Промышленной токсикологии
 Скачать 2.49 Mb.
|
|
4.12. Расчет максимальной приземной концентрации вредного вещества Как известно, максимальная приземная концентрация вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях не должна превышать ПДК. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) в двухметровом слое над поверхностью земли при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии хм (м) от источника и определяется по формуле:  (4.20)где М – количество вредного вещества, которое выбрасывается в атмосферный воздух, г/с. При установлении временно согласованных выбросов М=ВСВ. Все другие обозначения – те же, что и в предшествующем разделе при установлении ПДВ. Для определения величины См необходимо рассчитать такие параметры: 1) расстояние хм от источника, на котором достигается максимальная концентрация См, определяют по уравнению  (4.21)а в случае, если F2, то согласно уравнению  (4.22)При выбросе нагретой газовоздушной смеси безразмерный коэффициент α определяется таким образом: при Vм2  ; (4.23)при Vм>2  , (4.24)где значение Vм определяется по формуле (4.15); 2) значение опасной скорости ветра uм на уровне флюгера (приблизительно 10 м от земли), при которой имеет место наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе См, определяется по соотношениям: при Vм0,5 uм=0,5; (4.25) при 0,5 при Vм≥2  ; (4.27)3) распределение наибольших значений приземной концентрации См от точечного источника в зависимости от х и у при неблагоприятных условиях стратификации (для ххм, uuм) определяется по формуле  (4.28)где Сми – максимальная концентрация при неблагоприятных условиях стратификации и скорости ветра u; хми – расстояние от источника, на котором достигается эта концентрация. Значение Сми и хми определяются через См и хм из соотношений:  (4.29) (4.30)При этом считаем, что начало системы координат находится в площади (х, у), горизонтальной подстилочной поверхности и совпадает с проекцией источника на эту площадь. Ось х ориентирована по направлению ветра, а ось у направлена перпендикулярно к оси х. Безразмерная величина r определяется в зависимости от отношения u/uм по таким уравнениям: при u/uм1  (4.31)при u/uм>1  (4.32)Безразмерная величина также определяется в зависимости от отношения u/uм по таким зависимостям: при u/uм0,25 =3, (4.33) при 0,25м1  (4.34)при u/uм>1  (4.35)При оценке загрязнения атмосферы и установлении ПДВ и ВСВ расчетные скорости ветра следует брать в границах 0,5–u*, где u* – скорость ветра, округленная до целых, (м/с), среднегодовая повторяемость превышения которой в данной местности – не меньшее 5%. Если u* 4) безразмерная величина S1, которая описывает изменение концентрации вдоль оси факела, рассчитывается в зависимости от отношения х/хми по выражениям: при х/хми1  (4.36)при 1<х/хми8  (4.37)при 1< х/хми <8 и F=1  (4.38) при 1< х/хми <8 и F>1  (4.39)С наветренной стороны источника выбросов (х0) значения концентраций вредных веществ С принимаются равными нулю; 5) безразмерный коэффициент S2 определяется в зависимости от скорости ветра и отношения у/х в соответствии с уравнением  (4.40)Максимальная приземная концентрация вредных веществ См при выбросе холодной газовоздушной смеси из круглого устья одиночного источника при неблагоприятных метеорологических условиях определяется зависимостью:  . (4.41)Все необходимые для расчета по формуле (4.41) обозначения и соотношения приведены выше (п.п. 4.11 и 4.12). Опасная скорость ветра uм (м/с) при холодных выбросах определяется при Vм2 м/с по уравнению (4.27), а при Vм>2 м/с – по формуле  (4.42)Безразмерный коэффициент d при холодных выбросах определяется по таким выражениям: при Vм2  ; (4.43)при Vм>2  . (4.44) 4.13. Определение высоты трубы При разработке мероприятий по сокращению выбросов не рекомендуется предусматривать выбросы вредных веществ через большое количество низких труб, вентиляционных шахт, аэрационных фонарей и т.п. Необходимо направлять эти выбросы через как можно меньшее количество труб, высота которых Н не менее чем в 2,5 раза должна превышать высоту близлежащих к ним зданий в радиусе 4…5Н. Значение высоты выброса (трубы) Н при найденном выбросе вредных веществ М=ПДВ, при которой обеспечивается значение суммы См+Сф максимальных приземной и фоновой концентраций вредного вещества, которое не превышает ПДК, определяется таким образом. Значение Н определяется приблизительно, если выброс рассматривается как холодный:  (4.45)Если рассчитанному по этому уравнению значению Н отвечает значение Vм>2 м/с, где Vм определяется по формуле (4.17), то полученное значение Н является искомой минимальной высотой выброса и не требует дальнейшего уточнения. Если же найденному в первом приближении значению Н отвечает значение Vм<2 м/с, то необходимо уточнить полученное величину Н. Для этого необходимо найти безмерный коэффициент n в зависимости от значения Vм по выражениям (4.12) – (4.14). Затем минимальная высота выброса уточняется в соответствии с зависимостью  (4.46)где ni, ni-1 – величины коэффициента n, найденные соответственно по значениям Ні и Ні-1. Значение Н следует уточнять до тех пор, пока два последовательно рассчитанные значения Ні и Ні-1 практически не будут отличаться одно от другого. Если при этом рассчитанное значение Н меньше или равно  , то оно определяет искомую высоту трубы.Если найденное значение Н больше или для данного типа источника это превышение очевидно, то для определения предшествующего значения высоты трубы используется зависимость:  (4.47)По рассчитанному значению Н определяются величины f и Vм, и уточняется в первом приближении произведение безразмерных коэффициентов m и n. Дальнейший расчет Н трубы выполняется по формуле  (4.48)где mi и ni отвечают Ні, а mi-1, ni-1 – Ні-1. При Т>0 (горячие выбросы) значение Н сначала рассчитывают также по формуле (4.45). Если при этом найденное значение Н , то оно окончательное, а если больше, то выполняются дополнительные расчеты согласно (4.47). Если источник выбрасывает несколько разных вредных веществ, то при установлении ПДВ за минимальную высоту выброса должно приниматься наибольшее из значений Н, которые определены для каждого вредного вещества в частности и для каждой группы веществ с эффектом суммации вредного влияния.4.14. Регламентация вредных веществ автомобильных выбросов Загрязнение среды обитания выбросами автотранспорта приобретает все больший размах. При этом широкая гамма токсичных соединений выбрасывается не только на транспортных магистралях, но и в жилых районах в приземной слой воздуха, в зону дыхания человека. В состав выхлопных газов автотранспорта, выбрасываемых в атмосферу, входят более 500 химических соединений. Кроме компонентов топлива (бензина и дизельного топлива) в составе газов присутствуют оксиды азота и углерода, альдегиды, кетоны, ненасыщенные соединения, фенол, нитрозоамины, серусодержащие соединения, сажа, ПАУ и их кислород- и азотпроизводные. Содержание вредных компонентов в отработавших газах автомашин приведено в табл. 4.7. Таблица 4.7 – Состав отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей (% об.)
Как видно из табл. 4.7, бензиновые двигатели выбрасывают больше несгоревших углеводородов и продуктов их неполного окисления (оксида углерода и альдегидов), чем дизельные двигатели. В состав автомобильных выхлопов входят более 40 ПАУ, обладающих канцерогенным и мутагенным эффектом. Наиболее токсичный среди них – 3,4-бензпирен, являющийся сильным канцерогеном. Установлено, что концентрация БП в выхлопных газах возрастает с повышением содержания ароматических углеводородов в исходном бензине. Относительная токсичность компонентов отработавших газов (за единицу принимается токсичность СО) составляет:
В 21 городе Украины, где концентрация вредных веществ в атмосфере превышает ПДК в 15 раз, более 30% общего объема вредных выбросов приходится на автотранспорт, а в таких городах, как Львов, Харьков, Одесса, Киев, эта цифра превышает 60…80%. Вклад БП в общее загрязнение воздушной среды канцерогенными веществами составляет 75…80%. Среднегодовая концентрация БП в воздушной среде г. Днепропетровска превышает ПДК в 3 раза, а максимальные и среднемесячные концентрации этого канцерогена могут достигать 13…21 ПДК. Соотношение компонентов выхлопных газов изменяется в зависимости от режима работы двигателя: у тормозящей машины увеличивается выброс углеводородов и СО, при ускорении хода – растет количество выбрасываемых СО и NOх. И в том и в другом случае количество СО в отработавших газах автомобиля может увеличиться в 2…8 раз. Минимальное количество СО выбрасывается при равномерной скорости движения автомобиля – 60 км/ч. Расход топлива автомобилем на малом ходу или перед светофорами увеличивается почти в 2 раза, а концентрация СО в отработавших газах при этом повышается с 2,7 до 6,9%. Снижение концентрации СО до нормы (1,5%) позволило бы уменьшить загрязнение атмосферы крупных городов выбросами автотранспорта почти в 4 раза. Для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами необходим повседневный технический контроль состояния автомобиля. Низкий уровень технического обслуживания, отсутствие контроля приводят к расстройству узлов и систем автомобиля, и выбросы вредных веществ в атмосферный воздух возрастают. Поэтому сегодня особенно актуальной является задача не только и не столько совершенствовать конструкции автомобилей с точки зрения ограничения токсичности, сколько повышать уровень технического обслуживания и совершенствовать контроль технического состояния автотранспорта. В мире действует три основных стандарта, по которым измеряются предельно допустимые выбросы автомобиля страны-производителя: – европейский международный стандарт, утвержденный в 1933г., действует на территории всех европейских государств и является действительным по всему миру; – более жесткий американский стандарт, который в последнее время планируется объединить с европейским для упрощения процедуры контроля; – самый строгий стандарт–японский, который также действительный во всем мире. Отечественный стандарт экологической безопасности не только не соответствует мировым требованиям, но и отстает от них на 10…15 лет. Международное сотрудничество в области транспорта в рамках ООН включает выполнение требований Комитета по экологической политике Европейской Экономической Комиссии (ЕЭК ООН). Украина является участником соглашения ЕЭК ООН и обязана соблюдать при международных транспортных перевозках правила НЭК ООН, которые постоянно пересматриваются и дополняются в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации. Требования по токсичности отработавших газов изложены в Правиле № 49 ЕЭК ООН и последующих поправках к нему. Хронология ужесточения требований ЕЭК ООН по токсичности отработавших газов транспортных двигателей
Требования предусматривают ограничение выбросов основных токсичных компонентов, присутствующих в отработавших газах автотранспорта. В табл. 4.8 представлены выдержки из требований ЕЭК ООН, относящихся к карбюраторным и дизельным автомобилям. Применение правила № 49 ЕЭК ООН предусматривает, что автомобиль должен соответствовать тем требованиям, которые действовали на момент его производства. Например, автомобиль, выпущенный в 1995году, должен соответствовать требованиям, вступившим в силу к этому моменту, то есть требованиям Евро II. В последующие годы к такому автомобилю не применяются вновь вводимые более жесткие нормативы токсичности. Таблица 4.8 – Ограничение токсичности отработавших газов автомобильных двигателей согласно правилам ЕЭК ООН
Подавляющая часть отечественных моделей автотранспортных средств сертифицирована на соответствие ранним требованиям Правил ЕЭК ООН, действовавшим в Европе до 1992года. Значительная часть автопарка с возрастом более 20 лет (около 10% общей численности) вообще не проходила экологической сертификации в современном понимании этой процедуры. В небольших количествах на украинский рынок поступают автомобили с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов (уровень Евро І и выше). Однако высокие экологические характеристики этих автомобилей достаточно быстро ухудшаются (или теряются) вследствие отсутствия эффективной системы их контроля в эксплуатации: не разработана правовая база контроля и нормативные требования к этим автомобилям, не хватает современных приборов экологического контроля и т.п. К сожалению, поступление в атмосферный воздух самого токсичного компонента выхлопных газов – 3,4-бензпирена ни одним стандартом не регламентируется. Кроме того, стандартами не ограничивается содержание в бензине ароматических углеводородов, которые являются исходным продуктом для образования БП в процессе работы двигателя. 4.15. Расчет выбросов вредных веществ от автотранспорта Основной вклад в загрязнение окружающей среды при эксплуатации автотранспорта вносят вещества, выделяющиеся с выхлопными газами. Поскольку состав и количество отработавших газов зависят от марки автомобилей, условий эксплуатации и многих других факторов, экспериментально измерить массу выделяющихся загрязнений практически невозможно. Для этого пришлось бы на каждый автомобиль устанавливать комплекс газоанализаторов и проводить непрерывные измерения. Поэтому используют различные расчетные методы. Наиболее простыми в практическом применении являются следующие методы расчета массы выбросов: 1) на основе количества топлива, фактически расходуемого автомобилями; 2) исходя из выполненной транспортной работы; 3) пропорционально пробегу автомобилей. Все эти методы не учитывают структуру парка автомобилей, их техническое состояние, условия движения и эксплуатации. Поэтому результаты расчетов не достаточно точны. Для расчета приведенной массы годового выброса загрязнений Мг от автомашин используется уравнение (4.49). Масса mi (в тоннах) токсичных компонентов выхлопных газов автомашин определяются в зависимости от годового пробега:  (4.49)где mі.пр – пробеговый выброс і-го загрязняющего вещества автомобилем (табл. 4.9), г/км; Lг – годовой пробег одного автомобиля, км; kгор – коэффициент , учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ при движении по территории населенных пунктов (табл. 4.10); kiт.с. – коэффициент, учитывающий влияние технического состояния автомобиля на массовый выброс і-го загрязняющего вещества (табл. 4.11). Масса газового выброса Мг газообразных примесей находится суммированием масс составляющих компонентов mi. В настоящее время оценка токсичности двигателей внутреннего сгорания базируется на содержании отдельных примесей вредных веществ в отработавших газах. Однако, концентрации вредных компонентов в отработавших газах (в процентах по объему, г/м3 или количество частей на миллион – млн-1) еще не характеризует токсичность двигателя. Например, концентрация оксида углерода при режиме холостого хода двигателя, как правило, наибольшая (3…5%), но общее количество выделяемых отработавших газов невелико. Таблица 4.9 – Выбросы загрязняющих веществ от подвижного состава при движении в населенных пунктах
* – расчет выбросов соединений выполняется только для регионов, где используется этилированный бензин. ** – обозначение двигателя: К – карбюраторный; Д – дизельный; Г – газовый. Таблица 4.10 – Значения коэффициента kгор в зависимости от типа населенных пунктов для грузовых автомобилей и автобусов
Таблица 4.11 – Значение коэффициента kіт.с. для различных типов автомашин
Количество (по массе) оксида углерода, выделяемое при максимальной мощности двигателя, будет в 4–5 раз больше, чем при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. При режиме холостого хода выделяется по массе в 2,5 раза меньше оксида углерода, чем при движении со скоростью 60км/ч на подъеме с і=0,03. Однако, концентрация оксида углерода на холостом ходу в 6 раз больше, чем при движении со скоростью 60 км/ч. Самое большое массовое количество вредных веществ с выхлопными газами выбрасывается при работе двигателя на форсированных режимах, а не в режиме холостого хода. Наиболее вредными с точки зрения токсичности выхлопных газов являются режимы разгона и торможения карбюраторных автомобилей. Контрольные вопросы 1. В чем заключается токсичное и рефлекторное воздействие вредных веществ на человека? 2. Какова разница между ПДКм.р. и ПДКс.с.? 3. В каких случаях ПДКм.р=ПДКс.с.? 4. Для каких веществ устанавливается только ПДКм.р.? 5. Какое значение имеет трансформация химических соединений в атмосфере для контроля уровня ПДК? 6. Что входит в понятие «воздух рабочей зоны» в рамках определения ПДКр.з.? 7. Укажите разницу в понятиях ПДКр.з и ПДКа.в.. 8. Охарактеризуйте этапы экспериментального установления норм ПДК. 9. В чем заключается эффект суммации? 10. Для каких загрязнителей атмосферы учет эффекта суммации является обязательным? 11. Как рассчитывается «индекс загрязнения атмосферы»? 12. Как регламентируется качество воздуха крупных городов и курортов? 13.Чем отличаются расчетные методы определения ПДК от экспериментально установленных значений? 14. Сравните значения ПДК основных загрязнителей воздуха для растений и человека. 15. Отличаются ли нормы ПДК Украины и зарубежных стран? 16. Какую функцию выполняют нормы ПДВ? 17. Для каких веществ вводится норматив ОБУВ? 18, Каким образом рассчитывается норматив ПДВ? 19. Вместо какого норматива и на какой период вводится ВСВ? 20. Дайте развернутую классификацию выбросов вредных веществ. 21. Что такое «ассимиляционный потенциал территории»? 22. Каким образом качество бензина влияет на состав и количество вредных компонентов в составе отработавших газов? 23.Каким образом рассчитывается масса выхлопных газов автомобилей и грузовых машин? 24.Перечислите основные и наиболее токсичные компоненты выхлопных газов автомашин. 5. НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ Контроль и управление качеством воды в водных объектах (водоемах и водотоках) представляют собой санитарную охрану водоемов. В отличие от атмосферы, вода – более жестко локализованное в пространстве природное тело, всегда ограниченное в водоемах их берегами и дном. Это существенным образом сказывается на последствиях ее загрязнения, особенно, с точки зрения влияния как на здоровье человека, так и на экосистемы. Хотя словосочетание «водный объект» (как и «водоем», «водоток») используется в качестве технического термина, но фактически речь идет о качестве воды в водных экологических системах (биогеоценозах), где аналогично воздуху в наземных экосистемах вода является постоянной средой обитания для множества живых организмов, чьи экологические ниши здесь локализованы, т.е. для водного биоценоза. Важнейшей водоохранной задачей в условиях промышленности, и хозяйственной деятельности общества, а также с учетом того, что целенаправленное или случайное отведение жидких «отходов» в водные объекты практически неизбежно, является установление допустимых нагрузок на них при водопользовании и водопотреблении. Водопользование – это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации. Основными водопользователями являются рыбное хозяйство, гидроэнергетика, водный транспорт. Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии, т.е. с примесями. Основные водопотребители – сельское хозяйство, промышленные производства, культурно-бытовое хозяйство. Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, зависит от его физических особенностей и способности к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка (ПДН). Но поскольку использование воды связано с изъятием ее из водоема (или водотока) и угрозой истощения этого объекта, разрушением экосистемы, а также с использованием для целей купания, рыбной ловли, отдыха на воде, то ограничение нагрузки только с точки зрения поступления в воду загрязняющих веществ оказывается недостаточным. Поэтому в настоящее время стоит проблема разработки нормативов предельно допустимой экологической нагрузки на водные экосистемы (ПДЭН). В общем случае допустимая нагрузка на водоем (при его загрязнении) определяется как разность между установленной нормативной нагрузкой, т.е. возможностью сброса Снорм и уже существующей, т.е. фактической нагрузкой Сфакт : | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||