Расчет загрязнения атмосферы от организованного высокого источника выбросов (плавильный агрегат литейного производства)

Загрязнение окружающей среды, поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, количества и местоположение которых оказывают негативное воздействие на компоненты природной среды, природные, природно-антропогенные и антропогенные объекты. Является полностью или в основном побочным результатом хозяйственной и иной деятельности человека.

Актуальность темы

моего проекта подтверждается постоянно ухудшающейся экологической обстановкой в мире, в связи с которой необходимо пристальное внимание уделять всем возможным источникам загрязнения окружающей среды.

Целью контрольной работы является получение рекомендаций на основании расчётов по исходным данным о характеристиках производства о категории опасности предприятия и протяжённости санитарно-защитной зоны.

В рамках данного проекта поставлены следующие задачи:

1. расчёт массы выбросов загрязняющих веществ;

2. определение максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ;

3. нахождение значений ПДВ загрязняющих веществ в атмосферу;

4. графическое изображение размеров санитарно-защитной зоны;

5. определение категории опасности предприятия;

6. вывод о загрязнении атмосферы предприятием.

В моем проекте рассматривается производство в Чите.

Читинская область с конца сентября-октября до апреля-мая находится в зоне действия сибирского антициклона. В это время преобладает тихая, ясная, морозная погода, сопровождающаяся застоями воздуха, температурными инверсиями и туманами. Складываются условия, неблагоприятные для рассеивания в атмосферном воздухе загрязняющих веществ, особенно в межгорных понижениях. Потенциал загрязнения атмосферы в пределах области в 1,5−2 раза выше, чем в европейской части России. Данное свойство атмосферы приводит к тому, что в населенных пунктах при относительно низких удельных выбросах загрязняющих веществ (в расчете на одного жителя) может формироваться сравнительно высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха. Чита находится в списке городов (их 44) Российской Федерации с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

В течение 2011 года было исследовано 1 205 проб атмосферного воздуха в городских поселениях Забайкальского края, 358 проб не соответствовали гигиеническим нормативам. Город Чита попал в список населённых пунктов с самым грязным воздухом, сообщает ИА «ЗабИнфо» .

В 2011 году по городу Чите отмечается превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) по среднегодовым концентрациям пыли 2,0 ПДК; по диоксиду азота 1,3 ПДК, формальдегиду 4,7 ПДК; по бенз (а)пирену 3,9 ПДК. По диоксиду серы, оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду, фенолу, саже среднегодовая концентрация не превышает ПДК.

Максимальные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по городу Чите превышают ПДК по всем приоритетным загрязнителям. При этом по канцерогенным веществам: формальдегиду до 2,5 ПДК; саже 2,3 ПДК; бенз (а)пирену до 10,0 ПДК.

Расчет загрязнения атмосферы от организованного высокого источника выбросов (плавильный агрегат литейного производства)

Рассчитать массу выбросов загрязняющих веществ плавильного агрегата литейного цеха. Определить концентрацию вредных веществ в приземном слое воздуха от организованного источника выбросов промышленного предприятия. Установить значения ПДВ, размеры СЗЗ. Определить класс опасности данного предприятия. По результатам расчетов дать заключение. Выброс загрязняющих веществ считать непрерывным.

Решение данной задачи производится в несколько этапов.

Расчет массы выбросов загрязняющих веществ Расчет массы выбросов i-го вещества Mi (кг/ч) при работе плавильного агрегата производится по формуле:

Mi = qi? Д? в? (1? з), (1)

где q — удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т;

Д — расчетная производительность агрегата, т/ч;

в — поправочный коэффициент для учета условий плавки;

з — эффективность пылеочистки или газоочистки. Принимаем условно, в долях единицы.

Решение:

СО=20,0*25*0,65*(1−0,77)=74,75 кг/ч=20,76 г/с МNО=0,014*25*0,65*(1−0,82)=0,04 кг/ч=0,01 г/с Мфен=2,4*25*0,65*(1−0,82)=7,02 кг/ч=1,95 г/с Определение максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ В отходящих дымовых газах литейного производства по каждому загрязняющему веществу определяем максимальную приземную концентрацию.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле:

(2)

где, А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, с2/3· мг · град 1/3/г;

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

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

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

з — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

Н — высота источника выброса над уровнем земли, м;

ДT — разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, °С;

V1 — расход газовоздушной смеси, м3/с, определяется по формуле:

=, (3)

где D — диаметр устья источника выброса, м;

W0 — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ принимается по табл. 1.

Таблица 1 — Значение коэффициента температурной стратификации А

На распространение загрязнений оказывает влияние температура атмосферы в момент выброса. По этому признаку все выбросы делят на «холодные» и «горячие». «Холодные», если разница между температурой выброса и температурой атмосферы приблизительно равна нулю. «Горячие», если разница между температурой выброса и температурой атмосферы больше нуля.

При определении значения ДТ (°С) температуру окружающего атмосферного воздуха следует принимать равной средней многолетней температуре наружного воздуха 15 числа наиболее жаркого месяца года в 13:00 по местному времени.

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

* для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (возгоны, туманы, дымы и т. п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F = 1;

* для остальных аэрозолей (пыль, зола) при степени очистки газов в пылеуловителе не менее 90% F = 2; от 75 до 90% F = 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки F = 3.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, Uм, Uм?, fe:

— для нагретых выбросов:

(4)

(5)

— для холодных выбросов (ДT? 0):

(6)

(7)

Коэффициент m определяется по формулам:

при f < 100

(8)

при f? 100

; (9)

При fe < f < 100

Принимают f = fe

Коэффициент n при f? 100 определяется в зависимости от Uм по формулам:

n=1

при Uм? 2;

при 0,5? Uм < 2;

при Uм < 0,5.Решение:

f=1000*12,22*0,63/10,02*17=55,16

f < 100, следовательно,

V1=3,14*0,632/4*12,2=3,80

Так как 0,5? Uм = 1,21 < 2, то

n=0,532*1,212−2,13*1,21+3,13=1,33

Определение ПДВ загрязняющих веществ в атмосферу Значение ПДВ (г/с) для i-го вещества, выбрасываемого одиночным источником с круглым устьем при фоновой концентрации Сф< ПДК, определяется по формуле 10:

(10)

где Cфi — фоновая концентрация рассматриваемого вещества, мг/м3. Устанавливается службой экологического мониторинга по результатам многолетних измерений концентраций примесей в атмосферном воздухе. При отсутствии таких данных принимается обычно Cфi = 0,1 ПДКмрi.

Решение:

Определение размеров санитарно-защитной зоны Для уменьшения концентрации вредных веществ на прилегающей к промышленному предприятию территории устраивают санитарно-защитные зоны (СЗЗ).

Размеры нормативной СЗЗ до границы жилой застройки устанавливают в зависимости от мощности предприятия, особенностей технологического процесса производства, характера и количества выделяемых в атмосферу вредных и с неприятным запахом веществ.

В соответствии с санитарной классификацией промышленных предприятий размеры СЗЗ устанавливаются в зависимости от класса опасности предприятия (СанПиН 2.2.½.1.1.1200−03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов»).

Таблица 2 — Нормативные размеры санитарно-защитных зон

Указанные в табл. 2 размеры СЗЗ являются минимальными. Если в результате расчета рассеивания примесей получены большие размеры СЗЗ, то принимаются расчетные размеры. Если в результате расчета получены размеры СЗЗ меньше указанных в табл. 2, то принимаются табличные значения, так как выброс вредных веществ может являться не единственным видом вредного воздействия предприятия на окружающую среду. Минимальные размеры СЗЗ установлены исходя из условия снижения на ее границе концентрации вредных веществ до ПДК, а уровней шума, вибрации, инфразвука, электромагнитных полей, электростатического поля — до предельно-допустимых уравнений (ПДУ).

СЗЗ нельзя рассматривать как резервную территорию и использовать ее для расширения промышленной площадки. На территории СЗЗ допускается размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство — складов, гаражей, автостоянок и т. д.

Размер СЗЗ до границы жилой застройки следует устанавливать:

? для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками загрязнения атмосферного воздуха,

— непосредственно от источника загрязнения (трубы, шахты, аэрационных фонарей зданий, мест погрузки-разгрузки сырья);

? для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками шума, вибрации, электромагнитных волн радиочастот, — от зданий, сооружений и площадок, где установлено это оборудование;

? для электростанций, котельных — от дымовых труб

Последовательность расчета СЗЗ литейного производства Определяем расстояние Xм, при котором достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества Cм для каждого загрязнителя. Расстояние Xм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация Cм (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения, определяется по формуле:

(11)

где d — безразмерный коэффициент

— при f <100

при Uм < 0,5;

при 0,5? Uм? 2;

при Uм > 2;

— при f > 100

d = 5,7

при

при при

Решение:

Углерода окись (СО), азота окись (СО), фенол. Так как f < 100;

0,5? Uм < 2, то

— углерода окись

— окись азота

— фенол Определяем расстояние Хn от источника в расчетном направлении для каждого загрязнителя. Для построения графика воспользуемся табл. П. 1.5.

Распределение концентраций вредных веществ в приземном слое воздуха по оси факела на различных расстояниях Х от источника выброса находят по формуле:

(12)

Безразмерная величина S1 зависит от отношения При Хn / Хм> 8 S1 зависит от скорости оседания загрязняющих веществ.

Согласно методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86), безразмерную величину S1 рассчитывают по формулам:

Если

(13)

Если 1 <

Если

(15)

Если

Расчетные данные по углероду окиси сводим в таблицу

Для каждого загрязняющего вещества строим график распределения концентраций вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов. Например, график распределения концентраций углерода окиси в атмосферу от организованного высокого источника выбросов представлен на рис. 1.

Рис. 1 — График распределения концентраций углерода окиси в атмосферу от организованного высокого источника выбросов углерод азот окись выброс Расчетные данные по окиси азота сводим в таблицу

Рис. 2 — График распределения концентраций окиси азота в атмосферу от организованного высокого источника выбросов Расчетные данные по фенолу сводим в таблицу

Рис. 3 — График распределения концентраций фенола в атмосферу от организованного высокого источника выбросов При построении графика не учитываем выход загрязняющих веществ другими путями (через окна, фонари, фрамуги, неплотности строительных конструкций зданий), поэтому принимаем приземную концентрацию С в точке Х=0 равной нулю.

По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить 3 зоны загрязнения атмосферы:

1) зона переброса факела (характеризуется относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы);

2) зона задымления (характеризуется максимальным содержанием вредных веществ);

3) зона постепенного снижения уровня загрязнения.

Зона задымления является наиболее опасной для населения и должна быть исключена из селитебной застройки.

Определение категории опасности предприятия В зависимости от массы и видового состава выбросов в атмосферу определяют категорию опасности предприятия (КОП) по формуле:

(17)

где MiУ — масса i-го вещества в выбросе, т/год;

MiУ = Mi *T, (18)

где Т — годовой фонд работы оборудования, ч (количество смен в году — 320, с учетом круглосуточной работы плавильного агрегата принимаем Т = 7680 ч);

ПДКССi — среднесуточная ПДК i-го вещества;

n — кол-во загрязняющих веществ;

ai — безразмерная константа, позволяющая соотнести степень вредности i-го вещества с вредностью диоксида азота (табл. 3).

Таблица 3 — Класс опасности загрязняющего вещества

Таблица 4 — Категории опасности промышленных предприятий

МСОУ=74,75*7680*10−3=574,08 т/год;

МNOУ = 0,04 * 7680 * 10−3 = 0,31 т/год;

МфенУ =7,02*7680*10−3=53,91 т/год;

КОП = (574,08/3)0,9+(0,31/0,06)1+(53,91/0,003)1,3=339 675,17

Так как 104 < 339 675,17 < 106, то категория опасности предприятия — 2.

Заключение

В целях формулирования вывода о загрязнении окружающей среды рассматриваемым природопользователем, необходимо проверить верность приведённого ниже неравенства для каждого аэрополлютанта с помощью данной формулы:

Если данное условие не выполняется хотя бы по одному веществу, то делается вывод о загрязнении атмосферы природопользователем.

Ниже проводятся выше описанные расчёты:

Поскольку условие для ПДВ по окиси углерода и фенолу не выполняется, следует сделать вывод о загрязнении атмосферы рассматриваемым природопользователем.

1. Акимова Т. А. Хаскин В.В.; Под ред. В. В. Хаскина — М.: ЮНИТИ Гриф МО.

2. Методические указания по выполнению курсового проекта, составители: О. Н. Заломнова, доц., Г. В. Лукашина, доц., Москва, 2009, МГИУ.

3. Электронный ресурс «Байкал 24. Информационный портал».