Критерии качества атмосферного воздуха.
Методические указания
к практическим занятиям по курсу
«ЭКОЛОГИЯ»
для студентов химико-технологического института
Новочеркасск, 2004 г.
Составители: Хорунжий Б.И., к.т.н., профессор кафедры ТНВ
Сулима С.И., к.т.н., доцент кафедры ТНВ
Рецензенты: Денисов В.В., д.т.н., профессор НГМА;
Зубехин А.П., д.т.н., профессор ЮРГТУ (НПИ)
Для студентов II-IV курсов ХТИ дневной формы обучения
Изложена методика эколого-экономического расчета минимальной высоты источника выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, а также один из методов оценки экономического ущерба от загрязнения окружающей природной среды.
Одной из учебных дисциплин, изучаемых студентами технических вузов, является экология. Особое внимание в ней уделено специальной отрасли – промышленной (инженерной) экологии, главные приоритеты которой составляют вопросы рационального природопользования и охраны природы. Рациональное природопользование рассматривает природные процессы и хозяйственную деятельность человека как единую биоэкономическую систему «производство - окружающая среда». В этой системе надо выбрать такое соотношение между достигнутым уровнем технологических мощностей и темпами их роста, которое бы обеспечило сохранение качества окружающей среды в строго заданных пределах.
Рациональное природопользование должно опираться на два фундаментальных принципа: во-первых, возможно полное использование природных ресурсов и во-вторых, доведение неиспользованных отходов производства до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами.
Современная практика выработала широкий спектр способов рационального природопользования и защиты биосферы антропогенного воздействия. В их числе использование самоочищающей способности биосферы: разбавление жидких стоков чистой водой водоемов, канализация сточных вод в морские или океанские глубины вдали от берега, рассеивание вредных веществ в атмосфере с помощью высоких труб. Последние, как известно, являются характерной особенностью любого химического производства.
В рамках изучаемой дисциплины студенты выполняют самостоятельную работу, в которой решают прикладную задачу: для конкретного источника выбросов рассчитывается та минимальная высота трубы, при которой в приземном слое не нарушаются нормативы качества атмосферного воздуха. Кроме того, оценивается экономический ущерб от загрязнения окружающей природной среды той или иной технологической установкой.
Исходные данные для расчета высоты источника выбросов (трубы)
Исходные данные включают количественные критерии качества атмосферного воздуха, содержащие те или иные загрязняющие компоненты, рельефно-климатическую характеристику местности, на которой располагается источник выбросов, и техническую характеристику источника выбросов, позволяющую количественно оценить выбросы вредных веществ.
Примеры расчетов
Определение высоты трубы
Характеристика технологической установки
Объем газовых выбросов 5,25 м3/с.
Загрязняющие вещества и их содержание в газовых выбросах, (в мг/м3): SO2 – 0,92·103; NO2 – 1,24·103; пыль, содержащая <20% SiO2, – 0,25·103.
Температура выбросных газов: 164°С.
Характеристика района выброса
Установка располагается на слабопересеченной местности в промышленной зоне города Воронежа.
Фоновые концентрации (мг/м3): SO2 – 0,16; пыль, содержащая >70% SiO2 – 0,05.
Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года в районе расположения источника выброса: 24,2°С (по данным климатического справочника).
Расчеты выполняем согласно вышеизложенной методике и соблюдая рекомендуемую последовательность вычислительных процедур.
Вначале оценим мощность выбросов загрязняющих веществ по формуле (1.3):
Затем, приняв скорость газов в стволе трубы w0, равную 12 м/с, определяем предпочтительный диаметр трубы:
Определение высоты трубы начнем для газообразных компонентов SO2 (1) и NO2 (2) обладающих эффектом суммации вредного воздействия. Применительно к источникам горячих выбросов (ΔT=164-24,2 = 139,8˚C >0) следует воспользоваться формулой (2.3):
Поскольку при этом условие
не выполняется, ибо значение
намного меньше Н (90,6 м), то необходимо перейти на другой маршрут расчета.
Для определения предварительного значения Н используем соотношение (2.7)
По найденному значению Н рассчитываем параметры f и VМ.
Затем устанавливаем в первом приближении произведение коэффициентов m и n.
Дальнейшее уточнение значения Н выполняется по формуле (2.15).
По найденному значению Н2 из формул (2.8) и (2.9) определяем параметры f и Vм, а затем – коэффициенты m и n
Далее определяем Н3:
Исходя из значения Н3, рассчитываем f и Vм, а затем, – коэффициенты m3 и n3:
Определяем Н4
Два последних значения Н различаются менее, чем на 1 м, поэтому высоту 55,2 м принимаем за окончательную для организованного выброса в атмосферу газообразных веществ SO2 и NO2.
Проверяем достоверность найденных высот источника выбросов. Для этого вначале рассчитываем значения максимальных приземных концентраций SO2 и NO2, наблюдаемые при Н=55,2 м:
Затем проверяется выполнение санитарно-гигиенических нормативов качества воздуха в приземном слое атмосферы в точке с максимальными значениями концентраций SO2 и NO2, учитывая фоновое загрязнение:
Таким образом, расчет высоты трубы для SO2 и NO2, обладающих эффектом суммации вредного воздействия, выполнен вполне корректно.
Аналогично рассчитываем высоту трубы для выброса пыли, последовательно используя формулы (2.2), (2.6), (2.8) и (2.9) и описанный ранее прием постепенного уточнения значений Н. Минимальная высота оказалась равна 32,5 м. Для такой высоты максимальная приземная концентрация пыли 
, как показали соответствующие расчеты, составляет 0,45 мг/м3. С учетом фонового загрязнения сумма отношений:
равна единице, что свидетельствует о корректности выполненного расчета.
В конечном итоге, принимаем за окончательную, большую из двух высот, т.е. 55,2 м, которая обеспечивает соблюдение нормативов качества воздуха в приземном слое для всех загрязняющих веществ, выбрасываемых данной технологической установкой.
Литература
1. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 91 с.
2. Волков Э.П., Лысков М.Г. Методы расчета приземных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе. – М.: МЭИ, 1991. – 560 с.
3. Яндыганов Я.Я. Экономика природопользования. - Екатеринбург: Урал.гос.экон.ун-т, 1997. - 764 с.
4. Хорунжий Б.И., Денисов В.В., Дирацуян В.В., Малахова Е.Б. Оценка и регулирование техногенных воздействий на окружающую среду. – Новочеркасск: «Набла», 1998. – 94 с.
5. Экология. Учебное пособие. Под ред. Денисова В.В. – Ростов -н/Д: «МарТ», 2004. – 672 с.
6. О нормативах платы за выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду. Постановленние Правительства РФ № 344 от 12 июня 2003г. «Российская газета», № 120 от 21 июня 2003 г.
Оглавление
1. Исходные данные для расчета высоты источника выбросов (трубы) 3
1.1. Критерии качества атмосферного воздуха. 4
1.2. Рельефно-климатическая характеристика района расположения источника выбросов. 5
1.3. Техническая характеристика источника выбросов. 7
2. Определение минимальной высоты источника выбросов. 8
3. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ. 12
4. Оценка ущерба от загрязнения окружающей природной среды.. 15
5. Примеры расчетов. 19
5.1. Определение высоты трубы.. 19
5.2. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ. 23
5.3. Оценка ущерба от загрязнения окружающей природной среды.. 25
Литература. 28
Приложение. 30
Приложение
Среднегодовые температуры в 13 часов наиболее жаркого месяца года в населенных пунктах РФ [2]
| Наименование пункта | Температура, °С | Наименование пункта | Температура, °С |
| Архангельск | 18,6 | Новосибирск | 22,7 |
| Астрахань | 29,5 | Омск | 22,4 |
| Ачинск | 22,6 | Орел | 23,1 |
| Белгород | 24,8 | Оренбург | 26,9 |
| Брянск | 22,5 | Пенза | 23,0 |
| Владивосток | 23,6 | Псков | 20,6 |
| Владимир | 21,4 | Ростов-на-Дону | 27,3 |
| Волгоград | 28,6 | Рязань | 22,8 |
| Вологда | 21,1 | Самара | 24,3 |
| Воронеж | 24,2 | Санкт-Петербург | 20,6 |
| Екатеринбург | 20,7 | Саратов | 25,4 |
| Иваново | 22,2 | Смоленск | 20,8 |
| Иркутск | 22,7 | Сочи | 25,9 |
| Калининград | 20,6 | Тамбов | 24,5 |
| Калуга | 22,4 | Тверь | 21,7 |
| Кемерово | 21,8 | Тихорецк | 28,0 |
| Кострома | 21,1 | Томск | 21,7 |
| Красноярск | 22,5 | Тюмень | 22,4 |
| Курск | 22,9 | Уфа | 23,4 |
| Магадан | 13,2 | Хабаровск | 24,1 |
| Москва | 22,3 | Чита | 24,0 |
| Мурманск | 14,7 | Элиста | 28,6 |
| Нижний Новгород | 21,2 | Якутск | 23,0 |
| Новгород | 20,8 | Ярославль | 21,6 |
* О максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ см. в следующем разделе.
Методические указания
к практическим занятиям по курсу
«ЭКОЛОГИЯ»
для студентов химико-технологического института
Новочеркасск, 2004 г.
Составители: Хорунжий Б.И., к.т.н., профессор кафедры ТНВ
Сулима С.И., к.т.н., доцент кафедры ТНВ
Рецензенты: Денисов В.В., д.т.н., профессор НГМА;
Зубехин А.П., д.т.н., профессор ЮРГТУ (НПИ)
Для студентов II-IV курсов ХТИ дневной формы обучения
Изложена методика эколого-экономического расчета минимальной высоты источника выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, а также один из методов оценки экономического ущерба от загрязнения окружающей природной среды.
Одной из учебных дисциплин, изучаемых студентами технических вузов, является экология. Особое внимание в ней уделено специальной отрасли – промышленной (инженерной) экологии, главные приоритеты которой составляют вопросы рационального природопользования и охраны природы. Рациональное природопользование рассматривает природные процессы и хозяйственную деятельность человека как единую биоэкономическую систему «производство - окружающая среда». В этой системе надо выбрать такое соотношение между достигнутым уровнем технологических мощностей и темпами их роста, которое бы обеспечило сохранение качества окружающей среды в строго заданных пределах.
Рациональное природопользование должно опираться на два фундаментальных принципа: во-первых, возможно полное использование природных ресурсов и во-вторых, доведение неиспользованных отходов производства до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами.
Современная практика выработала широкий спектр способов рационального природопользования и защиты биосферы антропогенного воздействия. В их числе использование самоочищающей способности биосферы: разбавление жидких стоков чистой водой водоемов, канализация сточных вод в морские или океанские глубины вдали от берега, рассеивание вредных веществ в атмосфере с помощью высоких труб. Последние, как известно, являются характерной особенностью любого химического производства.
В рамках изучаемой дисциплины студенты выполняют самостоятельную работу, в которой решают прикладную задачу: для конкретного источника выбросов рассчитывается та минимальная высота трубы, при которой в приземном слое не нарушаются нормативы качества атмосферного воздуха. Кроме того, оценивается экономический ущерб от загрязнения окружающей природной среды той или иной технологической установкой.
Исходные данные для расчета высоты источника выбросов (трубы)
Исходные данные включают количественные критерии качества атмосферного воздуха, содержащие те или иные загрязняющие компоненты, рельефно-климатическую характеристику местности, на которой располагается источник выбросов, и техническую характеристику источника выбросов, позволяющую количественно оценить выбросы вредных веществ.
Критерии качества атмосферного воздуха.
Предельно-допустимые концентрации. Основой законодательства Российской Федерации об охране атмосферного воздуха являются предельно-допустимые концентрации вредных веществ (ПДК), количественно характеризующие максимальное содержание вредных веществ в атмосферном воздухе, при котором на человека и окружающую среду не оказывается ни прямого, ни косвенного негативного, воздействия. Под прямым воздействием имеется ввиду нанесение человеческому организму временного раздражающего действия, вызывающего кашель, ощущение запаха, головной боли и подобных явлений, которые наступают при превышении пороговой величины концентрации вещества. К прямому воздействию на организм также относится влияние тех вредных веществ, что, накапливаясь в организме, при превышении определенной дозы могут вызывать патологические изменения.
Под косвенным воздействием имеются ввиду такие изменения в окружающей среде, которые не оказывают вредного воздействия на организм, однако ухудшают обычные условия обитания (например, увеличивают число туманных дней, поражают зеленые насаждения и т.п.).
Для веществ, оказывающих немедленное, но временное раздражающее действие, устанавливают максимальную разовую предельно-допустимую концентрацию. Эта концентрация не должна вызывать рефлекторные реакции в организме человека при кратковременном (до 20 минут) воздействии. Для тех веществ, которые оказывают вредное влияние при накоплении их в организме, устанавливают среднесуточные предельно-допустимые концентрации. Такие концентрации не должны оказывать на человека ни немедленного, ни отдаленного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.
При инженерно-экологических расчетах высоты и источника выбросов используются только максимальные разовые предельно-допустимые концентрации, утвержденные Министерством здравоохранения РФ. Для ряда веществ они приведены в таблице 1.1.
Суммация вредного воздействия. При одновременном присутствии в воздухе нескольких вредных веществ, что обычно имеет место в реальных условиях, некоторые из них обладают эффектом однонаправленного (суммирующего) действия. Так, эффектом суммации обладают следующие группы веществ: CO-NO2, SO2-NO2, SO2-CO-NO2, SO2-HF, SO2-SO3-NOx, NH3-NOx. Для таких групп веществ суммарная концентрация, определяемая по формуле
(1.1)
не должна превышать единицы, здесь С1,С2,… Сn – концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, а ПДК1, ПДК2, … ПДКn –соответствующие им предельно-допустимые концентрации.
Таблица 1.1 - Предельно-допустимые (максимально-разовые) концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
| Вещество | ПДК, мг/м3 |
| Аммиак (NH3) | 0,2 |
| Диоксид азота (NO2) | 0,085 |
| Диоксид серы (SO2) | 0,5 |
| Монооксид азота (NO) | 0,4 |
| Монооксид углерода (CO) | 5,0 |
| Сероводород (H2S) | 0,008 |
| Фтористые соединения | 0,02 |
| Хлороводород (HCl) | 0,2 |
| Пыль неорганическая, содержащая SiO2,%: выше 70 70-20 ниже 20 | 0,15 0,30 0,50 |