Определение количества вредных веществ, выделяющихся при горении топлива

При сжигании твердого топлива, наряду с основными продуктами горения (углекислый газ, вода) в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый, серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания (окись углерода).

При сжигании мазутов с дымовыми газами выбрасываются сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. соединения ванадия, соли натрия. При сжигании природного газа с дымовыми газами выбрасываются окислы азота.

Расчет выбросов твердых частиц.

Количество золы и недогоревшего топлива, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании твердого и жидкого топлива рассчитывают по формуле (кг/ч):

G=B*A/(100-Г_ун)*d_ун(1-n_з)

где В – расход топлива, кг/ч;

А – зольность топлива на рабочую массу,%

d_ун– доля золы, уносимой дымовыми газами;

n_з– доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

Г_ун– содержание горючих в уносимых газах,%, в отсутствие эксплуатационных данных Г_унпринимается в соответствии с потерей тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Пример: определить количество золы, удаляемой с дымовыми газами от котлоагрегата производительностью по пару 2,5 т/ч при сжигании в нем Донецкого угля марки Д.

Расход топлива в котлоагрегате 2100кг/ч. Эффективность золоуловителей за котлоагрегатом n_з=70%. Определяем зольность топлива на рабочую массу.

Согласно справочным данным (нормативный метод, табл 1)

А^р=31,5

находим долю золы топлива в уносимых газах (нормативный метод, табл.17)

d_ун=0,95

Определяем содержание горючих в уносимых газах, при потере тепла от механической неполноты сгорания 5% (нормативный метод, табл.17), Г_ун=3,4%.

Рассчитываем количество золы, выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами:

G=B*(Aⁿ/(100-Г_н)*d_ун*(1-n_s)

G=2100*31,5*0,95*(1-0,7)/(100-3,4)=195,2кг/ч

Количество диоксида серы, поступающего в атмосферу с дымовыми газами

G_so=0,02*B*S^p(1-n_so)(1-n_so)

B– расход топлива, кг/ч;

S– содержание серы в топливе, %;

n_so- доляSO₂, связанного летучей золой в котле;

n_so- доля улавливаемогоSO₂.

Количество оксида углерода

Количество оксида углерода, выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами в котлоагрегате при сжигании органического топлива, кг/ч:

G_CO=C_н*B*_н*(1- д_н/100)

где С_н– коэффициент, характеризующий выход СО при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, кг/т;

В – расход топлива, т/ч;

_н- поправочный коэффициент, учитывающий влияние режима горения на выход СО;

д_у- потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Расчет содержания NO_x в дымовых газах

Теоретическую концентрацию NOв пересчете наNO₂можно определить по уравнению Я.Б.Зельдовича:

C_NO=k(C_O*C_N)^1/2*exp(-21500/RT),

где C_NO,C_O,C_N– концентрацииNO₂,O₂,C_Nв отходящих газах, г/м³;

R– газовая постоянная;

k– коэффициент (0,023-0,069).

Расчет выбросов вредных веществ от автомобильных двигателей внутреннего сгорания (двс)

Из более 200 компонентов, поступающих в атмосферу в составе отработанных газов, ограничиваются определением массы основных ВВ: оксида углерода, углеводородов, оксидов азота, оксидов серы, аэрозолей неорганических соединений (PbO).

В парке транспортного предприятия в течение суток наблюдается 2 типа интенсивности цикла работы двигателя на холостом ходу при заводке, разогреве и маневрировании автомобилей по территории при выходе на линию и возвращении на площадку стоянки (хранения). Расчет ВВ за указанный цикл,можно рассчитать по формуле:

G_j= 1,3*Q*p*П

где Q– нормативный расход топлива автомобилем данной марки (линейная норма) на 1км пути, л;

р – плотность топлива (кг/м³) для бензина – 0,74; дизтоплива 0,825; сжиженного нефтяного газа – 0,76;

П – безразмерный коэффициент, характеризующий отношения массы выделившегося ВВ к массе сжигаемого топлива и определяется по таблице 3.1:

Вид топлива	Значение П для j– го вещества
Бензин	СО	СН	NO2
	0.8	0.1	-
дизельное топливо	0,1	0,06	0,03
Сжиженный нефтяной газ	0,8	0,1	-
Сжатый природный газ	0,5	0,1	-

1,3 – коэффициент учитывающий среднюю скорость движения автомобиля в городских условиях.

Максимальный разовый выброс j-го ВВ М^м.р.в г/с за 20 минутный период усреднения в интервале времени самой массовой подготовки и выхода авторобиля на линию по формуле:

М_j=G_jxx*A * d : (t/t_y);

где G_jxx- масса выбросаj-го ВВ за цикл заводки, прогрева двигателей, маневрирование 1 автомобиля, г/с;

А – списочное количество автомобилей данной марки;

d– коэффициент выпуска автомобилей;

t– продолжительность выхода, мин.;

t – время интервала усредненного до 29мин.

Среднесуточный валовый выброс j-го ВВ (СО,СН,NO_x)

M=G_jxx*A*d**10^-3

где G_jxx– масса выбросаj-го ВВ, г/с;

А_сп- списочное количество автомобилей данной марки, ед.;

d_в– среднесуточный коэффициент выпуска автомобилей;

 - среднесуточное время работы двигателя за суточный цикл выхода.

Масса годового выброса j-го ВВ М_jв тоннах за год определяется по формуле:

М_j= 254*М_j*10^-3.

3. Оценка воздействия на поверхностные воды

Оценка состояния поверхностных вод имеет два аспекта: количествен-

ный и качественный. И тот и другой аспекты составляют одно из важней-

ших условий существования живых существ, в том числе и человека.

Оценка качества поверхностных вод относительно хорошо разрабо-

тана и базируется на законодательных, нормативных и директивных

документах.Основополагающим законом в данной области является Водный кодекс.

Оценка количественных аспектов водных ресурсов (в том числе их

загрязнения) преследует двоякую цель. Во-первых, необходимо оценить

возможности удовлетворения потребностей планируемой деятельности

в водных ресурсах, а во-вторых, – последствия возможного изъятия ос-

тавшихся ресурсов для других объектов и жизнедеятельности населения.

Для таких оценок необходимо иметь данные гидрологических осо-

бенностей и закономерностей режима водных объектов, являющихся

источниками водоснабжения, а также существующих уровней потреб-

ления и объемов водных ресурсов, требуемых для реализации проекта.

Последнее включает в себя также технологическую схему водопотреб-

ления (безвозвратное, оборотное, сезонное и т. д.) и является оценкой

прямого воздействия планируемой деятельности на количество водных

ресурсов.

Однако большое значение имеет также косвенное воздействие, влия-

ющее в конечном счете на гидрологические характеристики водных

объектов. К косвенным воздействиям относятся нарушение русла рек

(драгами, земснарядами и др.), изменение поверхности водосбора (рас-

пашка земель, вырубка лесов), подпруживание (подтопление) при стро-

ительстве или понижение грунтовых вод и многое другое. Необходимо

выявить и проанализировать все возможные виды воздействий и вы-

зываемых ими последствий для оценки состояния водных ресурсов.

В качестве критериев оценки ресурсов поверхностных вод рекоменду-

ются два наиболее емких показателя: величина поверхностного (речного)

стока или изменение его режима применительно к определенному бас-

сейну и величина объема единовременного отбора воды.

Эти критерии с ранжированием по классам состояния приведены в

табл. 3.2.

Таблица 3.2

Ресурсные критерии оценки состояния поверхностных вод

Оценочные показатели Классы состояния поверхностных вод

норма риск кризис бедствие

Изменение речного стока

Не менее 15 15–20 50–70 Более75

(в % от первоначального)

Объем возможного единов-

ременного водоотбора, Не менее 5 1–5 Менее 1 Отсутствует

куб.м/с

Наиболее распространенным и существенным фактором, обуславли-

вающим дефицит водных ресурсов, является загрязнение водных источ-

ников, о котором обычно судят по данным наблюдений служб монито-

ринга.

Каждый водный объект обладает присущим ему природным гидро-

химическим качеством, являющимся его исходным свойством, которое

формируется под влиянием гидрологических и гидрохимических про-

цессов, протекающих в водоеме, а также в зависимости от интенсив-

ности его внешнего загрязнения. Совокупное воздействие этих процес-

сов способно как нейтрализовать вредные последствия попадания в

водоемы антропогенных загрязнений (самоочищение водоемов), так и

привести к стойкому ухудшению качества водных ресурсов (загрязне-

ние, засорение, истощение).

Способность самоочищения каждого водного объекта, т. е. количе-

ство ЗВ, которое может быть переработано и нейтрализовано водоемом,

зависит от разных факторов и подчиняется определенным закономер-

ностям (поступающее количество воды, разбавляющей загрязненные

стоки, ее температура, изменение этих показателей по сезонам, каче-

ственный состав загрязняющих ингредиентов и др.).

Одним из главных факторов, определяющих возможные уровни заг-

рязнения водоемов, помимо их природных свойств, является исходное

гидрохимическое состояние, возникающее под влиянием антропоген-

ной деятельности.

Прогнозные оценки состояния загрязнения водоемов могут быть по-

лучены путем суммирования существующих уровней загрязнения и до-

полнительных количеств ЗВ, планируемых к поступлению проектируе-

мого объекта. При этом необходимо учитывать как прямые

(непосредственный сброс в водоемы), так и косвенные (поверхностный

сток, внутрипочвенный сток, аэрогенное загрязнение и т. д.) источники.

Основным критерием загрязнения воды также являются ПДК, среди

которых различают санитарно-гигиенические (нормируют по влиянию

на организм человека), и рыбохозяйственные, разработанные для защи-

ты гидробионтов (живых существ водных объектов). Последние, как

правило, строже, так как обитатели водоемов обычно более чувстви-

тельны к загрязнению, чем человек.

Соответственно водоемы подразделяются на две категории: 1) пить-

евого и культурно-бытового назначения; 2) рыбохозяйственного назна-

чения. В водных объектах первого типа состав и свойства воды должны

соответствовать нормам в створах, расположенных на расстоянии 1 км

от ближайшего пункта водопользования. В рыбохозяйственных водо-

емах показатели качества воды не должны превышать установленных

нормативов в месте выпуска сточных вод при наличии течения, при его

отсутствии – не далее чем 500 м от места выпуска.

Важное место среди критериев экологической оценки состояния вод-

ных объектов занимают индикационные критерии оценки. В последнее

время биоиндикация (наряду с традиционными химическими и физико-

химическими методами) получила достаточно широкое распространение

при оценке качества поверхностных вод. По функциональному состоя-

нию (поведению) тест-объектов (ракообразные – дафнии, водоросли –

хлорелла, рыбы – группы) возможно ранжировать воды по классам состоя-

ний и по существу давать интегральную оценку их качества, а также

определять возможность использования воды для питьевых и других, свя-

занных с биотой, целей.

Лимитирующим фактором использования метода биотестирования

является продолжительность анализа (не менее 4 суток) и отсутствие

информации о химическом составе воды. Пример использования биоте-

стов для определения качества воды приводится в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Критерии оценки состояния поверхностных и сточных вод

на основе биотестов

Оценочные показатели Классы состояния поверхностных вод

(тест-объект) норма риск кризис бедствие

Ракообразные (дафнии) Менее 10 20 40 Более 60

Водоросли(хлорелла) Менее 10 20 40 Более 60

Рыбы (гуппи) Менее 10 20 40 Более 60

В таблице приводятся следующие цифры:

для дафний – процент гибели в течение 96 часов экспозиции в тес-

тируемой воде;

для хлореллы – процент уменьшения числа клеток в тестируемой

воде по сравнению с контрольной;

для гуппи – процент гибели в течение 96 часов экспозиции в тести-

руемой воде.

Приведенные в таблице классы состояния поверхностных вод соот-

ветствуют: нормальной степени загрязнения; малой степени превыше-

ния нормы загрязнения; средней степени превышения нормы загрязне-

ния; катастрофически высокой степени загрязнения.

Необходимо отметить, что в связи со сложностью и разнообразием

химического состава природных вод, а также возрастающим количеством

ЗВ (для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения более 1625

вредных веществ, для водоемов рыбохозяйственного назначения – более

1050) разработаны методы комплексной оценки загрязненности поверх-

ностных вод, которые принципиально разделяются на две группы.

К первой относятся методы, позволяющие оценивать качество воды

по совокупности гидрохимических, гидрофизических, гидробиологичес-

ких, микробиологических показателей (табл. 3.4).

Таблица 3.4

Эколого-санитарная классификация качества поверхностных вод

Показатели Классы качества воды

предельно чистая удовлетво- загрязненная грязная

чистая рительной

чистоты

Гидрофизические:

взвешенные

<5 5–14 15–30 31–100 >100

вещества, мг/л

прозрачность (по

>3 3,0–0,55 0,50–0,35 0,30–0,15 >0,15

диску Секки), м

Гидрохимические:

NH+4, мгN/л <0,05 0,05–0,20 0,21–0,50 0,51–2,5 >2,5

NО–2, мгN/л <0,007 0,007–0,0025 0,026–0,08 0,081–0,15 >0,15

NО–3, мгN/л <0,05 0,05–0,1,5 0,51–1,5 1,51–2,5 >2,5

HО3–4, мгР/л <0,005 0,005–0,03 0,31–010 0,11–0,30 >0,30

Вода по качеству разделяется на классы с различной степенью заг-

рязнения. Однако одно и то же состояние воды по разным показателям

может быть отнесено к различным классам качества, что является недо-

статком данных методов.

Вторую группу составляют методы, основанные на использовании

обобщенных числовых характеристик качества воды, определяемых по

ряду основных показателей и видам водоиспользования. Такими харак-

теристиками являются индексы качества воды, коэффициенты ее заг-

рязненности.

В гидрохимической практике используется метод оценки качества

воды, разработанный в Гидрохимическом институте. Метод позволяет

производить однозначную оценку качества воды, основанную на соче-

тании уровня загрязнения воды по совокупности находящихся в ней

загрязняющих веществ и частоты их обнаружения.

Суть метода заключается в следующем. Для каждого ингредиента на

основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности

превышения ПДК – К_i и повторяемости случаев превышения Н_i, а так-

же общий оценочный балл – В_i

Ci N ПДКi

Кi = ; Нi = ; Вi = Кi Н i ,

ПДКi N

где Сi – концентрация в воде i-го ингредиента; ПДКi – предельно допу-

стимая концентрация i-го ингредиента; N ПДКi – число случаев превы-

шения ПДК; N – общее число анализов.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла боль-

ше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загряз-

ненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывает-

ся как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов.

По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавлива-

ется класс загрязненности воды (табл. 3.5).

Таблица 3.5

Классификация загрязненности воды водных объектов

Величина комбинатор- Класс загрязненности воды

ного индекса 1 П Ш IV V

загрязненности воды условно слабоза- загрязненная грязная очень

чистая грязненная грязная

При отсутствии ЛПЗ <1 1–2 2,1–4 4,1–10 > 10

1 ЛПЗ < 0,9 0,9–1,8 1,9–3,6 3,7–9,0 > 9,0

2 ЛПЗ < 0,8 0,8–1,6 1,7–3,2 3,3–8,0 > 8,0

3 ЛПЗ < 0,7 0,7–1,4 1,5–2,8 2,9–7,0 > 7,0

4 ЛПЗ < 0,6 0,5–1,22 1,3–,4 2,5–6,0 > 6,0

5 ЛПЗ < 0,5 0,5–1,0 1,1–2,0 2,1–5,0 > 5,0

При комплексной оценке водных объектов, учете загрязнения как

воды, так и донных отложений используют известную методику,

(табл. 3.5).

Суммарный показатель загрязнения Z_с, отражающий эффект воздей-

ствия группы элементов

n

Z _с = ∑ K _c − ( n − 1),

i =1

где K_с – коэффициент концентрации химического элемента определяет-

ся как отношение реального содержания элемента в воде С к фоновому

С_ф: K_с = С/С_ф; n – число учитываемых элементов.

Таблица 3.6

Ориентировочная шкала оценки загрязнения водных систем

Ориентировочная шкала оценки загрязнения водных систем

Уровень Суммарный показатель Содержание токсичных элементов

загрязненности токсичных элементов в воде

в донных отложениях

Слабый 10 Слабое повышение относительно фона

Средний 10–30 Повышение относительно фона,

эпизодическое превышение ПДК

Сильный 30–100 Во много раз выше фона, стабильное

превышение некоторыми элементами

уровней ПДК

Очень Практически постоянное превышение

сильный 100 многими элементами в концентрациях

ПДК

Отнесение пригодности к той или иной категории водопользования производится на основе комплексной оценки качества воды.

Индекс качества поверхностных вод I_прхарактеризует совокупность основных показателей в зависимости от видов водопользования исходя из общесанитарного индексаI_оси индекса специфических загрязненийI_р (табл. 3.7).

Таблица 3.7. - Состояние воды и водоемов в зависимости от их качества

Качественное состояние воды	Индекс качества воды			Пригодность воды при водопользовании
	Iпр	Iос	Iз	Хозяйственно-питьевое	купание, спорт
Очень чистая	5	5	5	Пригодна с обеззаражива­нием	Вполне пригодна
Чистая	4	4-5	4-5	Пригодна с хлорированием	То же
Умеренно загрязненная	3	2,5-4	3,5-4	Пригодна только со стан­дартной очисткой	Пригодна
Загрязненная	2	1,5-2	2-3,5	Пригодна только со спе­циальной очисткой в случае технико-экономической целесообразности	Использование сомнительно
Грязная	1	1,5	2	Непригодна	Непригодна

• первая — объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию в воде кислорода;

• вторая — все другие рыбохозяйственные объекты.

Таблица 3.8 - Дифференциальная оценка качества воды по показателям

Показатель	Весо мость, доли единицы	Числовые значение показателей лдя баллов
		5	4	3	2	1
Коли-индекс	0,18	0-100	100-1000	10-10	10-10	10
Запах, баллы	0,13	0	1-2	3	4	5
БПК, мк/л	0,12	1	1-2	2-4	4-10	10
рН	0,1	6,5-8	6,5-8,5	5-9,5	4-10	менее 4; более 10
Растворенный кислород, мг/л	0,09	20	20-30	30-40	40-50	50
Цветность, град	0,09	20	20-30	30-40	40-50	50
Взвешенные вещества, мг/л	0,08	10	10-20	20-50	50-100	100
Общая минерализация, мг/л	0,08	500	500-1000	1000-1500	1500-2000	2000
Хлориды, мг/л	0,07	200	200-350	350-500	500-700	700
Сульфаты, мг/л	0,06	250	250-500	500-700	700-1000	1000

Таблица 3.9 - Гигиеническая классификация водных объектов по

степени загрязнения

Оценочные показатели для водных объектов 1 и 2 кате­гории	Степень загрязнения / Качественное состояние воды
	Допустимая/очень чистая. чис­тая	Умеренная/уме­ренно загряз­ненная	Высокая/загряз­ненная	Чрезвычайно высокая/гряз­ная
Органолептический: запах, привкус (баллы)	2	3	4	более 4
ПЛКорг, степень превыше­ния	1	4	8	более 8
Токсикологический: ПДКтокс, степень превыше­ния	1	3	10	100
Санитарный режим: БПК20, мг/дм^3: 1 2 растворенный кислород, мг/дм^3	3 6 4	6 8 10	8 10 2	более 8 более 10 1
Бактериологический: число лактозоположитель­ных кишечных палочек в 1дм^3	1х10	1х10-1х10	более 1х10-1х10	более 1х10
Индекс загрязнения	0	1	2	3

Примечание.

• ПЛК_орг— предельно допустимые концентрации веществ, установленные по органолептическому признаку вредности;

• ПЛК_токс— то же по токсикологическому признаку вредности;

• БПК — приведены уровни для водоемов 1 и 2 категорий водопользования;

• в водных объектах, используемых для купания, допустимая степень загрязнения — число лактозоположительных кишечных палочек не более 1х10³, при благоприятной эпидемической ситуации в данном районе не более 1х10⁴ в 1 дм³ воды соответственно изменяется градация показателя.

Дифференцированная оценка качества воды по показателям состава может получена на основании экспертных оценок по пятибальной шкале (табл. ).

Качественная оценка состояния водоема получается с применением дифференциальных характеристик с учетом весовой значимости показателя по данным табл. .

Например, определим суммарный индекс качества и возможную пригодность использования воды следующего состава: коли-индекс—90, запах — 1-2 балла, БПК — 1,5 мг/л, растворенный кислород — 7 мг/л, цветность — 15 град, взвешенные вещества — 15 мг/л, хлориды — 200 мг/л, сульфаты — 300 мг/л. Воспользовавшись данными табл. , вычислим I_пр:

Y=(5*0,18)+(4*0,13)+(4*0,1)+(4*0,09)+(5*0,08)+(5*0,07)+­(4*0,06)=3,65

По данным табл определяем, что анализируемая вода относится к промежуточному состоянию: между чистой и умеренно загрязненной, может быть пригодна для любых категорий водопользования.

Более строгая гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения (табл ), в достаточной степени согласующаяся с предыдущими, является основной для принятия решений о водопользовании и охране вод.

Допустимая степень загрязнения определяет пригодность водного объекта для всех видов водопользования населения практически без каких-либо ограничений.

Умеренная степень загрязнения свидетельствует об известной опасности для населения культурно-бытового водопользования на водном объекте. Его использование как источника хозяйственно-питьевого водоснабжения приводит к появлению начальных симптомов интоксикации у части населения, особенно при наличии в воде веществ 1 и 2 классов опасности.

Высокая степень загрязнения указывает на безусловную опасность культурно-бытового водопользования на водном объекте. Использование такого объекта для хозяйственно-питьевого водоснабжения недопустимо из-за сложности удаления токсичных веществ в процессе водоподготовки на водопроводных сооружениях. Употребление для питья воды, имеющей высокую степень загрязнения, может привести к появлению у населения симптомов интоксикации и развитию отдаленных эффектов, особенно в случае присутствия в воде веществ 1 и 2 классов опасности.

Чрезвычайно высокая степень загрязнения водного объекта определяет его абсолютную непригодность для всех видов водопользования. С гигиенической точки зрения загрязнение является экстремально высоким, и даже кратковременное использование такой воды опасно для здоровья населения.

На основании предоставленного материала и с учетом рекоменда-

ций, изложенных в соответствующей литературе, при проведении оцен-

ки воздействия на поверхностные воды необходимо изучить, проанали-

зировать и оформить следующие сведения: