Вертикальное и горизонтальное перемещение загрязнений

Передвижение загрязнителей в атмосфере «не соблюдает госграниц», т. е. трансгранично. Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой.

Поступившие из различных источников загрязняющие вещества переносятся в атмосфере упорядоченными воздушными потоками, выпадают на поверхность с атмосферными осадками и вступают в различные химические взаимодействия.

Время, в течение которого в среднем молекула загрязнителя находится в атмосфере, называется временем пребывания. По времени пребывания все загрязнители делят на кратковременные и долговременные. Кратковременные загрязняющие вещества (кислород, окислы азота, ртути и др.) обычно образуют локальные, реже региональные области загрязнения. Долговременные загрязнители (фреоны, оксид углерода и др.) прогрессивно накапливаются в атмосфере. Вертикальные перемещение загрязняющих веществ в атмосфере происходят посредством конвекции, вызванной градиентом температуры.

Горизонтальное распределение загрязняющего вещества зависит от его времени пребывания и от направления и скорости ветра. При средней скорости западных потоков, наблюдаемых в верхней и нижней стратосфере умеренных широт, загрязнители успевают за 10-12 суток обогнуть земной шар. Скорость движения воздуха в меридиональном направлении значительно меньше зональной скорости.

Под действием солнечной радиации находящиеся в атмосфере загрязнители вступают в фотохимические реакции. В этих превращениях участвуют кислород, озон, оксиды азота, серы, углерода. Продукты фотохимических трансформаций, претерпеваемых загрязняющими веществами в окислительной среде атмосферы под действием солнечной радиации, могут оказаться еще более опасными, чем исходные соединения. Особенно опасен фотохимический смог, образующийся в крупных городах вследствие скопления выхлопных газов автотранспорта. В условиях сильной солнечной радиации из них образуется вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности: озон, пероксиацетилнитрат, пероксибензоилнитрат и др.

Самостоятельная работа № 8

Расчет ПДВ вредных веществ в атмосферу

Предельно допустимый выброс – научно-технический норматив, представляющий собой мощность выброса, который устанавливается при условии, что содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышает норматив качества воздуха для населения, животного и растительного мира. Максимально разовая концентрация (ПДК_мр) примесей в атмосферном воздухе – наивысшее значение содержания загрязняющих примесей в атмосферном воздухе (полученное при анализе многократно отобранных проб), которое при кратковременном воздействии не оказывает на человека негативного влияния. Максимальная разовая ПДК устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека через раздражение рецепторов органов дыхания (ощущение неприятных запахов, чихание, аллергические реакции, изменение биоэнергетической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном (до 20 мин) воздействии атмосферных загрязнений.

Расчет величины предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферный воздух из одиночного стационарного источника (дымовой трубы) производится по формуле:

ПДВ = (1)

где: ПДВ – предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу из одиночного стационарного источника: (г/с) ;

Н - высота одиночного стационарного источника выброса (дымовой трубы) над уровнем земли, (м)

ПДК_мр – максимальная разовая предельно допустимая концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха, (мг/м³);

ПДК_мрso₂= 0,5 мг/м³ ; ПДК_мрNO₂=0,5 мг/м³ ;

ПДК_мрСО=0,5мг /м^{3 ;} ПДК_{мр.пыли нетокс.}=0,5 мг/м³;

С_фон - фоновая концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха, (мг/м³);

V₁ - расход воздушной смеси, (м³/с);

t_газ - температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси (^оС);

t_возд - температура атмосферного воздуха, (^оС);

m - безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

n - безразмерный коэффициент, учитывающий условия газовоздушной смеси из устья источника выброса, определяемый в зависимости от величины _м;

φ - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; при ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, принимается равным единице (φ=1);

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Его численное значение, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается в зависимости от географического местоположения источника загрязнения, а именно:

для одиночных стационарных источников высотой менее 200м, расположенных в Украине в зоне 50 ÷ 52 град. северной широты - А=180,

а для расположенных южнее 50 град. с. ш. – А=200;

F - безразмерный коэффициент – показатель рассеивания вредных веществ в атмосфере и вероятности накопления исходной примеси или вторичных загрязнителей с учетом месторасположения предприятия.

Расход газовоздушной смеси V_1, (м³/с), определяют по формуле:

V₁ = , (2)

где Q - средний объем выбрасываемых газов, (м³/ч);

Безразмерные коэффициенты m и n, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, определяются в зависимости от параметров , _е, _м, _м, которые вычисляются по формулам:

f = , (3)

_м =0,65 , (4)

_м ^' =1,3 (5)

f_е =800(_м^' )³ (6)

Коэффициент m определяется по формулам:

m = при f100 (7)

m = при   100 (8)

Для _е   100 значение m вычисляют при f = f_е, (9)

w _o –средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, (м/с), определяется по формуле:

w _о = , (10)

где : D – диаметр устья источника выброса, (м);

Безразмерный коэффициент п, при f<100 определяется по формулам:

n=1 при _м  2 (11)

n=0,532 (_м)² - 2,13 _м + 3,13 при 0,5 _м <2 (12)

n=4,4_м при _м <0,5 (13)

Численное значение безразмерного коэффициента F - показателя рассеивания вредных веществ в атмосфере и вероятности накопления исходной примеси или вторичных загрязнений с учетом месторасположения предприятия – принимается равным:

F=1 - для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей;

F= 22,5 – для крупнодисперсных аэрозолей;

F=3 – для крупнодисперсных аэрозолей при отсутствии очистки и при содержании водяного пара в выбросах в количествах, достаточных для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация.

Расчеты по определению необходимой степени очистки газов, выбрасываемых в атмосферу, производят по содержанию в них вредных веществ на выходе системы пылегазоулавливания с учетом предельно-допустимого выброса (ПДВ) для каждого i – того загрязняющего вещества в выбрасываемых газах по формуле:

, (14)

если _доп Z_нач ,

где: _тр – потребная эффективность очистки системы пылегазоулавливания:

Z_нач- начальная запыленность или концентрация газообразных вредных примесей в отработанных газах (г/м³);

Z_доп – допустимая запыленность или концентрация газообразных вредных примесей в отработанных газах, (г/м³).

Z_нач определяется для каждого из загрязняющих веществ, содержащихся в отработанных газах, по формуле:

(15)

где: q_i - масса выбрасываемого i-того вредного вещества, (кг/ч);

Q - среднее объем выбрасываемых газов, (м³/ч);

Z_доп – определяется для каждого из загрязняющих веществ, содержащихся в отработанных газах, по формуле:

Z_доп. = (16)

где: ПДВ_i – предельно допустимый выброс i-того вредного вещества, [г/с].

Самостоятельная работа № 9

Техногенное воздействие на гидросферу

Гидросфера – водная оболочка Земли. Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное и многообразное давление. На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на гидросферу, это выражается в проявлении такого страшного зла, каким является химическое и бактериальное загрязнение вод.

Потребность человека в воде постоянно увеличивается. Если в древние времена расход воды на человека составлял 12-18 л. в сутки, то сегодня в развитых странах - 200-400 л. Особенно возросло использование воды на производственные нужды, где она используется практически во всех технологических процессах. На начало 21 века общее водопотребление в мире увеличилось приблизительно в 7 раз, а на промышленные нужды в 21 раз.

Запасы воды не везде одинаковы. По данным ВОЗ в мире около 1.2 млрд. человек страдают от нехватки воды, а такие страны, как Алжир, Голландия, Сингапур и др. импортируют воду. Загрязнение водных ресурсов делает ее непригодной для питья. Считается, что полная смена воды в атмосфере происходит за 9-10 суток, в реках 12-20 суток, морях 2.5-3 тыс. лет, океанах 30-40 тыс. лет.

Значительная часть воды, использованной в бытовой и производственной деятельности человека, испаряется, а приблизительно треть сбрасывается в виде неочищенных или недостаточно очищенных вод в поверхностные водоемы и водотоки.

Тяжелые металлы и пестициды накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых занимает человек. В водоемы со сточными водами поступает огромное количество загрязняющих веществ. Загрязнение принимает такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению.

Проблема загрязнения гидросферы является одной из наиболее острых экологических проблем в связи с тем, что:

- источники загрязнения и состав загрязняющих веществ очень разнообразны;

- загрязнители воды в растворенной форме или во взвешенном состоянии могут распространяться на огромные расстояния от места сброса;

- токсические вещества способны накапливаться в пищевых цепях;

- поступление с поверхностным стоком больших количеств растворимых соединений азота и фосфора вызывает ускоренное антропогенное эвтрофирование водоемов;

- процессы самоочищения водоемов осуществляются медленно.