Введение
Современный мир нуждается в защите от экологической катастрофы. Биосфера уже не в состоянии справится с вредными отходами цивилизации и начинает постепенно деградировать, что ставит под угрозу существование самой жизни на земле. Если сейчас не принять срочных мер по её сохранению, то в недалеком будущем человечество может оказаться в ситуации, когда уже никакие социально-экономические отношения и другие меры не в состоянии будут предотвратить экологическую катастрофу в глобальном масштабе. С точки зрения современных процессов деградации и разрушения окружающей среды в результате хозяйственной деятельности можно привести следующие данные:
- ежедневно в результате деятельности промышленности и транспорта в атмосферу поступает порядка 60 млн тонн парниковых газов;
- ежедневно истребляется и уничтожается 55 тысяч га лесов;
- ежедневно превращается в пустыни 220 тысяч га земли;
- ежедневно в следствие загрязнения мирового океана погибает 220 тысяч тонн рыбы.
Этот перечень можно было бы продолжить и по другим показателям, и этого уже достаточно, чтобы оценить плоды разрушения безответственной человеческой деятельности.
Выбросы парниковых газов, уничтожение лесов, изменение ландшафтов и землепользования увеличивает в конечном итоге среднюю температуру атмосферы и поверхности Земли.
3
По
сценариям экспертов выбросы парниковых
газов (СО2
, метан и
др.), обусловленные сжиганием
природно-сырьевых энергетических
ресурсов, с высокой степенью вероятности
будут определять рост концентрации
этих газов в атмосфере в течении всего
XXI
столетия. В результате этого средняя
глобальная температура у поверхности
Земли может повысится на 1,5
50С.
Такое потепление не имело место в течении
свыше 10 тысяч лет. Как следствие будет
наблюдаться изменение климата, повышенное
таяние ледников и повышение уровня
Мирового океана, разрастание пустынь
и снижение урожая.
Последствия изменения климата могут оказаться очень тяжелыми для человечества, но парниковый эффект представляет гораздо большую угрозу природным экосистемам.
Получившиеся в результате сгорания органического топлива, а также от производственных технологий диоксиды серы и азота, попадая в атмосферу возвращаются на землю с дождем, снегом или туманом. Загрязненные осадки, называемые кислотными дождями, меняют кислотность водоемов и почвы в местах выпадения, что приводит к гибели животных и растений и вызывает значительные потери в коммунальной сфере.
Одним из негативных процессов хозяйственной деятельности человечества является деградация земель. За время существования земледелия человечество уже потеряло более 2 млрд га продуктивных почв, что больше, чем пашни всего мира в настоящее время. И этот процесс, к сожалению, продолжается. Ежегодно, по оценкам, мир теряет от 7 до 8 млн га пахотной земли, а продуктивность оставшихся почв падает.
4
В перспективе миру грозит исчерпание природно-сырьевых ресурсов. Удельное потребление энергоносителей и сырья в мире ведет к необратимым процессам среды обитания. Одновременно с увеличением потребления сырьевых ресурсов резко возросли загрязнения промышленными и бытовыми отходами воды, воздуха и почвы. В этой связи мировому сообществу рекомендуется провести тотальную реструктуризацию глобальной экологической системы. Предполагается, что это можно осуществить без ущерба для экономического роста за счет применения промышленных материалов, поддающихся утилизации, перехода на альтернативные источники получения энергии, а также на переход к экологически чистым передовым технологиям и предприятиям в целом.
В свете новых представлений общество столкнулось с угрозой надвигающегося исчерпания природно-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов по причине отсутствия в достаточной мере развитых общественно-экологических потребностей.
Незрелость, а порой и отсутствие экологических потребностей приводит к тому, что природные ресурсы получают экономическую оценку только в случае их хозяйственного использования. В то же время при эксплуатации любого природного ресурса и объекта воздействию подвергается целый ряд пространственно связанных с ним видов природных ресурсов. А так как такое воздействие в соответствии с традиционными представлениями ничего не стоит производителю, то у него и не возникает никакой экологической мотивации, бережно относится к этим ресурсам. В результате этого человечество приблизилось к пределу емкости эколого- экономической
5
системы Земли.
Развитие хозяйственной деятельности без учета экологических требований может в конечном итоге привести к конфликту целей. Такой вариант конфликтов социальных, экологических и экономических целей широко распространен во всем мире. Такие конфликты приводят к экологическим преступлениям, что требует неотложного вмешательства на уровне правительств и в целом Организации объединенных наций.
Относительно недавно стало очевидным, что дальнейшая неуправляемая экспансия техносферы грозит полным разрушением элементов жизнеобеспечения: озонового слоя, гумуса почвы, пресной воды, и т.д. в этих условиях Программой ООН по окружающей среде – ЮНЕП поставлена задача сохранить примерно 10% территории планеты свободной от присутствия техносферы. Человечество выживает лишь в том случае, если фактические антропогенные воздействия на биосферу не будут превышать пороговые критические уровни, за которыми жизнь людей нормально развиваться не может.
Очевидно, что уровень благосостояния зависит не только от выбора товаров и услуг, но и от экологических благ (ресурсов окружающей среды) и их качества. Поэтому в настоящее время экологические факторы уже включены во многих странах в анализ «затраты – выгоды» при разработке проектов хозяйственного развития.
6
I. Нормирование качества окружающей среды и оценка
загрязнения атмосферы
В настоящее время деятельность человека стала соизмеримой с процессами, происходящими в природе. Становится очевидным, что человечество не может бесконтрольно продолжать загрязнять окружающую среду. Сегодня необходимо обеспечить безопасность среды для человека путем экологического нормирования. К экологическому нормированию относят систему регламентации воздействий на окружающую среду и человека, нормирование состояния объектов окружающей среды, территорий.
Понятие экологического нормирования охватывает ряд аспектов – природопользование, охрана природных экосистем и сохранение их экологического благополучия, обеспечение благоприятной окружающей среды и здоровья населения.
Регламентация антропогенных воздействий основана на установлении нормативов воздействий и концентраций загрязняющих веществ в различных средах: воздухе, почве, воде, продуктах питания.
В основе разработки ПДК и других нормативов лежат взаимосвязи между величиной эффекта и величиной воздействия, например, концентрацией вещества и продолжительностью воздействия (экспозицией). Это основные параметры, определяющие степень влияния вредного воздействия на живой организм.
Для того чтобы сохранить природные экосистемы, необходимо знать, какая антропогенная нагрузка не
7
приведет к опасным последствиям и деградации. Понятие допустимого воздействия на экосистему связано с представлениями о качестве окружающей среды.
Качество окружающей среды – это совокупность показателей, характеризующих состояние окружающей среды.
Любое воздействие на экологическую систему, способное вывести ее из естественного состояния, определяется как экологическая нагрузка. Если она не вызовет отрицательных последствий у обитающих на земле организмов, ее можно считать допустимой.
Под допустимым антропогенным воздействием на окружающую природную среду, следует понимать воздействие, которое не влияет на качество окружающей среды или изменяет природную среду в допустимых пределах, т.е. не разрушает существующую экосистему и не вызывает неблагоприятных воздействий у популяций, в первую очередь у человека. При этом воздействие не обязательно понимают как действие одного фактора – оно обычно представляет собой комплекс факторов.
Для того чтобы знать, какие воздействия не вызовут отрицательных последствий на окружающую среду необходимо знать:
-какие параметры и показатели соответствуют высокому и приемлемому качеству природной среды;
- какие параметры и показатели свидетельствуют о критических реакциях экосистем и других элементов биосферы;
- какие воздействия являются допустимыми.
8
Такого рода характеристики должны быть установлены и для отдельного организма, и для популяции, и для сообщества и для экосистемы, и для биосферы в целом.
Понятие о предельно допустимой концентрации (ПДК), предельно допустимых выбросов или сбросов (ПДВ, ПДС) и их нормирование
Содержание вредных веществ в воздухе оценивается с помощью норм предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ.
ПДК – это максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному временному отрезку, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не сказывается ни на нем, ни на окружающей среде с точки зрения вредного воздействия. ПДК определяется в мг/м3.
Различают среднесуточную величину ПДК и максимально-разовую. Последняя не должна превышать 3-10 кратного значения среднесуточной величины ПДК в зависимости от того и иного загрязняющего вещества на протяжении не более 20 минут.
Численные значения ПДК для каждого вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, зависят от токсичности данного вещества или класса опасности.
Вредные вещества сгруппированы по своей опасности на 4 класса. К первому классу относятся самые токсичные соединения такие, как, например, бензопирен, соединения свинца и ртути. К четвертому классу относятся
9
наименее вредные соединения такие, как, например, угарный газ, пары бензин.
Максимальная
концентрация того или иного вредного
вещества в приземном слое атмосферы не
должна превышать величины среднесуточного
значения ПДК, а в течение 20 минут
максимально разового значения ПДК.
В то же время при одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленными действиями, т.е. влияющих на одни и те же органы организма человека, их суммарная концентрация должна определяться в виде суммы относительных концентраций, приведенных к соответствующим значениям ПДК.
Сумма относительных концентраций таких вредных веществ в воздушной среде не должна превышать единицы.
К вредным веществам однонаправленного действия, т.е. близким по характеру биологического воздействия, например, относятся:
Озон – SO2 – формальдегид;
Сернистый газ – NO2;
SO2 – фтористый водород;
SO2 – фенол – сероводород;
Сернистый ангидрид SO3 – аммиак – окислы азота.
10
Полный перечень вредных веществ однонаправленного действия приведен в справочной литературе.
ПДВ или ПДС соответственно при определении предельно допустимых выбросов в атмосферу или сбросов в воду устанавливаются для каждого действующего или проектируемого предприятия.
Расчет ПДВ производится в тоннах в год, и представляет количество вредного вещества, превышение выбросов которого в атмосферу не разрешается.
ПДВ задается по каждому вредному веществу, выбрасываемого от источника загрязнения в атмосферу. При определении ПДВ от расчетного источника необходимо учитывать содержание каждого вредного вещества в атмосфере, обусловленное выбросами от других источников. Суммарные выбросы от уже действующих источников образуют фоновую концентрацию каждого вредного вещества в атмосфере. Поэтому основным условием при определении ПДВ для расчетного, вводимого в строй или действующего источника, чтобы концентрация вредного вещества в приземном слое атмосферы с учетом фоновой концентрации не превышала ПДК по данному веществу. При выбросе соединений однонаправленного действия величины ПДВ для этих веществ должны определяться из условия, чтобы их сумма относительных концентраций в атмосфере около поверхности земли с учетом фоновой концентрации не превышала единицы:
11
Для неорганизованных выбросов от совокупности мелких одиночных источников устанавливается суммарное ПДВ. Это характерно для вентиляционных выбросов в коммунально-бытовом хозяйстве города, для мелких котельных и других установок, сжигающих органическое топливо. Суммарное ПДВ определяется из условия, чтобы фоновая концентрация вредных веществ не превышала ПДК. При этом выбросы в атмосферу города можно привести к одному показателю и по нему оценивать допустимые выбросы всех вредных веществ. Так, в частности, при оценке загрязнения атмосферы от транспортных двигателей, расчет и экспериментальная проверка проводится на содержание СО. Ориентируясь на концентрацию окиси углерода в атмосфере можно вводить ограничения и по другим выбросам.
Если на данном предприятии или группе объектов, расположенных в одном районе, значения установленных ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты в настоящее время, то по согласованию с органами Госкомприроды допускается планирование поэтапного снижения выбросов до требуемой величины с указанием продолжительности каждого этапа до того момента, пока не будут обеспечены требования норм ПДК. При этом вводятся определенные временные отрезки, временные предельно допустимые выбросы или сбросы ВПДВ или ВПДС. Они же могут носить название как лимитные нормы выброса в атмосферу или сброса в водоемы.
12
Пример 1
Определение величины максимальной концентрации загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы при выбросе дымовых газов из трубы котельной
С учетом фоновой концентрации загрязняющего вещества в районе расположения источника выброса определить суммарную концентрацию и сравнить её с величиной максимально-разовой предельно- допустимой концентрацией (ПДК мр) данного загрязняющего вещества.
Для решения рассматриваемой задачи необходимо использовать следующие условия выброса дымовых газов:
тип выбрасываемого загрязняющего вещества, i ;
Мi – масса i-го загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами, г/с;
V - объем выбрасываемых из трубы дымовых газов, м3/с ;
H – высота дымовой трубы, м;
D – диаметр трубы в устье, м;
t - разность температуры газа и окружающей среды,0С;
- значение коэффициента, учитывающего влияние рельефа местности;
ПДК – максимально – разовая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3;
Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в атмосфере, мг/м3.
13
Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества в результате выбросов дымовых газов при неблагоприятных метеорологических условиях на расстояниях Lmax от источника определяется по формуле:
(1.1)
где А – коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере (табл. 1.1.);
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере и зависящий от размера частицы, плотности вещества и влажности воздуха (табл. 1.2.);
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рельефа местности.
Для ровной или слабо пересеченной местности
= 1.
Для неровной местности используется формула :
,
(1.2)
где Z – поправочный коэффициент, определяемый по табл. 1.3. в зависимости от форм рельефа и безразмерных величин n1=H/h0 и n2=а0/h0;
H – высота источника выброса,
h0 – высота (глубина) препятствия на местности;
а0 – полуширина препятствия (холм, ложбина),
-
параметр, зависящий от отношения х0/а0
(рис.1.1),
14
х0 – расстояние от источника до середины препятствия.
m, n –коэффициенты, учитывающие скорость выброса газа в атмосферу, его температуру и конструктивные размеры трубы.
Таблица 1.1.
Зависимость коэффициента А от широты
Территория России |
Значение коэф-та А |
Центр Европейской территории России |
140 |
Север и Северо-Запад, Среднее Поволжье, Урал севернее 520 с. Ш. |
160 |
Европейская часть России и Урал от 520 до 500 с.ш. |
180 |
Европейская часть России южнее 500 с.ш. Сибирь, Дальний Восток |
200 |
Таблица 1.2.
Значения коэффициента осаждения аэрозольных частиц
Характеристика выбросов вредных веществ |
Коэффициент F |
Газообразные, вредные выбросы, мелкодисперсные аэрозоли, скорость оседания которых близка к нулю. |
1,0 |
Жидкие аэрозоли или выбросы с содержанием водяных паров. |
3,0 |
15
рис. 1.1.
Определение коэффициента в формуле 1.2, учитывающего рельеф местности
16
Таблица 1.3.
Значение поправочного коэффициента Z в формуле (1.2.)
n1 |
Ложбина (впадина) |
Холм (гряда, здания) |
||||||
n2 |
n2 |
|||||||
4-5 |
6-9 |
10-15 |
16-20 |
4-5 |
6-9 |
10-15 |
16-20 |
|
|
4.0 |
2.0 |
1.6 |
1.3 |
3.0 |
1.5 |
1.4 |
1.2 |
0.6-1 |
3.0 |
1.6 |
1.5 |
1.2 |
2.2 |
1.4 |
1.3 |
1.1 |
1.1-2.9 |
1.8 |
1.5 |
1.4 |
1.1 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.0 |
3-5 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.0 |
1.2 |
1.2 |
1.1 |
1.0 |
|
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
0.5
5
Для определения коэффициентов m и n в формуле (1.1) предварительно определяется скорость выхода газа из трубы.
м/с,
(1.3)
Далее рассчитывают промежуточные параметры
(1.4)
(1.5)
По найденным величинам промежуточных параметров определяются значения коэффициентов m и n:
(1.6)
(1.7)
17
Определив максимальную величину концентрации вредного выброса на расстоянии Lmax от источника, находят суммарную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы с учетом фоновой концентрации.
(1.8)
Найденная величина суммарной концентрации по каждому загрязняющему веществу сравнивается с соответствующим значением ПДКмрi (максимально-разовая).
Для определения характера изменения концентрации загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы, при выбросе дымовых газов от источника в направлении рассеивания используются следующие расчетные зависимости:
,
(1.9)
при
,
(1.10)
при
где Х – текущее расстояние от источника выброса в направлении рассеивания
18
Lmax – расстояние от источника выброса в направлении рассеивания до места, где будет наблюдаться максимальное значение концентрации загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы.
Для определения Lmax используется зависимость:
,
(1.11)
где
d=5.7
при
d=11.4
при
d=16
при
2
;
Н – высота дымовой трубы, м
F –принимается согласно таблицы (1.2)
- определяется по формуле (1.5)
По полученным данным строится кривая изменения концентрации загрязняющего вещества от источника выброса в направлении рассеивания.
19
Варианты условий для решения задачи
№ |
в-во |
М г/с |
V м3/с |
Н м |
Д м |
t 0С |
тип мест- ности |
ПДКмр мг/м3 |
Сф мг/м3 |
1 |
NO2 |
0,4 |
3 |
15 |
0,7 |
100 |
ровная |
0,2 |
0,01 |
2 |
SO2 |
0,7 |
3 |
20 |
0,7 |
100 |
ровная |
0.5 |
0.01 |
3 |
CO |
4 |
4 |
3 |
25 |
100 |
ровная |
5.0 |
1.0 |
4 |
NO2 |
0,6 |
4 |
30 |
08 |
100 |
ровная |
0.2 |
0.01 |
5 |
SO2 |
0,8 |
4 |
15 |
0,8 |
100 |
ровная |
0.5 |
0.015 |
6 |
CO |
5 |
4 |
20 |
0,8 |
110 |
ровная |
5.0 |
1.0 |
7 |
NO2 |
0,5 |
5 |
25 |
0,8 |
110 |
холм n1 = 0.5, n2 =4 |
0.2 |
0.008 |
8 |
SO2 |
0,9 |
5 |
30 |
0,8 |
110 |
холм n1 = 1, n2 =4 |
0.5 |
0.01 |
9 |
CO |
6 |
5 |
15 |
0,8 |
110 |
холм n1 = 2, n2 =8 |
5.0 |
0.8 |
10 |
NO2 |
0,7 |
6 |
20 |
0,9 |
110 |
холм n1 = 4 , n2 =8 |
0.2 |
0.009 |
11 |
SO2 |
1,0 |
6 |
25 |
0,9 |
120 |
холм n1 = 6 , n2 =12 |
0,5 |
0,008 |
12 |
CO |
7 |
6 |
30 |
0,9 |
120 |
холм n1 = 4, n2 =8 |
5,0 |
0,8 |
13 |
NO2 |
0,3 |
7 |
15 |
1,0 |
120 |
холм n1 = 1 , n2 =12 |
0,2 |
0,01 |
14 |
SO2 |
1,1 |
7 |
20 |
1,0 |
120 |
холм n1 = 3 , n2 =16 |
0,5 |
0,01 |
15 |
CO |
8 |
7 |
25 |
1,0 |
120 |
холм n1 = 6 , n2 =16 |
5,0 |
1,0 |
16 |
NO2 |
0,8 |
8 |
30 |
1,0 |
130 |
холм n1 = 4, n2 =12 |
0,2 |
0,012 |
17 |
SO2 |
1,2 |
8 |
15 |
1,0 |
130 |
впадина n1 = 0,5 , n2 =5 |
0,5 |
0,013 |
20
Варианты условий для решения задачи
№ |
в-во |
М г/с |
V м3/с |
Н м |
Д м |
t 0С |
тип мест- ности |
ПДКмр мг/м3 |
Сф мг/м3 |
18 |
CO |
9 |
8 |
20 |
1,0 |
130 |
впадина n1 = 1 , n2 =5 |
5,0 |
1,2 |
19 |
NO2 |
0,5 |
4 |
25 |
0,8 |
130 |
впадина n1 = 3 ., n2 =13 |
0,2 |
0,11 |
20 |
CO |
10 |
4 |
30 |
0,8 |
130 |
впадина n1 = 5 , n2 =20 |
5,0 |
1,1 |
21 |
SO2 |
0,9 |
5 |
30 |
08 |
130 |
ровная |
0.5 |
0.01 |
22 |
NO2 |
0,4 |
5 |
30 |
0,8 |
120 |
ровная |
0.2 |
0.01 |
23 |
SO2 |
1,1 |
4 |
20 |
0,7 |
120 |
ровная |
0,5 |
0,01 |
24 |
CO |
3 |
4 |
20 |
0,7 |
120 |
ровная |
5,0 |
1,0 |
25 |
NO2 |
0,5 |
6 |
20 |
0,8 |
110 |
ровная |
0,2 |
0.01 |
26 |
SO2 |
0,8 |
6 |
30 |
0,9 |
110 |
холм n1 = 0,5, n2 =4 |
0,5 |
0,01 |
27 |
CO |
4 |
5 |
30 |
0,9 |
110 |
холм n1 = 1 , n2 =4 |
5,0 |
1,0 |
28 |
NO2 |
0,6 |
6 |
30 |
0,9 |
120 |
холм n1 = 2 , n2 =8 |
0,2 |
0,01 |
29 |
SO2 |
0,7 |
7 |
25 |
0,9 |
120 |
холм n1 = 4, n2 =8 |
0,5 |
0,01 |
30 |
CO |
6 |
7 |
25 |
0,9 |
120 |
холм n1 = 6 , n2 =12 |
5,0 |
1,0 |
Примечание:
при оценке расположения источника выброса на неровной местности принять значение параметра = 0,2 (рис 1.1)
21
Пример 2
Определение максимально-допустимой величины выброса загрязняющего вещества в атмосферу, содержащегося в дымовых газах котельной
При выбросе дымовых газов из трубы котельной, содержащиеся в них загрязняющие вещества, рассеиваются в атмосфере, и на некотором расстоянии от источника выброса их концентрация в приземном слое атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения. Суммарная концентрация загрязняющего вещества определяется в виде суммы концентраций, получаемой как за счет рассматриваемого источника выброса, так и за счет фоновой концентрации данного загрязняющего вещества Сф, находящегося в атмосфере в результате поступления от других источников. Если при этом суммарная концентрация загрязняющего вещества достигает предельно-допустимой максимально-разовой величины концентрации (ПДКмр), определяемой нормативными требованиями, то выброс данного вещества от источника выброса должен быть ограничен.
Для определения максимально-допустимой величины выброса загрязняющего вещества используется формула:
(г/с)
, (2.1)
где Н – высота дымовой трубы, м;
V –объём, выбрасываемых дымовых газов из трубы котельной, м3/с;
22
t - разница температур между выбрасываемым дымовым газом и атмосферой, 0С;
А – коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального изменения температуры в атмосфере. Принимается по условиям месторасположения источника выброса на территории России ( табл.1.1).
F – коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющего вещества в атмосфере в зависимости от плотности вещества, размера частиц и метеоусловий в атмосфере (табл. 1.2).
- коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. Для ровной местности с застройкой, не превышающей 20 м его можно принимать равным единице. Для неровной местности используется формула 1.2 (задача №1).
m, n – безразмерные коэффициенты учитывающие скорость выброса дымового газа в атмосферу, превышение его температуры над температурой выброса в атмосфере, высоту дымовой трубы (Н) и её диаметр в устье (D).
Для определения коэффициентов m и n необходимо сначала определить скорость выхода дымового газа из трубы, используя формулу:
м/с, (2.2)
Далее необходимо определить промежуточные параметры f и :
23
(2.3)
(2.4)
После этого находятся величины коэффициентов m и n:
(2.5)
(2.6)
Определив значения всех параметров, входящих в формулу (2.1), находят максимально-допустимую величину выброса загрязняющего вещества ( ПДВ мр ) из дымовой трубы, не приводящую к превышению предельно-допустимой концентрации его в приземной слое атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях..
Примечания к задаче:
1. Значения максимально- разового ПДКмр приняты согласно нормативам для :
NO2 = 0,2 мг/м3,
SO2 = 0,5 мг/м3
Пыль = 0,5 мг/м
2. Источник выброса дымовых газов расположен на ровной местности.
24
Варианты условий для решения задачи
№ |
В-во |
V, м3/с |
Н, м |
Сф, мг/м3 |
t, 0С |
Д, м |
1 |
NO2 |
4 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
2 |
NO2 |
5 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
3 |
NO2 |
6 |
15 |
0,008 |
110 |
1,0 |
4 |
NO2 |
7 |
20 |
0,008 |
110 |
1,0 |
5 |
NO2 |
8 |
20 |
0,012 |
120 |
1,0 |
6 |
NO2 |
4 |
20 |
0,012 |
120 |
0,8 |
7 |
NO2 |
5 |
25 |
0,015 |
130 |
0,8 |
8 |
NO2 |
6 |
25 |
0,015 |
130 |
0,9 |
9 |
NO2 |
7 |
25 |
0,01 |
105 |
0,9 |
10 |
NO2 |
8 |
30 |
0,012 |
105 |
1,0 |
11 |
SO2 |
4 |
15 |
0,02 |
100 |
0,9 |
12 |
SO2 |
5 |
15 |
0,02 |
100 |
0,9 |
13 |
SO2 |
6 |
15 |
0,025 |
105 |
1,0 |
14 |
SO2 |
7 |
20 |
0,025 |
105 |
1,0 |
15 |
SO2 |
8 |
20 |
0,015 |
110 |
1,0 |
16 |
SO2 |
4 |
20 |
0,015 |
110 |
0,8 |
17 |
SO2 |
5 |
20 |
0,01 |
115 |
0,8 |
18 |
SO2 |
6 |
25 |
0,01 |
115 |
0,9 |
19 |
SO2 |
7 |
25 |
0,012 |
120 |
0,9 |
20 |
SO2 |
8 |
25 |
0,012 |
120 |
1,0 |
21 |
пыль |
4 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
22 |
пыль |
5 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
23 |
пыль |
6 |
15 |
0,008 |
110 |
1,0 |
24 |
пыль |
7 |
20 |
0,008 |
110 |
1,0 |
25 |
пыль |
8 |
20 |
0,012 |
120 |
1,0 |
25
Варианты условий для решения задачи
№ |
В-во |
V, м3/с |
Н, м |
Сф, мг/м3 |
t, 0С |
Д, м |
26 |
зола |
4 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
27 |
зола |
5 |
15 |
0,01 |
100 |
0,9 |
28 |
зола |
6 |
15 |
0,008 |
110 |
1,0 |
29 |
зола |
7 |
20 |
0,008 |
110 |
1,0 |
30 |
зола |
8 |
20 |
0,012 |
120 |
1,0 |
26
Пример 3
Определение минимальной высоты дымовой трубы при выбросе в атмосферу дымовых газов от теплоэнергетических установок
Минимальная высота дымовой трубы Н выбирается из расчета, чтобы концентрация загрязняющих веществ в приземной слое атмосферы при их рассеивании при неблагоприятных метеоусловиях не превышала значения максимально-разовой предельно-допустимой концентрации ПДКмр , с учетом существующей в данном районе фоновой концентрации Сф.
Высота дымовой трубы для обеспечения экологических требований по условиям загрязнения атмосферы определяется по формуле:
,
м (3.1)
где А – коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере (табл. 1.1.);
М - массовый выброс загрязняющего вещества с дымовыми газами в атмосферу ;
F – коэффициент, учитывающий скорость оседания
вредных веществ в атмосфере и зависящий от размера
частицы, плотности вещества и влажности воздуха (табл. 1.2.); - коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.
27
При выполнении задачи местность можно принять
слабопересеченной, для которой =1
V –объём, выбрасываемых дымовых газов из трубы
котельной, м3/с;
t - разница температур между выбрасываемым
дымовым газом и атмосферой, 0С;
m, n –параметры, зависящие от конструктивных размеров дымовой трубы, скорости выброса и температуры газа.
Для определения параметров m и n используются формулы:
(3/2)
(3.3)
где :
(3.4)
(3.5)
Входящая в формулу 3.4. скорость газа на выходе из дымовой трубы W0 определяется
м/с, (3,6)
где D – диаметр дымовой трубы в устье (м)
28
Как видно из формул (3.2.- 3.5) параметры m и n зависят от высоты дымовой трубы Н. Поэтому решение задачи с использованием формулы 3.1 по определению высоты дымовой трубы может быть получено лишь методом последовательного приближения.
На начальном этапе значения коэффициентов m и n принимают равным единице и по формуле 3.1. определяют высоту дымовой трубы. Далее используя полученную высоту трубы в формулах 3.4 и 3.5 находят значения промежуточных параметров f и и по ним коэффициенты m и n . Значения коэффициентов m и n вновь используют в формуле 3.1 и уточняют высоту дымовой трубы. Расчет в указанной последовательности повторяют третий или даже четвертый раз до тех пор пока новое (последнее по расчету) значение высоты дымовой трубы не будет отличаться от величины, полученной в предпоследнем расчете более чем на 1 метр.
Полученное значение высоты дымовой трубы в последнем расчете округляют в пределах 1 м и принимают в качестве окончательного результата.
Примечания к задаче:
Значения максимально-разового ПДКмр принять согласно нормативам
NO2 = 0,2 мг/м3
SO2 = 0,5 мг/м3
Зола = 0,5 мг/м3
Источник выброса дымовых газов расположен на ровной местности = 1
Коэффициент А в формуле 3.1 принять равным 140
Значения фоновой концентрации принять для
NO2 = 0,01 мг/м3
29
SO2 = 0,01 мг/м3
Зола = 0,5 мг/м3
Варианты условий для решения задачи.
№ |
в-во |
М г/с |
V м3/с |
t 0С |
F |
1 |
зола |
2 |
3 |
100 |
2,0 |
2 |
зола |
2,5 |
3 |
100 |
2,0 |
3 |
зола |
3,0 |
4 |
110 |
2,0 |
4 |
зола |
3,5 |
4 |
110 |
2,0 |
5 |
зола |
4,0 |
5 |
110 |
2,0 |
6 |
зола |
4,5 |
5 |
110 |
2,0 |
7 |
зола |
5,0 |
6 |
120 |
2,0 |
8 |
зола |
5,5 |
6 |
120 |
2,0 |
9 |
зола |
6,0 |
7 |
120 |
2,0 |
10 |
зола |
6,5 |
7 |
120 |
2,0 |
11 |
NO2 |
0,4 |
4 |
100 |
1,0 |
12 |
NO2 |
0,5 |
4 |
100 |
1,0 |
13 |
NO2 |
0,6 |
5 |
100 |
1,0 |
14 |
NO2 |
0,3 |
5 |
110 |
1,0 |
15 |
NO2 |
0,2 |
6 |
110 |
1,0 |
16 |
NO2 |
0,45 |
6 |
110 |
1,0 |
17 |
NO2 |
0,55 |
7 |
120 |
1,0 |
18 |
NO2 |
0,35 |
7 |
120 |
1,0 |
19 |
NO2 |
0,25 |
8 |
120 |
1,0 |
20 |
NO2 |
0,65 |
8 |
120 |
1,0 |
30
Варианты условий для решения задачи.
№ |
в-во |
М г/с |
V м3/с |
t 0С |
F |
21 |
SO2 |
0,5 |
3 |
100 |
1,0 |
22 |
SO2 |
0,6 |
3 |
100 |
1,0 |
23 |
SO2 |
0,7 |
4 |
100 |
1,0 |
24 |
SO2 |
0,8 |
4 |
110 |
1,0 |
25 |
SO2 |
0,9 |
5 |
110 |
1,0 |
26 |
SO2 |
1,0 |
5 |
110 |
1,0 |
27 |
SO2 |
1,1 |
6 |
120 |
1,0 |
28 |
SO2 |
1,2 |
6 |
120 |
1,0 |
29 |
SO2 |
1,3 |
7 |
120 |
1,0 |
30 |
SO2 |
1,4 |
7 |
120 |
1,0 |
31
Пример 4
Определение величины максимальной концентрации загрязняющего вещества и её изменение в приземном слое атмосферы при удалении загрязняющего воздуха из вентиляционной трубы
Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества Сmax (мг/м3) при выбросе холодных газов из одиночного источника достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Lmax (м) от источника и определяется по формуле
,
мг/м3
(4.1)
где
А – коэффициент, зависящий от вертикального и горизонтального изменения температуры в атмосфере ( принимается по табл. 1.1);
М (г/с) – масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу с холодным загрязненным воздухом;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих частиц в атмосферном воздухе ( принимается по таблице 1.2);
n - коэффициент, учитывающий условия выброса вентиляционного воздуха из устья источника выброса;
V ( м3/с) – объемный расход вентиляционного воздуха, выбрасываемый в атмосферу;
H (м) – высота источника выброса над уровнем земли;
32
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км = 1
,
м – эквивалентный диаметр трубы
прямоугольного сечения с размерами
сторон axb
или диаметр круглой трубы;
Значение коэффициента n определяется по формуле
(4.2.)
где
(4.3)
скорость
выброса вентиляционного воздуха в
атмосферу ( м/с)
Расстояние Lmax (м) от источника выброса до места, где приземная концентрация загрязняющего вещества достигает максимального значения Сmax определяется по формуле
,
(4.4)
где безразмерный коэффициент d для холодных выбросов определяется по формулам :
d=5,7
при
(4.5)
d=11,4
при
(4.6)
d=16
при
2
(4.7)
33
Суммарная концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы определяется по формуле:
С = Сmax + Сф , (4.8)
где Сф (мг/м3) – фоновая концентрация загрязняющего вещества в атмосфере в районе расположения источника выброса. Она задается региональными экологическими службами контроля.
Суммарная концентрация загрязняющего вещества сравнивается с соответствующими значениями его максимально-разового ПДКмр.
Для определения характера изменения концентрации загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы от источника выброса в направлении рассеивания используются следующие формулы:
(4.9)
при
,
(4.10)
при
По полученным значениям концентраций строится кривая изменения концентрации вещества в приземном слое атмосферы.
34
Варианты условий для решения задачи
№ |
V м3/с |
М г/с |
масса газообразных веществ |
Н м |
Сечение трубы ахв |
||
оксид железа |
Фториды |
Диоксид азота |
|||||
1 |
5 |
0,5 |
0,4 |
0,04 |
0,2 |
10 |
0,6х0,8 |
2 |
6 |
0,7 |
0,4 |
0,04 |
0,25 |
10 |
0,4х0,8 |
3 |
7 |
0,9 |
0,5 |
0,05 |
0,3 |
10 |
0,8х0,8 |
4 |
8 |
1,0 |
0,5 |
0,05 |
0,35 |
10 |
0,8х0,9 |
5 |
9 |
1,2 |
0,6 |
0,06 |
0,4 |
10 |
0,8х1,0 |
6 |
10 |
1,4 |
0,6 |
0,07 |
0,45 |
10 |
0,9х1,0 |
7 |
5 |
0,5 |
0,4 |
0,04 |
0,2 |
12 |
0,6х0,8 |
8 |
6 |
0,7 |
0,4 |
0,04 |
0,25 |
12 |
0,4х0,8 |
9 |
7 |
0,9 |
0,5 |
0,05 |
0,3 |
12 |
0,8х0,8 |
10 |
8 |
1,0 |
0,5 |
0,05 |
0,35 |
12 |
0,8х0,9 |
11 |
9 |
1,2 |
0,6 |
0,06 |
0,4 |
12 |
0,8х1,0 |
12 |
10 |
1,4 |
0,6 |
0,07 |
0,45 |
12 |
0,9х1,0 |
13 |
5 |
0,5 |
0,4 |
0,04 |
0,2 |
14 |
0,6х0,8 |
14 |
6 |
0,7 |
0,4 |
0,04 |
0,25 |
14 |
0,4х0,8 |
15 |
7 |
0,9 |
0,5 |
0,05 |
0,3 |
14 |
0,8х0,8 |
16 |
8 |
1,0 |
0,5 |
0,05 |
0,35 |
14 |
0,8х0,9 |
17 |
9 |
1,2 |
0,6 |
0,06 |
0,4 |
14 |
0,8х1,0 |
18 |
10 |
1,4 |
0,6 |
0,07 |
0,45 |
14 |
0,9х1,0 |
19 |
5 |
0,5 |
0,4 |
0,04 |
0,2 |
16 |
0,6х0,8 |
20 |
6 |
0,7 |
0,4 |
0,04 |
0,25 |
16 |
0,4х0,8 |
21 |
7 |
0,9 |
0,5 |
0,05 |
0,3 |
16 |
0,8х0,8 |
22 |
8 |
1,0 |
0,5 |
0,05 |
0,35 |
16 |
0,8х0,9 |
23 |
9 |
1,2 |
0,6 |
0,06 |
0,4 |
16 |
0,8х1,0 |
24 |
10 |
1,4 |
0,6 |
0,07 |
0,45 |
16 |
0,9х1,0 |
35
Варианты условий для решения задачи
№ |
V м3/с |
М г/с |
масса газообразных веществ |
Н м |
Сечение трубы ахв |
||
оксид железа |
Фториды |
Диоксид азота |
|||||
25 |
5 |
0,5 |
0,4 |
0,04 |
0,2 |
18 |
0,6х0,8 |
26 |
6 |
0,7 |
0,4 |
0,04 |
0,25 |
18 |
0,4х0,8 |
27 |
7 |
0,9 |
0,5 |
0,05 |
0,3 |
18 |
0,8х0,8 |
28 |
8 |
1,0 |
0,5 |
0,05 |
0,35 |
18 |
0,8х0,9 |
29 |
9 |
1,2 |
0,6 |
0,06 |
0,4 |
18 |
0,8х1,0 |
30 |
10 |
1,4 |
0,6 |
0,07 |
0,45 |
18 |
0,9х1,0 |
Примечание: при расчете Смах по формуле 4.1.
для пыли принять F = 2,
для газообразных примесей F=1
36
Пример 5
Определение величины максимальной концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы при удалении вентиляционного воздуха из помещения через аэрационный фонарь (линейный источник). Принять условие, когда воздушный поток направлен вдоль оси здания
В случае, когда направление рассеивания совпадает с осью здания в приземном слое атмосферы достигается наибольшая концентрация.
Аэрационный фонарь располагается в крыше здания и представляет собой систему оконных проемов, через которые естественным путем удаляется загрязненный воздух из помещения. Как правило, аэрационный фонарь используется при аэрации здания за счет возникающей в помещении избыточной теплоты. Так как аэрационный фонарь по своей длине практически совпадает с длинной здания, то его можно рассматривать как линейный источник выброса.
Максимальное
количество приземной концентрации
загрязняющего вещества, выбрасываемого
из фонаря с вентиляционным воздухом
С
и
расстояние до точки максимальной
концентрации L
С = S1 · Cmax (мг/м3) (5.1)
L
=
+ S2
· Lmax
(м)
(5.2)
где :
L (м) - длина линейного источника (аэрационного фонаря)
37
Сmax
, Lmax
– максимальная концентрация в приземном
слое атмосферы и расстояние от центра
источника до точки на земле с максимальной
концентрацией при выбросе загрязняющего
воздуха из одиночного источника с
круглым устьем трубы D
и массой выбрасываемого в атмосферу
загрязняющего вещества М г/с, принимаемой
сумме выбросов из всего аэрационного
фонаря.
Величина Сmax мг/м3 определяется по формуле:
(5.3)
где
А – коэффициент, зависящий от вертикального и горизонтального изменения температуры в атмосфере ( принимается по табл. 1.1);
М (г/с) – масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу с холодным загрязненным воздухом из аэрационного фонаря;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих частиц в атмосферном воздухе ( принимается по таблице 1.2);
N - коэффициент, учитывающий условия выброса вентиляционного воздуха из устья источника выброса;
V ( м3/с) – объемный расход вентиляционного воздуха, выбрасываемый в атмосферу из аэрационного фонаря;
H (м) – высота источника выброса над уровнем земли;
h- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км - h= 1.
38
Эффективный
эквивалентный диаметр устья аэрационного
фонаря D
(м) определяется по формуле:
,
(5.4)
где:
W0 , м/с - скорость выхода загрязненного воздуха из аэрационного фонаря,
Значение коэффициента n определяется по формуле
(5.5)
где
(5.6)
Расстояние Lmax (м) от точечного источника выброса до места, где приземная концентрация загрязняющего вещества достигает максимального значения Сmax определяется по формуле
, (5.7)
где безразмерный коэффициент d для холодных выбросов определяется по формулам :
d=5,7 при (5.8)
d=11,4 при (5.9)
d=16 при 2 (5.10)
Безразмерные коэффициенты S1 и S2 определяются в зависимости от отношения (L/Lmax) по формулам
39
S1
=
(5.11)
S2
=
(5.12)
За высоту одиночного источника Н (м) принимается высота верхней кромки аэрационного фонаря над уровнем земли.
Суммарная концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы определяется по формуле
СS = С + Сф , (5.13)
где Сф (мг/м3) – фоновая концентрация загрязняющего вещества в атмосфере в районе расположения источника выброса. Она задается региональными экологическими службами контроля.
Суммарная концентрация загрязняющего вещества сравнивается с соответствующими значениями его максимально-разового ПДКмр.
40
Варианты условий для решения задачи
№ |
масса пыли г/с |
объем, удаляемого воздуха V, м/с |
высота источника выброса Н, м |
длина аэрац. фонаря L, м |
скорость выброса воздуха W0 м/с |
фоновая конц-ция
Сф , мг/м3 |
1 |
0,8 |
5 |
10 |
20 |
0,8 |
0,5 |
2 |
0,9 |
6 |
10 |
25 |
0,8 |
0,5 |
3 |
1,0 |
7 |
10 |
30 |
0,7 |
0,5 |
4 |
1,1 |
8 |
10 |
35 |
0,7 |
0,7 |
5 |
1,2 |
9 |
10 |
40 |
0,9 |
0,7 |
6 |
1,3 |
10 |
10 |
45 |
0,9 |
0,7 |
7 |
1,4 |
11 |
10 |
50 |
1,0 |
0,9 |
8 |
1,6 |
12 |
10 |
60 |
1,0 |
0,9 |
9 |
1,8 |
13 |
10 |
70 |
1,2 |
1,0 |
10 |
2,0 |
14 |
10 |
80 |
1,2 |
1,0 |
11 |
0,8 |
5 |
12 |
20 |
0,8 |
0,5 |
12 |
0,9 |
6 |
12 |
25 |
0,8 |
0,5 |
13 |
1,0 |
7 |
12 |
30 |
0,7 |
0,5 |
14 |
1,1 |
8 |
12 |
35 |
0,7 |
0,7 |
15 |
1,2 |
9 |
12 |
45 |
0,9 |
0,7 |
16 |
1,3 |
10 |
12 |
50 |
1,0 |
0,9 |
17 |
1,4 |
11 |
12 |
60 |
1,0 |
0,9 |
18 |
1,6 |
12 |
12 |
70 |
1,2 |
1,0 |
19 |
1,8 |
13 |
12 |
80 |
1,2 |
1,0 |
20 |
2,0 |
14 |
12 |
40 |
0,9 |
0,7 |
21 |
0,8 |
5 |
14 |
35 |
0,7 |
0,7 |
22 |
0,9 |
6 |
14 |
50 |
1,0 |
0,9 |
23 |
1,0 |
7 |
14 |
60 |
1,0 |
0,9 |
41
Варианты условий для решения задачи
№ |
масса пыли г/с |
объем, удаляемого воздуха V, м/с |
высота источника выброса Н, м |
длина аэрац. фонаря L, м |
скорость выброса воздуха W0 м/с |
фоновая конц-ция
Сф , мг/м3 |
24 |
1,1 |
8 |
14 |
40 |
0,9 |
0,7 |
25 |
1,2 |
9 |
14 |
45 |
0,9 |
0,7 |
26 |
1,3 |
10 |
14 |
50 |
1,0 |
0,9 |
27 |
1,4 |
11 |
14 |
60 |
1,0 |
0,9 |
28 |
1,6 |
12 |
14 |
20 |
0,8 |
0,5 |
29 |
1,8 |
13 |
14 |
25 |
0,8 |
0,5 |
30 |
2,0 |
14 |
14 |
30 |
0,7 |
0,5 |
42