Мақаланы E-mail арқылы жіберу Мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының өндірістік алаңдарында ластаушы заттардың таралуын модельдеу ерекшеліктері
- Авторлар: Сәлімгереев М.Ж.1, Идрисова Э.К.1, Басенова М.Б.1
-
Мекемелер:
- ҚМГ Инжиниринг
- Шығарылым: Том 8, № 3 (2026)
- Беттер: 129-140
- Бөлім: Экология
- URL: https://vestnik-ngo.kz/2707-4226/article/view/109017
- DOI: https://doi.org/10.54859/kjogi109017
- ID: 109017
Дәйексөз келтіру
Толық мәтін
Аннотация
Негіздеу. Мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының өндірістік объектілері атмосфералық ауаға елеулі техногендік жүктеме түсіретін күрделі өндірістік жүйелер болып табылады. Өндірістік алаңдарда ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған шығарындылар көздерінің бір мезгілде болуы, технологиялық инфрақұрылымның жоғары тығыздығы және қолайсыз метеорологиялық жағдайлар ластаушы заттардың таралу процестерін күрделендіреді. Осыған байланысты атмосфералық ауаның ластану деңгейін болжау үшін математикалық модельдеу әдістерін қолдану ерекше маңызға ие.
Мақсаты. Зерттеудің мақсаты – мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының өндірістік алаңдарында ластаушы заттардың таралуын модельдеу ерекшеліктерін талдау, есептеулердің дәлдігіне әсер ететін негізгі факторларды анықтау және рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобалары мен «ЭРА-Ауа» бағдарламалық кешенінде орындалған верификациялық есептеулер нәтижелерінің сәйкестігін бағалау.
Материалдар мен әдістер. Зерттеу барысында №1 және №2 кәсіпорындарының өндірістік объектілері бойынша рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобаларының материалдары, атмосфералық ауаға таралу есептеулері және ЭРА бағдарламалық кешенінде орындалған верификациялық модельдеу нәтижелері пайдаланылды. Негізгі зерттеу әдістері ретінде салыстырмалы талдау, математикалық модельдеу, кеңістіктік интерпретация және таралу карталарын сараптамалық бағалау қолданылды.
Нәтижелері. Зерттеу нәтижелері мұнай-газ өндіру кәсіпорындарында ұйымдастырылған шығарындылар көздері жиынтық шығарындылардың 60–70%-ын қалыптастыратынын, ал ұйымдастырылмаған шығарындылар көздердің үлесі 20–30%-ға дейін жететінін көрсетті. Сонымен қатар, ұйымдастырылмаған шығарындылар көздердің төмен көрсеткіштері жерүсті концентрацияларын қалыптастыруда жоғары әсерге ие екені анықталды. Ең жоғары концентрациялар азот диоксиді, күкіртсутек, күйе және бенз(а)пирен бойынша байқалды. Модельдеу нәтижелері метеорологиялық факторлардың, әсіресе жел жылдамдығы мен атмосфераның температуралық тұрақтылығының шешуші рөл атқаратынын көрсетті. Верификациялық есептеулер есептік және жобалық концентрация өрістерінің жалпы алғанда қанағаттанарлық сәйкестігін растады.
Қорытынды. Ластаушы заттардың таралуын модельдеу мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының атмосфералық ауаға әсерін бағалаудың тиімді құралы болып табылады. Ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған шығарындылар көздерін, технологиялық құрылыстың тығыздығын және метеорологиялық жағдайларды кешенді есепке алу модельдеу нәтижелерінің сенімділігін арттырады. Алынған нәтижелер санитариялық-қорғау аймақтарын негіздеу, табиғатты қорғау іс-шараларын әзірлеу және өндірістік экологиялық бақылауды жетілдіру кезінде қолданылуы мүмкін.
Толық мәтін
Кіріспе
Мұнай-газ өндіру өнеркәсібі қоршаған ортаға әсер ету деңгейі бойынша жоғары стратегиялық салалардың бірі. Өндірістік объектілерді пайдалану барысында атмосфералық ауаға көмірсутектер, азот оксидтері, күкіртсутек, күйе, ұшпа органикалық қосылыстар және басқа да ластаушы заттар бөлінеді. Бұл заттардың таралу сипаты шығарындылар көздерінің түріне, өндірістік процестердің технологиялық ерекшеліктеріне, метеорологиялық жағдайларға және өндірістік алаңдардың кеңістіктік ұйымдастырылуына тәуелді.
Қазақстан Республикасының Экологиялық кодексіне1 сәйкес атмосфералық ауаға әсерді бағалау және рұқсат етілетін шығарындылар нормативтерін негіздеу үшін ластаушы заттардың таралуын есептеу міндетті түрде жүргізіледі2. Қазіргі уақытта мұндай есептеулерді жүргізудің негізгі құралдарының бірі – ЭРА-АУА бағдарламалық кешені. Бұл кешен атмосфераның жерүсті қабатындағы концентрациялардың кеңістіктік таралуын модельдеуге және санитариялық-қорғау аймақтарын ғылыми негіздеуге мүмкіндік береді3 [1].
Мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының ерекшелігі ұйымдастырылған, ұйымдастырылмаған және авариялық шығарындылар көздерінің қатар болуымен сипатталады. Ұйымдастырылған көздерге алау қондырғылары, түтін мұржалары және компрессорлық жүйелер жатса, ұйымдастырылмаған көздерге резервуарлардан булану, фланецтік қосылыстардағы ағып кетулер және технологиялық алаңдар жатады. Осындай әртүрлі көздердің болуы таралу модельдеуінің күрделілігін арттырады.
Тәжірибеде рұқсат етілген шығарындылар нормативінің жобаларын әзірлеу және верификациялық есептеулер жүргізу кезінде негізгі қиындық шығарындылар көздерінің параметрлерін дұрыс есепке алуға, сондай-ақ модельдеу үшін бастапқы деректердің сенімділігін қамтамасыз етуге байланысты. Талдау нәтижелері ластаушы заттар көздерінің кеңістікте орналасуы, технологиялық процестердің ерекшеліктері және ластаушы заттардың сипаттамалары таралу есептеулерінің нәтижелеріне елеулі ықпал ететінін көрсетті.
Мұнай-газ өндіру объектілерінде ластаушы заттардың таралуын модельдеу ерекшеліктерін бағалау мақсатында №1 және №2 Кәсіпорын объектілері бойынша рұқсат етілген шығарын
дылар норматив жобаларының нәтижелері мен ЭРА бағдарламалық кешенін пайдалану арқылы орындалған верификациялық есептеулер деректері талданды.
Материалдар мен әдістер
Зерттеу барысында №1 және №2 кәсіпорындарының өндірістік объектілері бойынша рұқсат етілген шығарындылар норматив жобаларының материалдары және ЭРА бағдарламалық кешенінде орындалған верификациялық есептеулер пайдаланылды. Талдау шеңберінде шығарындылар көздерінің параметрлері, ластаушы заттардың құрамы, метеорологиялық деректер және концентрациялардың таралу карталары қарастырылды.
Таралу есептеулері ОНД-86 әдістемесіне сәйкес орындалды. Модельдеу барысында желдің жылдамдығы мен бағыты, атмосфера тұрақтылығының санаттары, рельеф ерекшеліктері және өндірістік құрылыстың тығыздығы ескерілді. Аталған факторлар ластаушы заттардың шлейфінің көтерілуіне, көлденең және тік бағытта таралуына және жерүсті концентрацияларының қалыптасуына тікелей әсер етеді. Қазіргі дисперсиялық модельдеу тәжірибесінде, оның ішінде АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігінің (EPA) AERMOD моделінде, атмосфераның шекаралық қабатындағы турбуленттік процестер, шығарындылар көздерінің биіктігі мен параметрлері, рельеф және ғимараттардың әсері кешенді түрде қарастырылады [2].
Ұйымдастырылмаған шығарындылар көздерін модельдеу кезінде аудандық және көлемдік түрінде аппроксимациялау қолданылды. Верификациялық талдау барысында максималды концентрациялар аймақтарының орналасуы, изосызықтардың конфигурациясы және 1 шекті рұқсат етілген концентрациядан асатын аймақтардың шекаралары салыстырылды (1-кесте). 1-кестеде қалалық және ауылдық елді мекендердің атмосфералық ауасындағы ластаушы заттардың шекті рұқсат етілген концентрациялары Қазақстан Республикасы Денсаулық сақтау министрінің 2022 жылғы 2 тамыздағы № ҚР ДСМ-704 бұйрығымен бекітілген гигиеналық нормативтерге сәйкес келтірілген. Аталған нормативтер атмосфералық ауа сапасын бағалаудың негізгі санитариялық-гигиеналық критерийлері болып табылады және модельдеу нәтижелерін экологиялық тәуекел деңгейі бойынша интерпретациялауға мүмкіндік береді.
Кесте 1. Қалалық және ауылдық елді мекендердің атмосфералық ауасындағы ластаушы заттардың шекті рұқсат етілген концентрациясы
Table 1. Maximum Permissible Concentrations of Pollutants in the Ambient Air of Urban and Rural Areas
ЛЗ коды Pollutant Code | ЛЗ атауы Name of Pollutant | ШРК м/б, мг/м³ MPC, maximum one-time, mg/m³ | ШРК о/т, мг/м³ MPC, average daily, mg/m³ | БҚӘЕД, мг/м³ TSEL, mg/m³ | Қауіптілік классы Hazard Class |
0123 | Темір (II, III) оксидтері (темірге шаққанда) (диТемір триоксиді, темір оксиді) Iron (II, III) oxides (expressed as iron) (diiron trioxide, iron oxide) | - | 0,04 | - | 3 |
0143 | Марганец және оның қосылыстары (марганец (IV) оксидіне шаққанда) Manganese and its compounds (expressed as manganese (IV) oxide) | 0,01 | 0,001 | - | 2 |
0150 | Натрий гидроксиді (күйдіргіш натрий, каустикалық сода) Sodium hydroxide (caustic soda, sodium hydroxide) | - | - | 0,01 | - |
0152 | Натрий хлориді (ас тұзы) Sodium chloride (common salt) | 0,5 | 0,15 | - | 3 |
0214 | Кальций дигидрооксиді (Сөндірілген әк, үлпілдек әк) Calcium dihydroxide (slaked lime, hydrated lime) | 0,03 | 0,01 | - | 3 |
0301 | Азот (IV) диоксиді (Азот диоксиді) Nitrogen dioxide (nitrogen (IV) oxide) | 0,2 | 0,04 | - | 2 |
0304 | Азот (II) оксиді (Азот оксиді) Nitrogen monoxide (nitrogen (II) oxide, nitric oxide) | 0,4 | 0,06 | - | 3 |
0328 | Көміртек (күйе, қара көміртек) Carbon (soot, carbon black) | 0,15 | 0,05 | - | 3 |
0330 | Күкірт диоксиді (күкіртті ангидрид, күкіртті газ, күкірт (IV) оксиді) Sulfur dioxide (sulfurous anhydride, sulfur (IV) oxide) | 0,5 | 0,05 | - | 3 |
0333 | Күкіртсутек (дигидросульфид) Hydrogen sulfide (dihydrogen sulfide) | 0,008 | - | - | 2 |
0337 | Көміртек оксиді (көміртек тотығы, иіс газы) Carbon monoxide (carbon oxide, carbon monoxide) | 5,0 | 3,0 | - | 4 |
0342 | Фтордың газ тәрізді қосылыстары (фторға шаққанда): Gaseous fluorine compounds (expressed as fluorine) | 0,02 | 0,005 | - | 2 |
0344 | Нашар еритін бейорганикалық фторидтер (алюминий фториді, кальций фториді, натрий гексафторалюминаты) (фторға шаққандағы нашар еритін бейорганикалық фторидтер) Gaseous fluorine compounds (expressed as fluorine) | 0,2 | 0,03 | - | 2 |
0410 | Метан Methane | - | - | 50 | - |
0415 | Шекті сутекпентектер қоспасы С₁–С₅ Mixture of saturated hydrocarbons С₁–С₅ | - | - | 50 | - |
0416 | Шекті сутекпентектер қоспасы С₆–С₁₀ Mixture of saturated hydrocarbons С₆–С₁₀ | - | - | 30 | - |
0501 | Пентилендер (амилендер – изомерлер қоспасы) Pentylenes (amylenes – mixture of isomers) | 1,5 | - | - | 4 |
0521 | Пропен (Пропилен) Propene (propylene) | 3,0 | - | - | 3 |
0602 | Бензол Benzene | 0,3 | 0,1 | - | 2 |
0616 | Диметилбензол (о-, м-, п- изомерлер қоспасы) Dimethylbenzene (mixture of o-, m-, and p-isomers) | 0,2 | - | - | 3 |
0621 | Метилбензол Methylbenzene (toluene) | 0,6 | - | - | 3 |
0627 | Этилбензол Ethylbenzene | 0,02 | - | - | 3 |
1071 | Фенол Phenol | 0,01 | 0,003 | - | 2 |
1107 | 2-Метил-2-метоксипропан (Метил-үштік-бутил эфирі) 2-Methyl-2-methoxypropane (methyl tert-butyl ether, MTBE) | 0,5 | - | - | 4 |
1716 | Табиғи меркаптандар қоспасы (этилмеркаптанға шаққанда) (СПМ одоранты – ТШ 51-81-88) Mixture of natural mercaptans (expressed as ethyl mercaptan) (SPM odorant – TU 51-81-88) | 0,00005 | - | - | 3 |
1847 | (Метиламино) бензол (Монометиланилин, N-Метиланилин) (Methylamino)benzene (monomethylaniline, N-methylaniline) | 0,04 | - | - | 3 |
1880 | Ди(2-гидроксиэтил) амин (Диэтаноламин) Di(2-hydroxyethyl)amine (diethanolamine) | 0,05 | - | - | - |
2735 | Мұнайлы минералды май (ұршықтық, машиналық, цилиндрлік және т.б. Petroleum mineral oil (spindle oil, machine oil, cylinder oil, etc.) | - | - | 0,05 | - |
2752 | Уайт-спирит White spirit | - | - | 1 | - |
2754 | Алкандар С₁₂–С₁₉ (Шекті сутекпентектер С₁₂–С₁₉ (С-ға шаққанда); РПК-265П еріткіші) Alkanes C₁₂–C₁₉ (saturated hydrocarbons C₁₂–C₁₉ (expressed as carbon); RPK-265P solvent) | 1,0 | - | - | 4 |
2902 | Қалқымалы бөлшектер Suspended particulate matter | 0,5 | 0,15 | - | 3 |
2908 | Құрамында кремний диоксиді 70–20% болатын бейорганикалық шаң (шамот, цемент, цемент өндірісінің шаңы – саз, сазды тақтатас, домна шлагы, құм, клинкер, кремнезем күлі, Қазақстан кен орындарындағы көмір күлі) Inorganic dust containing silicon dioxide (%): 70–20 (fireclay, cement production dust – clay, clay shale, blast furnace slag, sand, clinker, silica ash, coal ash from Kazakhstan deposits) | 0,3 | 0,1 | - | 3 |
2909 | Құрамында кремний диоксиді 20%-дан аз болатын бейорганикалық шаң (доломит, цемент өндірісінің шаңы – әктас, бор, күйінді, шикізат қоспасы, айналмалы пештердің шаңы, боксит) Inorganic dust containing silicon dioxide (%): less than 20 (dolomite, cement production dust – limestone, chalk, cinders, raw mix, rotary kiln dust, bauxite) | 0,5 | 0,15 | - | 3 |
2930 | Абразивті шаң (ақ корунд, Монокорунд) Abrasive dust (white corundum, monocorundum) | - | - | 0,04 | - |
Нәтижелер және талқылау
Зерттеу шеңберінде №1 Кәсіпорны5 және №2 Кәсіпорны6 объектілері бойынша шығарындылар көздерінің құрылымы мен ластаушы заттардың таралуын модельдеу нәтижелеріне талдау жүргізілді. Мұнай-газ өндіру кәсіпорындарындағы шығарындылар құрылымы технологиялық процестердің әртүрлілігіне байланысты күрделі сипатқа ие және әртүрлі қуаттағы ұй-
ымдастырылған, ұйымдастырылмаған және авариялық шығарындылар көздерінің жиынтығынан қалыптасады. Ластаушы заттардың жерүсті концентрацияларының қалыптасуына ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған шығарындылар көздері, технологиялық құрылыстың тығыздығы, метеорологиялық жағдайлар параметрлері және шығарындылар көздерінің кеңістікте орналасуы негізгі әсер етеді [3].
Ұйымдастырылған шығарындылар көздеріне алау қондырғылары, қазандықтардың түтін мұржалары, газ айдау агрегаттары, компрессорлық жабдықтар және мұнай мен газды дайындау технологиялық қондырғыларының желдеткіш шығарындылары жатады.
Ұйымдастырылған шығарындылар көздерінің биіктігі, саға диаметрі, газ-ауа қоспасының температурасы мен шығу жылдамдығы сияқты нақты геометриялық және аэродинамикалық параметрлермен сипатталады. Бұл параметрлер таралуды модельдеудің стандартты есептік схемаларын қолдануға мүмкіндік береді [4].
Верификациялық есептеулер нәтижелері бойынша №17 және №28 Кәсіпорын объектілерінде ұйымдастырылған көздер ластаушы заттардың жиынтық шығарындыларының негізгі үлесін қалыптастырып, жалпы көлемнің 60–70%-ына дейін жететіні анықталды. Бұл ретте ең үлкен әсерді алау жүйелері көрсетеді.
Алау қондырғылары шығарындылардың жоғары температурасымен және газдың жоғары шығу жылдамдығымен сипатталады, бұл көтерілмелі алаудың қалыптасуына және көзге жақын аумақта жерүсті концентрацияларының төмендеуіне ықпал етеді. Алайда қолайсыз метеорологиялық жағдайларда ластаушы заттар біраз алыс қашықтыққа таралуы мүмкін.
Ұйымдастырылған көздер бойынша таралу есептеулері ОНД-86 әдістемесі [1] мен ЭРА бағдарламалық кешенін пайдалану арқылы, шығарындылар көздерінің параметрлері мен объектілер орналасқан ауданның метеорологиялық сипаттамаларын ескере отырып орындалды.
Ұйымдастырылмаған шығарындылар көздеріне резервуарлардың тыныс алу клапандары, ашық беттерден булану, фланецтік қосылыстар арқылы болатын ластауыш заттардың ұшып кетуі, сорғы жабдықтары, технологиялық алаңдар және құю эстакадалары жатады.
Ұйымдастырылмаған көздерді есепке алудың негізгі қиындығы нақты геометриялық параметрлердің болмауына және шығарындылардың уақыт бойынша жоғары өзгергіштігіне байланысты. Таралу есептеулерінде мұндай көздер аудандық немесе көлемдік көздер түрінде аппроксимацияланады.
№1 және №2 Кәсіпорын деректерін талдау ұйымдастырылмаған көздердің жиынтық үлесі жалпы шығарындылар көлемінің 20–30%-ына дейін жетуі мүмкін екенін көрсетті. Сонымен қатар, шығарындылар көздерінің биіктігінің төмендігі, бастапқы алау көтерілуінің болмауы, жұмыс аймағына жақын орналасуы және жабдықтардың тығыз орналасуы салдарынан олардың жерүсті концентрацияларын қалыптастырудағы әсері көбінесе ұйымдастырылған көздерден де жоғары болады.
Ұйымдастырылмаған көздерді модельдеу кезіндегі ерекше қиындықтар аспаптық деректердің жеткіліксіздігімен және шығарындылар параметрлерінің анық емес болуына байланысты.
Таралуды модельдеу нәтижелерінің сенімділігі бастапқы шығарындылар деректерінің сапасына және олардың уақыттық өзгергіштігін дұрыс сипаттауға тікелей байланысты. Әсіресе ұйымдастырылмаған шығарындылар үшін нақты эмиссия жылдамдығын, көздің тиімді геометриялық параметрлерін және жұмыс режимдерін анықтау жоғары белгісіздікпен сипатталуы мүмкін. Сондықтан модельдеу нәтижелерін интерпретациялау кезінде бастапқы деректердің белгісіздігін және олардың есептік концентрацияларға ықтимал әсерін ескеру қажет [5].
Авариялық шығарындылар – құбырлар мен технологиялық жабдықтардың герметизациясы бұзылғанда, жабдық істен шыққанда немесе технологиялық режимдерде ауытқулар орын алған жағдайларда туындайтын қысқа мерзімді, бірақ қарқынды шығарындылар.
Мұнай-газ өндіру объектілері үшін ең қауіптісі – жоғары уыттылығымен және атмосфераның жерүсті қабатында тез таралу қабілетімен ерекшеленетін күкіртсутек пен жеңіл көмірсутектердің шығарындылары.
Авариялық шығарындыларды модельдеу уақыт бойынша шығарындылар параметрлерінің өзгеруін, метеорологиялық жағдайлар динамикасын, газдардың тығыздық стратификациясын және жоғары концентрациялы жергілікті аймақтардың қалыптасуын ескеретін стационарлық емес модельдерді қолдануды талап етеді.
Авариялық шығарындыларды есептеу нәтижелері персонал мен халық үшін тәуекелдерді бағалау кезінде, сондай-ақ авариялық жағдайларды жою жоспарларын әзірлеуде пайдаланылады.
Мұнай-газ өндіру кәсіпорындары үшін көмірсутекті шикізатты өндіру, дайындау, сақтау және жағу процестері кезінде қалыптасатын ластаушы заттар шығарындыларының күрделі құрамы тән. Негізгі ластаушы заттарға азот оксидтері, күкірт диоксиді, күкіртсутек, көміртек оксиді, ұшпа органикалық қосылыстар, әртүрлі фракциядағы көмірсутектер, метан және қалқыма заттар жатады. Шығарындылардың едәуір бөлігі технологиялық жабдықтарды, алау жүйелерін, резервуарларды пайдалану және отынды жағу процестерімен байланысты.
Таралу модельдеуі мен верификациялық есептеулер нәтижелерін талдау азот диоксиді (NO₂), күйе, күкіртсутек (H₂S) және бенз(а)пирен үшін ең жоғары жерүсті концентрациялары қалыптасатынын көрсетті. Азот диоксидінің максималды есептік концентрациялары шекті рұқсат етілген концентрацияның 8352 > 10000 үлесіне дейін, күйе бойынша – 2171–3040 шекті рұқсат етілген концентрация үлесіне дейін, бенз(а)пирен бойынша – 779–1046 шекті рұқсат етілген концентрация үлесіне дейін, ал күкіртсутек бойынша – 545–637 шекті рұқсат етілген концентрация үлесіне дейін жетеді. Алынған нәтижелер отынды жағу процестерінің, алау жүйелерінің жұмысының және көмірсутекті шикізат айналымының атмосфералық ауаның ластануын қалыптастыруға елеулі әсер ететінін көрсетеді.
№1 Кәсіпорын бойынша жүргізілген салыстырмалы талдау ластаушы заттардың басым бөлігі үшін жоғары концентрациялар №3 өндірістік алаңға тән екенін көрсетті, бұл шығарындылар көздерінің тығыздығының жоғары болуымен және технологиялық процестердің неғұрлым қарқынды жүруімен түсіндіріледі. Сонымен қатар, азот диоксиді, күкіртсутек, формальдегид және бензол сияқты заттар жоғары уыттылығы мен салыстырмалы түрде төмен шығарындылар көлемінде де елеулі әсер ету аймақтарын қалыптастыру қабілетіне байланысты ең жоғары экологиялық тәуекел тудырады. Ал жеңіл фракциялы көмірсутектер (С₁–С₁₀) №2 өндірістік алаңда жоғары концентрациялармен сипатталса, ауыр көмірсутектер мен отынның толық жанбау өнімдері №3 өндірістік алаңда басым байқалады.
Таралу процестеріне әсер ететін факторлар
№1 және №2 Кәсіпорын объектілері бойынша ластаушы заттардың таралуын модельдеу нәтижелерін талдау жерүсті концентрацияларының қалыптасуына ең алдымен метеорологиялық жағдайлар, әсіресе жел жылдамдығы мен атмосфераның температуралық тұрақтылығы шешуші әсер ететінін көрсетті. Атмосфералық диффузия теориясына сәйкес, желдің жылдамдығы, атмосфераның тұрақтылық дәрежесі және турбуленттік араласу ластаушы заттар шлейфінің көлденең және тік бағыттағы таралуын айқындайтын негізгі факторлар [6, 7]. Жел жылдамдығы 1–2 м/с-тан төмен болған жағдайда ауа массаларының араласу қарқындылығы төмендеп, атмосфераның жерүсті қабатында ластаушы заттардың жиналуы байқалады. Ең қолайсыз жағдайлар температуралық инверсия кезінде қалыптасады, бұл кезде тік араласу шектеліп, өндірістік алаңдар маңында ластаушы заттар концентрациясының жергілікті жоғарылауы орын алады.
Таралу есептеулерінің салыстырмалы талдауы концентрациялардың кеңістікте таралуына технологиялық құрылыстың тығыздығы елеулі әсер ететінін көрсетті. Атмосфералық таралуды бағалау кезінде шығарындылар көзінің геометриялық параметрлері, желдің бағыты мен жылдамдығы, атмосфераның тұрақтылығы, сондай-ақ жер бедері мен ғимараттардың әсері есептік концентрациялардың кеңістіктік таралуына ықпал етеді [8]. Резервуарлық парктер, құбыржолдар және технологиялық жабдықтар шоғырланған учаскелерде турбуленттілік пен ауа ағындарының рециркуляция аймақтары қалыптасып, бұл ластаушы заттардың біркелкі емес таралуына алып келеді. Ғимараттар мен технологиялық құрылыстардың аэродинамикалық әсері шығарындылар шлейфінің төмен қарай ығысуына және жерүсті концентрацияларының жергілікті өсуіне әкелуі мүмкін. Бұл құбылыс модельдеу әдебиетінде building downwash ретінде қарастырылады және әсіресе төмен және орташа биіктіктегі шығарындылар көздері үшін маңызды [9]. Шығарындылар көздері неғұрлым тығыз орналасқан №2 Кәсіпорын үшін №1 Кәсіпорынмен салыстырғанда жоғары концентрациялардың анағұрлым ауқымды аймақтарының қалыптасуы байқалды.
Шығарындылар көздерінің параметрлері де ластаушы заттардың таралу сипатына айтарлықтай әсер ететіні анықталды. Қазіргі заманғы атмосфералық дисперсия модельдерінде шығарындылар көзінің биіктігі, диаметрі, шығу жылдамдығы мен температурасы, сондай-ақ қоршаған ортаның метеорологиялық параметрлері есептік концентрацияларды анықтайтын негізгі бастапқы деректердің қатарына жатады [10]. Алау қондырғылары мен түтін мұржаларын қоса алғанда, биік ұйымдастырылған көздер ластаушы заттардың атмосфераның жоғарғы қабаттарына көтерілуін қамтамасыз етіп, көздер маңындағы концентрациялардың төмендеуіне ықпал етеді. Ал ұйымдастырылмаған және төмен көздер атмосфераның жерүсті қабатына және өндірістік объектілердің жұмыс аймақтарына неғұрлым күшті әсер етеді. Жүргізілген талдау таралуды модельдеу кезінде ең жоғары анықталмағандықты дәл ұйымдастырылмаған көздер қалыптастыратынын көрсетті, өйткені олардың параметрлері жоғары өзгергіштікпен және бастапқы деректердің шектеулілігімен сипатталады.
Ластаушы заттардың таралу есептеулерін верификациялау ЭРА бағдарламалық кешенін пайдалану арқылы математикалық модельдеу нәтижелерін №1 және №2 Кәсіпорындардың рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобалары құрамында әзірленген таралу карталарымен салыстыру жолымен орындалды.
Салыстырмалы талдау ластаушы заттардың кеңістікте таралуының негізгі сипаттамалары бойынша жүргізілді, оның ішінде максималды концентрациялар аймақтарының орналасуы, изосызықтардың пішіні, 1 шекті рұқсат етілген концентрация деңгейінен асатын аймақтардың шекаралары, таралу өрістерінің жалпы конфигурациясы, сондай-ақ есептеулердің метеорологиялық жағдайлардың өзгеруіне сезімталдығы қарастырылды (1,2-суреттер).
Сурет 1. №1 кәсіпорын бойынша ластаушы заттардың таралу карталары және концентрациялар изосызықтары
Figure 1. Air Pollutant Dispersion Maps and Concentration Isolines for Enterprise No. 1
Сурет 2. №2 кәсіпорын бойынша ластаушы заттардың таралу карталары және концентрациялар изосызықтары
Figure 2. Air Pollutant Dispersion Maps and Concentration Isolines for Enterprise No. 2
№1 және №2 Кәсіпорындары бойынша жүргізілген талдау нәтижелері есептік және жобалық концентрация өрістерінің жалпы алғанда қанағаттанарлық сәйкестігін көрсетті. Елеулі жүйелік айырмашылықтар анықталған жоқ; байқалған жергілікті ауытқулар нүктелік сипатқа ие және ластаушы заттардың кеңістікте таралуының жалпы көрінісіне айтарлықтай әсер етпейді (сурет 3, кесте 2). Аталған айырмашылықтар негізінен модельдеу кезінде пайдаланылған бастапқы метеорологиялық деректердің вариацияларымен, сондай-ақ кәсіпорындар бойынша бастапқы ақпаратты өзектендіру барысында шығарындылар көздерінің сипаттамалары мен жұмыс режимдерін нақтылаумен түсіндіріледі.
Сурет 3. Ластаушы заттардың таралу карталары және №1 және №2 кәсіпорындар бойынша концентрациялар изосызықтары
Figure 3. Air Pollutant Dispersion Maps and Concentration Isolines for Enterprise No. 1 and No. 2
Кесте 2. №2 және №3 өнеркәсіптік алаңдардағы ластаушы заттардың концентрацияларын салыстырмалы талдау
Table 2. Comparative Analysis of Pollutant Concentrations Based on Dispersion Modeling Results for Industrial Sites No. 2 and No. 3
ЛЗ коды Pollutant Code | ЛЗ атауы Name of Pollutant | Қауіптілік классы Hazard Class | №2 өнеркәсіп-тік алаң Cm (ШРК үлесі) Industrial Site No. 2 Cm (fractions of MPC) | №3 өнеркәсіптік алаң Cm (ШРК үлесі) Industrial Site No. 3 Cm (fractions of MPC) | Салыстырмалы сипаттама Comparative Characteristics | Экологиялық маңыздылығы Environmental Significance |
0301 | Азот диоксиді (NO₂) Nitrogen dioxide (NO₂) | 2 | 8352 | >10000 | №3 өнеркәсіптік алаңда айтарлықтай жоғары Significantly higher at Industrial Site No. 3 | Әсер ету аймақтарын қалыптастыратын негізгі ластаушы зат Key pollutant, forms the maximum impact zones |
0304 | Азот оксид (NO) Nitric oxide (NO) | 3 | 679 | 916 | №3 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 3 | Фотохимиялық процестерге әсер етеді Affects photochemical processes |
0330 | Күкірт диоксиді (SO₂) Sulfur dioxide (SO₂) | 3 | 523 | 701 | №3 өнеркәсіптік алаңда орташа өсім байқалады Moderate increase at Industrial Site No. 3 | Қышқыл жауын-шашын мен тыныс алу жолдарының тітіркенуіне ықпал етеді Contributes to acid deposition and respiratory tract irritation |
0333 | Күкіртсутек (H₂S) Hydrogen sulfide (H₂S) | 2 | 637 | 545 | №2 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 2 | Жоғары уыттылық, жұмыс аймақтары үшін аса маңызды High toxicity, critical for working areas |
0328 | Күйе (C) Soot (C) | 3 | 2171 | 3040 | №3 өнеркәсіптік алаңда едәуір жоғары Significantly higher at Industrial Site No. 3 | Отынның толық жанбауының индикаторы Indicator of incomplete fuel combustion |
1325 | Формальдегид Formaldehyde | 2 | 521 | 719 | №3 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 3 | Канцерогендік әсер, екінші реттік түзілу Carcinogenic effect, secondary formation |
0415 | КС С₁–С₅ Hydrocarbons С₁–С₅ | - | 236 | 119 | №2 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 2 | Жоғары ұшқыштық, фотохимиялық процестерге ықпал етеді High volatility, contributes to photochemical processes |
0416 | КС С₆–С₁₀ Hydrocarbons С₆–С₁₀ | - | 119 | 62 | №2 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 2 | Органикалық ластануды қалыптастырады Forms organic pollution |
0602 | Бензол Benzene | 2 | 90 | 81 | Салыстырмалы көрсеткіштер Comparable values | Канцероген, басым бақылауды талап етеді Carcinogen, priority for control |
0616 | Ксилолдар Xylenes | 3 | 128 | 40 | №2 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 2 | Ұзақ мерзімді әсер кезінде уытты әсер етеді Toxic effects under chronic exposure |
0703 | Бенз(а)пирен Benzo[a]pyrene | 1 | 779 | 1046 | №3 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 3 | Ең қауіпті канцерогендердің бірі The most hazardous carcinogen |
1052 | Метанол Methanol | 3 | 126 | 83 | №2 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 2 | Уыттылық Toxicity upon inhalation |
2754 | Алкандар С₁₂–С₁₉ Alkanes С₁₂–С₁₉ | 4 | 651 | 883 | №3 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 3 | Ұзақ мерзімді ластануды қалыптастырады Contributes to long-term pollution |
2902 | Қалқымалы бөлшектер Suspended particulate matter | 3 | 9 | 25 | №3 өнеркәсіптік алаңда жоғары Higher at Industrial Site No. 3 | Тыныс алу жүйесіне әсер Impact on the respiratory system |
Қорытынды
Жүргізілген талдау ластаушы заттардың таралуын модельдеу мұнай-газ өндіру кәсіпорындарының атмосфералық ауаға әсерін сандық тұрғыдан бағалаудың ең тиімді құралдарының бірі болып табылатынын көрсетті. Аталған тәсіл жерүсті концентрацияларының қалыптасу процестерін егжей-тегжейлі сипаттауға және ластанудың кеңістікте таралуының негізгі заңдылықтарын анықтауға мүмкіндік береді. Ластану деңгейіне ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған шығарындылар көздері, қолайсыз метеорологиялық жағдайлар, сондай-ақ өндірістік алаңдардың технологиялық құрылысының жоғары тығыздығы шешуші әсер ететіні анықталды.
Рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобалары аясында орындалған есептеулер нәтижелерін ЭРА БК-дегі модельдеу нәтижелерімен салыстыру алынған деректердің қанағаттанарлық сәйкестігін көрсетті. Бұл қолданылған есептеу әдістемелерінің дұрыстығын және олардың мұнай-газ өндіру объектілері жағдайында жеткілікті деңгейде қолдануға жарамды екенін дәлелдейді. Нәтижелер арасындағы болмашы айырмашылықтар бастапқы метеорологиялық параметрлердің өзгергіштігімен және бастапқы деректерді өзектендіру кезінде шығарындылар көздерінің сипаттамаларын нақтылаумен түсіндіріледі.
Алынған нәтижелер ластаушы заттардың таралуын математикалық модельдеуді экологиялық нормалау және табиғатты қорғау қызметін басқару міндеттерінде қолданудың практикалық маңыздылығын растайды. Зерттеу нәтижелері экологиялық жүктемені төмендету жөніндегі іс-шараларды әзірлеу, санитариялық-қорғау аймақтарын негіздеу және мұнай-газ кешені объектілеріндегі экологиялық есептеулердің сенімділігін арттыру кезінде пайдаланылуы мүмкін.
ҚОСЫМША АҚПАРАТ
Қаржыландыру көзі. Авторлар осы зерттеуді жүргізу барысында сыртқы қаржыландыру көздері болмағанын мәлімдейді.
Мүдделер қақтығысы. Авторлар осы зерттеуді жүргізуге және мақаланы жариялауға байланысты нақты немесе ықтимал мүдделер қақтығысының жоқ екенін мәлімдейді.
Авторлардың үлесі. Барлық авторлар зерттеу тұжырымдамасын әзірлеуге, деректерді талдауға, қолжазбаны дайындауға және редакциялауға елеулі үлес қосты, жарияланар алдында мақаланың соңғы нұсқасымен танысып, оны мақұлдады. Авторлардың негізгі үлесі келесідей бөлінді: Салимгереев М.Ж. – зерттеу тұжырымдамасын әзірлеу, ластаушы заттардың таралуын модельдеу нәтижелерін талдау, қолжазбаның негізгі бөлімдерін дайындау және қорытындыларды тұжырымдау; Идрисова Э.К. – шығарындылар көздері бойынша бастапқы деректерді жинау, жүйелеу және өңдеу, нәтижелерді талдауға және графикалық материалдарды дайындауға қатысу; Басенова М.Б. – атмосфералық ауаны қорғау саласындағы нормативтік-құқықтық базаны талдау, әдеби шолуды дайындау және мақаланы басылым талаптарына сәйкес рәсімдеу.
ADDITIONAL INFORMATION
Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.
Competing interests. The authors declare that they have no competing interests related to this study and its publication.
Authors’ contribution. All authors made substantial contributions to the conception and design of the study, data analysis and interpretation, manuscript preparation and revision, approved the final version of the manuscript, and agreed to be accountable for all aspects of the work. The greatest contribution is distributed as follows: Malik Zh. Salimgereyev – conceptualization of the study, analysis of the pollutant dispersion modeling results, preparation of the main sections of the manuscript, and formulation of conclusions; Elmira K. Idrissova – collection, systematization, and processing of initial data on emission sources, analysis of results, and preparation of graphical materials; Marzhan B. Bassenova – analysis of the regulatory framework for ambient air protection, preparation of the literature review, and manuscript formatting according to the journal requirements.
1 Қазақстан Республикасының Экологиялық кодексі (2021 жылғы 2 қаңтардағы №400-VI ҚРЗ).
2 Қазақстан Республикасы Экология, геология және табиғи ресурстар министрінің «Қоршаған ортаға эмиссиялар нормативтерін айқындау әдістемесін бекіту туралы» №63 бұйрығы.
3 «Адамның тіршілік ету ортасы мен денсаулығына әсер ететін объектілердің санитариялық-қорғау аймақтарына қойылатын санитариялық-эпидемиологиялық талаптар» санитариялық қағидаларын бекіту туралы: Қазақстан Республикасы Денсаулық сақтау министрінің 2022 жылғы 11 қаңтардағы № ҚР ДСМ-2 бұйрығы.
4 Қазақстан Республикасы Денсаулық сақтау министрінің 2022 жылғы 2 тамыздағы № ҚР ДСМ-70 бұйрығы. «Қалалық және ауылдық елді мекендердегі, өнеркәсіптік ұйымдар аумақтарындағы атмосфералық ауаның гигиеналық нормативтерін бекіту туралы» Астана, 2022.
5 №1 Кәсіпорынның РШН жобалары деректері бойынша ластаушы заттардың таралуын верификациялау және модельдеу жөніндегі есеп. «ҚМГ Инжиниринг» ЖШС, 2025.
6 №2 Кәсіпорынның РШН жобалары деректері бойынша ластаушы заттардың таралуын верификациялау және модельдеу жөніндегі есеп. «ҚМГ Инжиниринг» ЖШС, 2026.
7 №1 Кәсіпорынның рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобасы. 2024.
8 №2 Кәсіпорынның рұқсат етілетін шығарындылар нормативтері жобасы. 2024.
Авторлар туралы
М. Ж. Сәлімгереев
ҚМГ Инжиниринг
Email: m.salimgereev@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0003-0238-9574
Қазақстан, Астана қаласы
Э. К. Идрисова
ҚМГ Инжиниринг
Email: e.idrissova@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0000-2420-2350
Қазақстан, Астана қаласы
М. Б. Басенова
ҚМГ Инжиниринг
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: m.bassenova@kmge.kz
ORCID iD: 0009-0004-7974-3313
Қазақстан, Астана қаласы
Әдебиет тізімі
- ОНД-86. Кәсіпорындар шығарындыларындағы зиянды заттардың атмосфералық ауадағы концентрацияларын есептеу әдістемесі. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1987.
- U.S. Environmental Protection Agency. Guideline on Air Quality Models (Appendix W to 40 CFR Part 51). Washington, DC : U.S. EPA, 2024.
- Садыхов А.Б., Гасанов Р.Э. Өндірістік алаңдарда ластаушы заттардың таралуын есептеу алгоритмі // Әзербайжан ҰҒА хабарлары. 2004. №2. 200–204 б. (Орыс.)
- Рывкин Д.Б. Мұнай-газ кешені кәсіпорындарының экологиялық қауіпсіздігін модельдеу және басқару міндеттері: ғылыми дәреже алуға арналған диссертация. Мәскеу, 2010. Кіру режимі: https://www.dissercat.com/content/zadachi-modelirovaniya-i-upravleniya-ekologicheskoi-bezopasnostyu-predpriyatii-neftegazovogo. Жүгінген күні: 12.05.2026.
- Lauvaux T., Giron C., Mazzolini M., et al. Global Assessment of Oil and Gas Methane Ultra-Emitters // Science. 2021. Vol. 375. No. 6580. P. 557–561. doi: 10.1126/science.abj4351.
- Pasquill F., Smith F.B. Atmospheric Diffusion: The Dispersion of Windborne Material from Industrial and Other Sources. 2nd ed. Chichester : Ellis Horwood, 1974. 429 p.
- Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. 3rd ed. Hoboken : John Wiley & Sons, 2016. 1152 p.
- Turner D.B. Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates: An Introduction to Dispersion Modeling. U.S. Department of Health, Education, and Welfare, National Center for Air Pollution Control, 1967. 84 p.
- Schulman L.L., Strimaitis D.G., Scire J.S. Development and Evaluation of the PRIME Plume Rise and Building Downwash Model. Journal of the Air & Waste Management Asssociation (In Press).
- De Visscher A. Air Dispersion Modeling: Foundations and Applications. Hoboken : John Wiley & Sons, 2014. 664 p.
Қосымша файлдар
