Расчет и прогнозирование состояния окружающей среды. Часть 1

1 2

---

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………………………………..3 1 Расчет рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе…………………………….4 1.1 Теоретическая часть………………………………………………………………………………4 1.2 Расчетная часть………………………………………………………………………………….. 10 1.3 Вывод………………………………………………………………………………………………….26 2 Расчет нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водный объект…………………………………………………………………………………………………….27 2.1 Теоретическая часть……………………………………………………………………………..27 2.2 Расчетная часть…………………………………………………………………………………….34 2.3 Вывод…………………………………………………………………………………………………..39 Список использованной литературы……………………………………………………………………40

Введение

Обострение экологических проблем обусловлено, в основном, химическим загрязнением территории вследствие выбросов и сбросов промышленных объектов, повсеместным использованием удобрений и пестицидов. Во многих регионах мира, особенно в промышленных зонах, чрезмерное загрязнение окружающей среды негативно влияет на здоровье и трудоспособность людей. Сегодня это является уже серьезной экологической проблемой, решение которой приобретает все большую актуальность. Прогнозирование состояния окружающей среды имеет важное значение при проведении оценки воздействия на окружающую среду намечаемой деятельности. Прогнозирование позволяет установить, какие изменения могут произойти в окружающей среде в результате осуществления намечаемой деятельности. Целью данной курсовой работы является получение навыков оценки состояния атмосферного воздуха и водных объектов в заданном регионе. Для достижения поставленной цели был определен ряд задач:  Оценить состояние атмосферного воздуха в заданном регионе;  Выполнить расчет рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе;  Оценить состояние водных объектов в заданном регионе;  Выполнить расчет нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водный объект.

1 Расчет рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе

1.1 Теоретическая часть

Город Челябинск – седьмой по количеству жителей город Российской Федерации, административный центр Челябинской области. Измерения качества атмосферного воздуха проводятся на 3 стационарных постах контроля качества атмосферного воздуха (пост № 1 расположен по адресу: г. Челябинск, ул. Мамина, д. 19б, пост № 2 — г. Челябинск, пр. Победы, д. 287, территория ГКБ № 3, пост № 3, расположен по адресу: г. Челябинск, ул. 5-я Электровозная, д. 5). В 2019 году наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха проводились на 8 стационарных постах, расположенных в различных районах города: -пост №16 — ул. Новороссийская, Ленинский район; -пост №17 — ул. Румянцева, Металлургический район; -пост №18 — ул. Захаренко, Курчатовский район; -пост №20 — перес. ул. Горького и ул.5-го Декабря, Калининский район; -пост №22 — ул. Трудовая, Металлургический район; -пост №23 — перес. пр. Победы и Свердловского пр., Курчатовский район; -пост №27 — ул. Российская, Калининский район; -пост №28 — ул. Витебская, Центральный район. Посты подразделяются на: «городские фоновые», в жилых районах (посты №18, 28); «промышленные», вблизи предприятий (посты № 17, 20, 22, 23) и «авто», вблизи автомагистралей с интенсивным движением автотранспорта (посты № 16, 27) (рис. 1). Уровень загрязнения воздуха повышенный. Значение комплексного индекса загрязнения определяется концентрациями бенз(а)пирена, фторида водорода, формальдегида, диоксида азота, взвешенных веществ. Рис. 1. Схема расположения стационарных постов государственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды в г. Челябинске Наибольший вклад в загрязнение атмосферы в 2019 г. внесли бенз(а)пирен, формальдегид и фторид водорода. В 2018 г. в этот список также входили такие показатели как диоксид азота и этилбензол, среднегодовая концентрация которых в 2019 г. не превысила ПДК. Данные по всем наблюдаемым в городе загрязняющим веществам приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Средняя и максимальная концентрации за год различных веществ в г. Челябинск

Вещество	Средняя за год концентрация, мг/м3	Максимальная концентрация, мг/м3
Бенз(а)пирен	1,8 ПДК	7,5 ПДК
Формальдегид	1,0 ПДК	4,5 ПДК
Фторид водорода	1,5 ПДК	4,4 ПДК

По остальным исследуемым загрязняющим веществам (взвешенные вещества, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, оксид азота, фенол, аммиак, сероводород, бензол, этилбензол, тяжелые металлы) средние за год концентрации не превышали нормативные значения. Объем валовых выбросов от стационарных источников в 2019 году составил 116,92 тыс. тонн, от автотранспорта 37,4559 тыс. тонн или 24,3 %. Данные по изучаемому городу представлены в таблицах 1.1 и 1.2 [1]. Таблица 1.1 — Выбросы от стационарных источников по Челябинску в 2019 году, тыс. тонн [1] Таблица 1.2 — Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта по г. Челябинску по веществам, тыс. т. [1] Как видно из таблицы 1.2 общее количество выбросов от автотранспорта в 2019 году по сравнению с 2018 годом снизилось на 53,34 тыс.тонн. Основными предприятиями, загрязняющими воздух в Челябинске, являются: ЧМК — 46,6 %, Фортум (городские ТЭЦ 1, ТЭЦ 2, ТЭЦ 3 и ГРЭС) — 14,7 %, ЧЭМК — 6,3 %, цинковый завод — 3 % [2]. В курсовом проекте мы рассматриваем 3 загрязняющих вещества, поступающих в атмосферу – ацетон, ацетофенон и сажу. Ацетон является одним из простейших представителей кетонов и представляет собой жидкость с достаточно резким запахом, которая не имеет цвета, отличается высокими показателями летучести и легкоподвижности. Ацетон на здоровье человека оказывает обычно не очень сильные влияния, если только человек не подвергается воздействию ацетона, концентрация которого в воздухе более чем 500 частиц на миллион. Люди, подвергшиеся воздействию высоких концентраций ацетона, могут сталкиваться с некоторыми кожными заболеваниями и раздражением или першением в горле, а также головокружением и тошнотой. Постоянное подвергание воздействию ацетона, которое может происходить на рабочем месте с плохо контролируемыми химическими веществами, способствует развитию респираторных заболеваний и снижению со временем крепости организма. Ацетон также легко воспламеняется, что связано с риском получения ожогов в случае, если человек поджигает его или работает с ним вблизи открытого огня [3]. Некоторое количество ацетона естественным образом продуцируются в организме в качестве побочного продукта метаболизма. Когда происходит вдыхание ацетона или впитывание его через кожу (это обычные виды подвергания воздействию этого вещества), он, как правило, выводится из организма в течение 24 часов. Проглатывание ацетона может вызывать раздражение кишечника, что приводит к диарее и спазмам в желудке. Эти эффекты ацетона исчезают, как только химическое вещество покидает организм [4]. Чаще всего для очистки выбросов от паров растворителей, в том числе ацетона, используют окислительные и адсорбционные методы. Суть окислительного метода очистки заключается в обезвреживании паров рас¬творителей путем их сжигания (окисления) и превращения при этом в пары воды и уг¬лекислый газ. Этот метод подразделяется на низкотемпературный каталитический, высокотем¬пературный термический и термокаталитический комбинированный. К разновидностям низкотемпературного каталитического метода относятся газоразрядно- и плазмокаталитический методы очистки. Адсорбция — это процесс избирательного поглощения одного или нескольких компонентов из газовой или жидкой среды твердыми телами. В промышленной практи¬ке в качестве адсорбентов применяют активные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Наиболее распространенным адсорбентом для рекуперации летучих раствори¬телей являются активные угли. Их применяют для улавливания паров растворителя, присутствующих в выбросах в небольшой концентрации [5]. Ацетофенон является бесцветной маслянистой жидкостью, обладающей сильным запахом черёмухи. При контакте с кожей ацетофенон может вызвать дерматиты. Обладает снотворными свойствами, приводит к изменению ритма дыхания и пульса, снижению кровяного давления, повышению утомляемости [6]. Сажа (технический углерод) — продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов (природных или промышленных газов, жидких продуктов нефтяного или каменноугольного происхождения) состоящий из сферических частиц чёрного цвета. Сажа относятся к 3 классу опасности. Входит в категорию частиц опасных для лёгких, так как частицы менее 5 микрометров в диаметре не отфильтровываются в верхних дыхательных путях. Сажа является мощным канцерогеном и как дисперсионная пыль разносится ветрами на тысячи километров, и обладая во много раз более мощным негативным фактором, чем углекислый газ. При вдыхании сажи ее частицы вызывают негативные изменения в системе дыхательных органов человека, ухудшаются течения хронических заболеваний, особенно заболеваний легких, например, хронического бронхита. Появляются признаки ишемии (нарушения кровоснабжения сердца) при физической нагрузке у людей с заболеваниями сердца. Сажа в воздухе опасна для беременных женщин, она может вызывать мутации органов, передающиеся детям 7. Очистка выбросов от сажи осуществляется в аппаратах различных конструкций, которые подразделяются на четыре основные группы: механические пылеуловители, мокрые пылеуловители, фильтры и электрофильтры. Механические пылеуловители (циклоны и мультициклоны, пылеосадительные камеры, инерционные пылеуловители применяются обычно для предварительной очистки газа. Пылеосадительные камеры улавливают частицы размером более 40-50 мкм, и их эффективность не превышает 40-50%. Ограниченное применение находят и инерционные пылеуловители — их используют для улавливания пыли с размером частиц более 25-30 мкм. Циклоны позволяют улавливать пыль с размером частиц 10-200 мкм. Мокрые пылеуловители (полые, насадочные или барботажные скрубберы, пенные аппараты, трубы Вентури и др.) более эффективны, чем сухие механические аппараты по очистке газов. Очистка газов от сажи в скрубберах, пенных уловителях и турбулентных промывателях происходит с эффективностью 90 и даже в некоторых случаях 95%. Фильтры (волокнистые, кассетные, с насыпными слоями зерненого материала, масляные и др.) улавливают частицы диаметром от 0,5 мкм. Наиболее распространены рукавные фильтры, которые могут обеспечить эффективность очистки до 99% и более. Рукавные фильтры применяют при содержании сажи в газах или воздухе от 1 до 50 г/м3. Если в саже-газовой или саже-воздушной смеси содержание сажи превышает 50 г/м3, то поверхность рукавов очень быстро покрывается сажей и, следовательно, возникает необходимость частой очистки рукавов. В таких случаях перед рукавным фильтром устанавливают какие-либо другие аппараты (как, например, циклоны) для улавливания сажи. В них улавливается 80—85% крупных сажевых агрегатов, а в рукавный фильтр поступают не уловленные в циклонах агрегаты небольших размеров. Электрофильтры — аппараты тонкой очистки газов, они улавливают частицы размером от 0,01 мкм. Степень очистки газов электрофильтрами зависит от числа электрических полей и может достигать 99,9% и более 8.

1.2 Расчетная часть

Дать оценку состояния атмосферного воздуха в заданном регионе. Описать от чего зависит характер рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе, как влияют на здоровье человека и окружающую среду данные вещества. Кратко описать наиболее эффективные способы ох обезвреживания или очистки газовых выбросов от данных ЗВ. Выполнить расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере, определив См, Хм, Uм, концентрации ЗВ в точке с заданными координатами, нормы ПДВ, минимальную высоту трубы, при которой См+Сф= ПДКмр; размеры СЗЗ с учетом вытянутости розы ветров. Розу ветров и СЗЗ вычертить в произвольном масштабе. Сформулировать выводы. Таблица 1.3 — Исходные данные 1.2.1 Определение максимальной приземной концентрации〖 С〗_(м ) Величина См загрязняющего вещества для выбросов из одиночного источника с круглым устьем при НМУ определяется по генеральной расчетной формуле: 〖 С〗_(м )=(A∙M∙F∙m∙n∙η)/(H^2∙∛(V_(1 )∙∆T)) , мг/м^3 (1.1) где А — коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, с2/3мг(°С)1/3/г ; М — массовый расход выбрасываемого в атмосферу загрязняющего вещества, г/с; F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примесей в атмосферном воздухе (сепарацию твердых частиц). m, n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо- воздушной смеси из устья источника; η — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. Н — высота источника выброса, м; V1 — объемный расход выбрасываемой газо-воздушной смеси через устье источника, м3/с: ∆Т = Тг — Тв — разность температур выбрасываемой газо-воздушной смеси и атмосферного воздуха, °С; ∆T= 105-25=80ºС. V_1= (π〖D_э〗^2)/4∙ω_0 (1.2) D_э=2Lb/(L+b) (1.3) где L – длина устья источника, м; b –ширина устья источника, м. D_э=(2∙1,5∙2)/(1,5+2)=1,71 м V_1= (3,14∙〖1,71〗^2)/4∙11=25,25 м^3/с. Определяем значение коэффициента А для г. Челябинск: А=160. Для ацетона и ацетофенона коэффициент F=1, для сажи со степенью очистки 91% F=2. По условиям задачи местность не ровная, значит, производим расчет коэффициента η: η=1+φ_1∙η_m, (1.4) Для решения найдем дополнительные коэффициенты: n_1=H/h_0 = 90/65=1,385 , (1.5) n_2=a_0/h_0 =100/65=1,538. (1.6) Используя результат формул № 1.5,1.6 по таблице 1.4 определяем ηm ≈0,4. Таблица 1.4 – Определение значения коэффициента ηm Значение φ_1определяется по рисунку 1.1 в зависимости от отношения Х0 /а0 〖Х_0/a_0 =150/100=1,5,следовательно φ〗_1=0,55 Рисунок 1.1 — Типичные формы рельефа местности и обусловленные ими изменения приземных концентраций: в – гребень. Подставляем найденные дополнительные коэффициенты в формулу № 1.4: η=1-0,55∙0,4=0,78 1.2.2 Определение коэффициентов m и n, учитывающих подъем факела над трубой Значения коэффициентов m и n, учитывающих подъем факела над трубой, определяются по вспомогательным величинам, вычисляемым в свою очередь по конструктивным параметрам (f,v_м,v_м^’,f_e): f=(1000∙w_0^2∙D)/(H^2∙∆T), (1.7) f=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖90〗^2∙80)=206910/648000=0,319, 〖 v〗_м=0,65∙∛(V_1∙∆T⁄H) , (1.8) 〖 v〗_м=0,65∙∛(25,25∙80⁄90)=1,83, 〖v 〗_м^’=1,3w_0∙D/H , (1.9) 〖 v〗_м^’=1,3∙11∙1,71/90=0,272, 〖 f〗_e=800∙(〖v_м^’)〗^3, (1.10) 〖 f〗_e=800∙(〖0,272)〗^3=16,1 Величину коэффициента m определяем по формуле: m=1/(0,67+0,1∙√f+0,34∙∛f), (1.11) m=1/(0,67+0,1∙√0,319+0,34∙∛0,319)=1,043. Коэффициент n определяется в зависимости от v_м: При 〖0,5<v〗_м≤2, n=0,532∙〖v_м〗^2-2,13v_м+3,13 (1.12) n=0,532∙〖1,83〗^2-2,13∙1,83+3,13=1,014 В формулу №1 подставляем все найденные значения: 〖 С〗_(м1 )=(160∙97∙1∙1,043∙1,014∙0,78)/(〖90〗^2∙∛(25,25∙80))=0,125 мг/м^3 мг/м^3 . 〖 С〗_(м1 )<〖ПДК〗_МР. Так как ацетон (М1) и ацетофенон (М2) обладают эффектом суммации, то определяем приведенное значение массового расхода примесей: 〖 М〗_прив=M_1+M_2∙〖ПДК〗_1/〖ПДК〗_2 , г/с (1.13) 〖 М〗_прив=97+28 0,35/0,003=3363,7 г/с, где М1 – мощность выброса 1-го вещества, г/с; М2 – мощность выброса 2-го вещества, г/с; ПДК1, ПДК2 – максимально разовые ПДК для веществ 1,2 соответственно, мг/м3. Формула расчета приведенной концентрации: 〖 С〗_(м прив)=С_м1+С_м2 〖ПДК〗_1/〖ПДК〗_2 , мг/м^3 (1.14) По формуле № 1.1 рассчитываем приведенную максимальную приземную концентрацию: 〖 С〗_(м прив)=(160∙3363,7∙1∙1,043∙1,014∙0,78)/(〖90〗^2∙∛(25,25∙80))=4,336 мг/м^3 . Из формулы № 1.14 выражаем С_м2: 〖 С〗_м2=(С_(м прив)-С_м1 )∙〖ПДК〗_1/〖ПДК〗_2 , мг/м^3 (1.15) 〖 С〗_м2=(4,336-0,125)∙0,35/0,003=491,3 мг/м^3 , 〖 С〗_(м2 )>〖ПДК〗_МР. По формуле № 1.1 рассчитываем максимальную приземную концентрацию для взвешенных веществ (М3): С_м3=(160∙31,6∙2∙1,043∙1,014∙0,78)/(〖90〗^2∙∛(25,25∙80))=0,041 мг/м^3 . 〖 С〗_(м3 )<〖ПДК〗_МР. 1.2.3 Определение расстояния Хм от источника выброса до точки на оси факела выброса, где достигается См Для нагретых выбросов расстояние Хм (м) от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная приземная концентрация См при НМУ, определяется по формуле: 〖 Х〗_м=(5-F)/4∙H∙d∙K^’, м (1.16) где K^’=1,1/√(η+0,2)=1,1/√(0,78+0,2)=1,111 – коэффициент, используемый только в случаях, когда местность не является ровной (η≠1); d – безразмерный коэффициент, при v_м>2 определяется по формуле: d=4,95∙v_м∙(1+0,28∙∛(f_e )), (1.17) d=4,95∙1,83∙(1+0,28∙∛16,1)=15,463. Подставляем значения K^’ и d в формулу № 1.16: для ацетона и ацетофенона: Х_м=(5-1)/4∙90∙15,463∙1,111=1546,15 м. Для сажи: Х_м=(5-2)/4∙90∙15,463∙1,111=1159,61 м. 1.2.4 Определение опасной скорости ветра u_м При 〖0,5<v〗_м≤2 u_м определяется по формуле: 〖 u〗_м=v_м, м/с (1.18) u_м=1,83 м/с. 1.2.5 Определение поправок на скорость ветра r и p C_ми=r∙C_М, мг/м^3 (1.19) r=(3∙(u/u_м ))/(2∙(u/u_м )^2-(u/u_м )+2), (1.20) r=(3∙(5,5/1,83))/(2∙(5,5/1,83)^2-(5,5/1,83)+2)=0,529. По формуле № 1.19 определяем Сми для трёх веществ: 〖 C〗_(ми 1)=0,529∙0,125=0,066 мг/м^3 , 〖 C〗_(ми 2)=0,529∙491,3 = 259,9 мг/м^3 , 〖 C〗_(ми 3)=0,529∙0,041=0,022 мг/м^3 . 〖 Х〗_(ми )=р∙Х_м, м (1.21) р=0,32∙(u/u_м )+0,68, (1.22) p=0,32∙3,01+0,68=1,643. Подставляем р в формулу № 1.21: для ацетона и ацетофенона: Х_(ми )=1,643∙1546,15=2540,32 м. Для сажи: Х_(ми )=1,643∙1159,61 =1905,24 м. 1.2.6 Оценка правильности предложений по величинам ПДВ По условию задачи фоновые концентрации веществ: С_ф=0,1∙ПДК 〖 С〗_ф1=0,1∙0,35=0,035 мг/м^3 , 〖 С〗_ф2=0,1∙0,003=0,0003 мг/м^3 , 〖 С〗_ф3=0,1∙0,15=0,015 мг/м^3 . Так как источник выбросов у нас один, а вещества 1 и 2 обладают эффектом суммации, то вычисляем С_(ф прив): С_фприв=0,035+0,0003 0,35/0,003=0,07 мг/м^3 . ПДВ=((ПДК-С_фприв )∙H^2∙∛(V_1∙∆T))/(A∙F∙m∙n∙η), г/с (1.23) 〖 ПДВ〗_прив=((0,35-0,07)∙〖90〗^2∙∛(25,25∙80))/(160∙1∙1,043∙1,014∙0,78) =217,22 г/с, М_1/М_прив =〖ПДВ〗_1/〖ПДВ〗_прив , (1.24) Из соотношения № 1.24 выражаем ПДВ1: 〖 ПДВ〗_1=(М_1∙〖ПДВ〗_прив)/М_прив =(97∙217.22)/3363,7=6,264 г/с, М_2/М_прив =〖ПДВ〗_2/〖ПДВ〗_прив , (1.25) Из соотношения № 1.25 выражаем ПДВ2: 〖 ПДВ〗_2=(М_2∙〖ПДВ〗_прив)/М_прив =(28∙217.22)/3363,7=1,808 г/с, 〖 ПДВ〗_3=((ПДК-С_ф )∙H^2∙∛(V_1∙∆T))/(A∙F∙m∙n∙η)=((0,15-0,015)∙〖90〗^2∙∛(25,25∙80))/(160∙1∙1,043∙1,014∙0,78)=104,73 г/с. 1.2.7 Расчет минимальной высоты трубы для обеспечения заданной степени рассеивания Для определения предварительного значения высоты H для 1 и 2 вещества используется формула: 〖 H〗_1=√((A∙M∙F∙m∙n∙η)/((ПДК-С_(ф прив))∙∛(V_1∙∆T))), м (1.26) H_1=√((160∙3363,7∙1∙1∙1∙0,78)/((0,35-0,07)∙∛(25,25∙80))=) 344,39 м. По значению H1 определяем параметры 〖〖f_1,m〗_1,v〗_м1,n_1, по формулам № 1.7 — 1.11: 〖 f〗_1=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖344,39〗^2∙80)=0,022, 〖 m〗_1=1/(0,67+0,1∙√0,022+0,34∙∛0,022)=1,282, 〖 v〗_м1=0,65∙∛(25.25∙80⁄344,39)=1,172. При 〖0,5<v〗_м≤2, n=0,532∙〖1,172〗^2-2,13∙1,172+3,13=1,364 Для новых параметров рассчитываем H_2: 〖 H〗_2=H_1∙√((m_i∙n_i)/(m_(i-1) 〖∙n〗_(i-1) )), м (1.27) 〖 H〗_2=344,39∙√((1,282∙1,364)/1)=455,41 м. Уточнение значения H по формуле №1.27 производится до тех пор пока не выполнится условие (H_(i+1)-H_i)≤1 (455,41-344,39) > 1, условие не выполняется. Значит, повторяем расчеты для высоты H_3. 〖 f〗_2=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖455,41〗^2∙80)=0,012, 〖 m〗_2=1/(0,67+0,1∙√0,012+0,34∙∛0,012)=1,316, 〖 v〗_м2=0,65∙∛(25,25∙80/455,41)=1,068. При 〖0,5<v〗_м2≤2,n=0,532∙〖1,068〗^2-2,13∙1,068+3,13=1,462 〖 H〗_3=455,41∙√((1,316∙1,462)/(1,282∙1,364))=477,65 м. 477,65-455,41>1, условие не выполняется. Значит, повторяем расчеты для высоты H_4. 〖 f〗_3=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖477,65〗^2∙80)=0,011, 〖 m〗_3=1/(0,67+0,1∙√0,011+0,34∙∛0,011)=1,321, 〖 v〗_м3=0,65∙∛(25,25∙80/477,65)=1,051. При 〖0,5<v〗_м3≤2,n=0,532∙〖1,051〗^2-2,13∙1,051+3,13=1,479 〖 H〗_4=477,65∙√((1,321∙1,479)/(1,316∙1,462))=481,3 м. 481,3-477,65>1, условие не выполняется. Значит, повторяем расчеты для высоты H_5. 〖 f〗_4=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖481,3〗^2∙80)=0,011, 〖 m〗_4=1/(0,67+0,1∙√0,011+0,34∙∛0,011)=1,321, 〖 v〗_м4=0,65∙∛(25,25∙80/481,3)=1,048. При 〖0,5<v〗_м3≤2,n=0,532∙〖1,048〗^2-2,13∙1,048+3,13=1,482 〖 H〗_5=481,3∙√((1,321∙1,482)/(1,321∙1,479))=481,86 м. (481,86-481,3)<1, условие выполняется. Рассчитываем приземную концентрацию при полученной высоте: 〖 С〗_(м )=(A∙M∙F∙m∙n∙η)/(H^2∙∛(V_(1 )∙∆T)) , мг/м^3 〖 С〗_(м4 )=(160∙3363,7∙1∙1,321∙1,482∙0,78)/(〖481,86〗^2∙∛(25,25∙80))=0,28 мг/м^3 . 〖 С〗_общ=0,28+0,07=0,35 мг/м^3 . 〖 С〗_общ≈ ПДК,следовательно Н_4 и есть минимальная высота трубы,обеспечивающая заданную степень рассеивания. Для сажи рассчитываем предварительное значение H по формуле № 1.26: 〖 H〗_1=√((160∙31,6∙2∙1∙1∙0,78)/((0,15-0,015)∙∛(25,25∙80))=) 67,98 м. По значению H1 определяем параметры 〖〖f_1,m〗_1,v〗_м1,n_1, по формулам № 1.7 — 1.11: 〖 f〗_1=(1000∙〖11〗^2∙1,71)/(〖67,98〗^2∙80)=0,56, m_1=1/(0,67+0,1∙√0,56+0,34∙∛0,56)=0,976, 〖 v〗_м1=0,65∙∛(25,25∙80⁄67,98)=2,013. При v_м1≥2,n_1=1. Для новых параметров рассчитываем H_2: 〖 H〗_2=67,98∙√((0,976∙1)/1)=67,16 м. Уточнение значения H по формуле №1.25 производится до тех пор, пока не выполнится условие (H_(i+1)-H_i)≤1 (67,98-67,16) < 1, условие выполняется. Рассчитываем приземную концентрацию при полученной высоте: 〖 С〗_(м4 )=(160∙31,6∙2∙0,976∙1∙0,78)/(〖67,16〗^2∙∛(25,25∙80))=0,135 мг/м^3 . 〖 С〗_общ=0,135+0,015=0,15 мг/м^3 . С_общ= ПДК,следовательно Н_4 и есть минимальная высота трубы,обеспечивающая заданную степень рассеивания. Так как из источника выбрасывается 3 вещества, то за высоту выброса принимаем наибольшее значение, т.е. Н = 481,86 м. 1.2.8 Определение размеров санитарно-защитной зоны с учетом вытянутости розы ветров Для ацетона и ацетофенона: С_фприв=0,07 мг/м^3 , 〖 С〗_(м прив)=4,336 мг/м^3 , Хм= 1546,15 м. 〖 С〗_общ=С_фприв+С_(м прив), (1.28) С_общ1=0,07+4,336=4,406 мг/м^3 >ПДК Сх = 0,35-0,07=0,28 мг/м^3 – необходимая концентрация на границе СЗЗ, 〖 Х〗_1=1000 м, Х/Х_м =0,647. При Х/Х_м <1 S1 определяется по формуле: S_11=3〖(X⁄(X_м))〗^4-8〖(X⁄(X_м))〗^3+6〖(X⁄(X_м))〗^2 (1.29) S_11=3〖∙0,647〗^4-8(0,647)^3+6(0,647)^2=0,87 C_x1=C_(м прив)∙S_11, (1.30) C_x1=4.336∙0,87=3,774 мг/м^3 >С_х=0.28 мг/м^3 . 〖 Х〗_2=500 м, Х/Х_м =0,323. При Х/Х_м <1 S_12=3〖∙0,323〗^4-8(0,323)^3+6(0,323)^2=0,39 C_x2=4.336∙0,39=0,016 мг/м^3 <С_х=0.28 мг/м^3 . Граница санитарно-защитной зоны Х=500 м. Для сажи: 〖 С〗_фприв=0,015 мг/м^3 , С_(м прив)=0,041 мг/м^3 , Хм= 1159,61 м. С_общ=0,015+0,141=0,156 мг/м^3 >ПДК Сх = 0,15-0,015=0,135 мг/м^3 – необходимая концентрация на границе СЗЗ, Х_1=1000 м, Х/Х_м =0,862. S_11=3〖∙0,862〗^4-8(0,862)^3+6(0,862)^2=0,99 C_x1=0,041∙0,99=4,295 мг/м^3 >С_х. 〖 Х〗_2=500 м, Х/Х_м =0,431. При Х/Х_м <1 S_12=3〖∙0,431〗^4-8(0,431)^3+6(0,431)^2=0,578 C_x2=4.336∙0,578=0,024 мг/м^3 <С_х=0.135 мг/м^3 . Граница санитарно-защитной зоны Х=500 м. Таблица 1.5 – Показатели вытянутости розы ветров Для всех веществ L_0=500 м l=L_0∙p_n/p_0 , м (1.31) Рассчитываем l для каждого направления ветра по формуле № 1.31: lс=500∙1,12=560 м, lсв=500∙0,32=160 м, lв=500∙0,32=160 м, lюв=500∙0,4=200 м, lю=500∙2,64=1320 м, lюз=500∙1,36=680 м, lз=500∙1,04=520 м, lсз=500∙0,8=400 м. Рисунок 1.2 – Санитарно-защитная зона с учетом розы ветров 1.2.9 Концентрация загрязняющих веществ в заданной точке Х=850 м, 1) См =4,336 мг/м^3 , Y= 100 м, 2) См =0,041 мг/м^3 . Z= 27 м, Для ацетона и ацетофенона: Концентрация вдоль оси факела (в т. Х): Х/Х_м =850/1546,15=0,55. При Х/Х_м ≤1 S_1 определяется по формуле № 1.29: S_1=3∙(〖0,55)〗^4-8∙(〖0,55)〗^3+6∙(〖0,55)〗^2=0,758 Рассчитываем С_х по формуле № 1.30: 〖 С〗_х=4,336∙0,758=3,288 мг/м^3 , Определение концентрации в т. Y: 〖 C〗_Y=C_х∙S_2, (1.32) где S_2 – безразмерный коэффициент, опрелеляемый в зависимости от скорости ветра и отношения X/Y по значению аргумента t_y: S_2=1/((〖1+5∙t_y+12,8∙t_y^2+17∙t_y^3+45,1∙t_y^4)〗^2 ), (1.33) аргумент t_y=(5Y^2)/X^2 при u>5 (1.34) 〖 t〗_y=(5∙〖100〗^2)/〖850〗^2 =0,069. Подставляем значение аргумента в формулу № 1.33: 〖 S〗_2=1/((〖1+5∙0,069+12,8∙〖0,069〗^2+17∙〖0,069〗^3+45,1∙〖0,069〗^4)〗^2 )= 0,495 Находим C_Y по формуле № 1.32: 〖 C〗_Y=3,288∙0,495=1,628 мг/м^3 . Определение концентрации на заданной высоте (в т. Z): 〖 C〗_z=C_м∙r∙S_1∙S_2∙S_Z , (1.35) где S_Z — поправка, учитывающая рост концентрации с высотой строения, вводится только при X < Хми: S_Z=[1+0,1∙(b_2-1)^2 ]/[b_1^3+0,1∙(b_2-1)^2 ] ∙[1+((b_2+0,2)∙(b_1^3-1))/(b_2+(b_2+0,2)∙(1+0,1∙(〖b_1-1)〗^2)),(1.36) где b_1=X/X_ми =850/2540,32=0,335; b_2=Z/((1+5∙d_2 )∙H)=27/((1+5∙0,015)∙90)=0,279; d_2=(0,06∙v_м∙∛f)/u+0,034∙(v_м/u)^3, при f<100. (1.37) 〖 d〗_2=(0,06∙1,83∙∛0,319)/5,5+0,034∙(1,83/5,5)^3=0,015. 〖 S〗_Z=([1+0,1∙(0,279-1)^2])/([〖0,335〗^3+0,1∙(0,279-1)^2])∙[1+((0,279+0,2)∙(〖0,335〗^3-1))/(0,279+(0,279+0,2)∙(1+0,1∙(〖0,335-1)〗^2))]=5,334 Находим Сz по формуле № 1.35: C_z=4,336∙0,529∙0,758∙0,495∙5,334=4,59 мг/м^3 . 2) Для сажи: Концентрация вдоль оси факела (в т. Х): Х/Х_м =850/1159,61=0,733. S_1=3∙(〖0,733)〗^4-8∙(〖0,733)〗^3+6∙(〖0,733)〗^2=0,939 С_х=0,041∙0,939=0,039 мг/м^3 , C_Y=0,039∙0,495=0,019 мг/м^3 . b_1=X/X_ми =850/1905,24=0,446; b_2=Z/((1+5∙d_2 )∙H)=27/((1+5∙0,015)∙90)=0,279; S_Z=([1+0,1∙(0,279-1)^2])/([〖0,446〗^3+0,1∙(0,279-1)^2])∙[1+((0,279+0,2)∙(〖0,446〗^3-1))/(0,279+(0,279+0,2)∙(1+0,1∙(〖0,446-1)〗^2 ) )]=3,764 〖 C〗_z=0,041∙0,529∙0,939∙0,495∙3,764=0,038 мг/м^3 .

1.3 Вывод

Выполнив расчеты рассеивания вредных веществ в атмосфере можно сделать вывод, что приземная концентрация ацетона и ацетофенона достигает своего максимального значения на расстоянии 1546,15 м от источника выбросов, а сажи на расстоянии 1159,61 м при скорости ветра 1,83 м/с. Для каждого вещества установлены нормы ПДВ: для ацетона ПДВ = 6,246 г/с; для ацетофенона ПДВ = 1,808 г/с; для сажи ПДВ = 104,73 г/с. Минимальная высота трубы по результатам расчета составила 481,86 м. По результатам всех расчетов были установлены границы санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров. Концентрация ацетона и ацетофенона в точке с заданными координатами 4,59 мг/м3, концентрация сажи – 0,038 мг/м3.

---

1 2