Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МУ по экологии.doc
Скачиваний:
23
Добавлен:
10.02.2016
Размер:
781.82 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра химии и экологии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАННЯ

для выполнения расчетно-графической работы

«Расчет выброса загрязняющего вещества в атмосферу от

стационарного источника»

по дисциплине «Основы экологии»:

для студентов направление подготовки «Архитектура»

Одесса – 2009

Утверждено

Редакционно - издательским

советом ОГАСА

Составители: проф., д.х.н. Довгань И.В.,

асс. Дмитренко М.П.,

асс. Кириленко Г.А.

Рецензенты: Сафранов Т.А., профессор, д.г.-м.н., ОГЭКУ

Цикало А.Л., профессор, д.х.н., ОНАХ

Ответственный за выпуск

зав. кафедрой химии и экологии д.х.н., проф. Довгань И.В.

Содержание

Введение 3

2. Методики расчетов 15

Пример выполнения расчета. 28

Рекомендуемая литература 40

Введение

Специалисты архитекторы должны владеть существующими методами оценки антропогенного воздействия на окружающую среду, учитывать воздействие загрязнителей на здоровье человека, на качество и долговечность материалов, конструкций и сооружений, должны принимать оптимальные с экологической точки зрения решения.

В соответствии с учебной программой по дисциплине «Основы экологии» студенты специальности «Архитектура» выполняют расчетно-графическую работу «Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарного источника».

Данная работа включает самостоятельное изучение теории раздела «Атмосферный воздух. Антропогенное влияние на атмосферный воздух». Также она включает комплексную оценку точечного источника загрязнений атмосферного воздуха аналитическим, расчетным и графическим методами.

Требования к оформлению и подготовке расчетно-графической работы к защите:

  1. Расчетно-графическая работа должна быть напечатана или написанна от руки четким почерком на листах А4, объем работы 20-25 страниц.

  2. Запрещается сокращать слова или фразы в тексте, кроме общепринятых. Сокращения, используемые в работе, должны быть приведении перед изложением основного содержания работы.

  3. Поля: 3 см слева, 1 см справа, по 2 см сверху и снизу страницы.

  4. Вариант задания расчетно-графической работы студенты определяют по табл. 8 (стр.38) по указанию преподавателя.

  5. Содержание работы с указанием страниц разделов и подразделов приводится на отдельном листе. Страницы должны быть пронумерованы.

  6. Теоретическая часть выполняется в форме реферата в соответствии с предложенным планом.

  7. Все расчеты вносятся в итоговую таблицу 4. Графические изображения выполняются на отдельном листе формата курсовой работы (А4). В заключении работы делается вывод и дается список литературы используемой в работе.

  8. Расчетно-графическую работу необходимо выполнить, сдать и защитить в срок, установленный учебным планом.

Расчетно-графическая работа состоит:

Введение

Раздел 1. Теоретическая часть.

    1. Атмосферный воздух, его состав и значение.

    2. Источники загрязнения атмосферы.

    3. Последствия загрязнения атмосферы.

    4. Архитектурно-планировочные мероприятия по снижению загрязнения атмосферного воздуха.

Раздел 2. Выполнение индивидуального задания.

2.1. Характеристика объекта.

2.2. Расчет индивидуального задания

Вывод

Литература

1. Атмосферный воздух. Антропогенное влияние на атмосферный воздух.

Ат­мосфера — тонкая газовая оболочка, окружающая Землю, разделена на несколько сферических слоев. Около 95% массы воздуха приходится на внутренний слой — тропосферу, простирающуюся вверх над поверх­ностью Земли примерно на 17 километров (11 миль).

Около 99% объема чистого сухого воздуха в тропосфере состоит из двух газов: азота (78%) и кислорода (21%). Остающийся объем воздуха в тропосфере содержит немного менее 1% аргона, около 0,035% диоксида углерода и незначительное количество О3, СН4 и т.д. Воздух в тропосфере со­держит также водяные пары в коли­честве, меняющемся от 0,01% у хо­лодных полюсов до 5% во влажных тропиках.

Огромные массы воздуха в тропо­сфере находятся в постоянном движе­нии, так как нагретый солнцем воз­дух поднимается и замещается холод­ным. Физические процессы, вызыва­ющие эти перемещения воздуха в тро­посфере, являются ключевыми фак­торами, определяющими земные кли­мат и погоду. Они также влияют на типы и распределе­ние вредных химических веществ в тропосфере.

По мере перемещения над земной поверхностью чистый воздух впиты­вает в себя ничтожные количества различных химических веществ, как природного, так и антропогенного происхождения. Попав в тропосферу, эти потенциальные загрязнители воз­духа перемешиваются по вертикали и горизонтали и часто вступают в хими­ческие реакции друг с другом или с другими естественными компонента­ми атмосферы. Движение и турбулен­тное перемешивание воздуха помога­ют разбавлению потенциальных за­грязнителей, однако долгоживущие загрязнители переносятся на большие расстояния, прежде чем осаждаются на земную поверхность в виде твер­дых частиц, капелек жидкости или химических веществ, растворенных в осадках.

Второй слой атмосферы, распола­гающийся на высоте от 17 до 48 к­м, называет­ся стратосферой. Он со­держит небольшое количество газооб­разного озона (О3), который отфиль­тровывает около 99% поступающей вредной ультрафиолетовой (УФ) ра­диации с λ < 290 нм. Нали­чие этого тонкого озонового слоя в стратосфере защищает нас от жест кого УФ, который вызывает рак кожи и катарак­ту глаз. Этот глобальный солнечный зонтик предохраняет также от повреждений растения и вод­ные организмы.

Поглощая высокоэнергетическую УФ радиацию, стратосферный озон предохраняет также большую часть кислорода в тропосфере от превраще­ния в озон. В приземном слое озон формируется в тропо­сфере как компонент городского смога, губительно действует на растения, дыхательную систему людей и других животных, а также на материалы, та­кие, как резина. Таким образом, наше здоровье зависит от наличия необхо­димого количества «хорошего» озона в стратосфере и от отсутствия «плохо­го» озона в тропосфере. К сожалению, наша деятельность уменьшает количе­ство стратосферного озона и увеличи­вает его содержание тропосфере.

Состав, температура и способ­ность к самоочищению земной атмос­феры меняются с момента формиро­вания планеты. Однако в течение по­следних двух столетий, и особенно в течение последних пятидесяти лет, атмосфера претерпела максимальные изменения, обусловленные деятель­ностью человека, в частности сжига­нием ископаемого топлива, лесов и другой растительности, обезлесени­ем, развитием промышленности и сельского хозяйства

В тех случаях, ког­да концентрация нормальных состав­ляющих атмосферы либо химических веществ, попавших в атмосферу или образовавшихся в ней, доходит до уровня, наносящего вред людям, жи­вотным, растениям, металлам, кам­ням или другим материалам, соответ­ствующие вещества считаются загрязнителями воздуха.

В тропосфере насчитываются сот­ни загрязнителей. Однако наиболь­шее загрязнение открытого воздуха вызывают девять основных классов загрязнителей:

1. Оксид углерода СО (II) и диоксид углерода СО2 (IV).

2. Оксиды серы SO2 (IV) и SO3 (VI).

3. Оксиды азота NO (II), NO2 (IV) и закись азо­та (N2О).

4. Летучие органические соединения (ЛОС). Сотни составляющих, та­кие, как метан (СН­4), бензин (С6Н6), хлорфторуглероды (ХФУ) и халоны, содержащие бром.

5. Взвешенные частицы: тыся­чи различных типов твердых час­тиц, таких, как пыль (почвы), са­жа (углерод), асбест, соли свинца, мышьяка, кадмия, нитратные (NO3-) и сульфатные (S042-) со­ли и жидкие капельки химических веществ, такие, как сернистая кисло­та (H2SO3), нефть, полихлориро-ванные дифенилы, диоксины и различные пестициды.

6. Фотохимические окислители. Озон (О3), пероксиацетилнитраты, перекись водорода (Н2О2), ра­дикал гидроксила (ОН-) и альде­гиды, такие, как формальдегид (СН2О), образующийся в атмос­фере при взаимодействии кислорода, оксидов азота и летучих гид­рокарбонатов под влиянием сол­нечного света.

7. Радиоактивные вещества. Радон-222, йод-131, стронций-90, плутоний-239 и другие радиоизотопы, попадающие в атмосферу в форме газов или взвешенных частиц.

Каждое из этих химических ве­ществ может рассматриваться как первичный или вторичный загрязни­тель. Первичные загрязнители воз­духа, такие, как диоксид серы, не­посредственно попадают в воздух в результате природных или антропогенных процессов. Вторичные за­грязнители воздуха, такие, как сер­ная кислота, образуются уже в возду­хе в результате химических реакций между первичными загрязнителями и одной или несколькими составляю­щими воздуха.

Источники загрязнения атмосферного воздуха.

Естественными источ­никами загрязнителей открытого воз­духа являются лесные пожары, реакции вызы­ваемые молниями, пыльца, переноси­мая на большие расстояния, ветровая эрозия почв, извержения вулканов, испарение летучих органических со­ставляющих с листьев (главным обра­зом терпеновых гидрокарбонатов, от­ветственных за запах сосен и других растений), продукты бактериального разложения органических веществ, морские брызги (частицы сульфатов или солей) и естественная радиоактив­ность (газ радон-222 из отложений урана, фосфатов и гранита).

Большинство выбросов в атмосфе­ру от естественных источников, разбросанных по всему земному шару, растворяются и рассеиваются в атмосфере и редко достигают концентраций, способных нанести серьезный ущерб. Исключением являются массивные внедрения в атмосферу диок­сида серы и взвешенных частиц во время сильных вулканических извер­жений и проникновение радиоактив­ного газа радон-222 внутрь зданий.

В индустриальных странах боль­шинство этих загрязнителей поступает в атмосферу при сжигании ископаемо­го топлива на электростанциях и промышленных предприятиях (стацио­нарные источники) и в автотранспор­те (передвижные источники). При сго­рании ископаемого топлива в атмосфе­ру выбрасываются диоксид углерода, оксиды азота (образуются при нагрева­нии кислорода и азота), диоксид серы (особенно при сгорании угля и некото­рых сортов нефти). Если сгорание не­полное, оно сопровождается также вы­бросами окиси углерода, сажи (частиц углерода) и различных углеводородов (включая метан). В развивающихся странах, особенно в сельских местностях, где живет больше половины на­селения Земли, основным источником загрязнений (особенно СО2, СО и ок­сидами азота) является сжигание дров, навоза и соломы в примитивных печах и на кострах.

Выжигание лесов и саванных трав в тропических и субтропических регионах для создания новых полей и пастбищ оборачивается поступлением в атмосферу больших количеств диоксида углерода, окиси углерода, ок­сидов азота и метана. Кроме того, при сведении лесов оксид азота выде­ляется из почвы. Он выделяется также при разбрасывании по полю бога­тых азотом удобрений. Значительное количество метана попадает в атмос­феру из желудков животных и при анаэробном разложении во влажных рисовых чеках.

Недавно стало понятно, что сотни необычных загрязнителей воздуха когут представлять угрозу здоровью людей при вдыхании их в течение длительного

периода. Эти токсичные соединения включают раз­личные летучие органические вещества (особенно хлорированные уг­леводороды, такие, как хлороформ, четыреххлористый углерод и метиленхлор) и различные типы взвешен­ных твердых частиц (особенно тон­кие частицы ядовитых металлов и ас­беста), содержащихся в атмосфере в ничтожных количествах.

Не все химические вещества обяза­тельно вредны, а некоторые, вероят­но, растворяются или преобразуются таким образом, что не представляют существенного риска для здоровья че­ловека. Однако, изучая только 20 ви­дов веществ из 329, включенных в спи­сок, Агентство охраны окружающей среды определило, что эти загрязните­ли вызывают каждый год 3000 случаев рака. Наибольшему риску от воздейст­вия этих веществ подвергаются люди, работающие на металлургических, хи­мических, целлюлозно-бумажных и нефтеперегонных предприятиях или живущие в непосредственной близо­сти от них. До сих пор для ограниче­ния выбросов этих загрязнителей при­лагалось мало усилий.

Последствия загрязнения атмосферного воздуха

Ущерб здоровью человека. Деградированная городская среда оказывает комплексное вредное воздействие на здоровье населения вследствие загрязнения атмосферного воздуха, воды, дефицита солнечных лучей, а также в результате действия стрессовые факторы, обусловленные напряженным ритмом жизни, скученностью населения, недостаток зеленых насаждений и т.п.. Степень распространения многих болезней в мегаполисах намного больше, чем в малых городах или селах. Уровень инфекционных заболеваний, а также бронхита, астмы и аллергических болезней в городах вдвое выше, чем в селах.

Загрязнение воздушного бассейна является ключевым фактором отрицательного влияния на состояние естественной среды города. По данным Всемирной организации здравоохранения от 40 до 50% заболеваний человека в данное время связано с ростом антропогенной нагрузки.

Ды­хательная система человека имеет ряд механизмов, помогающих защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волосики в носу отфильтровывают крупные частицы. Липкая слизистая оболочка в верхней части дыхательного тракта захваты­вает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Меха­низм непроизвольного чихания и кашля удаляет загрязненные воздух и слизь при раздражении дыхатель­ной системы. Верхний дыхательный тракт выстлан сотнями тысяч тонких укутанных слизью ворсинок, которые называются ресничками. Они непре­рывно колышутся взад и вперед, пе­ренося в рот слизь и пойманные за­грязнители, которые затем проглаты­ваются или выплевываются.

Но годы курения и воздействия за­грязнителей воздуха могут перегру­зить или разрушить эти естественные защитные механизмы, вызвав множе­ство болезней дыхательной системы, таких, как рак легких, хронические бронхиты и эмфизема, или способст­вуя развитию этих болезней. Пожи­лые люди, дети, беременные женщины и люди, страдающие болезнями серд­ца, астмой или другими респиратор­ными заболеваниями, особенно чувст­вительны к загрязнению воздуха.

Вдыхание озона — компонента фотохимического смога — вызывает кашель, одышку, раздраже­ние носоглотки и осложняет хрониче­ские болезни, такие, как астма, брон­хиты, эмфизема, сердечная недоста­точность. Исследования на животных показывают также, что озон повреж­дает легочные ткани и ослабляет им­мунную систему. Работа на открытом воздухе в местностях, где количество озона превышает безопасные уровни (0,12 частицы на миллион за час), усиливает эти эффекты.

Ущерб растительности. Некото­рые газообразные загрязнители, та­кие, как диоксид серы, оксиды азота, озон и пероксиацетилнитраты, нано­сят прямой ущерб листьям культур­ных растений и деревьев, когда попа­дают в их поры. Длительное воздействие на листья и хвою загрязнителей воздуха мо­жет также разрушить восковую обо­лочку, которая помогает предотвра­тить избыточные потери воды и сни­зить ущерб от болезней, бактерий, за­сух и морозов. В штатах Среднего Запада потери урожая пшеницы, ку­курузы, сои и земляного ореха,

обусловленные озоном и кислотными осадками.

Постоянное воздействие загрязни­телей воздуха препятствует фотосин­тезу и росту растений, поглощению питательных веществ и приводит к тому, что листья и хвоя желтеют и опадают. Хвойные деревья, особенно на больших высотах, очень чувстви­тельны к воздействию загрязнителей воздуха вследствие большой продол­жительности жизни и круглогодично­му воздействию загрязненного воздуха на их иглы.

Помимо непосредственного по­вреждения листьев и хвои кислотные осадки могут вымывать из почв жиз­ненно важные питательные вещества, такие, как кальций, магний и натрий, и убивать жизненно важные почвен­ные микроорганизмы. Они также служат причиной попадания в по­чвенные воды ионов алюминия, пора­жающих тонкие корневые волоски, препятствуя тем самым всасыванию воды и питательных веществ из по­чвы и делая деревья более чувстви­тельными к засухе, морозу, насеко­мым, грибам, мхам и болезням. Этот косвенный ущерб, ослаб­ляющий деревья, считается намного более опасным по сравнению с пря­мым ущербом от загрязнения возду­ха. Длительное воздействие высоких концентраций разнообразных загряз­няющих веществ способно уничтожить все деревья и растительность на некоторой территории.

Эффект длительного воздействия многочисленных загрязнителей возду­ха на деревья может оставаться неза­меченным несколько десятилетий. За­тем внезапно большая часть деревьев начинает погибать из-за истощения питательных веществ в почвах и повы­шенной чувствительности к бактери­ям, болезням, грибам, мхам и засухам.

Ущерб водоемам. Кислотные осадки оказывают пагубное влияние на водные организмы пресноводных озер и рек, особенно в областях, где почвы и воды не обладают устойчиво­стью по отношению к кислотам. Первым признаком избыточной кислотности является уменьшение числа пиявок, моллю­сков и насекомых — важного факто­ра здоровья озер. Это создает условия для последующего исчезновения различных видов рыб, таких, как фо­рель, щука и санфиш.

В значительной степени ущерб, на­несенный водоемам Северного полушария, является следствием кислот­ного шока. Кислотный шок вызывает­ся внезапным притоком в озера больших объемов высококислотной воды (наряду с токсичным алюминием, вы­мытым из почвы) во время весеннего снеготаяния или в период сильных до­ждей, сменивших засуху. Алюминий, вымытый из почв и донных осадков, убивает рыб, засоряя их жабры.

В Норвегии и Швеции по крайней мере 68 тыс. озер либо вовсе лишены рыб, либо утратили восстановитель­ную способность из-за их повышен­ной кислотности.

Избыточный приток нитратов в ре­зультате выпадения кислотных осад­ков является главной угрозой для мно­гих видов растений и рыб в озерах и эстуариях, таких, как Чесапикский за­лив. Нитраты стимулируют рост водорослей и фитоплактона, которые дела­ют воду мутной и лишают придонные растения солнечного света. Когда во­доросли отмирают, их разложение поглощающими кислород бактериями истощает запасы растворенного в воде кислорода, вызывая гибель рыб и дру­гих аэробных организмов.

Ущерб материалам. Ежегодно ущерб, причиняемый различным материалам загрязнением воздуха, ис­числяется миллионами долларов. Огромное количество са­жи и пыли обусловливает необходи­мость дорогой чистки. Бесценные мраморные статуи, исторические зда­ния и витражи во всем мире подвер­гаются пагубному воздействию за­грязненного воздуха.

Без соответствующего ухода и по­краски такие металлы, как железо и сталь, используемые для изготовле­ния железнодорожных рельсов, опор мостов и эстакад, коррелируют и теря­ют прочность из-за загрязнения возду­ха. Различные загрязнители воздуха ухудшают качество кожи, резины, бу­маги, краски и тканей, таких, как хло­пок, вискоза и нейлон.

Современное экологическое состояние Украины

Нынешнюю экологическую ситуацию в Украине можно охарактеризовать

как кризисную, которая формировалась на протяжении длительного периода через пренебрежения объективных законов развития и отображения природно-ресурсного комплекса Украины.

Низкий уровень экологического понимания общества, привели к значительной деградации окружающей среды Украины, сверхнормативного загрязнения поверхностных и подземных вод, воздуха и земель, накопление в больших количествах вредных, в том числе высокотоксичных, отходов производства.

В Украине в 1996 году было выброшено в атмосферу приблизительно 6,34 млн. тонн загрязняющих веществ, в том числе 4,76 млн. тонн – со стационарных источников, 1,58 млн. тонн – от передвижных. За период 1992-1996 гг. общий объем выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух сократился от стационарных источников на 45% , от передвижных – на 12%. Последние выбрасывают 85% свинца, 49% оксида углерода и 31% углеводородов. С отраслей промышленности наибольше загрязняют атмосферу энергетика (32%), металлургия (27%), угольная промышленность (23%). Украина занимает восьмое место в мире как эмитер СО2 в энергетической отрасли, ее часть составляет 2,35% общемировых выбросов этого вещества энергетикой.

Рост выбросов в городе приведет к ухудшению состояния атмосферного воздуха. Основным направлением охраны воздушного бассейна города от загрязнения является уменьшение выбросов в атмосферу стационарными источниками промышленности, коммунального хозяйства и передвижными источниками.