Мониторинг и экспертиза. Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3

• Название: Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3
• Анкор: Мониторинг и экспертиза
• Дата: 11.10.2022
• Размер: 4.49 Mb.
• Имя файла: Мониторинг и экспертиза.pdf
• Тип: Учебное пособие; #728711
• страница: 11 из 25

7.2. Распределение вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха Неблагоприятное действие вредных веществ на человека снижают путем ограничения концентрации токсичных компонентов ввоз- духе, воде, почве. Специальные организации, в том числе Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ, разрабатывают стандарты, ограничивающие содержание вредных веществ в экологических системах. Стандарты, ограничивающие содержание вредных веществ, называют предельно допустимыми концентрациями (табл. В России установлены два типа ПДК – максимальные разовые и среднесуточные (ПДК
м.р
, ПДК
с.с
). Максимальная разовая ПДК при вдыхании в течении 20 –
30 мин не должна вызывать у человека рефлекторных реакций. Среднесуточная ПДК не должна оказывать прямого или косвенного воздействия на человека на протяжении длительного времени. В течение суток человек находится в различных условиях – на работе, в жилой зоне. В связи с этим введены предельно допустимые концентрации в рабочей зоне (ПДК
р.з
) и воздухе населенных мест (ПДК
н.м
).

118 Таблица 7.5 Допустимые уровни загрязнения атмосферного воздуха по рекомендациям экспертов ВОЗ Загрязняющее вещество Допустимый уровень, мг/м
3 Среднегодовой Разовый Оксиды серы Взвешенные частицы Оксид углерода (II) Окислители (озон)
0,06 0,04 10 зач зач Внедрение новых промышленных технологий, химических веществ приводит к необходимости разработки расчетных методов ПДК. Основой расчетов ПДК является физиологическое и биологическое воздействие вещества на человека
– порог обонятельного ощущения
– порог изменения световой чувствительности глаза
– порог изменения биоэлектрической активности коры головного мозга
– среднесмертельная доза отравляющего вещества ЛД
50
Уравнения линейной регрессии для расчета ориентировочных величин максимальных разовых ПДК имеют вид м.р
1
lg ПДК м.р
2
lg ПДК м.р
3
lg ПДК, 23
x


, где
1
x
– порог обоняния у наиболее чувствительных лиц
2
x
– порог световой чувствительности глаза, мг/м
3
;
3
x
– порог изменения биоэлектрической активности коры головного мозга, мг/м
3
Сравнив ПДК, найденные с помощью различных методов, берут наиболее чувствительный критерий и находят расчетное значение
ПДК
м.р по уравнению м.р
4
lg ПДК, 21
x


, где x
4
– пороговая концентрация по наиболее чувствительному тесту, мг/м
3
Для расчета среднесуточных ПДК используют следующие формулы с.с
1
lg ПДК с.с р.з lg ПДК ПДК с.с р.з lg ПДК ПДК с.с
50
lg ПДК ЛД
1,6


Определение предельно допустимой концентрации вещества вводе водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования также основано на комплексном санитарно- гигиеническом исследовании
– определение предельно допустимой концентрации по органолептическому показателю вредности
– определение предельно допустимой концентрации по сани- тарно-токсическим показателям
– определение предельно допустимой концентрации по общеса- нитарным показателям (окисляемость, самоочищение водоема. Из трех значений предельно допустимых концентраций берут наименьший норматив. Расчет предельно допустимой концентрации вредных веществ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования можно провести по формуле р.з lg ПДК ПДК, где т
ПДК
– предельно допустимая концентрация, мг/л; р.з
ПДК
– предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны, мг/м
3
Уравнения для расчетов ПДК получены методом регрессионного анализа, отдельные элементы которого рассмотрены в моделировании сложных систем и процессов. Биологический отклик группы токсичных соединений может быть представлен как сумма активности отдельных веществ, заместителей и функциональных групп, плюс некоторая средняя активность
БО =
0 а x



, где БО – биологический отклик a
i
0
– средняя активность компонентов
a
i
– активность отдельных элементов структуры x
i
– вклад активности.

120 Приведенные выше уравнения разработаны разными авторами в различные периоды времени, поэтому наиболее целесообразно использовать формулы, дающие минимальное значение ПДК для неизвестных веществ. Экспериментальные методы измерения количества вредных веществ в экологических системах дают наиболее достоверную информацию о состоянии окружающей среды. Расчеты ожидаемой концентрации вредного вещества менее трудоемки и более приемлемы для быстрой оценки загрязнения воздуха, воды или почвы. Рассмотрим несколько алгоритмов расчета рассеивания веществ в атмосфере. Перенос веществ в атмосфере осуществляется полем среднего ветра и турбулентными движениями относительно центра рассеивания. Следует различать три основных потока, осуществляющих перенос вещества – приземный слой, переходный слой, градиентный ветровой поток. Все расчеты выполняются в основном для приземного слоя, на который влияют рельеф и шероховатость Земли, Нм. Градиентный перенос вещества в атмосфере описывается дифференциальным уравнением второго порядка
2 2
2 2
2 2
x
y
z
dm
m
m
m
K
K
K
dt
x
y
z









, где m – масса вещества
i
K
– коэффициент рассеивания, i = x, y, z. Используя модель статистической теории рассеивания, находят концентрацию веществ в приземном слое. Для удобства расчетов решение дифференциальных уравнений с граничными условиями интерполируют различными формулами, которые сводят в нормативные документы. Предполагается, что точность расчетов достигает 20–30%, но необходимо помнить, что реальные атмосферные процессы настолько сложны, что ожидаемые расчетные концентрации вредных веществ могут не соответствовать действительному загрязнению системы. Максимальное значение приземной концентрации вещества при выбросе газовоздушной смеси при неблагоприятных метеорологических условиях определяют по формуле м 3 1
η
A M F m n
C
H
V T

   


,

121 где м – максимальная концентрация вещества, мг/м
3
;
A
– коэффициент температурной стратификации атмосферы (А = 140 – 250);
M
– мощность выброса, гс F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества, F = 1 для газов, мелкодисперсных частиц и аэрозолей, для остальных частиц F = 2–3;
n
m
,
– коэффициенты, учитывающие условия выброса
η
– коэффициент учета рельефа местности, если рельеф не учитывают η 1

;
H
– высота источника выброса с круглым устьем, м V
1
– расход газовоздушной смеси, мс
T

– разность между температурой смеси и температурой воздуха,
2 1
0
π
ω где D – диаметр устья источника выбросам скорость выхода смеси, мс. Коэффициенты m, n определяют в зависимости от параметров f,
m

,
'
m

, f
e
. Если условия выброса не учитывают, то m = n = 1 2
2 1000
;
D
f
H
T




 
3
'
800
,
e
m
f
v

1 3
0, 65
;
m
V
T
v
H
 

'
0 1,3
/
m
D H



f
f
f
m
,
34
,
0 1
,
0 67
,
0 1
3



< 100;
100
,
47
,
1 Для f
e
< f < 100 значение коэффициента m вычисляют при f
e
= f. Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от v
m
по формулам
n = 1, v
m
≥ 2;
n = 0,532·v
2
m
– 2,13v
m
+ 3,13, 0,5 ≤ v
m
< 2;
n = 4,4 v
m
, v
m
< 0,5. При f ≥ 100 или Т = 0 и '
m

≥ 0,5 концентрацию вредного вещества рассчитывают так

122 м 3
1
η
8
A M F n
D
C
V H

   


, где n определяют по формулам при v
m
= При f < 100, v
m
< 0,5 или f < 100,
'
m

< 0,5 (случай предельно малых опасных скоростей ветра) максимальную приземную концентрацию загрязняющего вещества находят следующим образом м 3
η
A M F m
C
H

  

, где '
m
= 2,86 m; f < 100, v
m
< 0,5;
'
m
= 0,9; f < 100;
'
m
v
< 0,5. Расстояние, на котором наблюдают максимальную приземную концентрацию, находят по формуле


5 4
m
x
F d H
 
, где


3 28
,
0 1
48
,
2
e
f
d


,
0,5
m
v

,
f
< 100;


3 4,95 1 0,38
m
d
v
f


, 0,5 <
2
m
v

,
f
< 100;


3 7
1 0, 28
m
d
v
f


,
2
m
v

,
f
< 100;
7
,
5

d
,
'
2
m
v

,
f
> 100,
0


T
;
'
11, 4
m
d
v

,
'
0,5 2
m
v


,
f
> 100,
0


T
;
'
16
m
d
v

,
'
m
v
> 2,
f
> 100, При неблагоприятных метеорологических условиях приземную концентрацию веществ по оси факела (рис. 7.1) рассчитывают по формуле м, где S – безразмерный коэффициент, равный






1
,
6 8
3
м
2
м
3
м
4
м




x
x
x
x
x
x
x
x
S
;

123 мм мм мм мм. Рис. 7.1. Схема рассеивания веществ в атмосфере О' – центральная точка рассеивания по оси факела OX – ось факелах координаты точек, в которых определяют концентрацию вредных веществ Следует отметить, что расчетные формулы, приведенные выше, справедливы для максимальных концентраций, лежащих по оси факела рассеивания OX. Значение приземной концентрации вредных веществ в точках с координатами (x, -y, 0), (x, -y, z), (x, y, z), (0, 0, 0) итак далее рассчитывают по другим более сложным формулам, учитывающим различные скорости ветра, отличные от опасных, при которых достигается максимальная приземная концентрация См. Расчет опасной скорости ветрам мм мм м = 2,2v
m
', v
m
> 2, f < 100, где м – опасная скорость ветрам с, при которой достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества С
м
Влияние автомобильного транспорта на качество воздуха городских улиц оценивают по содержанию оксида углерода (II) на проезжей дороге

124
Формула расчета приземной концентрации оксида углерода (II) представлена в таком виде
0 1
2 м С K K где С = 7,39 + 0,26N + A
1
+ A
2
+ A
3
; N – интенсивность движения автомобилей, шт/ч; А – соотношение грузового и автобусного транспорта,
%; А – отклонение от скорости движения 40 км/ч, %; А – поправка на продольный дороги, на каждые 2º добавляют 1,5% См К – коэффициент улучшения технического обслуживания К – коэффициент, учитывающий внедрение каталитических средств обезвреживания выбросов К – коэффициент внедрения малотоксичных рабочих двигателей
V
0
– скорость ветра на улице (1–10 мс H – ширина улицы (3–100 мм концентрация оксида углерода г, мг/м
3
Коэффициенты, учитывающие различные факторы выбросов, даны в табл. 7.6, 7.7. Таблица 7.6 Поправки на изменение скорости движения потока автомобилей Доля грузового транспорта, % Поправка, %, при скорости движения, км/ч
20 30 40 50 60 70 80 80 70 60 50 40 30 20 10 12 14 17 20 23 26 25 30 6
8 9
10 11 13 14 15 0
0 0
0 0
0 0
0
–14
–13
–12
–11
–10
–9
–8
–7
–3
–5
–6
–7
–9 12 15 18 6
4
–2
–1
–8
–16
–20
–26 16 12 8
4
–1
–65 10 17 Таблица 7.7 Коэффициенты, учитывающие снижение выбросов оксида углерода (II) в зависимости от улучшения технического обслуживания К Улучшение обслуживания, %
K
i
0 10 20 30 40 50 60 80 90 100
K
1 1
0,92 0,85 0,78 0,71 0,63 0,56 0,41 0,33 0,25
K
2 1
0,94 0,87 0,81 0,74 0,67 0,61 0,47 0,41 0,35
K
3 1
0,96 0,92 0,88 0,84 0,76 0,76 0,68 0,64 0,60

125 Расчет концентрации оксида углерода (II) по краю проезжей дороги дает возможность определить уровень загрязнения на линии застройки и разработать санитарно-оздоровительные рекомендации, улучшающие экологическую обстановку в регионе.
7.3. Прогноз качества воды реки водоемов при сбросе загрязняющих веществ Прогнозирование качества воды осуществляется с целью ее охраны от загрязнения, определения соответствия санитарным правилами нормам, установленным для водных объектов. Основные показатели качества воды
– качественный и количественный состав молекулярных растворов наличие взвешенных и коллоидных частиц (твердых, жидких
– биохимическое потребление кислорода, связанное с деятельностью микроорганизмов
– качественный и количественный биохимический состав наличие бактерий, спори других микроорганизмов. Различают консервативные и неконсервативные загрязняющие вещества. Консервативные загрязнители не меняют концентрацию стечением времени. Содержание неконсервативных загрязнителей изменяется во времени. Деление веществ на неконсервативные и консервативные условно, так как содержание практически всех компонентов вводе зависит от временнόго фактора. Концентрация загрязняющего вещества зависит от фона, степени разбавления и загрязнения сброса ф
ф
1
k
i
i
i
C
C
С
С
n





, где С – концентрация вещества в водоеме, кг/м
3
; ф
С
– фоновая концентрация загрязняющего вещества, кг/м
3
;
i
C
– концентрация вещества в стоке, кг/м
3
;
i
n
– разбавление сточной воды
k
– число источников сброса. Для неконсервативных веществ учитывают фактор очищения воды под действием внешних условий

126 ф ф 10
k
i
k t
i
i
C
C
С
С
n






, где k – коэффициент неконсервативности, учитывающий самоочищение воды, с,
1
сут

Снижение или увеличение температуры воды в водоеме в результате сброса выражается следующим образом ф, где
i
T
– температура стока, С ф – температура водоема или реки. Таким образом, для экспертной оценки качества воды необходимо знать физико-химические свойства сточной воды и ее разбавление в водоеме. Существуют специальные методы расчетов разбавления сточных вод в водоемах. Наиболее простой рассмотрен в задаче с помощью материального баланса ф 1
0
i
W C
C W
C W
W



, где
0
W
– расход воды в реке, мс
1
W
– расход воды в стоке, мс ф,
C
– соответственно концентрация фоновая в стоке ив реке после сброса загрязненной воды, кг/м
3
Решим уравнение материального баланса относительно параметра С 0
1 1
1 0
0
ф
Сравним полученное уравнение с уравнением для расчета концентрации загрязняющего вещества вводе и найдем разбавление стока Уравнение материального баланса дает возможность рассчитать концентрации загрязняющего вещества при условии, что речная вода

127 полностью смешивается с водой стока. Это условие реализуется при сопоставимых расходах стока и речной воды. В реальных условиях разбавление стока зависит от коэффициента смешения, показывающего, какая часть речной воды смешивается со сточной
0 1
1
γ
W
n
W
 
, где
γ
– коэффициент смешения. Коэффициент смешения рассчитывают следующим образом




3 3
0 1
γ
exp α
1
exp α
W
l
l
W











 

,

α φ·
3
ξ
i
D
W
;
2 8
,
9
C
H
v
D



;
1
;
0, 26,
0, 03
y
C
H
y


1,
H

0, 23
y

,
H˃1, где φ – коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояний поберегу и по фарватеру ξ – коэффициент выпуска ξ = 1 при выпуске стока у берега, ξ = 1,5 при выпуске в речной поток D – коэффициент турбулентной диффузии v – скорость речного потокам с Н – глубина реки, м l – расстояние от места сброса до точки отбора пробы воды, м 0,03 – коэффициент шероховатости ложа реки. Ориентировочная оценка коэффициента
α (при 20 – 30% точности расчетов

α 0,2φ
1 6 1 3 1
ξ
H
v
W
 Прогноз качества воды оказывается тем ближе к действительности, чем лучше учтены гидравлические условия в водоеме. Так, из расчетных формул следует, что в зоне непосредственного смешения стока с водой реки могут меняться параметры турбулентного движения жидкости, а в зависимости от их изменения и коэффициент смешения. Разбавление сточных вод в контрольном створе (пункт отбора воды на проверку качества находится на расстоянии 500 – 1000 мот места сброса) может не достигать нужных значений. Для достижения качества воды применяют метод рассеивающего выпуска. В рассеивающем выпуске сброс сточных вод осуществляют по всей ширине реки, увеличивая коэффициент смешения.

128 Разбавление сточной воды в водохранилищах и озерах зависит от начального и конечного разбавления, которое определяет общее разбавление, равное н, где н – начальное
0
n
– конечное n – общее разбавление. При определении разбавления в водохранилищах и озерах рассматривают три случая
– выпуск сточных вод происходит у берега, загрязняющее вещество распространяется вдоль берега
– выпуск сточных вод осуществляют на некотором расстоянии от берега, распространение загрязняющего вещества происходит к берегу против выпуска
– выпуск стока осуществляют на некотором расстоянии от берега, загрязнение распространяется параллельно берегу. Для первого и второго случая начальное и конечное разбавление рассчитывают по формулам

 

2 н 1
0, 0022ω
0,00022ω
n
W
H
W
H



;




x
l
x
l
n





00022
,
0 627
,
0 0
4
,
0 1
;
;
53
,
6 17
,
1
H
x





1 2
3
,
m
H
H
H
H
H
m



 где
ω
– скорость ветрам с (при неизвестных значениях берут примерно мс. Формулы справедливы при выпуске сточных воду берега или в мелководье в верхнюю треть глубины, а расстояние до контрольного пункта отбора проб не превышает 20 км. Ширина водоема вместе выпуска не менее 500 м. При выпуске сточных вод в нижнюю треть глубины используем следующие формулы

 

2 н 1
0, 0016ω
0,00016ω
n
W
H
W
H



;




x
l
x
l
n





0064
,
0 4
,
0 0
32
,
2 85
,
1
;
;
4
,
4 17
,
1
H
x





1 2
3
m
H
H
H
H
H
m



 В остальных случаях разбавление и концентрации веществ рассчитывают методом параллелепипедов, при этом водоем разбивается на параллелепипеды определенной длины, высоты и ширины ив каждом участке воды находят концентрацию загрязняющего вещества. В замкнутых водоемах, водохранилищах, озерах при сбросе сточных вод происходит накопление веществ. Увеличение концентрации вещества со временем при условии полного смешения воды водоема истока оценивают из уравнения материального баланса для системы водоем–сток:


0 0
C V
V t
V t C
 

 
, где С – концентрация вещества в водоеме к моменту времени t, кг/м
3
;
V
0
– объем воды в водоеме, м
V
– скорость сброса сточной воды, мс t – время сброса сточной воды, с С – концентрация вещества в стоке, кг/м
3
Решим уравнение относительно параметра С
0 0
V t
C
C
V
V Для начальных моментов сброса
0 0
Vt
C
C
V
=
при
V t
Ч
<<
0
V
При длительном сбросе
t
V
˃˃
0
V
0
C
C
=
при
V t
Ч
˃˃
0
V
Неконсервативность отдельных компонентов загрязнения учитывают только в том случае, когда имеют надежные и достоверные значения коэффициентов неконсервативности (табл. 7.8).
Неконсервативность веществ равна нулю в том случае, когда в процессе биохимической деструкции исходных компонентов образуются продукты более высокой токсичности. Так, все соединения ртути являются токсичными, поэтому неконсервативность ртути вводе равна нулю. Таблица 7.8 Коэффициенты неконсервативности органических веществ в статических условиях при температуре 20 С Вещество Коэффициент неконсерватив- ности, сут Формальдегид Стиральный порошок Метанол Этанол Фенол
Изобутанол Гидрохинон Азот аммонийный Нефтепродукты
0,61 0,26 0,25 0,22 0,17 0,13 0,017 0,03 0,019 Более того, при сбросе соединений ртути вводу при участии микроорганизмов происходит образование метилртутных соединений, аккумулируемых водными организмами. Концентрация в рыбе соединений ртути возрастает враз по сравнению с окружающей средой. Употребление такой рыбы в пищу приводит к тяжелым поражениям центральной нервной системы и изменению наследственности.

1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   25