Практическое задание по дисциплине «Основы природопользования» для ЭИОС СГУГиТ

Задание Расчет загрязнения атмосферного воздуха единичным точечным источником выбросов Цель работы: научиться выполнять расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ, составлять схемы загрязнений и делать выводы о степени загрязненности промышленной и жилой зоны. Предварительные пояснения

1. Понятие о предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных

веществ в атмосферном воздухе. Санитарная зона Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимальная концентрация (мг/м³) вредных веществ в атмосфере, которая при воздействии на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного действия, включая отдаленные последствия. ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов регламентировано списком Министерства здравоохранения. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются такие концентрации этих веществ, которые при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа не могут вызывать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методиками исследований, непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки. ПДК_макс. – максимальная разовая ПДК, — основная характеристика опасности вредного вещества. Она устанавливается при кратковременном воздействии атмосферных примесей. ПДК_сс – среднесуточная ПДК, — установлена для предупреждения общетоксического влияния вещества на организм человека. Наибольшая концентрация (с) каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы не должна превышать максимально разовой предельно допустимой концентрации, т.е. с  ПДК_макс., при действии не более 20 минут, если время воздействия вредного вещества превышает 20 минут, то  с  ПДК_сс. При совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их суммарная концентрация, выраженная в единицах ПДК, не должна превышать 1: где с₁, с₂, …, с_n – фактические концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂, …, ПДК_n – предельно допустимые концентрации соответствующих вредных веществ в атмосфере, мг/м³. Эффектом однонаправленного действия обладают, например, такие вредные вещества, как диоксиды серы и азота, сильные минеральные кислоты и др. Приземные максимальные концентрации в местах крупных санаториев, в зонах отдыха городов не должны превышать 0,8 ПДК. Для каждого проектируемого и действующего предприятия устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу, при этом необходимо учитывать концентрацию вредных веществ в атмосфере от других источников, чтобы соблюдалось условие: где с – концентрация вещества в приземном слое от расчетного источника выброса, а с_ф — фоновая концентрация этого вещества. При проектировании промышленных предприятий особое внимание должно уделяться выбору площадки и взаимному расположению производственных зданий и жилых массивов. Промышленный объект должен быть расположен на возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, иначе теряется преимущество высоких труб для рассеивания выбросов Взаимное расположение предприятий и населенных пунктов определяется по средней розе ветров теплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выделения вредных веществ, располагаются с подветренной стороны от жилых массивов и отделяются от жилой застройки санитарно-защитными зонами. На границе зоны должно выполняться условие: ПДК  1. В соответствии с санитарной классификацией предприятий устанавливаются размеры санитарно-защитных зон от 50 м до 1 км. Санитарно-защитная зона или какая-либо ее часть не могут быть резервной частью территории предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки. Территория санитарно-защитной зоны должна быть благоустроена и озеленена по проекту благоустройства. В ней допускается размещать предприятия с производствами меньшего класса вредности, при условии аналогичного характера вредности, а также здания управления, магазины и др. Нельзя размещать жилые здания. Размеры санитарно-защитных зон (Х, м), установленные в соответствии с “Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий”, должны подтвердиться расчетами. Полученный по расчету размер зоны должен быть скорректирован на розу ветров района расположения предприятия по формуле где Х_i — расчетное расстояние, м от источника загрязнения до границы санитарно-защитной зоны без учета поправки на розу ветров; Р – среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %; Р_о — повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров, %. При 8 румбовой розе      Р_о = 100 : 8 = 12,5%. Если размер санитарно-защитной зоны для предприятия больше установленного, то необходимо пересмотреть проект предприятия и обеспечить снижение выбросов вредных веществ или увеличить высоту выброса, чтобы обеспечить требования норм по чистоте воздушного бассейна в зоне жилой застройки.

2. Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ

Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий и сооружений, производится в соответствии с СН 369-74 “Указания по расчету рассеивания в атмосфере веществ, содержащихся в выбросах предприятий”. Методика расчета основана на определении концентраций вредных веществ в приземном слое воздуха. Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется по наибольшей рассчитанной величине приземной концентрации вредных веществ c_м, мг/м³, которая может устанавливаться на некотором расстоянии от места выбросов. Величина наибольшей концентрации каждого вредного вещества  в приземном слое атмосферы не должна превышать ПДК, установленной санитарными нормами проектирования промышленных предприятий для атмосферного воздуха населенных пунктов. В случае выброса вредных веществ в виде нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника (например, трубы) с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях величина максимальной приземной концентрации вредных веществ (c_м) на расстоянии x_м, м, от источника определяется по формуле где    A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, имеет размерность: с^2/3*мг*град^1/3/г, для Сибири A = 200; M — количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ – сернистого газа, сероуглерода и т.п. и мелкодисперсных аэрозолей – пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю F = 1; для пыли и золы, кроме указанных выше, если средний эксплуатационный коэффициент очистки равен не менее 90%  F=2; от 75 до 90% — 2,5; менее 75% — 3); m и n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H — высота источника выброса над уровнем земли, м; V — объем газовоздушной смеси, м³/с, определяемый как произведение площади (м²) устья источника выброса (площадь сечения выхода трубы) на среднюю скорость (W, м/с) выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; T_г, град — температура выбрасываемой газовоздушной смеси, величину которой определяют по технологическим нормативам действующим для данного производства. T_в, град — температура окружающего атмосферного воздуха, за которую принимают среднюю температуру наружного воздуха в 13 ч наиболее жаркого месяца года (по СНиП 11-1-82 “Строительная климатология и геофизика”), Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения T_в равными средним температурам наружного воздуха самого холодного месяца, для которого характерны наибольшие выбросы вредных веществ. Величины M и V определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующим для данного производства нормативом. При наличии очистки выбросов от вредных веществ значение M принимается по содержанию вредных веществ в газовоздушной смеси после очистных устройств. Коэффициент m определяется по формуле (5) в зависимости от величины параметра f, м/с²*град, вычисляемого по формуле (6): где D – диаметр устья источника выброса, м. Коэффициент n определяется следующим образом: при               v_м  0,3              n = 3;                                                         (7) при       0,3 < v_м  2                n = ;     (8) при                 v_м > 2                 n = 1,                                                          (9) здесь       .                                                               (10) Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ c_м при неблагоприятных метеорологических условиях наблюдается на оси факела выброса (по направлению среднего ветра за рассматриваемый период)  на  расстоянии  x_м, м, от источника выброса. Если безразмерный коэффициент F=1, то x_м = dH,                                                             (11) где d – безразмерная величина, определяемая следующим образом: при     v_м  2                ;                              (12) при     v_м > 2                 .                                  (13) Если безразмерный коэффициент F  2, то величина x_м определяется по формуле Величины приземных концентраций вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса определяются по формуле c = Sc_м,                                                              (15) где S – безразмерная величина, определяемая следующим образом: при x/x_м 1               ;               (16) при  1< x/x_м  8         ;                                              (17) при x/x_м > 8 и F = 1    ;           (18) при x/x_м > 8 и F  2  .              (19) Приземная концентрация вредных веществ в любой точке местности при наличии нескольких источников определяется как сумма концентраций вредных веществ в этой точке от отдельных источников. Если по какому-либо вредному веществу сумма максимальных приземных концентраций от всех источников, включая и фоновую концентрацию этого вещества, окажется меньше или равной ПДК, то дальнейший расчет рассеивания этого вещества в атмосфере производить не обязательно. Если же в атмосфере, включая и фоновую концентрацию, оказываются вещества, обладающие однонаправленным действием, то расчет рассеивания этих веществ необходимо производить до уровня, удовлетворяющего условиям уравнения (1).

Ход выполнения работы

1. Студент получает от преподавателя задание на расчет рассеивания вредных выбросов.
2. Изучается настоящее методическое указание.
3. Рассчитать величину максимальной приземной концентрации всех вредных веществ и расстояние от трубы, на котором будет эта концентрация.
4. Сформировать группы из всех загрязняющих веществ, обладающих однонаправленным действием, определить их суммарную концентрацию, выраженную в единицах ПДК.
5. Выполнить расчет рассеивания вредных веществ выбросов предприятия. Определить величины предельных концентраций вредного вещества в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника. Шаг по оси взять равным 1 см в масштабе условного плана города. Данное вычисление произвести с учетом поправки на розу ветров для всех 8 румбов ветров. Вычисления оформить в виде таблицы (форма таблицы приведена в приложении). Данная работа должна быть выполнена по всем группам загрязнителей.
6. Отобразить поле концентраций загрязнителей вокруг предприятия. Для этого данные таблицы перенести на лист бумаги или кальки на линии румбов с учетом масштаба условного плана местности. По полученным точкам провести изолинии загрязнений через 0,2 ПДК.

Содержание отчета

1. Описание методов расчета рассеивания выбросов вредных веществ.
2. Расчеты концентраций загрязняющих веществ, расстояний.
3. Рисунок поля концентраций загрязняющих веществ.
4. Выводы.

Приложение 1 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг/м³,

Вещество	ПДКмакс	ПДК сс
аммиак	0,2	0,2
ацетон	0,35	0,35
бензин	5,0	1,5
бензол	1,5	0,8
двуокись азота	0,085	0,04
зола угольная	0,15	0,02
окись углерода	3,0	1,0
пыль неорганическая	0,5	0,15
сажа	0,15	0,05
сернистый ангидрид	0,5	0,05
фенол	0,003	0,003
формальдегид	0,035	0,003

Приложение 2 Характеристика розы ветров Роза ветров – это векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данном месте по многолетним данным. Для г. Новосибирска имеет место следующая частота ветров: С –31;  СВ – 32.5;  В – 26.1; ЮВ – 34.9;  Ю – 47.2; ЮЗ – 53.4; З – 39.3; СЗ –31.5. Приложение 3 Таблица Вычисление величин предельных концентраций вредных веществ в атмосфере и их расстояний от источника выброса

x	S	c	x1 по румбам:
			С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ

Литература:

1. Сахаев, В. Г. Справочник по охране окружающей среды. / В.Г.Сахаев, Б.В.Щербицкий – К., Будивельник, 1986. – 152 с.