Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оценка воздействия на окружающую среду. Практикум
.pdf
зорбтивным действием понимают возможность развития обще-
iсс
k
iср
ПДК
q
i
.
.
токсических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и
других эффектов, возникновение которых зависит не только от
концентрации вещества в воздухе, но и длительности его вдыхания. С целью предупреждения развития резорбтивного действия устанавливается среднесуточная ПДК.
ПДКСС – предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3.
Эта концентрация не должна оказывать на человека прямого или
косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом
(годы) вдыхании.
ПДКМР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест,
мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20–30 мин не
должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.
ПДКРЗ – в рабочей зоне находятся люди работоспособного
возраста, прошедшие медицинское обследование, что позволяет
им без вреда для собственного здоровья переносить более высокие концентрации загрязняющих веществ.
Установленные в России ПДК для кратковременных и длительных воздействий для большинства загрязняющих веществ
за исключением бензола строже стандартов качества воздуха,
рекомендованных ВОЗ и установленных директивами стран ЕС.
Класс опасности – показатель, характеризующий степень
опасности для человека веществ, загрязняющих атмосферный
воздух. Вещества делятся на следующие классы опасности:
1 класс – чрезвычайно опасные; 2 класс – высоко опасные;
3 класс – умеренно опасные; 4 класс – мало опасные.
Оценка степени суммарного загрязнения атмосферы несколькими веществами часто проводится по индексу загрязнения атмосферы I (ИЗА).
Расчет нормированного содержания для одного вещества
проводится по формуле (в соответствии с РД 52.04.186-89 Руководство по контролю загрязнения атмосферы):
Ι
=
i
61
(1)
где q
ki
Значение k
i
0,85
1,0
1,3
1,5
Класс опасности
4 3 2
1
51.i
CCi
k
iср
ПДК
q
i
Уровень загрязнения атмосферного воздуха
Значения ИЗА
Низкий
меньше или равен 5
Повышенный
5-7
Высокий
7-14
Очень высокий
больше или равен 14
в пункте наблюдения, мг/м3; ПДК
– среднее содержание i-го вещества в атмосферном воздухе
ср.i
предельно допустимая сред-
ссi –
несуточная концентрация i- го вещества, мг/м3 (Приложение 3);
k
безразмерный коэффициент, учитывающий принадлеж-
i –
ность к разным классам опасности.
Далее отбираются пять веществ с максимальными значениями нормированного параметра Ii. Расчет ИЗА проводится по
этим веществам в соответствии с формулой:
ИЗА =
(2)
В зависимости от значения ИЗА уровень загрязнения воздуха определяется следующим образом (табл. 9.1):
Таблица 9.1
Зависимость уровня загрязнения атмосферного воздуха
от значений ИЗА
Данный способ оценки качества атмосферного воздуха в
достаточной степени условен и ориентирован в основном на получение сравнительных характеристик загрязнения.
ИЗА показывает, какому уровню загрязнения атмосферы
(в единицах ПДК диоксида серы) соответствуют фактически
наблюдаемые концентрации m веществ в городской атмосфере,
т.е. показывает, во сколько раз суммарный уровень загрязнения
воздуха превышает допустимое значение по рассматриваемой
совокупности примесей в целом.
Gо показателям загрязнении основных природных сред
можно выделить 5 категорий медико-экологической ситуации в
62
регионе (любом населенном пункте). Так, например, по крите-
Медико-экологическая ситуация
Показатели загрязнения объектов
окружающей среды
Категории:
Критерий ИЗА (при I = 5):
Удовлетворительная
< 5
Относительно напряженная
6 – 15
Существенно напряженная
16 – 50
Критическая
51 – 100
Условно катастрофическая
> 100
рию ИЗА возможна следующая градация (табл. 9.2).
Таблица 9.2
Категории медико-экологической ситуации
Такое деление несколько условно, так как необходим анализ по множеству показателей.
Вопросы и задания
1. Что понимают под рефлекторным действием? Резорбтив-
ным действием?
2. Что такое ИЗА? Как он рассчитывается?
3. Что такое комплексный показатель загрязнения атмо-
сферного воздуха? Как он определяется?
4. При каких значениях комплексного показателя загрязнения
атмосферного воздуха территории относят к зонам чрезвычайной
экологической ситуации? К зонам экологического бедствия?
5. Какое из перечисленных веществ является наиболее ток-
сичным для человека: 1) диоксид азота; 2) азот; 3) углекислый
газ; 4) диоксид серы; 5) все токсичны в равной степени?
Задания
1. Рассчитайте ИЗА, если среднее содержание загрязните-
лей в атмосферном воздухе в пункте наблюдения составило: диоксид азота – 0,056 мг/м3; бенз(а)пирен – 0,0008 мкг/м3; диоксид
серы – 2,5 мг/м3; оксид углерода – 2,7 мг/м3; бензол 0,2 мг/м3;
пыль 0,63 мг/м3.
2. В г. Балхаше в радиусе 3-х км от медеплавильного завода
и 1 км – ТЭЦ атмосфера загрязнена медью – 0,02 мг/м3 (ПДК –
0,002), окисью углерода – 30,0 мг/м3 (ПДК – 3,0), сернистым
газом – 0,3 мг/м3 (ПДК – 0,05), сероводородом – 0,016 мг/м3
63
(ПДК – 0,008), двуокисью азота – 0,08 мг/м3 (ПДК – 0,04). Население жалуется на головные боли, расстройства пищеварения,
раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей и
глаз. Классы опасности: Cu – 2, CO – 4, SO2 – 3, NO2 – 2, H2S – 2.
1. Какие источники загрязнения присутствуют?
2. Какие загрязнители вызывают острое и хроническое дей-
ствие на людей?
3. Назовите загрязнители и их влияние на здоровье человека.
4. Рассчитайте индекс загрязнения атмосферы и определите
степень опасности для здоровья человека.
5. Какие необходимы гигиенические мероприятия по охране
атмосферного воздуха в данном регионе?
3. В регионах нефтегазодобычи (Западно-Казахстанская область), нефтеперерабатывающей промышленности (Шымкентский завод нефтеоргсинтеза) в радиусе 1–3 км (особенно в период аварий) в атмосферном воздухе обнаруживаются концентрации сероводорода – 0,08 мг/м3 (ПДК – 0,008), сернистого газа –
0,1 мг/м3 (ПДК – 0,05), окиси углерода – 1,0 мг/м3 (ПДК – 3,0),
двуокиси азота – 0,02 мг/м3 (ПДК – 0,04), ванадия – 0,001 мг/м3
(ПДК – 0,002). Население регионов в период аварийных залповых выбросов жалуется на специфический запах “тухлых яиц”,
головокружение, раздражение слизистых глаз. Классы опасности: H2S – 2, SO2 – 3, CO – 4, NO2 – 2, V – 1.
1. Какие источники загрязнения присутствуют?
2. Какие загрязнители вызывают острое и хроническое дей-
ствие?
3. Назовите загрязнители и их влияние на здоровье человека.
4. Какие загрязнители вызывают специфическое и неспеци-
фическое воздействие на организм человека (какие заболевания
вызывают)?
5. Рассчитайте индекс загрязнения атмосферы и определите
степень их опасности для здоровья человека.
6. Какие необходимы гигиенические мероприятия по охране
атмосферного воздуха в данных регионах?
Литература [7, 17, 22, 23, 30].
64
10. РАСЧЕТ МАССЫ ВЫБРОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ, ПОСТУПАЮЩИХ В АТМОСФЕРНЫЙ
ВОЗДУХ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Цель: ознакомиться с методиками расчета массы выбросов основ-
ных загрязняющих веществ: диоксида серы, оксида углерода, твердых
веществ и летучей золы, поступающих от стационарных источников.
В результате освоения темы у студента формируется представле-
ние о негативном воздействии на окружающую среду стационарных
источников загрязнения (ПК-17).
Словарь: стационарный источник загрязнения, негативное воз-
действие на окружающую среду, загрязнение окружающей среды,
зольность топлива, зола, сажа, циклон, скруббер, суммарный выброс,
эффект суммации.
Теоретическая часть
Энергетические установки работают на различных видах
топлива (твердом, жидком и газообразном). Выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и
от типа устройства.
Твердое топливо. В теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.
Угли подразделяются на марки: А – антрацит; Б – бурый;
Г – газовый; Д – длиннопламенный; Ж – жирный; ГЖ – газовые
жирные; КЖ – коксовые жирные; К – коксовый; ОС – отощенный спекающийся; СС – слабоспекающийся; Т – тощий и др.
В основу такого подразделения положены параметры, характеризующие поведение углей в процессе термического воздействия на них. Самая низкая теплота сгорания у бурых углей,
а самая высокая – у антрацитов.
По фракциям различают: П – (плита) – более 100 мм; К –
(крупный) – 50–100 мм; О – (орех) – 25–50 мм; М – (мелкий) –
13–25 мм; С – (семечка) – 6–13 мм; Ш – (штыб) – 0–6 мм; р –
(рядовой) шахтный – 0–200 мм, к – карьерный – 0–300 мм.
Фракция марки угля определяется исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанной в названии марки угля. Так, например,
65
фракция марки ДКОМ (Д – длиннопламенный, К – 50–100, О –
25–50, М – 13–25 мм) составляет 13–100 мм.
Марки угля Д, Г и антрациты находят свое применение, как
правило, в котельных, т.к. они могут гореть без поддува. В черной металлургии используются обычно марки Г, Ж для произ-
водства сталей и чугуна. Марки угля СС, ОС, Т применяются
для получения электрической энергии, т.к. они имеют большую
теплоту сгорания, но сжигание данного вида углей требуется
большое их количество. Тощие трудновоспламеняемые угли
используют как топливо для электровозов. Для полукоксования
и производства цемента, извести, кирпича предназначены угли
марок Б, Д и ДГ.
В процессе сжигания топлива часть его переходит в оксиды
серы (SO2 SO3), азота (NO и NO2) и углерода (СО и СО2). Основная часть минеральной составляющей превращается в летучую
золу, неполное сгорание углеводородов приводит к образова-
нию сажи. Они уносятся дымовыми газами. Меньшая часть ми-
неральной и органической составляющих образуют затвердевающий расплав – шлак.
Жидкое топливо. В теплоэнергетике применяются мазут
(малосернистный, сернистый, высокосернистый), сланцевое
масло, дизельное и котельно-печное топливо.
В жидком топливе отсутствует пиритная сера (FeS2), сера
находится преимущественно в виде органических соединений,
элементарной серы (S) и сероводорода H2S. В состав золы мазута входят пентоксид ванадия V2O5, а также Ni2O3, Al2O3, Fe2O3,
Si2O3, MqO и др. оксиды. Зольность энергетических мазутов
значительно ниже, чем углей (<0,3 %). При неполном сгорании
жидкого топлива в дымовых газах образуются липучие частицы
сажи, которые способны адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.
Газообразное топливо. Природный газ – топливо беззоль-
ное, как правило, не содержит и соединений серы. При полном
его сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды
азота (NO и NO2) и диоксид углерода СО2, при неполном сгорании – оксид углерода СО и некоторые углеводороды (СхНу,
бенз(а)пирен).
66
Водород. В настоящее время развивается водородная энерге-
Вид топлива
Марка
топлива
Объем
продуктов
сгорания при
нормальных
условиях,
1
V0 м3/кг
Содержание
Низшая теп-
лота сгора-
ния Q
p
Н
,
кДж/кг
(округлённые
значения)
серы
r
S
пр
,
%
зольность
2
A
р
,%
Уголь:
Донецкий
бассейн
Д
5,67+5,24 (-1)
1,5
21,8
19600
Г
5,65+5,27(-1)
1,2
26,7
19800
ОС
5,16+4,85(-1)
0,6
35,5
18000
А
6,32+6,14(-1)
0,7
22,9
22600
Кузнецкий
бассейн
Д
6,58+6,12(-1)
0,3
13,2
22800
Г
7,42+6,99(-1)
0,5
11,0
26100
СС
6,73+6,36(-1)
0,3
18,2
23900
Т
7,22+6,94(-1)
0,4
16,8
26200
тика, поскольку водород (Н2) является самым распространенным
элементом на Земле и космосе, у него наиболее высокая теплота
сгорания. Кроме того, это наиболее экологически чистый вид
топлива, т.к. при его сгорании в кислороде образуется вода.
Теплотворная способность (удельная теплота сгорания)
различных видов топлива неодинакова (округленные значения):
Q
= 19600 кДж/кг
угля
Q
= 38800 кДж/кг
мазут
Q
= 36100 кДж/кг
газа
Q
= 141000 кДж/кг.
водорода
Следовательно, 1 кг угля в энергетическом отношении равноценен 0,51 кг мазута, 0,54 кг газа и 0,13 кг водорода.
Согласно Методике определения выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 30 гкал в час
(Москва 1999) при сжигании топлива объем выбросных (дымовых) газов зависит от вида и качества топлива, а также от коэффициента избытка воздуха – (табл. 10.1). Объем продуктов
сгорания на единицу массы сжигаемого топлива рассчитывается
по эмпирическим уравнениям, приведенным в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Расчетные характеристики различных видов топлива
67
Печорский
бассейн
К
6,58+6,25(-1)
0,8
23,6
23600
Челябинский
бассейн
Б3
4,26+3,8(-1)
1
29,5
13900
Торф
-
3,30+2,42(-1)
0,1
6,3
8122
Мазут:
малосернистый
-
11,48+10,79(-1)
0,3
0,05
40280
высокосернистый
-
10,99+10,36(-1)
2,8
0,1
38770
Природный газ:
СтавропольНевинномысскГрозный
-
10,63+9,62(-1)
- - 35630
Брянск-Москва
-
11,11+10,07(-1)
- - 37300
Саратов-Москва
-
10,73+9,67(-1)
- - 35800
)1()1(S B02,0M
2
2
2
so
r
so
SO
S
r
so
2
1
V – летучие вещества, являются показателем качества, характеризую-
щими пригодность топлива для энергетических или технологических целей,
воспламеняемость топлива и быстроту его сгорания (чем выше в топливе выход летучих веществ, тем оно имеет меньшую температуру воспламенения);
2
А – зола, является негорючим остатком минеральных примесей, полу-
чающимся после сгорания топлива, ее наличие понижает качество топлива,
увеличивает расходы на транспортировку и удаление золы из топок.
Расчет количества оксидов серы в пересчете на SO2
(т/год, т/ч, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами
при сжигании органического топлива в технологическом процессе в единицу времени выполняется по формуле:
, (1)
где В – расход топлива за рассматриваемый период (т/год, т/ч,
г/с);
приведенное в табл. 10.1;
– содержание серы в топливе на рабочую массу (в %),
– доля оксидов серы, связываемых
летучей золой в котле (табл. 10.2); – доля оксидов серы,
улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием
твердых частиц. Доля оксидов серы, улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю, в мокрых золоуловителях (скрубберы) эта
доля зависит от общей щелочности орошающей воды и приведенной сернистости топлива:
Sn = 103·Sr/Q
P
. (2)
H
68
Для принятых на ТЭС удельных расходов воды на ороше-
so
2
Вид топлива
Доля оксидов серы, связываемых летучей золой, η
SO2
Уголь
Сланцы
Мазут
Газ
Торф
0,1
0,50
0,02
0,00
0,15
3600
102406
S
r
so
2
M B S
so
r
so
2
0 02 1
2
, ( )
3600
102406
360024
10200
6
ние золоуловителей 0,1–0,15 л/м3 эта зависимость показана на
диаграмме (рис. 10.1).
Таблица 10.2
Ориентировочные значения
при сжигании
различных видов топлива
Примеры решения задач
1. Рассчитать теоретически возможную массу SO2 (выброс в
г/с), образующегося при полном сгорании 240 т/ч каменного
угля Донецкого бассейна марки Г при отсутствии очистки.
Решение. Переведем расход топлива из т/ч в г/с: 240 т/ч =
г/с
Используя формулу (1) и данные табл. 1 (
(
= 0,1), находим массу SO2 (секундный выброс):
2. Котельная сжигает 200 т/сут. Донецкого угля марки Д,
коэффициент избытка воздуха (α) равен 1,25. Рассчитать количество SO2 (в г/с), выделяющееся при работе котельной. Сравнить и оценить с экологической точки зрения целесообразность
замены топлива на мазут малосернистый с сохранением производственной мощности котельной (сравнение только по SO2).
Решение. 1. Определим количество диоксида серы в пере-
счете на SO2 (в г/с) в дымовых газах котельной.
Пересчитаем расход топлива В из т/сут. в г/с: 200 т/сут. =
= 2314,8 г/с; Sr – содержание серы в топливе (масс,%),
по табл. 1 для Донецкого угля марки Д = 1,5 %. Низшая теплота
сгорания Q
p
= 19600 кДж/кг.
НУ
= 0,02·
69
= 1,2%) и
·1,2·(1-0,1) = 1440 г/с.
η (SO2) – доля оксидов серы, связываемых летучей золой
топлива, при сжигании угля равна 0,1
M (SO2) = 0,02 ∙ 2314,8 г/с ∙ 1,5 (1-0,1)= 62,5 г/с или ~0,06 кг/с
2. Определим, учитывая теплотворную способность топли-
ва, эквивалентный углю расход мазута и количество SO2, образующегося при сжигании последнего. Зная, что низшая теплота
сгорания мазута высокосернистого составляет Q
p
= 40280
НМ
кДж/кг. Определим теплотворность мазута по отношению к указанному углю:
p
НУ
p
/ Q
= 19600/40280 = 0,49
НМ
Q
В
= 2314,8 г/с·0,49 = 1134,25 г/с или 1,13 кг/с
мазута
М
(SO2) = 0,02 ∙ 1134,25 г/с ∙ 0,3 ∙ (1-0,02) = 6,67 г/с
мазут
или ~0,007 кг/с.
3. Количество SO
образовавшегося при сгорании Донецко-
2,
го угля марки Д, составило ~0,06 кг/с, а при сгорании эквивалентного количества малосернистого мазута – ~0,007 кг/с, что
почти в 8 раза меньше. Следовательно, с экологической точки
зрения замена Донецкого угля марки Д на малосернистый мазут
целесообразна.
Рис. 10.1. Зависимость степени улавливания оксидов серы в мокрых
золоуловителях от приведенной сернистости топлива и щелочности
орошаемой воды
Щелочность орошаемой воды: 1 – 10 мг-экв./л; 2 – 5 мг-экв./л; 3 –
0 мг-экв./л.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]