Основные промышленные источники загрязнения атмосферного воздуха. Определение и анализ выделения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от различных производств: гальванического, механической обработки материалов, аккумуляторных работ.
Цель работы: Приобрести навыки расчета масс выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от различных производств и произвести расчет плат за загрязнение окружающей среды, а так же оценить предотвращенный ущерб. Источник загрязнения атмосферы - объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентиляционная шахта, открытая стоянка автотранспорта и т.д). ПДВ - это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы производственного объекта (промплощадки, предприятия, населенного пункта, города и т. д.) с учетом перспективы развития всех предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземные концентрации, не превышающие их предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и животного мира, если нет других, более жестких экологических требований или ограничений (с осреднение в любой 20-минутный период времени). К вредным веществам, обладающим суммарным действием, относятся вещества, близкие по химическому строению и характеру влияния на организм человека, например, диоксид серы и сероводород, диоксид серы и диоксид азота, диоксид серы и фенол; диоксид серы, аммиак, оксид азота, фтористые и хлористые соединения, аэрозоли серной и азотной кислот и др. Если есть группа источников выбросов, значения ПДВ для каждого источника: где - значения выбросов от каждого источника при которых максимальная суммарная концентрация вредных веществ в атмосфере при неблагоприятных условиях не превышает значений ПДК.Благодаря данному методическому указанию к выполнению практических занятий учебной дисциплины «Источники загрязнения окружающей среды» мы научились при помощи различных способов расчетов определять массу выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, образующихся в результате производственных процессов, а также определять категорию опасности предприятия в зависимости от массы и видового состава выбросов.
Атмосферный воздух - один из главных источников жизни на Земле. Потребность человека в воздухе зависит от его состояния, условий работы и колеблется от 15 до 150 тыс. л. в сутки. Воздух используется и во многих производствах, поскольку служит окислителем в процессах горения.
Атмосфера состоит из смеси газов и всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Если в начале ХХ в. в промышленности применялись 19 химических элементов, то в середине века промышленное производство стало использовать около 50 элементов, а в 70-х годах практически все элементы таблицы Д.И. Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, в частности, аэрозолями тяжелых и редких металлов; синтетическими соединениями, не существующими и не образующимися в природе; радиоактивными, канцерогенными, бактериологическими и другими веществами.
В России основное загрязнение атмосферы создают ряд отраслей промышленности, автотранспорт и теплоэнергетика. Самые распространенные токсичные вещества, загрязняющие атмосферу: оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, пыль.
Цель работы: Приобрести навыки расчета масс выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от различных производств и произвести расчет плат за загрязнение окружающей среды, а так же оценить предотвращенный ущерб.
1. Теоретическая часть расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
Качество атмосферного воздуха - это совокупность свойств атмосферы, определяющая степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на конструкции и окружающую среду в целом.
Основа оценки качества воздуха - гигиеническое регламентирование концентраций загрязняющих атмосферу веществ. Основными показателями качества атмосферного воздуха считаются предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК) в атмосферном воздухе на высоте 2 м от поверхности земли.
Под ПДК понимают максимальную концентрацию вредных веществ в атмосфере, отнесенную к определенному времени усреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдельные последствия на окружающую среду в целом.
Загрязняющие атмосферный воздух вредные вещества по классу опасности подразделяют на: - класс 1 - чрезвычайно опасные;
- класс 2-высокоопасные;
- класс 3-умеренно опасные;
- класс 4-малоопасные.
В действующей природоохранной нормативно-технической документации в области защиты атмосферы от загрязнения приняты следующие понятия.
Источник выделения загрязняющих веществ - объект, в котором происходит образование загрязняющих веществ (3B) (установка, аппарат, устройство, емкость для хранения, двигатель, свалка отходов и др.).
Источник загрязнения атмосферы - объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентиляционная шахта, открытая стоянка автотранспорта и т.д).
Стационарный источник- источник, имеющий постоянное место в пространстве относительно заводской системы координат (труба котельной, открытые фрамуги цеха и т. п.)
Передвижной источник-источник, не занимающий постоянное место на территории предприятия (транспортные средства, передвижные компрессоры и дизель-генераторы электросварки и т.п).
Организованный источник-источник, осуществляющий выброс через специально сооруженные устройства (трубы, газоходы, вентиляционные шахты).
Неорганизованный источник - источник загрязнения, осуществляющегося в виде направленных потоков газа, как результат, например, нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неэффективной работы систем по отсосу газов (пыли) в местах загрузки (выгрузки) или хранения продукта (топлива), а также пылящие отвалы, открытые емкости, стоянки, площадки малярных работ и т. п.
Точечный источник- источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения, близкими друг к другу (трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения и т. п).
Линейный источник- источник в виде канала (щели) для прохода за грязненного газа с поперечным сечением, имеющим значительная протяженность (длину) в несколько раз большую, чем ширина (высота), например, ряд открытых, близко расположенных в одну линию оконных фрамуг, либо аэрационные фонари и т. п.
Плоскостной источник-источник, имеющий значительные геометрические размеры площадки, по которой относительно равномерно происходит выделение загрязнений, и, в том числе, как результат рассредоточенная на площадке большого числа источников (бассейн, открытая стоянка автотранспорта и т. п).
ПДВ - это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы производственного объекта (промплощадки, предприятия, населенного пункта, города и т. д.) с учетом перспективы развития всех предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземные концентрации, не превышающие их предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и животного мира, если нет других, более жестких экологических требований или ограничений (с осреднение в любой 20-минутный период времени).
Нормативы ПДВ являются основой для проведения экологической экспертизы и планирования мероприятий по снижению загрязнения атмосферы.
Выбросы характеризуются количеством загрязняющих веществ, их химическим составом, концентрацией, агрегатным состоянием.
Расчет загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий проводят в соответствии с «Методикой расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)» или «Сборником методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами».
Источники выброса вредных веществ в зависимости от высоты устья трубы над уровнем земной поверхности Н подразделяют на четыре класса: - высокие источники, Н> 50м;
- средней высоты, Н= 10-15м;
- низкие, Н= 2-10м;
- наземные.
При одновременном содержании в воздухе нескольких веществ однонаправленного действия должно выполнятся условие:
Где - концентрация загрязняющего вещества;
ПДК- предельно допустимая концентрация.
К вредным веществам, обладающим суммарным действием, относятся вещества, близкие по химическому строению и характеру влияния на организм человека, например, диоксид серы и сероводород, диоксид серы и диоксид азота, диоксид серы и фенол; диоксид серы, аммиак, оксид азота, фтористые и хлористые соединения, аэрозоли серной и азотной кислот и др.
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем:
где A, F- коэффициенты, зависящие от температурной стратификации атмосферы и скорости вредных веществ;
М- масса вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени;
- коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса и рельефа местности;
- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси ( ) и температурой атмосферы ( ) ( );
- расход газовоздушной смеси:
где D- диаметр устья источника выброса, м;
- средняя скорость истечения газовоздушной смеси из устья источника, м/с.
Значение ПДВ для одиночного источника с круглым устьем при фоновой концентрации меньше ПДК:
При этом концентрация вредных веществ около устья источника не должна превышать .
Если есть группа источников выбросов, значения ПДВ для каждого источника:
где - значения выбросов от каждого источника при которых максимальная суммарная концентрация вредных веществ в атмосфере при неблагоприятных условиях не превышает значений ПДК.
Значение ПДВ для источников предприятия определяется сложением их единичных значений
Если значения ПДВ не могут быть достигнуты, то по согласованию с местными органами охраны природы и санитарного надзора предусматривается поэтапное, с указанием длительности каждого этапа, снижение выбросов вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. На каждом этапе устанавливается временно согласованные выбросы (ВСВ). При установлении ВСВ пользуются теми же приемами расчета, что и для ПДВ.
2. Расчет выделения загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от различных производств
2.1 Механическая обработка материалов
Исходные данные Механическая обработка металлов
Обдирочно-шлифовальные
Диаметр абразивного круга 100
Общее количество станков 120
Из них работающих с СОЖ 50
Мощность, N КВТ 3,0
Максимальное число станков работающих одновременно, шт. 60
Время обработки металла: дней за год 210
Часов в день 6
J, в долях единицы 40
Характерной особенностью процессов механической обработки материалов является выделение твердых частиц (пыли), а при обработке материалов с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) - дополнительно выделение аэрозоля СОЖ.
В качестве СОЖ рекомендуется нефтяные минеральные масла и различные эмульсии, которые уменьшают выделение пыли на 89-90%.
Применение СОЖ сопровождается образованием тонкодисперсного масляного аэрозоля и продуктов термического разложения.
Количество выделяющего аэрозоля зависит от многих факторов: формы и размеров изделия, режимов резания, расхода и способов подачи СОЖ. Экспериментально установлена зависимость количества выделений масляного аэрозоля от энергетических затрат на резание металла. Удельные показатели выделений в этом случае определяется как масса загрязняющего вещества, выделяемая на единицу мощности оборудования (на 1КВТ мощности привода станка).
При обработке металлов и сплавов наилучшем вариантом, которым используется для дальнейших расчетов и установления нормативов загрязнения атмосферы, считается тот, когда химический состав пыли идентифицируется как оксиды соответствующих металлов.
При работе заточных и шлифовальных станков наряду с пылью металлической, имеющий состав обрабатываемого материала или, в худшем случае, оксидов обрабатываемого материала, а также выделяется пыль абразивная, по составу аналогичная материалу шлифовального круга.
Количество загрязняющих веществ т/год, выделяющихся при механической обработке металлов без применения СОЖ определяется по формуле:
где k- удельные выделения пыли техническим оборудованием, в зависимости от абразивного круга, г/с
Т- фактический фонд времени работы оборудования, ч/год.
Валовый выброс пыли, т/год при наличии газоочистки вычисляется по формуле:
где j- степень очистки воздуха пылеулавливающим оборудованием (в долях единицы).
Валовой выброс загрязняющих веществ т/год, при обработке металлов в случае применения СОЖ и газоочистки рассчитывается по формуле:
где k- удельные показатели выделения масла и эмульсола, г/с;
N- мощность установленного оборудования, КВТ.
Так как показатель k определяется как масса загрязняющего вещества, выделяемая на единицу мощности оборудования (на 1КВТ мощности привода станка), в нашем случае масса загрязняющего вещества = 3-10%, следовательно :
2.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта
Исходные данные
Тип автомобиля Л
Тип двигателя Б
Объем двигателя, л свыше 1,2 до 1,8
Рабочие дни в году 251
Кол. авто. на территории 6
Основная причина загрязнения воздуха разнообразными двигателями, использующими в качестве топлива продукты нефтепереработки, заключается в неполном сгорании топлива. Камера сгорания двигателя- своеобразный химический реактор, синтезирующий ЗВ, выделяющиеся с выхлопными газами в атмосферу.
Выбросы загрязняющего вещества одним автомобилем в день при выезде со стоянки г, рассчитываются по формулам:
где - удельный выброс загрязняющего вещества при прогреве двигателя, г/мин;
- удельный выброс загрязняющего вещества при работе двигателя автомобиля на холостом ходу, г/мин;
- время прогрева двигателя, мин;
, - пробег автомобиля по территории стоянки, км (принимаем ;
- время работы двигателя на холостом ходу, мин.
Валовой выброс загрязняющих веществ т/год, определяется по формуле: , Максимально разовый выброс загрязняющих веществ г/с, вычисляется по формуле:
где - количество рабочих дней в году;
- количество автомобилей на территории или в помещении стоянки за расчетный период.
Общее годовое валовое выделение загрязняющих веществ по периодам года- в холодный (Х), промежуточный (П) и теплый (Т) периоды определяется суммированием, по формуле:
2.3 Гальваническое производство
Исходные данные
Время обработки, ч 6
Площадь зеркала ванны, м2 0,1
При гальванической обработке деталей выделяются аэрозоли серной и соляной кислот, едких щелочей, азота оксиды, пары аэрозолей и соляной кислот, цианистый водород, фтористый водород, хромовый ангидрид, аэрозоли растворов и др.
Для расчета количества загрязняющих веществ, выделяющихся при гальванической обработке, принят удельный показатель q, отнесенный к площади поверхности гальванической ванны.
В этом случае количество загрязняющего вещества т/год, отходящего от единицы технологического оборудования, определяется по формуле:
где q - удельное количество вещества, выделяющегося с единицы поверхности гальванической ванны при номинальной нагрузке, (г/ ;
Т - время (ч); F - площадь зеркала ванны ( );
- коэффициент укрытия ванны; при наличии в составе раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ) = 0,5, при отсутствии ПАВ
- коэффициент загрузки ванны, примем 1. т/год
Количество паров органических растворителей, выделяющихся при процессах обезжиривания изделий т/год, определяется по формуле:
где - коэффициент, зависящий от площади испарения. т/год
Количество загрязняющего вещества т/год, выбрасываемого в атмосферный воздух, определяется по формуле:
где - эффективность удаления вещества (%);
- коэффициент, зависящий от агрегатного состояния вещества.
Для газов и паров 1, для аэрозолей принимается 0,5. т/год
Вывод
Благодаря данному методическому указанию к выполнению практических занятий учебной дисциплины «Источники загрязнения окружающей среды» мы научились при помощи различных способов расчетов определять массу выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, образующихся в результате производственных процессов, а также определять категорию опасности предприятия в зависимости от массы и видового состава выбросов.
