Загрязнение атмосферы

Постановка проблемы

На протяжении всей истории человек был и остается неразрывно связанным с природой. Из истории известно, что человек постоянно спасался от дикой природы, старался выжить. Однако в последние десятилетия вопрос человечества и природы стал несколько иначе: люди вынуждены спасать дикую природу ради собственного существования. (Судьба сыграла злую шутку, не правда ли?)

Научно-технический прогресс, гонка вооружений и варварское отношение к природным ресурсам сделали свое дело. Если раньше говорили о неразработанных месторождениях ископаемых, то теперь уже посчитали оставшиеся и планируют их расход на будущее. Стало настоящей проблемой найти чистую реку или пруд, чтобы отдохнуть люди ездят в места с более чистой окружающей средой. В последние десятилетия человечество очень сильно стало ощущать изменения, произошедшие в природе. Истощаются запасы природных ресурсов, загрязняется природная среда, утрачивается естественная связь между человеком и природой, теряются эстетические ценности, ухудшается физическое и нравственное здоровье людей, обостряется экономическая и политическая борьба за сырьевые рынки, жизненное пространство. Вопрос об экологическом здоровье планеты зазвучал очень сильно. В конституции любой страны есть ряд законов, обуславливающих охрану экологии. Все выше сказанное свидетельствует о том, что вопрос сохранения окружающей среды, хотя бы в том состоянии, которое у нас есть на сегодняшний день, должен стать неотъемлемой частью всей человеческой деятельности.

В данной работе рассматривается загрязнение атмосферы и его некоторые параметры. Почему именно атмосферы? Я думаю это обусловлено тем, что воздух, а точнее кислород, содержащийся в нем, необходим всем живым существам на этой планете для жизни. Без кислорода человек, как и любое другое животное, жить не сможет. Кроме того, атмосфера (а именно озоновый слой) является защитой от космической радиации и внешних космических тел, атмосфера является неотъемлемой частью геохимического и биотического круговоротов, также она поддерживает тепловой баланс Земли. Одним словом без соответствующей атмосферы Земля была бы совершенно другой планетой.

Кислород нужен в процессе окисления, который, как известно в большинстве случаев используют для получения энергии. Естественно, что для промышленных нужд он берется из атмосферы. В атмосферу же «возвращают» оксид углерода, диоксиды серы и азота, а мы всем этим дышим. Огромный вред озоновому слою наносят фреоны, от использования которых, к счастью отказываются. Вырубка лесов приводит к недостатку кислорода. Таким образом, человек очень сильно влияет на атмосферу и в тоже время находится в огромной зависимости от нее.

Проводимые в этой работе расчеты дают примерные представления о том, какие и сколько всевозможных последствий могут быть от, казалось бы, незначительного источника загрязнения.

1. Расчет максимальной приземной концентрации

Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества С_м, мг/м³, при выбросе нагретой смеси из одиночного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии x_м, м, от источника и определяется по формуле:

;

Коэффициент А, соответствует неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным: А = 160;

М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с.

F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Н — высота источника выброса над уровнем земли, м.

Т — разность между температурой выбрасываемой воздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, (^оС).

— расход газовоздушной смеси, м³/с.

(2);

где D — диаметр устья источника выброса, м.

w — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, ^м/_с.

;

Оба загрязнителя можно рассматривать как газообразные вещества, поэтому значение безразмерного коэффициента F принимаем равным 1 для двух элементов.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, V_m:

f=, (3);

;

Найдём значения коэффициентов f, V_m:

Коэффициенты m и n определяются по формулам:

(5)

n=(6)

n=

Определяем значения максимальной концентрации.

— для оксида азота

— для аммиака:

2. Расчёт расстояния, на котором достигается максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ

Расстояние x_м, м, от источника выброса, на котором приземная концентрация С, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения и определяется по формуле

;

где d — безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

d=4.95 V_m (1+0.28), (8);

d=;

Определяем расстояния x_м для оксида азота и аммиака:

.

3. Расчёт приземной концентрации загрязняющих веществ на различных расстояниях от источника

При опасной скорости ветра U_м приземная концентрация вредных веществ С, ^мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях x, м, от источника выброса определяется по формуле:

;

где S₁ — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения x/x_м и коэффициента f.

При x/x_m1

S₁=, (10.1);

При 1_m8

S₁=, (10.2);

При x/x_m>8

S₁=, (10.3);

q_оа=; q_ам= (11);

Таблица 1 — Расчет приземной концентрации загрязняющих веществ на различных расстояниях от источника

4. Расчёт концентрации загрязняющих веществ на различной высоте от поверхности земли

Значение концентрации загрязняющих веществ С_y, на расстоянии y, м, по перпендикуляру к оси факела определяется по формуле:

С_y=S₂ C_m, (12);

где S₂ — безразмерный коэффициент, зависящий от значения опасной скорости ветра и отношения y/x_m

Коэффициент S₂ определяется по формуле:

S₂=. (13);

Как видно из формулы для нахождения коэффициента S₂ необходимо определить опасную скорость ветра U_м.

При 0.5m2, U_м=V_m=1,818 м/с.

Таблица 2 — Расчет концентрации загрязняющих веществ на различных высотах

5. Расчет зависимости концентрации загрязняющих веществ от скорости выхода газовоздушной смеси

Значение максимальной приземной концентрации вредного вещества С_м, мг/м³, при выбросе смеси из одиночного источника достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м, м, от источника и определяется по формуле:

;

В состав формулы (1) входят компоненты, которые напрямую зависят от скорости выхода газовоздушной смеси.

, (2);

f=, (3);

С учетом записанного выше выведем зависимость С_м от w, которая имеет вид:

(14);

где

;

f=(3);

На основании выведенных формул получим нужную зависимость. Зависимость концентрации загрязняющих веществ от скорости выхода газовоздушной смеси представлена в таблице.

Таблица 3 — зависимость концентрации загрязняющих веществ от скорости выхода газовоздушной смеси

6. Расчёт предельно допустимых выбросов предприятия

загрязняющий приземной предельный выброс

Значение ПДВ, ^г/_с, для одиночного источника с круглым устьем в случае С_ф < ПДК определяется по формуле:

ПДВ=, (18);

Сфоа=0.5ПДК_сс=0.5?0.06=0.003 мг/м³;

Сфам=0.5ПДК_сс=0.5?0,04=0.02 мг/м³;

ПДВоа=;

ПДВам=.

7. Расчет минимально необходимой степени очистки выбросов загрязняющих веществ

Минимально необходимая степень очистки выбросов определяется по формуле:

и%. (19);

и_оа=;

и_ам=.

8. Построение поля концентрации с учетом розы ветров

Поле концентрации, на границах которого концентрация достигает максимального значения, определяются по формуле:

Lm=x_m. (20);

Размеры поля концентрации, на границах которого концентрация загрязняющих веществ достигнет допустимого значения, определяются по формуле:

L_чист=x_чист. (21);

Где P₀=12.5% - среднегодовая повторяемость в направлении ветров;

P_i — повторяемость ветра i-го румба, %.

Расчет поля концентрации произведен в таблице 4. Параметры x_чист определяем из таблицы 1.

Таблица 4 — Расчет поля концентрации

Выводы

1. Чистая зона для аммиака начинается за пределами 10 000 м, а по высоте выше 150 м.

Чистая зона для оксида азота начинается за пределами 4000 м, а по высоте выше 70 м.

2. С уменьшением скорости выхода газовоздушной смеси концентрация загрязняющих веществ увеличивается.

3. Для соблюдения экологических норм минимально-необходимая степень очистки: для оксида азота — %, для аммиака — .

4. В соответствии с полем концентрации с учетом розы ветров, предприятие, являющееся источником данных выбросов, необходимо располагать к югу (юго-западу) от населенного пункта, на расстоянии не менее 12 000 м.