Рассеивание вредных выбросов в атмосфере

Одним из путей достижения установленных нормативов качества в приземном слое воздушной среды в районах расположения промышленных предприятий является выброс вредных примесей через высокие трубы с целью создания условий их эффективного рассеивания.

С увеличением высоты и скорости выброса эффективность рассеивания увеличивается, а концентрация примесей в приземном слое уменьшается. Поэтому трубы строят как можно выше (для ТЭС — 180-250 м и выше). Для повышения скорости истечения газов из устья трубы применяют факельный способ выброса, который предусматривает наличие на конце трубы конфузора с направляющей насадкой для увеличения дальнобойности выходящей струи.

►Выбросы рекомендуется делать на эффективную высоту (Нэ), которую можно найти по формуле:

 

Нэ = Н тр + ∆ H, где

 

Н тр - высота трубы от поверхности земли,

∆ H - высота подъема струи загрязненного воздуха над устьем трубы или факельной насадки.

 

Величину ∆ H находят из выражения:

 

∆ H = 1,24 w_o ∆ TD²/(U³ Тв), где

 

w_o - начальная скорость газовоздушной смеси в устьев трубы, м/с

∆ Т - разница в температуре газов и атмосферного воздуха, °С

D - диаметр устья трубы, м

U - скорость ветра, м/с,

Тв - температура атмосферного воздуха, °С/

Если выбросы холодные ( ∆ Т = Тг - Тв =0, где Тг - температура газов, °С), то величину ∆ Н определяют по выражению:

 

∆ Н = 4,77 * w / (1 + 0,43 U/w), где

 

v - количество газовоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу, м³/с.

►С целью обеспечения чистоты воздуха жилых районов, выброс основных количеств вредных веществ предприятиями, расположенными на расстоянии от источников выброса до жилых домов не более 5 Нзд (Нзд - средняя высота зданий и сооружений предприятия), рекомендуется осуществлять на высоту не менее 2,5 Нзд.

Вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу из труб, переносятся и рассеиваются в ней по-разному в зависимости от метеорологических условий: они могут осаждаться на поверхности земли, растительности, воды, вымываться из атмосферы дождями или улетучиваться в космическое пространство.

На процесс рассеивания выбросов влияют следующие факторы:

- состояние атмосферы;

- рельеф местности и характер расположения на ней предприятий;

- высота, размеры производственных зданий, их взаимное расположение;

- высота трубы;

- скорость газа в трубе, его температура и плотность;

- агрегатное состояние загрязняющих веществ и др.

Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температуры воздуха в вертикальном направлении вблизи трубы.

К метеорологическим факторам относят: скорость ветра, температурную стратификацию, влажность воздуха, атмосферное давление. Наибольшее значение имеют данные об изменении метеоусловий в приземном слое воздуха до высоты 50-250 м над поверхностью земли.

Установлено, что наибольшие загрязнения воздуха наблюдаются только при слабых ветрах (в пределах 0-1 м/с) от низких источников. При выбросах из высоких источников максимальные концентрации загрязнения наблюдаются при опасных скоростях движения ветра в пределах 1-7 м/с в зависимости от скорости выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Рельеф местности, даже при наличии сравнительно невысоких возвышенностей, существенно изменяет микроклимат в отдельных районах, а также характер рассеивания вредных веществ. Исследования загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота показали, что на пересеченной местности распространение вредных примесей носит неравномерный характер: в пониженных местах образуются застойные, плохо проветриваемые зоны с высокой концентрацией.

Динамика распределения концентраций вредных веществ на раз­личных расстояниях от источника выброса позволяет говорить о нали­чии зон неодинакового загрязнения атмосферы:

► Зона переброса факела - расстояние между источником высо­кого выброса и началом приземления дымового облака за счет переноса воздушными массами и постепенного расширения факела. Данное расстояние характеризуется относительно невысоким содержанием вредных веществ в атмосфере. Непосредственно у источника организованного выброса теоретическое значение концентраций токсических веществ в приземном слое должно быть минимальным, однако по материалам натурных наблюдений в ближайшей зоне промышленных предприятий (в том числе и теплоэлектростанций) постоянно обнаруживается наличие загрязнителей в атмосфере, поступающих за счет неорганизованных источников (зона неорганизованного загрязнения). Протяженность ее определяется условиями поступления вредных веществ в атмосферу; именно она обусловливает необходимость создания санитарно-защитной зоны (для обеспечения установленных ПДК).

► Зона задымления - это расстояние, на котором возможно обнаружение максимального для данного источника выброса содержания вредных веществ в приземном слое атмосферы, создаваемого по направлению ветра значительно рассеянным и приблизившимся к поверхности земли дымовым факелом. По данным натурного изучения динамики загрязнения атмосферного воздуха в районе организованного источника выброса, зона задымления в зависимости от метеорологических условий определяется расстоянием, равным 10-40 высотам трубы (Н тр).

►Зона снижения загрязнения - характеризуется постепенным снижением концентраций загрязняющих веществ по мере удаления от источника загрязнения (рис.1).

 

 

Рис. 1. Схема рассеивания и распределения концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы под факелом высокого и мощного источника выброса (ТЭС):

1 - максимальная концентрация вредных веществ; 2 - расчетные концентрации вредных веществ в соответствии с ОНД-86.

 

 

Задание:

► Рассчитать наиболее эффективную высоту рассеивания выбросов (Нэ) источником загрязнения в практически безветренную погоду, если температура воздуха +25 °С. Промышленный источник загрязнения имеет следующие технические характеристики:

- высота трубы - 120 м,

- диаметр устья трубы -10м,

- скорость выброса газовоздушной смеси - 15 м/с,

- температура выбрасываемых газов - +30°С.

Средняя высота всех зданий и сооружений промышленного объекта 90 м.

Будет ли соответствовать рассчитанная Нэ требованиям, предъявляе­мым для населенного пункта, если сам источник выбросов удален от него на расстоянии 1 км?

►В каком радиусе от источника загрязнения будет отмечаться наибольшая концентрация вредных веществ, если из трубы высотой 100 м осуществляются выбросы газовоздушной смеси со скоростью 20 м/с?

Контрольные вопросы

 

1. Критерии качества атмосферного воздуха, нормирование выбросов.

2. Рассеивание выбросов вредных веществ в атмосфере, зоны рассеивания.

 

ЗАНЯТИЕ 15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, ПОПАДАЮЩИХ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАБОТЫ АВТОТРАНСПОРТА.

 

Автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха. Согласно оценкам специалистов загрязнение воздуха городов на 30-70 % (в зависимости от времени года) обусловлено использованием транспортных средств.

К основным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух при работе двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей, относятся оксиды углерода, углеводороды, оксиды азота, оксиды серы. Помимо этого, первая группа двигателей поставляет в окружающую среду ионы свинца, а вторая – сажу с адсорбированными на её поверхности разнообразными загрязнителями, в том числе и крайне опасными для здоровья человека.

Наибольшее количество токсинов выбрасывается при частых остановках автомобиля и движении с малой скоростью поэтому наиболее неблагополучными с экологической точки зрения являются: участки высокой интенсивности движения, на которых велика вероятность образования «пробок», перекрёстки, остановки общественного транспорта.

Помимо всего выше перечисленного, транспорт является источником шумового и вибрационного загрязнения окружающей среды, что также в значительной степени нарушает нормальное функционирование биологических систем разного уровня.

Задание. Выберите участок автотрассы длиной 0,5-1 км, имеющий хороший обзор. Определите число единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 минут, 1 часа. Ведите учёт транспортных средств по следующим категориям: легковой, грузовой бензиновый, грузовой дизельный, автобусы.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчётным методом. Исходными данными для расчёта количества выбросов являются:

-число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени;

-нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице 1).

 

Таблица 1. Нормы расхода топлива

 

Тип автотранспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100 км)	Удельный расход топлива Yi (л на 1 км)
Легковые автомобили	11-13	0,11-0,13
Бензиновые грузовые автомобили	29-33	0,29-0,33
Дизельные грузовые автомобили	31-34	0,31-0,34
Автобусы	41-44	0,41-0,44

 

Значения эмпирического коэффициента (К), определяющего выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 2.

 

Таблица 2. Коэффициенты выброса вредных веществ от автотранспорта

 

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

 

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L, км), по формуле:

где i – обозначение типа автотранспорта;

L- длина участка, км;

N_i-число автомобилей каждого типа за 1 час.

Рассчитайте количество топлива (Q_i, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин по формуле:

 

где L_i– общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 час;

Y_i – удельный расход топлива определённый типом автомобиля, л/км.

Определите Общее количество сожжённого топлива каждого вида (∑Q) и занесите результаты в таблицу 3:

Таблица 3. Расход топлива автотранспортом исследуемой территории

 

Тип автомобиля		Qj
Легковые автомобили	Nj	бензин	дизельное топливо
Бензиновые грузовые автомобили
Дизельные грузовые автомобили
Автобусы
Всего
	∑Q

 

Рассчитайте объём выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива и всего, занесите результат в таблицу 4:

Таблица 4- Объём выбросов от автотранспорта исследуемой территории

 

Вид топлива	Количество вредных веществ, л
∑Q, л	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин
Дизельное топливо
Всего	(V), л

 

Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ (m, r) по формуле:

 

где V- объём выбросов;

M- молекулярная масса вещества.

Массовый выброс загрязняющих веществ автомобильным транспортом при движении по данной улице M_i рассчитывается по формуле:

 

где m_i – приведенный пробеговый выброс г/км, который определятся с учётом технического состояния автомобиля и изменения выбросов загрязняющих веществ при движении по территории населённых пунктов (таблица 5).

- суммарный суточный пробег автомобилей по данной улице, км. Он рассчитывается по следующей формуле:

где N_x-число автомобилей, прошедших по данной улице за время измерения;

L-длина улицы, км

Таблица 5. Пробеговый выброс для различных видов автотранспорта

 

Тип транспорта	Загрязняющее вещество
Оксид углерода	Диоксид азота	Углеводороды	Диоксид серы	Свинец	Сажа
Легковые	19,8	1,4	3,5	0,1	0,03	-
Грузовые бензиновые	63,7	2,7	6,4	0,3	0,04	-
Грузовые дизельные	2,9	6,2	1,6	1,5	-	0,4
Автобусы дизельные	5,3	10,9	1,7	1,5	-	0,7

 

Контрольные вопросы:

3. Критерии качества атмосферного воздуха, нормирование выбросов.

4. Рассеивание выбросов вредных веществ в атмосфере, зоны рассеивания.

ЗАНЯТИЕ 16. ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ. ВОЗДЕЙСТВИЕ СБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД