Сбалансированность естественного круговорота газовых компонентов в биосфере. Анализ проб атмосферного воздуха. Расчёт предельно-допустимых выбросов. Промышленные отходы дыма, сажи и пыли, их влияние на воздух. Оценка размеров санитарно-защитных зон.
Увеличение содержания в атмосфере молекулярного и связанного азота происходит в основном за счет ежегодного поступления в воздушную среду окислов азота, образуемых при сжигании минерального топлива в тепловых двигателях, а также молекулярного азота в процессе денитрификации химических удобрений в почвах. В результате естественных природных процессов в атмосферу поступает в течение года около 70 млрд. тонн CO2 ; при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива дополнительно образуется еще около 15 млрд. тонн CO2, вследствие чего его содержание в атмосфере довольно интенсивно возрастает. Установлено, что за 100 лет с 1860 по 1960 гг. содержание CO2 в атмосферном воздухе возросло с 0,027 до 0,032%;за 10 последующих лет концентрация CO2 увеличилась примерно до 0,033% и сейчас превышает 0,034%, возрастая на 2-4 десятитысячных в год. При оценке результатов анализа проб атмосферного воздуха необходимо сравнить приведенные в задачах результаты анализов по содержанию каждого химического вещества с их ПДК в атмосферном воздухе. Для расчета максимально-допустимой концентрации вредного химического вещества в выбросах в устье источника используется формула: где: СМ.m - максимально-допустимая концентрация вредного химического вещества в выбросах в устье источника, г/м3;Повышение концентрации CO2 в атмосфере может, по мнению многих ученых, вызвать глобальное изменение климата Земли в связи с так называемым «парниковым эффектом» воздушной оболочки планеты. Расчетным путем было установлено, что повышение содержания CO2 в атмосфере уже в настоящее время должно повысить среднюю глобальную температуру воздуха у поверхности Земли на 0,3-0,40C. Необходимо отметить, что изменение климата не ограничивается изменениями температуры воздуха, а сопровождается значительными переменами режимов атмосферных осадков, что имеет практическое значение уже сейчас. В процессах выбросов и испарений ежегодно в атмосферу поступает около 0,8 млн. тонн фреонов; установлено, что в течение года их содержание в воздушной среде увеличивается почти на 10%. Отметим еще одно последствие увеличивающейся запыленности атмосферного воздуха - за последние десятилетия установлено увеличение интенсивности таяния горных вечных снегов и ледников, причиной которого служит оседающая на них пыль, снижающая способность отражать солнечную радиацию.
Введение
Атмосферный воздух - один из важных компонентов среды, которая окружает человека. Он - необходимый природный ресурс как непосредственно для живой среды, так и для хозяйственной деятельности человека.
Колоссальная масса воздушной оболочки Земли и сбалансированность естественного круговорота в биосфере ее газовых компонентов создают иллюзию неисчерпаемости ресурсов атмосферного воздуха. Однако, если характеристику неисчерпаемости воздушных ресурсов оценивать с учетом необходимости сохранения природного качества атмосферы, эта иллюзия исчезает.
Уже начиная с XIX столетия по мере развития промышленности, а затем энергетики и транспорта газовое равновесие в атмосфере начинает нарушаться. Эти нарушения выражаются в первую очередь в неуклонном увеличении содержания CO2 и снижении содержания кислорода.
Увеличение содержания в атмосфере молекулярного и связанного азота происходит в основном за счет ежегодного поступления в воздушную среду окислов азота, образуемых при сжигании минерального топлива в тепловых двигателях, а также молекулярного азота в процессе денитрификации химических удобрений в почвах. В промышленно-развитых странах ежегодно выбрасывается в атмосферу около 50 млн. тонн оксидов азота.
Изменения содержания основных компонентов воздушной среды - азота, кислорода и диоксида углерода - пока незначительно, но тем не менее наблюдаются повсеместно, что свидетельствует о нарушении природного динамического газового равновесия в атмосфере планеты.
Помимо газового загрязнения наблюдается неуклонное «запыление» воздушной среды - обогащение ее аэрозолем. Естественная концентрация аэрозоля в воздушной среде ранее была относительно стабильна, т.к. уравновешивалась в процессе самоочищения атмосферы (при осаждении, вымывании, химических преобразованиях и пр.). Однако за последние 30 лет запыленность атмосферы возросла в десятки раз за счет дисперсных загрязнителей антропогенного происхождения. Основными источниками загрязнения атмосферы аэрозолем являются газопылевые выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы транспортных машин, в т.ч. воздушный транспорт.
В состав аэрозоля входят соединения азота, сульфаты, различные химические элементы, среди которых выделяют свинец, цинк, мышьяк, ртуть, фтор, медь, молибден, марганец, в значительных количествах содержатся золи и различного состава минеральная пыль.
Масштабы локальных загрязнений атмосферы газообразными продуктами и аэрозолем зависят от массы поступающих в воздушную среду загрязнителей, их физических и химических свойств, режимов выбросов, а также метеорологических условий и топографии местности.
В результате естественных природных процессов в атмосферу поступает в течение года около 70 млрд. тонн CO2 ; при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива дополнительно образуется еще около 15 млрд. тонн CO2, вследствие чего его содержание в атмосфере довольно интенсивно возрастает. Установлено, что за 100 лет с 1860 по 1960 гг. содержание CO2 в атмосферном воздухе возросло с 0,027 до 0,032%;за 10 последующих лет концентрация CO2 увеличилась примерно до 0,033% и сейчас превышает 0,034%, возрастая на 2-4 десятитысячных в год. В XXI в. можно ожидать увеличения на 80% поступления CO2 в атмосферу, поэтому отметим, что для дальнейшего сохранения биологических свойств атмосферы в ближайшем будущем необходимо обеспечить многократное увеличение растительного покрова планеты для повышения интенсификации процессов фотосинтеза (при котором под действием солнечной радиации атмосферный диоксид углерода перерабатывается в органическое вещество).
Таким образом, вопросам охраны атмосферного воздуха необходимо уделять повседневное серьезное внимание.
Цель практического занятия
Ознакомление с методикой оценки загрязнения атмосферного воздуха, с методикой расчета предельно-допустимых выбросов, расчета максимально-допустимой концентрации вредных веществ в устье источников образования и минимальной высоты труб и методикой оценки размеров санитарно-защитных зон.
1. Методические указания по решению задач
1.1 Анализ проб атмосферного воздуха
При оценке результатов анализа проб атмосферного воздуха необходимо сравнить приведенные в задачах результаты анализов по содержанию каждого химического вещества с их ПДК в атмосферном воздухе. Известно, что для ПДК вредных химических веществ в атмосферном воздухе установлены два норматива: максимально-разовая концентрация (ПДК м.р.) и среднесуточная концентрация (ПДК с.с.).
Величина ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл.2. При совместном присутствии в атмосферном воздухе веществ, обладающих совокупным (односторонним) действием, сумма отношений их концентрации к ПДК не должна превышать единицу.
где: С1 ... Cn - фактические концентрации веществ в атмосферном воздухе, мг/м3 ;
ПДК1 ... ПДКN - предельно-допустимые концентрации этих веществ в атмосфере, мг/м3.
Эффект совокупного (однонаправленного) действия создают: окись углерода и двуокись азота; сернистый ангидрид и сероводород; сернистый ангидрид и двуокись азота; сернистый ангидрид и окись углерода.
1.2 Расчет предельно-допустимых выбросов
Расчет ПДВ высоких одиночных источников загрязнения атмосферы при выбросе нагретых газов производится по формуле:
где: кр - коэффициент метеорологического разбавления примеси в атмосфере, м3/С;
qi - ПДК вредного химического вещества в атмосферном воздухе населенных мест;
H - геометрическая высота трубы;
A - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания при развитом турбулентном обмене в атмосферном воздухе. Для нашего района принимается A =0,16;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества в атмосферном воздухе. Для газообразных вредных химических веществ, мелкодисперсных аэрозолей F=1. Для крупнодисперсной пыли при эффективности очистки не менее 90% - F=2, от 90% - F=2,5, менее 75% - F=3;
m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса. Обычно m близко к 1, но может меняться от 0,8 до 1,5; n изменяется от 1 до 3. Для приближенных расчетов m и n можно принять равными 1;
p/p0 - вытянутость розы ветров. p/p0=0,125 при восьмиромбовой розе ветров. Для разовых и среднеразовых значений ПДК следует принимать p/p0=2;
- коэффициент временного осреднения. Для разовых и среднесуточных ПДК следует принимать *(p/p0)=0,5;
Сф - фоновая концентрация вредного химического вещества в атмосферном воздухе;
Vi - объем выходящей в атмосферный воздух газовоздушной смеси;
- определяется по формуле
, где ТГ - температура выбрасываемой в атмосферный воздух газовоздушной смеси;
ТВ - средняя дневная температура окружающего наружного воздуха наиболее жаркого месяца года.
Точный расчет значения m можно выполнить по формуле:
W0 - скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.
Точное значение n можно определить, исходя из следующих условий: n=3 при ;
при 0,3< ;
n=1 при Vm>2 где
Расчет ПДВ высоких одиночных источников загрязнения атмосферного воздуха при выбросе холодных газов производится по формуле:
где: Кр.м - минимальный коэффициент разбавления примеси в атмосфере;
D - диаметр устья трубы, м.
1.3 Расчет максимально-допустимой концентрации вредного химического вещества в выбросах в устье источника
Для расчета максимально-допустимой концентрации вредного химического вещества в выбросах в устье источника используется формула:
где: СМ.m - максимально-допустимая концентрация вредного химического вещества в выбросах в устье источника, г/м3;
ПДВ - предельно-допустимый выброс, г/с;
Vi - средний секундный расход объема газовоздушной смеси из устья трубы, м3/с.
1.4 Расчет минимальной высоты трубы для рассеивания в атмосферном воздухе промышленных выбросов
Для определения высоты трубы при нагретых выбросах используется формула:
Расшифровку индексов см. в разделе 2.2.
Для определения высоты трубы при холодных выбросах используется формула:
где Dn - диаметр трубы (устья), м;
Расшифровку остальных индексов см. также в разделе 2.2.
1.5 Оценка размеров санитарно-защитных зон
При оценке достаточности указанных в задачах размеров санитарно-защитных зон для конкретных предприятий необходимо определить класс этих предприятий по санитарной классификации, приведенной о CH-245-71.
2. Контрольные вопросы
1.Дать понятие глобального и локального, естественного и антропогенного загрязнений атмосферы.
2.Дать определение ПДК.
3.Принцип нормирования ПДК.
4.Дать понятие совокупного (однонаправленного) действия вредных веществ.
5.Дать понятие ПДВ.
6.Какаие выбросные трубы относятся к высоким?
7.Какие выбросные трубы относятся к низким?
8.Дать понятие санитарно-защитной зоны.
3. Варианты задач
3.1 Анализ проб атмосферного воздуха
Оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха при следующих условиях.
Задача 1. В пределах жилой застройки города отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализа следующие: Сернистый ангидрид - 1,00 мг/м3
Сажа - 0,30 мг/м3
Пыль - 0,80 мг/м3
Окислы азота - 0,70 мг/м3
Окись углерода - 12,0 мг/м3
Сероводород - 0,008 мг/м3
Задача 2. В пределах жилой застройки города отобрана среднесуточная проба атмосферного воздуха. Результаты анализов пробы следующие: Сернистый ангидрид - 0,20 мг/м3
Сажа - 0,04 мг/м3
Пыль - 0,12 мг/м3
Окислы азота - 0,20 мг/м3
Окись углерода - 2,00 мг/м3
Задача 3. В пределах промышленной площадки машиностроительного завода на расстоянии 15м от здравпункта отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализов пробы следующие: Хром шестивалентный - 0,01 мг/м3
Фенол - 0,1 мг/м3
Хлор - 0,5 мг/м3
Серная кислота - 0,5 мг/м3
Задача 4. В пределах санитарно-защитной зоны машиностроительного заводы отобрана среднесуточная проба атмосферного воздуха. Результаты анализа пробы следующие: Свинец - 0,001 мг/м3
Хром шестивалентный - 0,002 мг/м3
Мышьяк - 0,005 мг/м3
Задача 5. На границе санитарно-защитной зоны машиностроительного завода и жилой застройки города Б отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализа следующие: Свинец - 0,0005 мг/м3
Хром шестивалентный - 0,001 мг/м3
Задача 6. Максимально-разовые концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, определяемых в стационарной точке, расположенной на границе санитарно-защитной зоны предприятия, составляет: Сернистый ангидрид - 0,3 мг/м3
Окись углерода - 2,5 мг/м3
Двуокись азота - 0,07 мг/м3
Пыль - 0,4 мг/м3
3.2 Расчет предельно-допустимых выбросов
Рассчитать предельно-допустимые выбросы для следующих условий.
Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода. Топливно-многосернистый мазут. Преобладающий компонент в выбросе - сернистый газ.
Сф=0,2 мг/м3; H=50 м; ТГ=600С; ТВ=300С; Vi=м3/с.
Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию неподлежащих утилизации твердых промышленных отходов. Место расположения Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - фтористый водород.
Vi=20 м3/с; Сф=0; H=25 м; ТГ=900С; ТВ=300С.
Задача 3. Общеобменная вентиляция формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - пыль.
Сф=0,3 мг/м3; H=30 м; Vi=20 м3/с; D=1,0 м.
Задача 4. Вытяжная труба из бокса для окраски автомобилей. Преобладающий компонент выброса - ацетон.
Сф=0; H=25 м; Vi=3 м3/с; D=1,0 м.
3.3 Расчет максимально-допустимой концентрации вредных химических веществ в выбросах в устье источника
Рассчитать максимально-допустимую концентрацию вредного химического вещества при следующих условиях.
Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода в качестве топлива использует уголь.
ПДВ пыли = 0,6 мг/с; Vi=300 м3/с.
Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию твердых отходов.
ПДВ = 50 г/с; Vi=200 м3/с.
Задача 3. Вытяжная труба общеобменной вентиляции формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия.
ПДВ пыли = 10 г/с; Vi=20 м3/с.
Задача 4. Вытяжная труба общеобменной вентиляции ваграночного участка литейного цеха машиностроительного завода.
ПДВ пыли = 0,5 г/с; Vi=10 м3/с.
3.4 Расчет минимальной высоты трубы
Рассчитать минимальную высоту трубы для заданных условий.
Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода в качестве топлива использует мазут. Место расположения завода - Удмуртия.
Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию не подлежащих утилизации твердых промышленных отходов. Место расположения - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - фтористый водород.
Задача 3. Вытяжная труба общеобменной вентиляции формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения предприятия - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - пыль, содержащая
Q=15 г/с; Сф=0,3 мг/м3; D=2,0 м; Vi=11,5 м3/с.
Задача 4. Вытяжная труба общеобменной вентиляции ваграночного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения предприятия - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - окись меди.
Оценить достаточность принятых размеров санитарно-защитных зон при следующих условиях.
Задача 1. Литейный цех машиностроительного завода расположен на отдельной от завода территории. Мощность литейного цеха 5000 т/год цветного литья и 45000 т/год черного литья. Существующая круговая санитарно-защитная зона имеет размер 500 м.
Задача 2. В пределах санитарно-защитной зоны машиностроительного завода (1 класс - 1000 м) намечается расположить на расстоянии 50 м от жилой застройки автотранспортный цех предприятия мощностью 100 грузовых автомобилей и 50 автобусов.
Задача 3. Машиностроительное производственное объединение имеет в своем составе мотороиспытательную станцию для авиационных двигателей. Мотороиспытательная станция расположена в пределах промышленной застройки машиностроительного производственного объединения. Минимальное расстояние от мотороиспытательных стендов до жилой застройки равно 1200 м. В пределах санитарно-защитной зоны между мотороиспытательной станцией и жилой застройкой расположены складские помещения для хранения готовой продукции, железнодорожный тупик для погрузочно-разгрузочных работ с эстакадой и прирельсовой склад горюче-смазочных материалов для машиностроительного производственного объединения. Свободная от застройки и железнодорожных путей территория санитарно-защитной зоны используется под огороды.
Задача 4. Машиностроительный завод имеет в своем составе цех по производству прессованных и намоточных изделий из бумаги и тканей, пропитанных фенолоальдегидными смолами в количестве до 100 т/год. Санитарно-защитная зона от этого цеха принята шириной 50 м.
Список литературы
1.ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. -Л: Гидрометеоиздат, 1987.92с.
2.Охрана окружающей среды: Учебное пособие для студентов вузов./Под ред. С.В. Белова. -М: Высшая школа,1983. -264 с.
3.Руководство по расчету загрязнения воздуха на промышленных площадках. -М: Стройиздат, 1977. -74 с.
4.Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. CH-245-71. -М: Стройиздат, 1972. -96 с
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
