путем установления налоговых ставок и регулирования движения. И, наоборот, меры по уменьшению плотности могут быть направлены на ограничение числа объектов, подвергающихся вредному воздействию смога, путем запрещения жилого строительства на пути распространения высокой концентрации атмосферных загрязнений. Противоположным средством для обеспечения разбавления путем большего рассеивания (благодаря увеличению механической или термической турбулентности) является рассредоточение самих источников выброса или децентрализация промышленности. Дальнейшее уменьшение загрязнения атмосферного воздуха может быть достигнуто косвенным путем с помощью возможного снижения загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей, если промышленность уже децентрализована путем размещения предприятий в окрестностях большого города (Warren a. Davidge, 1930). Так как основным средством передвижения жителей Лос-Анжелоса является автотранспорт, то понятно, что, если рабочие будут жить вблизи предприятий, на которых они заняты, загрязнение воздуха автотранспортом будет снижено.

В официальных органах по вопросам зонирования как меры борьбы с атмосферными загрязнениями применение соответствующих законов и правил не должно быть произвольным или неразумным. Приемлемое зонирование должно опираться на средние метеорологические данные, выявляющие взаимосвязь отдельных районов внутри определенного округа, обусловленную скоростью ветра и степенью загрязнения воздуха. Система разрешения или запрещения тех или иных отраслей промышленности в отдельных районах будет эффективна лишь в том случае, если средние метеорологические данные указывают на наличие вентилирующего эффекта ветра, особенно в те периоды, когда загрязнение воздуха особенно велико. Если возникает ситуации, характеризующаяся случайными воздушными потоками, то система внутрирайонного размещения становится неэффективной. В этом случае плотность размещения источников выброса должна быть уменьшена до такой степени, чтобы уровень загрязнения атмосферы не превышал допустимых норм.

Непрерывный приток населения в крупные городские центры приводит к росту числа сверхгородов, в которых надлежащее размещение промышленности затрудняется вследствие разделения функций контроля между большим числом административных единиц. Юрисдикция органов, осуществляющих контроль за загрязнениями атмосферного воздуха, должна распространяться на весь город, который подвергается воздействию климатических условий, способствующих атмосферным загрязнениям. В пределах одного и того же климатического района зонирование, исходящее из учета местных метеорологических условий, позволит районировать источники выбросов в соответствии с общим планом. Эта политика размещения промышленности должна дополнять ныне существующую систему контроля над самими источниками загрязнения воздуха.

Регулирование промышленных выбросов

Принцип регулирования промышленных выбросов во времени сводится к предъявлению различных требований к предприятиям в той местности, где степень загрязнения атмосферного воздуха периодически усиливается в связи со сменой периодов высокой и низкой дисперсионной способности атмосферы (Hewson, 1957). Более жесткие требования должны предъявляться в условиях погоды, способствующей повышению концентраций атмосферных загрязнений. Мероприятия, проводимые в г. Трэйле (Британская Колумбия), представляют собой пример такого предъявления требований о максимальном сокращении выбросов в те периоды, когда загрязнение атмосферы усиливается, и отмены этих требований, когда инверсии нет, а ветер достигает сравнительно большой скорости. В южной части округа Лос-Анжелос этот принцип применен для ограничения сжигания мусора в такие периоды, когда дисперсионная способность атмосферы, определяемая по некоторым метеорологическим параметрам, находится ниже критического уровня. Отдел контроля за атмосферными загрязнениями округа Лос-Анжелос разработал также правила, относящиеся к тем непредвиденным случаям, когда концентрация токсических веществ в атмосферном воздухе превышает установленный уровень. В этом случае требования еще более усиливаются вплоть до полного прекращения работы всех промышленных источников выброса до тех пор, пока существуют наихудшие условия загрязнения атмосферного воздуха.

Контроль за использованием сырья и технологическими процессами

В некоторых районах применяются и другие меры борьбы с загрязнением атмосферного воздуха путем контролирования сырья и технологических процессов (American Society of Planning Officials, 1955b; O'Harrow, n. d). Например, можно ограничить допускаемые к сжиганию виды топлива, разрешить сжигание в топках природного газа и запретить сжигание мазута. Другой пример: в некоторых районах может запрещаться использование каких-либо органических растворителей для очистки или окраски изделий. В некоторых промышленных районах Великобритании созданы бездымные зоны путем запрещения промышленным предприятиям и населению использовать определенные виды топлива (Wilmott, 1952). С усовершенствованием технологических процессов в будущем станет возможна замена некоторых материалов и химических веществ другими, менее вредными. В районе Лос-Анжелоса использование малоэффективных однокамерных мусоросжигательных печей не допускается в промышленности и торговле, а в будущем будет полностью запрещено. Разрешается использование только более эффективных многокамерных мусоросжигательных печей.

Контроль допускаемых к сжиганию видов топлива может дополниться зонированием. Этот принцип применяется в Сан-Луи, Питтсбурге и других районах, где запрещается использование топлива с высоким содержанием летучих веществ. Нефтеочистительная промышленность постоянно повышает выход легких фракций топлива на единицу сырой нефти, в результате чего такие загрязнения, как сера, концентрируются в меньшем количестве остатка. Хотя этот остаточный мазут является относительно недорогим видом топлива, но высокое содержание в нем серы дает заметные дымовые факелы, которые могут сократить видимость на большой территории. Это почти всегда встречается в местах расположения электростанций вблизи нефтеочистительных заводов. Зонирование в этих случаях может дополняться ограничением содержания серы в топливе до такого уровня, при котором выбросы больше не будут беспокоить население. В тех районах, где потребность в электроэнергии велика, а загрязнение воздуха достигает критического уровня, выходом из затруднения может явиться строительство атомных электростанций. На этих станциях нет больших объемов выброса дымовых газов, нуждающихся в промывке для разбавления концентраций загрязняющих веществ, что облегчает осуществление мер контроля.

Т. R. TAYLOR, бакалавр искусств, A. HASEGAWA, бакалавр естественных наук, LESLIE A. CHAMBERS, доктор философии