Практическая работа 1

РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОБЪЕКТОВ ТЕХНОСФЕРЫ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ

Цель работы: научиться оценивать качество атмосферного воздуха, осуществлять количественный контроль выбросов предприятием загрязняющих веществ

Общие положения

Атмосфера является составной частью окружающей среды. Окружающая среда – это среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).

Общественное производство изменяет окружающую среду, воздействуя прямо или косвенно на все ее элементы. Это воздействие и его негативные последствия особенно усилились в эпоху современной НТР, когда масштабы человеческой деятельности, охватывающей почти всю географическую оболочку Земли, стали сравнимы с действием глобальных природных процессов.

Однако и окружающая среда влияет на жизнь людей и развитие общества в целом. Окружающая среда может также нести в себе угрозу. Загрязненный воздух, инфекции, передающиеся с водой, токсичные химические вещества и природные катастрофы представляют собой только часть тех угроз для человечества, которые таит в себе окружающая среда. Жизненно важно для человека и планеты в целом сохранять благоприятную окружающую среду

Законодательное определение понятия «благоприятная окружающая среда» дано в статье 1 Федерального закона № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 года: «благоприятная окружающая среда – окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов».

Право на благоприятную окружающую среду обеспечивается системой природоохранных нормативов, а критерием соблюдения этого права является соответствие качества окружающей среды природоохранным нормативам.

Нормированием качества среды называется установление пределов, в которых допускается изменение ее естественных свойств. Этот вид экологического сопровождения деятельности предприятия заключается в разработке и согласовании проекта нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) ЗВ в атмосферу и получении разрешения на выброс.

Цель нормирования – государственное регулирование выбросов в атмосферу, стимулирование предприятий к снижению объемов и токсичности ЗВ, выбрасываемых в атмосферу, и создание условий для поддержания качества атмосферного воздуха в районе расположения объекта на нормативном уровне.

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, емкость для хранения, двигатель, свалка отходов и т. п.).

Источник загрязнения атмосферы (источник выброса) – объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентиляционная шахта, аэрационный фонарь, открытая стоянка транспорта и т. п.).

На практике, как правило, существуют разные сочетания источников загрязнения атмосферы (выброса) и источников выделения ЗВ.

Все источники загрязнения атмосферы (источники выброса) подразделяются в соответствии с классификацией и имеют следующие определения:

точечный источник – источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения, близкими друг к другу (трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения и т. п.);

линейный источник – источник в виде канала для прохода загрязненного газа (воздуха) с поперечным сечением, имеющим значительную протяженность (длину): в несколько раз большую, чем ширина (высота), например, ряд открытых, близко расположенных в одну линию оконных фрамуг, либо аэрационные фонари и т. д.;

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 автотранспорта и т. п.).

Отнесение источника загрязнения (выброса) к точечному, линейному или плоскостному типу производится с целью определения математического аппарата, который используется при расчете рассеивания загрязнения в атмосфере в соответствии с ОНД-86.

Концентрация является основным параметром при нормировании примесей в атмосферном воздухе. Концентрация – это масса (мг) вещества в единице объема (м³) воздуха при его нормальном состоянии. Основной критерий качества атмосферного воздуха – предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества.

ПДК (мг/м³) – это максимальная концентрация загрязняющего вещества в атмосфере, которая не оказывает вредного воздействия на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. В настоящее время для ряда веществ, для которых не определены ПДК, установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия на здоровье человека (ОБУВ).

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятия, как правило, бывает выше, чем за ее пределами. В связи с этим для каждого вещества устанавливается два нормативных значения: ПДК в воздухе рабочей зоны (ПДК_р.з.) и ПДК в атмосферном воздухе (ПДК_а.в.) ближайшего населенного пункта.

ПДК_{р.з .} – это такая концентрация ЗВ, которая при работе не более 41 часа в неделю в течение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний у работающих и их детей.

ПДК_{а.в .} – это предельно допустимая концентрация ЗВ, которая на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного влияния на человека и окружающую среду в целом. ПДК в атмосферном воздухе населенных мест различают максимально разовые (ПДК_м.р.) и среднесуточные (ПДК_с.с.) (Приложение 1).

Среднесуточная ПДК_с.с. – это такая концентрация примеси в атмосфере, определяемая по среднесуточной пробе (отбирается в течение 24 часов с равными интервалами, но не менее 4 раз в сутки и рассчитывается как среднее арифметическое значение), которая не должна оказывать вредных воздействий на человека в течение всей его жизни.

Максимальная разовая ПДК_{м.р .} – эта дополнительная к ПДК_с.с. норма для веществ, обладающих запахом или раздражающим действием, для оценки критических подъемов концентраций, то есть такая концентрация вещества, которая при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека. Понятно, что ПДК_м.р. будет больше, чем ПДК_с.с. для токсичных веществ.

При оценке опасности загрязнения атмосферы используется неравенство

С/ПДК £ 1,

где С – фактическая концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы (пространство до 2 м от поверхности земли), мг/м³;

ПДК – максимально разовая предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³.

Согласно данному соотношению, опасность загрязнения существует, если значение соотношения С/ПДК > 1.

Если в воздухе присутствуют одновременно нескольких загрязняющих веществ, обладающих однонаправленным действием, то соотношение должно удовлетворять условию

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + … + С_п/ПДК_n £ 1,

где С₁, С₂, …, С_n – фактические концентрации вредных веществ в одной и той же точке местности, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂,., ПДК_n – предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м³.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией действия (Приложение 2), для каждой группы рассчитывается безразмерная (приведенная концентрация) по уравнению:

Q = С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + … + С_п/ПДК_n,

где С₁, С₂, …, С_n – расчетная концентрации ЗВ в одной и той же точке местности, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂,.., ПДК_n – максимально разовые предельно допустимые концентрации этих веществ, мг/м³.

Приведенная концентрация С рассчитывается по формуле:

С = С₁ + С₂ (ПДК₁ /ПДК₂) + …+ С_n(ПДК₁ /ПДК_n),

где С₁ – концентрация вещества 1, к которому осуществляется приведение; ПДК₁ – его предельно допустимая концентрация; С₂… С_n, ПДК₂… ПДК_n – соответственно ПДК и концентрация веществ, входящих в группу суммации.

При загрязнении атмосферы выбросами группы источников и площадных (рассеянных) источников приземная концентрация ЗВ в любой точке местности при наличии ряда источников определяется как сумма концентраций веществ от отдельных источников при заданных направлении и скорости ветра:

С = С₁ + С₂ + С₃ +….+ С_n,

где С₁ , С₂ + С₃ +….+ С_n – концентрации ЗВ соответственно от первого, второго, источников, расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра.

Для того чтобы определить концентрацию ЗВ в любой точке местности, необходимо всю совокупность рассматриваемых источников привести к единым координатам, совмещая их с направлением ветра, определить концентрацию ЗВ с учетом координат и просуммировать полученные концентрации.

Для источников выброса, имеющих различные параметры, сначала осуществляется расчет для каждого из источников максимальных приземных концентраций и опасных скоростей ветра.

Изменение концентрации ЗВ, выбрасываемых одиночным точечным источником (труба), на заветренной стороне зависит от высоты точечного источника и интенсивности турбулентного перемешивания потока выброса. На определенном расстоянии от трубы (Х_М) образуется область максимальной концентрации ЗВ (С_М), причем С_М тем меньше, чем сильнее турбулентность и чем выше труба. Турбулентное перемешивание приводит к рассеиванию газовой струи ЗВ, в результате чего образуется так называемый факел распространения ЗВ (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов

Начальная точка соприкосновения струи с поверхностью земли является началом зоны загрязнения. Далее, по мере распространения факела, концентрация ЗВ начинает нарастать вследствие того, что из газовой струи выпадают ЗВ, достигающие поверхности земли, которые продолжают движение по направлению ветра. На сравнительно близком от начальной зоны загрязнения расстоянии концентрация ЗВ достигает максимального значения, а затем сначала быстро, а потом медленно уменьшается обратно пропорционально расстоянию от источника.

Механизм действия факельного выброса основан на «дальнобойности» свободной струи потока и при безветренной погоде высота факельного выброса над устьем трубы достигает значительной величины. Ветер искривляет факел выброса и изменяет скорость потока: частицы, имевшие наибольшую скорость, окажутся в верхней части искривленного потока, а имевшие на выходе из трубы наименьшую скорость, окажутся в нижней части факела. Благодаря турбулентным процессам вокруг источника выброса создается поле вертикальных скоростей, затухающих с удалением от него и способствующих подъему ЗВ вверх. Чем больше скорость ветра, тем сильнее он будет искривлять факел, уменьшая высоту выброса; в тоже время – сильный ветер, за счет турбулентной диффузии, обеспечивает более интенсивное рассеивание выбросов.