методички / 2590 ЭИ
.pdfперспективы развития всех предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземные
Нормативы ПДВ являются основой для проведения экологической экспертизы и планирования мероприятий по снижению загрязнения атмосферы.
Первым этапом любого нормирования загрязнения атмосферы является инвентаризация источников выделения и выбросов ЗВ, которая на практике выполняется:
• методом инструментальных измерений;
•расчетным методом. Расчетный метод основывается:
•на материальном балансе технологического процесса;
•на использовании удельных показателей выделений ЗВ за единицу времени либо отнесенных к единице оборудования, массе продукции, сырья или расходных материалов. В действующей природоохранной нормативно-технической документации в области защиты атмосферы от загрязнения приняты следующие понятия.
Источник выделения ЗВ – объект, в котором происходит образование ЗВ (установка, аппарат, устройство, емкость для хранения, двигатель, груда отходов и т. п.).
Источник загрязнения атмосферы (источник выброса) – объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентиляционная шахта, аэрационный фонари открытая площадка для стоянки автотранспорта, свалка отходов и т. п.).
Возможны следующие сочетания источников загрязнения атмосферы (выброса) и источников выделения ЗВ.
•Один источник выделения – один источник выброса. Например, котельная имеет одну топочную камеру и одну дымовую трубу.
•Один источник выделения – несколько источников выброса. Например, в помещении производится окраска автобуса, а для вентиляции используются три крышных вентилятора.
•Несколько источников выделения – один источник выброса. Например, один вентилятор, удаляющий из всех помещений через единую вытяжную систему пыль и газы от пятидесяти ткацких станков.
•Несколько источников выделения – ряд источников выброса. Например, в общем помещении цеха работают 3 заточных и 17 металлорежущих станков, 2 поста электросварки и одна газорезка, а для вентиляции используется одна общеобменная приточно-вытяжная вентиляционная система и 4 местных вытяжных системы.
Все источники загрязнения атмосферы (источники выброса) подразделяются в соответствии с классификацией, приведенной на рис. 1. Далее идет список определений упомянутых терминов.
11
Рис. 1. Классификация источников загрязнения атмосферы
Стационарный источник – источник, имеющий постоянное место в пространстве относительно заводской системы к ординат (труба котельной, открытые фрамуги цеха и т. п.).
Передвижной источник – источник, не занимающий постоянное место на территории предприятия (транспортные средства, передвижные компрессоры и дизельгенератор электросварки и т. п.).
Организованный источник – источник, осуществляющий выброс через специально сооруженные устройства (трубы, газоходы, вентиляционные шахты и т. п.).
Неорганизованный источник – источник загрязнения в виде ненаправленных потоков газа, как результат, например нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неэффективной работы систем по отсосу газов (пыли) в мест загрузки (выгрузки) или хранения продукта (топлива). К неорганизованным источникам можно отнести пылящие отвалы, открытые емкости, стоянки, площадки малярных работ и т. п.
Точечный источник – источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения (длина, ширина близкими друг к другу (трубы круглого, квадратного, пря угольного сечения и т. п.).
Линейный источник – источник в виде канала (щели) для прохода загрязненного воздуха (газа) с поперечным сечением имеющим значительную 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 рассредоточения на площадке большого числа источников (бассейн, открытая стоянка транспорта и т. п.).
12
Отнесение источника выброса к точечному, линейному или плоскостному типу производится с целью определения математического аппарата, который используется впоследствии при расчете рассеивания загрязнения в атмосфере в соответствии с ОНД-86 .
В данной главе приведены методики и примеры определения значений максимально разовых выделений (выбросов) ЗВ (г/с) и валовых (т/год). Загрязнение воздушной среды транспортными средствами формируется в основном на магистралях городов. Автомобильный парк характеризуется многообразием подвижного состава. В транспортном потоке одновременно движутся автомобили, отличающиеся типом двигателя, расходом топлива, техническим состоянием, грузоподъемностью. Водители также имеют различную квалификацию. Движение машин по дорожной сети города в результате задержек на перекрестках носит циклический характер: движение с постоянной скоростью, торможение, остановка, набор скорости. Время движения с постоянной скоростью, частота и длительность задержек зависят от класса магистрали, частоты расположения перекрестков, интенсивности движения, параметров светофорного регулирования.
Высокая интенсивность движения на магистралях приводит к тому, что продолжительность движения с постоянной скоростью составляет не более 30 % от общего времени движения.
Расчет загрязнения воздуха над магистралями
Концентрацию оксида углерода (II) – Ссо над магистралью можно приблизительно оценить по зависимости:
Ссo = (0 ,5 + 0 ,01 N K T ) K a K у K c K вл К n , |
(1) |
где 0,5 – фоновое загрязнение воздуха, мг/м3; N – суммарная интенсивность движения автомобилей на дороге, авт./час; Кт – коэффициент токсичности автомобиля по выбросам в атмосферный воздух СО; Ка – коэффициент аэрации местности; Ку – коэффициент изменения загрязнения воздуха СО в зависимости от продольного уклона (табл. 4); Кс – коэффициент изменения концентрации СО в зависимости от скорости ветра (табл. 5); Квл – коэффициент изменения концентрации СО в зависимости от влажности воздуха (табл. 6); Кп – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха СО у пересечений улиц (табл. 6).
Коэффициент токсичности автотранспортного потока определяется как
средневзвешенная для потока автомобилей |
|
КТ = ∑ Pi KTi , |
(2) |
где Pt – состав автотранспорта в долях единицы, KTi – коэффициент токсичности автомобилей определенного типа.
13
Таблица 1
Коэффициент токсичности автомобилей
Тип автомобиля |
Коэффициент KTi |
|
|
Легковой |
1,0 |
Легковой и грузовой |
2,3 |
Средний грузовой |
2,9 |
Тяжелый грузовой (дизель) |
0,2 |
Автобус |
3,7 |
|
|
Таблица 2
Коэффициент аэрации местности
Характеристика местности |
Коэффициент |
по степени аэрации |
|
|
|
Транспортные тоннели |
2,7 |
Транспортные галереи |
1,5 |
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной |
1,0 |
застройкой с двух сторон |
|
|
|
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы |
0,6 |
и дороги в выемке |
|
|
|
Городские улицы и дороги с односторонней |
0,4 |
застройкой, набережные, эстакады, виадуки, |
|
высокие насыпи |
|
|
|
Пешеходные тоннели |
0,3 |
|
|
Таблица 3
Коэффициент изменения загрязнения воздуха оксидом углерода в зависимости от продольного уклона
Продольный уклон, градус |
Коэффициент Кy |
|
|
0 |
1,0 |
2 |
1,06 |
4 |
1,07 |
6 |
1,18 |
8 |
1,55 |
|
|
14
Таблица 4
Коэффициент изменения загрязнения воздуха оксидом углерода (II) в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/c |
Коэффициент Кс |
1 |
2,7 |
2 |
2,0 |
3 |
1,5 |
|
|
4 |
1,2 |
5 |
1,05 |
6 |
1,0 |
|
|
Таблица 5
Коэффициент изменения концентрации оксида углерода в зависимости от влажности воздуха
Относительная влажность |
Коэффициент Квл |
100 |
1,45 |
90 |
1,3 |
|
|
80 |
1,15 |
70 |
1,0 |
60 |
0,85 |
|
|
50 |
0,75 |
Таблица 6
Коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода на пересечении улиц
Тип пересечения |
Коэффициент Кп |
Регулируемое пересечение: |
|
- со светофорами обычное |
1,8 |
- со светофорами управляемое |
2,1 |
- саморегулируемое |
2,0 |
|
|
Нерегулируемое: |
|
-со снижением скорости |
1,9 |
- кольцевое |
2,2 |
- с обязательной остановкой |
3,0 |
|
|
15
Расчет загрязнения воздуха автомобилм в зависимости от типа и технического состояния его двигателя
В настоящее время для отечественных моделей автомобилей отсутствуют справочники, содержащие полные данные по экологическим характеристикам выпускаемых моделей автомобилей. Имеющиеся данные по некоторым моделям приведены в табл. 7.
Таблица 7
Усредненные выбросы вредных веществ при движении с постоянной скоростью новых отечественных автомобилей, г/км
|
Компонент выброса |
ВАЗ-1111 |
ГАЗ-2410 |
ГАЗ-5312 |
ЛИАЗ-667М |
КамАЗ-5320 |
КРАЗ 260 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сажа |
– |
|
– |
– |
0,345 |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
15,1 |
12,0 |
48,77 |
40,36 |
5,44 |
17,12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NOx |
2,26 |
0,94 |
11,06 |
14,03 |
9,7 |
24,6 |
|
|
SO2 |
0,125 |
0,2 |
0,513 |
0,732 |
2,088 |
5,533 |
|
|
SO2` |
0,025 |
0,04 |
0,103 |
0,146 |
0,835 |
2,213 |
|
|
CxHy |
1,2 |
1Д |
4,42 |
4,46 |
2,14 |
11,21 |
|
|
Pb` |
0,021 |
0,033 |
0,085 |
0,121 |
– |
– |
|
Примечание. SO'2 – для топлива улучшенного качества. Pb – при работе на этилированном |
||||||||
бензине. |
|
|
|
|
|
|
|
|
В табл. 8 приведены зависимости, |
предложенные [3, 4] для расчета удельных |
||||
(q L , г/км) выбросов вредных |
веществ |
при движении автомобиля с постоянной |
|||
скоростью. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
Расчет удельных выбросов вредных веществ при движении с постоянной скоростью |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Компонент |
|
Расчетные зависимости |
||
|
выброса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
|
q = 0,003609V2 – 0,325V + 10,007 |
|
|
|
СО2 |
|
q = 0,002629V2 – 0,522 V + 189,46 |
|
|
|
CxHy |
|
q = 0,00007091V2 – 0,013V + 1,511 |
|
|
|
NOx |
|
q = 0,00037951V2 – 0,034V + 1,734 |
|
|
|
Pb` |
|
q = 0,000000303 V2 – 0,00005758V + 0,023 |
|
|
|
SO2 |
|
q = 0,00000181838V2 – 0,0003273 V + 0,033 |
|
|
|
СО |
|
q = 0,001474V2 – 0,239V + 14,751 |
|
|
|
CxHy |
|
q = 0,0001631V2 – 0,018V + 0,743 |
|
|
16
Окончание таблицы 8
Компонент |
Расчетные зависимости |
выброса |
|
NOx |
q = 0,00006925V2 – 0,00277V + 0,411 |
SO2 |
q = 0,0001281V2 – 1,281V + 0,162 |
|
АВТОМОБИЛЬ ГАЗ-5312 |
|
|
СО |
q = 0,028 V 2 – 1,97V + 45,95 |
CxHy |
q = 0,00127V2 – 0,127V + 6,004 |
NOx |
q = 0,00521V2 – 0,177V + 2,082 |
СО |
q = 0,037V2 – 3,364V+ 86,563 |
CxHy |
q = 0,00257V2 – 0,256V + 8,686 |
NOx |
q = 0,012V2 – 0,742V+ 13,352 |
Зависимость изменения выбросов автомобиля с начала эксплуатации по мере выработки ресурса двигателя (износ деталей, нарушение заводских регулировок) имеет вид.
K w = A0 + A1 La + A2 L2a + L2 L3a , |
(3) |
где Кw – изменение выброса вещества автомобилем в процессе эксплуатации по сравнению с базовым, %; L a – пробег автомобиля с начала эксплуатации, тыс. км; A0, A1, А2, А3 – параметры в уравнении регрессии (табл. 9).
Таблица 9
Значение коэффициентов
Компонент |
A0 |
A1 |
А2 ·10-6 |
А3·10-6 |
|
выброса |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
СО |
100,73 |
0,16 |
357,69 |
-0,87 |
|
|
|
|
|
|
|
CxHy |
101,04 |
0,079 |
646,25 |
0,43 |
|
NOx |
97,92 |
0,015 |
-1174,42 |
1,12 |
|
Сажа |
99,28 |
0,284 |
911,29 |
0,94 |
|
|
|
|
|
|
|
СО2, SO2, Pb` |
99,999 |
0,2 |
-0,03 |
0 |
Выбросы i-го вредного вещества в зависимости от срока службы за период выработки ресурса определяются по формуле:
Qi = qi La K w 100 , |
(4) |
где qi – удельные (на км пробега) выбросы одиночных новых автомобилей, г/км; L'a – пробег автомобиля с начала эксплуатации, км.
В теплый период года при высокой интенсивности ультрафиолетового излучения Солнца и значительном автомобильном движении токсичность отходящих газов автомобилей может резко возрастать за счет фотохимических реакций.
17
Примеры для выполнения практических заданий
ПРИМЕР 1. Сравните величины выбросов СО, CxHy, NOx при установившемся движении со скоростью 60 км/ч автомобиля ГАЗ-2410 и автобуса ЛИАЗ-667М.
Решение. Вычисляем удельные выбросы загрязняющих веществ q (г/км) для ГАЗ-2410:
g co = 0,001474 60 − 0,239 60 + 14,751 = 5,7 ;
g Cx H y |
= 0,0001631 602 − 0,018 60 + 0,743 = 0,743 = 0,253 ; |
g NOx |
= 0,00006925 60 − 0,00277 60 + 0,411 = 0,493 . |
Вычисляем удельные выбросы загрязняющих веществ, для автобуса ЛИАЗ-667М:
g CO = 0,037 602 |
− 3,364 60 + 86,563 = 17,92 ; |
|
g Cx H y |
= 0,00257 602 − 0,256 60 + 8,686 = 2,3 ; |
|
g NOx |
= 0,012 602 |
− 0,742 60 + 13,352 = 12,02. |
Выбросы загрязняющих веществ, при установившемся движении, у автобусов ЛИАЗ-667М выше, чем у автомобиля ГАЗ-2410:
−оксида углерода (II) в 3,14 (17,92 : 5,7) раза;
−углеводородов в 9 (2,3 : 0,253) раз;
−оксидов азота в 24,9 раза.
ПРИМЕР 2. Определите концентрацию оксида углерода (II) в воздухе над перекрестком с управляемым светофором на магистральной улице города с многоэтажной застройкой. Интенсивность движения автомобилей составляет 450 авт./ч. Состав транспорта смешанный: легковой транспорт – 70 %, автобусы –20 %, легкий грузовой – 10 %. Продольный уклон магистрали – 2°, скорость ветра – 2 м/с, относительная влажность воздуха – 80 % .
Решение. По табл. 1 и формуле (2) определяем коэффициент токсичности автотранспортного потока:
KT = 0,7 1+ 0,2 3,7 + 0,1 2,3 = 1,67 .
По табл. 2–6 определяем коэффициенты и рассчитываем по формуле (1) концентрацию оксида углерода (II) (мг/м3):
CCO = (0,5 + 0,01 0,4501,67)1 1,06 21,15 2,1 = 41,04 .
18
Контрольные задания
ЗАДАЧА 1
На сколько увеличатся выбросы основных загрязняющих веществ (СО, CxHy NOx, Pb, SО2) с учетом износа деталей и нарушения заводских регулировок автомобилем ВАЗ-1111 за 300 тыс. км пробега?
ЗАДАЧА 2 Автомобиль ГАЗ-5312 проехал по объездной дороге 40 км. Пробег автомобиля
составляет 50 тыс. км. Каковы выделения загрязняющих веществ (СО, NOx, СхНу) в атмосферу при изменении установившейся скорости с 60 км/ч (на объездной дороге) до 18 км/ч (на основной дороге)? Протяженность основной дороги – 25 км.
ЗАДАЧА 3 Определите концентрацию оксида углерода в воздухе над 4-полосной дорогой
районного значения. Состав транспортного потока: легковые автомашины – 40 %, средний грузовой транспорт – 35 %, тяжелый грузовой – 15 %, автобусы – 10 %. Дорога без продольного уклона проходит в выемке, скорость ветра составляет 1 м/с, относительная влажность воздуха – 70 %.
ЗАДАЧА 4 Определите валовые выделения загрязняющих Веществ новым автомобилем
ГАЗ-5312 в условиях движения с Установившейся скоростью 60 км/ч по магистрали и сравните их с выбросами при однократном выезде и въезде его на открытую стоянку в теплый период года в г. Москве. Расстояние от места стоянки до ворот составляет 200 м.
19
Библиографический список
1.Дьяков А. Б., Игнатьев Ю. В., Коншин Е. и др. Экологическая безопасность транспортных потоков / под ред. А. Б. Дьякова. – М.: Транспорт, 1989.
2.Федорова А. И., Никольская А. Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды. – М.: Гуманит.-изд. центр ВЛАДОС, 2003.
3. Снижение экологических |
нагрузок на окружающую среду при |
работе |
автомобильного транспорта / под |
ред. В. Н. Луканина / Итоги науки и техники. Сер. |
|
Автомобильный и городской транспорт. – М.: ВИНИТИ, 1996. – т. 19. |
|
|
4.Луканин В. Н., Буслаев А. П., Яшина М. В. Автотранспортные потоки и окружающая среда / под ред. В. Н. Луканина. – М.: ИНФРА-М, 2001.
5.Луканин В. Н., Трофименко Ю. В. Промышленно-транспортная экология. – М.: Высшая школа, 2001.
6.Николайкина Н. Е., Николайкин Н. И., Матягина А. М. Промышленная экология: Инженерная защита бис сферы от воздействия воздушного транспорта. – М.: ИК1 «Академкнига», 2005.
20