Расчет предельно допустимых выбросов в атмосферу

Теоретическое введение

Для оценки загрязнения вредными примесями окружающей среды используется модель процесса переноса примеси, согласно которой определяется C_m – максимальное значение примеси при наиболее неблагоприятных климатических условиях по формуле:

,

где А - коэффициент, характеризующий неблагоприятные конвективные условия, скорость ветра, неблагоприятную для рассеивания выбросов данного источника, приподнятые инверсии непосредственно над источником выбросов, штилевые зоны и туманы, М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу (г/с), F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода примеси, зависящие от стратификации и других факторов состояния атмосферы, H – высота выброса над уровнем подстилающей поверхности(м), η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (=1), ∆T – разница температур примеси и окружающего воздуха (^оС), Q₁ – расход примеси (м³/с).

При вычислении средней концентрации потока примеси реального промышленного источника необходимо также учитывать начальный подъем примеси ∆H (м), определяющейся ее скоростью выхода V (м/с), и перегревом ∆Т относительно окружающего воздуха Т_а (^оС), а также радиусом устья трубы R_о (м). Тогда H представляет сумму ∆H и геометрической высоты источника H_и:

H=∆H+H_и,

,

где U_ф – скорость ветра на уровне флюгера (м/с), т.е. z_ф=10 м, V- скорость выхода примеси (м/с).

Для центральной части европейской территории РФ коэффициент А=120, для северной и северо-западной части, Среднего Поволжья , Урала А= 160, для районов Сибири и Дальнего Востока А=200.

Коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе F. Для газообразных веществ и мелкодисперсионных аэрозолей F=1, для пыли и золы F=2…3.

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

,

в которой параметр f определяется по формуле:

;

,

где D_и – диаметр источника выброса (м).

Значение безразмерного коэффициента n определяется по формулам:

при V_m≤0,3 n=3,

при 0,3<V_m≤2 ,

при V_m>2 n=1,

где величина V_m определяется расходом газовоздушной смеси Q₁ в устье источника выброса (м/с):

.

Приземная концентрация вредных веществ C_m при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимальных значений на оси факела выброса (по направлению ветра) на расстоянии X_m от источника выброса. Величина X_m определяется по формуле:

X_m= d H,

где d – безразмерная величина, определяемая в зависимости от значения V_m:

при V_m≤2 ,

при V_m>2 .

Когда безразмерный коэффициент F≥2, величина X_m определяется по формуле:

.

Опасная скорость ветра U_m(м/с), при которой имеет место наибольшее значение C_m, зависит от величины V_m:

при V_m≤0,5 U_m=0,5м/с,

при 0,5<V_m≤2 U_m=V_m,

при V_m>2 U_m=V_m(1+0,12 )

Уровень загрязнения сравнивается с предельно допустимой экологической нагрузкой (ПДЭН), которая либо не меняет состояние загрязнения атмосферы, либо изменяет ее в допустимых пределах, т.е. не влечет разрушения экологической системы.

При поступлении в воздух вредных веществ, обладающих одинаковой направленностью воздействия на среду, сумма их относительных концентраций не должна превышать единицы:

,

где С_i- фактическая концентрация вещества (мг/м³); ПДК_i- предельно допустимая концентрация соответствующего вещества (мг/м³).

Предельно допустимый выброс (ПДВ) для одиночного источника определяется по формуле:

,

где С_ф – фоновая концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха (мг/м³), справочная величина или выбирается равной 1/3 ПДК. При этом концентрация вредного вещества в выбросах около устья источника не должна превышать величины:

.

С учетом известных данных повторяемости направления ветров и расчетного расстояния до места наблюдения максимальной концентрации X_m определяется расчетное расстояние от источников L_о, где концентрация веществ выше ПДК, и размеры защитной зоны L по формуле:

,

где L_о – расчетное расстояние до максимальной концентрации вещества С_m=C_i; P – среднегодовая роза повторяемости ветров (%), Р_о – повторяемость ветров одного румба, например, если сумма направлений – румбов ветра, равна 8, то Р_о=12,5%.

Задача

Оценить выброс вредных веществ и определить санитарно-защитную зону предприятия, имеющего выброс вредных веществ в количестве М(г/с): диоксида азота М_NO2=7,14; диоксида серы М_SO2=2,3; оксида углерода М_CO=8,0. Температура выбрасываемой смеси составляет Т=220⁰С, объем выбрасываемой смеси составляет Q₁=1,6 м³/с. Выброс осуществляется источником с параметрами: высота H_и=34 м; диаметр D=0,4 м. Температура окружающего воздуха Т_а=20⁰С, скорость ветра на уровне флюгера U_ф=7 м/с. ПДК_NO2=0,085 мг/м3; ПДК_SO2=0,5 мг/м3; ПДК_CO=5,0 мг/м3.

Роза ветров:

Румб,р	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Р,%

Контрольные вопросы

1) Перечислите мероприятия, направленные на защиту воздушного бассейна. Дайте им краткую характеристику.

2) Для каких целей устраиваются санитарно-защитные зоны? Какую роль выполняют зеленые насаждения?

3) Какие методы очистки выбросных газов от химических веществ вы знаете? Какие принципы лежат в основе их работы?

Библиографический список

1. Акимова, Т. А. Экология. Человек. Экономика. Среда. Биота: учеб. для студ. вузов / Т. А. Акимова, В. В. Хаскин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2007, 2008. - 495 с.

2. Андреева, Т. А. Экология в вопросах и ответах: учеб. пособие / Т. А. Андреева. - М. : [ТК Велби] : Проспект, 2007. - 180 с.

3. Березина, Н. А. Экология растений: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Экология" и напр. "Экология и природопользование" : допущено УМО по образованию / Н. А. Березина, Н. Б. Афанасьева. - М.: Академия, 2009. - 400 с.

4. Бродский, А. К. Общая экология: учебник для студ. вузов, обуч. по направлению подготовки бакалавров, магистров 020200 "Биология", биологич. спец. и спец. 020803 "Биоэкология" направления 020800 "Экология и природопользование" / А. К. Бродский . - М. : Академия, 2006, 2007. - 254 с

5. Бузмаков, В. В. Производство продукции растениеводства, свободной от тяжелых металлов и радионуклидов [Текст] : учеб.- практ. пособие / В. В. Бузмаков ; МСХ РФ, Российская акад. наук им. В.И. Вернадского, Российская акад. кадрового обеспечения АПК. - М. : РОсАКОагро, 2005. - 78 с.

6. Воронцов, А. П. Ресурсосбережение в АПК: учеб. пособие / А. П. Воронцов. - М. : Юркнига, 2006. - 207 с.

7. Дмитриев, В. В. Прикладная экология: учебник для студ. вузов, обуч. по спец. "Экология" / В. В. Дмитриев, А. И. Жиров, А. Н. Ласточкин. - М. : Академия, 2008. - 600 с.

8. Еремченко, О. З. Учение о биосфере: учеб. пособие для студ., обуч. в магистратуре по напр. 510600 "Биология" / О. З. Еремченко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Академия, 2006. - 234 с

9. Ерофеев, Б. В. Экологическое право России: учебник для вузов / Б. В. Ерофеев. - 20-е изд., перераб. и доп. - М. : Эксмо, 2007. - 463 с

10. Каплин, В. Г. Основы экотоксикологии: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 110102 "Агроэкология" и 110203 "Защита растений" / В. Г. Каплин ; Межд. ассоциация "Агрообразование". - М. : КолосС, 2006. - 232 с.

11. Колпакова, В. П. Основы экологии: учеб. пособие для студ. вузов по с.-х. спец. / В. П. Колпакова, Н. Д. Овчаренко ; МСХ РФ, Алтайcкий ГАУ. - Барнаул : АГАУ, 2005. - 195 с.

12. Коробкин, В. И. Экология: учебник для студ. вузов / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. - 10-е изд. - Ростов н/Д : Феникс, 2006, 2007, 2008. – 571, 602, 602 с.

13. Красная книга Республики Башкортостан: редкие и исчезающие виды высших сосудистых растений, мохообразных, водорослей, лишайников и грибов, редкие и исчезающие виды животных: объединенный том /М-во природопользования, лесных ресурсов и охраны окружающей среды РБ, Ин-т биологии УНЦ РАН, Башкирский гос. ун-т; редкол. А.А.Фадхутдинов и др.- Уфа: Полипак, 2007. – 525 с.

14. Маврищев, В. В. Общая экология: курс лекций / В. В. Маврищев. - Минск : Новое знание, 2005. - 298 с

15. Передельский, Л. В. Экология: учебник / Л. В. Передельский, В. И. Коробин, О. Е. Приходченко. - М. : Проспект, 2009. - 507 с

16. Прохоров, Б. Б. Экология человека: учебник для студ. вузов, обуч. по спец. 013100 "Экология" и 013600 "Геоэкология" / Б. Б. Прохоров. - 3-е изд., стер. - М. : Академия, 2007. - 319 с.

17. Ручин, А. Б. Урбоэкология для биологов: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 020803 "Биоэкология" и напр. 020200 "Биология" : допущено УМО по образованию / А. Б. Ручин, В. В. Мещеряков, С. Н. Спиридонов. - М. : КолосС, 2009. - 195 с.

18. Садовникова, Л. К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении: учеб. пособие для студ., обуч. по химическим, химико-технологическим и биологическим спец. / Л. К. Садовникова, Д. С. Орлов, И. Н. Лозановская. - 3-е изд., перераб. - М. : Высш. шк., 2006. - 334 с.

19. Степановских, А. С. Прикладная экология. Охрана окружающей среды: учебник для студ. вузов по экологическим специальностям / А. С. Степановских. - М. : ЮНИТИ-Дана, 2003. - 752 с.

20. Общая экология: учебник для студ. вузов по экологическим спец. / авт.-сост. А. С. Степановских. - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2001, 2002. - 510 с.

21. Хотунцев, Ю. Л. Экология и экологическая безопасность: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 033300 - Безопасность жизнедеятельности / Ю. Л. Хотунцев. - 2-е изд.,перераб. - М. : Академия, 2004. - 480 с.

22. Экологическое право: учебник / [Т. С. Бакунина и др.] ; отв. ред.: Г. Е. Быстров, Н. Г. Жаворонкова, И. О. Краснова ; М-во образования и науки РФ, Московская гос. юридическая академия. - М. : Проспект, 2008. - 646 с

23. Экология: учеб. пособие для студ. вузов / [А. И. Ажгиревич и др.] ; под ред. В. В. Денисова. - 3-е изд., испр. и доп. - М. ; Ростов н/Д : МарТ, 2002, 2004, 2006. – 640, 672, 767 с.

24. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 2009 году /Мин-во природопользования, лесных ресурсов и охраны окружающей среды РБ.- Уфа, 2010.-217с.

25. Периодические издания: Экологическая безопасность АПК, Экология и промышленность России, Экология, Табигат, Проблемы региональной экологии, Безопасность жизнедеятельности.