Методика расчета рассеивания выбросов в атмосферу. ПР№1. Практическое задание 1 Методика расчета рассеивания выбросов в атмосферу Цель
 Скачать 44.72 Kb.
|
|
Практическое задание №1 «Методика расчета рассеивания выбросов в атмосферу» Цель: Освоение методики расчета рассеивания выбросов в атмосферу от предприятий; знакомство с методикой расчета максимальной концентрации и предельно-допустимого выброса вредных веществ в приземном слое атмосферы. Задачи: - Рассчитать максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы для сравнения ее с ПДК, а также предельно-допустимый выброс вредных веществ, обеспечивающий концентрацию вредных веществ вредных веществ в приземном слое атмосферы на выше ПДК и соответствующаю ПДВ максимальной концентрации вредных веществ в устье выбросной трубы или шахты предприятия; - Сделать вывод о соответствии максимальной приземной концентрация в приземном слое от источника. Ход работы: В расчете могут устанавливаться: СМ – максимальная концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы для сравнения ее с ПДК. Н – минимальная высота трубы или вентиляционной шахты для обеспечения ПДК вредных веществ в приземном слое воздуха. ПДВ – предельно-допустимый выброс вредных веществ, обеспечивающий концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы не выше ПДК. СМ.Т – соответствующая ПДВ максимальная концентрация вредных веществ в устье выбросной трубы или шахты. Исходные данные: Высота вентиляционной шахты H = 40 м; Диаметр устья D =1,3 м; Коэффициент пылеулавливания η = 90%, т.е. F = 2; Объем выбрасываемых газов V = 32000 м3/ч = V = 8,89 м3/с; Валовый выброс пыли М = 3,8 г/с; СПДК = 0,5 мг/м3; СФ = 0,1 мг/м3; Предприятие находится на территории РФ Дальнего Востока в Хабаровской области, А = 200 Решение: I. Находим максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы для сравнения ее с ПДК. 1. Определяем скорость выхода газов в устье трубы ω0 по формуле:  2. Определяем параметр V/м, указывающий на опасную скорость ветра, по формуле:  3. Определяем безразмерный коэффициент n, зависящий от параметра V/м, указывающего на опасную скорость ветра на уровне флюгера по формуле:  4. Определяем коэффициент K, зависящий от диаметра устья и объема выброса по формуле:  5. Определяем максимальную концентрацию вредных веществ в приземном слое атмосферы СМ для сравнения ее с ПДК по формуле:  6. Проверяем возможность повышения ПДК  II. Находим высота выброса (для холодных выбросов – высота трубы). 1. Определяем допустимую приземную концентрацию в приземном СД в приземном слое, как разность предельно-допустимой концентрации СПДК и фоновой концентрации СФ по формуле:  2. Определяем минимальную высоту трубы Н:  III. Находим предельно-допустимый выброс вредных веществ, обеспечивающий концентрацию вредных веществ вредных веществ в приземном слое атмосферы на выше ПДК по формуле:  Вывод: Предельно-допустимый выброс пыли составляет 7,59 г/с или 27,32 кг/ч. IV. Находим соответствующая ПДВ максимальная концентрация СМ.Т вредных веществ в устье выбросной трубы или шахты по формуле:  Вывод: Максимальная приземная концентрация в приземном слое от источника составит 0,499 мг  , что не приведет к превышению ПДК.Минимальную высоту трубы, обеспечивающую разбавление вредностей в приземном слое до ПДК, принимаем равной 40 м. Предельно-допустимая концентрация пыли в устье выбросной шахты составит 0,85 мг/м3. Контрольные вопросы Что такое ПДВ? Предельно допустимый выброс (ПДВ) — норматив предельно допустимого выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха при условии непревышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых (критических) нагрузок на экологические системы, других экологических нормативов. Как образуются выбросы загрязняющих веществ? Вот перечень того, какими бывают источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: Организованные Те источники выбросов загрязняющих веществ, поступающих в воздух через специально сооруженные технические устройства. Неорганизованные Источники, выбросы из которых поступают в виде ненаправленных потоков газа, когда нарушается герметичность оборудования, или возникают ошибки в работе оборудования по сбору газа в местах загрузки, выгрузки, хранения сырья, материалов, продукции и иных веществ. Точечные Это организованные источники выбросов. При этом, вредные загрязняющие вещества поступают в атмосферный воздух из установленного отверстия. Линейные Выбросы из таких источников поступают в атмосферу по установленной линии. Площадные Это неорганизованные источники, выбросы загрязняющих веществ из которых поступают в воздух с установленной ограниченной поверхности. Передвижные Источники с организованными или неорганизованными выбросами в процессе его передвижения в окружающей среде. Важно отметить, что существует две основных характеристики выбросов. Данные характеристики описывают то, какие вещества и как именно поступают в атмосферный воздух: - Количественные характеристики выбросов (перечень веществ и их количество в год и секунду); - Качественные характеристики выбросов (применяется только к организованным источникам – скорость, температура, объем в сек.). Как правило, перед тем как определить качественный и количественный состав выбросов загрязняющих веществ из источников необходимо обосновать метод определения состава и количества вредных выбросов. Далее оборудуются места отбора проб в соответствии с законом. После чего и определяются характеристики выбросов в соответствии с принятым методом (а также разовое (г/с) и валовое (т/г) значения выбросов). Нормирование выбросов в атмосферу. Целью нормирования выбросов загрязняющих веществ от объекта, от которого они поступают в атмосферу, является обеспечение соблюдения критериев качества атмосферного воздуха, регламентирующих предельно допустимое содержание в нем вредных (загрязняющих) веществ для здоровья населения и основных составляющих экологической системы, а также условия непревышения показателей предельно допустимых (критических) нагрузок на экологическую систему и других экологических нормативов. При нормировании выбросов учитываются технические нормативы выбросов и фоновое загрязнение атмосферного воздуха. Технический норматив выброса — это норматив выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для передвижных и стационарных источников выбросов, технологических процессов, оборудования и отражает максимально допустимую массу выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух в расчете на единицу продукции, мощности, пробега транспортных или иных передвижных средств и другие показатели. Концепция нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух базируется на двух основных подходах. Первый подход ориентирован непосредственно на источник выделения(выброса) загрязняющих веществ в атмосферу, при этом нормируются основные параметры конкретного источника; меры по уменьшению выбросов определяются исключительно исходя из критериев, основанных на параметрах конкретного источника, таких как минимальные (предельные) значения выбросов, стоимость мер по их достижению и т. д. При данном подходе не устанавливается четкая взаимосвязь с экологическими последствиями выбросов. При таком подходе во всех странах для одного и того же технологического процесса требуется одна и та же определенная технология (или устанавливается предельное значение выброса, достижимое при помощи конкретной технологии). Таким образом, промышленность во всех странах ориентируется на единые технические стандарты, независимо от экологической обстановки в конкретной стране. Главным недостатком данного подхода является отсутствие гарантий того, что указанные меры являются адекватными для предотвращения экологического ущерба и что выбранная совокупность мер обеспечит снижение ущерба экономически эффективным образом, т. е. при наименьших затратах будет получен наибольший экологический эффект. Кроме того, отсутствует гарантия, что применяемая технология обеспечит соблюдение действующих нормативов качества атмосферного воздуха. Второй подход ориентирован на результаты воздействия. Врамках этого подхода определяется требуемая степень снижения негативного воздействия выбросов исходя из фактических результатов воздействия выбросов из конкретного источника на наиболее уязвимые составляющие экосистемы. Для количественного определения степени снижения выбросов выполняются детальные оценки негативного влияния выбросов на основе баз данных о параметрах выбросов, применяемых технологиях и мероприятиях по снижению выбросов, а также о состоянии воздушного бассейна и метеорологических и климатологических характеристиках рассеивания и переноса примесей в атмосфере в районе расположения конкретного источника. В Российской Федерации уже в течение более 20 лет развивается второй подход к нормированию выбросов, при котором для количественного определения степени их снижения выполняют детальные оценки негативного воздействия выбросов на основе баз данных об их параметрах, применяемых технологиях и мероприятиях по снижению, а также о состоянии воздушного бассейна и метеорологических и климатологических характеристиках рассеивания и переноса примесей в атмосфере в районе расположения конкретного источника. При нормировании выбросов устанавливаются нормативы предельно допустимых и временно согласованных выбросов для каждого источника и предприятия в целом. Очистка выбросов в атмосферу. Очистка выбросов в атмосферу и снижение негативного воздействия вредных выбросов является приоритетной задачей. Одной из особенностей атмосферы является ее способность к самоочищению. Самоочищение атмосферного воздуха происходит вследствие сухого и мокрого выпадение примесей, абсорбции их земной поверхностью, поглощение растениями, переработки бактериями, микроорганизмами и другими путями. Посадка деревьев и кустарников способствует очистке воздуха от пыли, оксидов углерода, диоксидов серы и других веществ. Лучшие поглощающие свойства в отношении диоксида серы имеет тополь, липа, ясень. Одно взрослое дерево липы может аккумулировать в течение суток десятки килограммов диоксида серы, превращая его в безобидное вещество. Большая роль в очистке атмосферного воздуха принадлежит почвенным бактериям и микроорганизмам. При температуре +15…+35оС микроорганизмы перерабатывают на 1 м2 до 81 т в сутки оксидов и диоксидов углерода. Однако возможности природы относительно самоочищения имеют ограничения, которые следует учитывать при разработке нормативов ПДВ. Степень очистки должна определяться по каждому загрязняющему веществу. Степень очистки бывает проектная и фактическая, а по уровню — максимальная и эксплуатационная. При неблагоприятных метеорологических условиях, когда выбросы с загрязнениями могут быть вредными для здоровья населения, предприятия должны снизить выбросы вредных веществ за счет технических средств или полной (частичной) остановки источников загрязнения. Современные требования к качеству и степени очистки выбросов достаточно высокие. Для их соблюдения необходимо: использовать технологические процессы и оборудование, которые снижают или полностью исключают выброс вредных веществ в атмосферу, а также обеспечивают нейтрализацию образовавшихся вредных веществ; эксплуатировать производственное и энергетическое оборудование, которое выделяет минимальное количество вредных веществ; закрыть небольшие котельные и подключить потребителей к ТЭЦ; применять антитоксические присадки, перевести теплоэнергетические установки с твердого топлива на газ. Очистка выбросов в атмосферу от вредных веществ можно объединить в следующие группы: очистка выбросов от пыли и аэрозолей вредных веществ; очистка выбросов от газообразных вредных веществ; снижение загрязнения атмосферы выхлопными газами от двигателей внутреннего сгорания транспортных средств и стационарных установок; снижение загрязнения атмосферы при транспортировке, погрузке и разгрузке сыпучих грузов. Очистка выбросов в атмосферу от вредных веществ использует механические, физические, химические, физико-химические и комбинированные методы. Механические методы базируются на использовании сил веса (гравитации), сил инерции, центробежных сил, принципов сепарации, диффузии, захватывание и т.д. Физические методы базируются на использовании электрических и электростатических полей, охлаждения, конденсации и кристаллизации, поглощения. В химических методах используются реакции окисления, нейтрализации, восстановление, катализация, термоокисление. Физико-химические методы базируются на принципах сорбции (абсорбции, адсорбции, хемосорбции), коагуляции и флотации. Основные источники выбросов. Большая часть загрязнителей, выделяемых промышленностью и транспортом, концентрируется в приземном слое атмосферы до высоты в несколько сот метров над поверхностью Земли. Наибольше количество вредных и токсичных веществ имеют выбросы предприятий черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность, стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная промышленность, автотранспорт, а в некоторых городах - и котельные. Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработка его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа - 2,7 кг, марганца - 0,1 - 0,6 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества. Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных сталеплавильных цехов. Преобладающая часть пыли мартеновских печей состоит из триокиси железа (67%) и триокоси алюминия (6,7%). При бескислородном процессе на 1 т мартеновской стали выде-ляется 3000 - 4000 м3 газов с концентрацией пыли в среднем 0,5 г/м3. При подаче кислорода в зону расплавленного металла пылеобразование многократно увеличивается, достигая 15-52 г/м3. Кроме того, плавление стали сопровождается выгоранием некоторых количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали. Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при производстве глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и др. металлов. В основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух сернистым ангидридом (75% суммарного выброса в атмосферу), окисью углерода (10,5%) и пылью (10,4%). Химическая и нефтехимическая промышленность. Выбросы в атмосферу происходят при производстве кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинге нефти. Разнообразием исходного сырья для производства определяется состав загрязняющих веществ - в основном окись углерода (28% суммарного выброса в атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%), сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол (0,3%), дихлорэтан (0,6%), серная кислота (0,3%). Склады нефтепродуктов являются одним из наиболее распространенных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие склады имеются во всех населенных пунктах. Они сосредоточены на автозаправочных станциях, в автотранспортных предприятиях, гаражах, постах технического обслуживания автомобилей. Строительная промышленность. Производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%). Основными источниками загрязнения атмосферы при производстве железобетонных изделий являются места разгрузки железнодорожных вагонов с цементом, песком и щебнем, места загрузки цемента в емкости пневмотранспортером, расходные бункера, бетоносмесители, емкости для приготовления и хранения смазочных материалов, посты ручной и полуавтоматической сварки арматуры. Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном, Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области. Характерные загрязняющие вещества, производимые этими предприятиями, - твердые вещества (29,8% суммарного выброса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), толуол (1%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%), формальдегид (0,1%). В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику, энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие вредные газы. В растениеводческих хозяйствах в атмосферный воздух попадают частицы минеральных удобрений, пестицидов при протравлении полей и семян на складах, а также на хлопкоочистительных заводах. Машиностроение. На машиностроительных предприятиях основными источниками загрязнения атмосферы являются следующие виды производства: сварка и тепловая резка металла, литейное производство, механическая обработка металлов, нанесение лакокрасочных покрытий. При выполнении сварочных работ и тепловой резке металла в воздух выделяется сварочный аэрозоль, в составе которого в зависимости от вида сварки, марок электрода и флюса содержатся оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, алюминия, цинка, меди и др.) в виде твердых частиц и газообразные соединения (фтористый водород, оксид углерода, оксиды азота, озон). Образующийся аэрозоль характеризуется мелкой дисперсностью - скорость витания частиц не превышает 0,1 м/с. Механическая обработка металлов (резание и абразивная обработка) сопровождается выделением в атмосферу пыли, стружки, туманов масел и эмульсий. Объем выбросов определяется исходя из нормо-часов работы станочного парка. Интенсивность пылеобразования при резании зависит от вида и мощности установленного оборудования, скорости резания, величины подачи режущего инструмента, геометрических параметров режущего инструмента, состава материалов обрабатываемого изделия. Интенсивность пылеобразования при абразивной обработке зависит от мощности станка, глубины резания, диаметра шлифовального круга. Размер частиц пыли - 15-60 мкм. Основными источниками загрязнения атмосферы в литейном производстве являются плавильные агрегаты, шихтовой двор, участки подготовки формовочных и стержневых смесей, разлива металла и очистки литья. 6. Наиболее вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу: ацетон; оксид углерода; фенол; серный и сернистый ангидрид; этилбензол и его производный – стирол; соединения фтора, хлора; окислы азота; этилмеркаптан. |