Незовитина_Экология_Практикум

1.3.7 Оценка допустимости воздействия выбросов на атмосферу

Задача. Оценить допустимость воздействия на атмосферу, если расчётные максимальные приземные концентрации веществ при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра соответственно составили сSO2м=0,223; сNO2м=0,0074; сзм=0,056, при фоновых концентрациях сSO2ф=0,2;

сNO2ф=0,02; сзф=0,3 мг/м3.

Решение. Два вещества SO2 и NO2 обладают однонаправленным действием, поэтому оценка допустимости воздействия выполняется по соотношениям (1.1) для золы и (1.2) для газов:

0,3+0,056<0,5 (0,223+0,2)/0,5+(0,02+0,0074)/0,085<1

или 0,356<0,5 1,16<1,

где – знак логического умножения “И”, а значения ПДК взяты из таблицы 1.3 (раздел 1.4.1).

Условие не выполняется, следовательно, концентрация загрязнений превышает предельные нормы.

1.3.8 Расчёт высоты источника выбросов
Задача. Определить минимальную высоту	источника	выбросов	SO2 и
NO2 при следующих исходных данных:	А=240; F=1;	D=2,0;	Mc=20;

cфс=0,2; Т=100; Vг=10; =1; ПДКSO2=0,5, где Мс и сфс– приведенные к SO2 по (1.34) и (1.35) масса выбросов и фоновая концентрация. Расчёты выполнить с точностью до 0,5 м.

Решение. Определим Н по (1.36):

				240 1 2 20 1					3
									4
	H								89,4	м .
				8 10 0,5 0,2
	Проверим условие	H				10 D	:
					0	T

w0=10/(0,785 22)=3,18;

	89,4 3,18	10 2
		100

,

89,4

1,42

.

Оно не выполняется, поэтому первое приближение Н найдем по формуле (1.38):

H	240 20 1 1				40	м
	0,5	0,2		10 100
			3

.

Уточним величины f, vм, m и n по (1.6), (1.7), (1.10) и (1.11):

	f 1000	3,182 2	0,126 ; v		0,65 3	10 100			1,9 ;
		402 100		М			40

21

m				1			1,14
1		0,67 0,1 0,126 0,34				3	0,126
	n1	0,532 1,9	2	2,13	1,9	3,13 1,0.

;

Рассчитаем второе приближение Н по (1.39) и определим разницу Н1-

Н2:

H 40	1,14		1		42,7 ; 40-42,7= -2,7 м.
		1 1
2

Заданная точность не достигнута (|-2,7|>0,5), поэтому вновь уточним параметры f, vм , m, n и Н:

f

		3,18		2	2
	1000
		42,7	2	100

0,111

;

v	М	0,65 3

10 100 42,7

1,86

;

m				1
	2		0,1	0,111 0,34
		0,67			3	0,111

1,154

;

n1

0,532 1,86	2

2,13 1,86 3,13

1,01

.

H	2	42,7

	1,14 1	42,4
	1,154 1,01

м.

Разница Нj+1-Hj=42,4-42,7= -0,3 по модулю меньше 0,5, поэтому расчёт закончен. Таким образом, высота трубы для рассеивания выбросов SO2 и NO2 должна быть не менее 42,4 м.

1.3.9 Расчёт радиуса зоны влияния источника загрязнений

Задача. Определить радиус зоны влияния источника загрязнений, если концентрации газов SO2 и NO2, приведенные к SO2, имеют такие же значения, как в таблице 1.1, а см = 0,223, хм = 430 м, ПДКSO2=0,5.

Решение. Расстояние х1=10 430=4300 м. Граничное значение концентраций сг=0,05 0,5=0,025 мг/м3 на расстоянии х2 находится между значениями 0,066 и 0,018, которые соответствуют расстояниям 2000 и 4300 м, следовательно, 2000<х2<4300 м, х2<x1. Поэтому радиус зоны влияния равен х1 = 4300 м.

1.3.10Расчёт предельно допустимых выбросов

Задача. Определить ПДВ1 и ПДВ2 соответственно для газов SO2 и NO2 при следующих исходных данных: H=35 м; А=240; F=1; m=0,9; n=1; =1; Vг=10

м3/с; Т=100; сдф,1=0,2; смху,1=0,25; сдф,1=0,02; смху,2= = 0,025 мг/м3; М1=10;

М2=0,4 г/с.

Решение. Фоновые концентрации загрязнений при смху<2сдф для SO2 и

NO2 найдём по (1.42):

сф,1=0,2 (1-0,4 0,25/0,2)=0,1 , сф,2=0,02 (1-0,4 0,025/0,02)=0,01.

22

Приведённую к SO2 фоновую концентрацию определим по (1.35) с учётом ПДК из таблицы 1.3:

сф,с=0,1+0,01 0,5/0,085=0,16.

Приведённое значение ПДВс рассчитаем по (1.40):

			(0,5 0,16) 35			2
ПДВ								3	10 100 19,4
	с		240	1 0,9	1 1

г

/

с

.

Значение ПДВ для каждого вещества определим по формулам, полученным из(1.34) при замене М на ПДВ:

ПДВ1= ПДВс-ПДВ2 ПДК1/ПДК2,	(1.43)
ПДВ2=( ПДВс-ПДВ1) ПДК2/ПДК1.	(1.44)
Из соотношения М1/М2=ПДВ1/ПДВ2 можно	выразить ПДВ2=

=ПДВ1 М2/М1 и, подставив его в (3.43), получить уравнение: ПДВ1= ПДВс- (М2/М1) ПДВ1 ПДК1/ПДК2,

из которого выразить и рассчитать ПДВ1:

ПДВ1= ПДВс/(1+( М2 ПДК1/(М1 ПДК2))), (3.45) ПДВ1=19,4/(1+(0,4 0,5/10 0,085))=15,7 г/с .

Значение ПДВ2 найдём по (3.44):

ПДВ2=(19,4-15,7) 0,085/0,5=0,63 г/с.

Обратим внимание, что сумма ПДВ1 и ПДВ2 не равна ПДВс, которая является приведённым к SO2, а не суммарным значением.

В условии учебной задачи были заданы параметры Vг, m и n, но в реальных задачах эти величины зависят от искомого значения ПДВс. Поэтому потребуется их уточнение. Связь расхода газа с массой выбросов выражается через концентрацию веществ на выходе из источника си: Vг=10- 3 M/си или Vг(ПДВ)=10-3 ПДВ/си.

1.4Задания для выполнения

Врамках освоения курса «Экология» в практической части, посвященной оценке загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий перед студентами ставится задача провести соответствующие расчёты согласно своему варианту, назначаемому преподавателем. Исходные данные данные берутся из таблицы 1.4.

Критерии оценки:

для получения отметки «удовлетворительно» по данной части курса достаточно прорешать задачи 1-7 (описанные в пунктах 1.3.1-1.3.7) согласно своему варианту;

… «хорошо» - задачи 1-10 (1.3.1-1.3.10) согласно своему варианту; требования аналогичны предыдущему варианту;

23

… «отлично» - составить соответствующие программы/схемы расчёта для решения задач 1-10 (1.3.1-1.3.10) согласно своему варианту в том или ином математическом пакете, среде программирования, или табличном процессоре.

1.4.1Табличные и исходные данные вариантов для проведения расчётов

Таблица 1.3 - Предельно-допустимые концентрации вредных веществ

	Вредное вещество	Химическая	ПДКрз	ПДКсс
		формула
	Азота диоксид	N02	5	0,085
	Алюминия оксид	Аl2О3	2	0,02
	Аммиак	NH3	20	0,2
	Ацетон	СН3СООН3	200	0,35
	3,4 бензпирен	C20H12	0,00015	10-6
	Железа оксид	Fe2O3	6	0,04
	Кремнеземсодержащая пыль	SiO2	2	0,05
	Медь	Сu	0,5	0,002
	Никель	Ni	0,5	0,001
	Озон	О3	0,1	0,03
	Сажа	С	4	0,05
	Свинец	Pb	0,007	0,003
	Серы диоксид	S02	10	0,05
	Серная кислота	H2S04	1	0,1
	Сероводород	H2S	10	0,008
	Углерода оксид	CO	20	1
	Фтористый водород	HF	0,5	0,005
	Хромовый ангидрид	Сr2О3	0,01	0,0015

24

Таблица 1.4 – Исходные данные

			Высота	Вещество 1		Вещество 2		Вещество 3
			трубы
	№	A
			Н, м	Название	М1, г/с	Название	М2, г/с	Название	М3, г/с
	1	121	15	SiO2	200	С	180	SO2	80
	2	200	18	Al2O3	180	Fe2O3	250	CO	100
	3	121	22	NO2	160	СО	120	SiO2	100
	4	154	17	NH3	80	SiO2	180	С20H12	0,3
	5	136	18	O3	10	H2S	120	SO2	140
	6	179	12	СН3СООН3	20	CO	100	SO2	60
	7	132	16	NO2	100	CO	120	C20H12	0,5
	8	207	18	Cr2O3	2,5	Ni	3	CO	140
	9	192	20	H2SO4	80	H2S	100	HF	16
	10	247	15	NO2	100	C	190	Al2O3	25
	11	218	16	NH3	100	H2SO4	120	СН3СООН3	1,4
	12	128	16	NO2	80	H2S	120	C20H12	0,1
	13	171	18	Cu	19	Ni	2,6	Pb	3,8
	14	185	19	СО	110	SO2	140	C20H12	0,9
	15	190	13	HF	10	H2S	110	SO2	200
	16	138	16	NH3	100	Ni	1,8	O3	2,6
	17	123	15	Сг2О3	2,2	Pb	0,24	HF	16
	18	171	16	Ni	1,8	Fe2O3	210	H2S	12
	19	184	19	NO2	80	CO	120	Pb	2
	20	239	20	Fe2O3	300	SiO2	260	С	200
	21	209	14	SiO2	160	SO2	120	O3	8
	22	122	18	SO2	100	Fe2O3	180	H2S	160
	23	244	13	Al2O3	110	HF	12	NH3	140
	24	160	18	O3	8	H2S04	140	SiO2	180
	25	126	15	C	100	Al2O3	20	NH3	100
	26	151	20	СН3СООН3	10	C20H12	0,1	Fe2O3	50
	27	119	18	SiO2	180	Cu	11	NiO	0,8
	28	208	19	NO2	150	SO2	120	CO	90
	29	114	20	NO2	60	H2S04	150	C	100
	30	190	22	NH3	100	H2S	120	HF	15

25

2Электромагнитные излучения, создаваемые телевизионными станциями

Цель работы: изучить влияние электромагнитного излучения радиочастотного диапазона на организм человека; рассчитать электромагнитное излучение, создаваемое передающей антенной телецентра.

2.1.1 Общие сведения и определения

Основными характеристиками электромагнитного излучения (ЭМИ) являются:

частота, Гц;

напряжённость электрического поля Е, В/м;

напряжённость магнитного поля Н, А/м;

плотность потока энергии W, Вт/м2.

Радиоволны, в зависимости от частоты, делятся на диапазоны: Таблица 2.1 – Классы радиоволн в зависимости от частоты

Класс радиоволн	Диапазон частот
ДВ	100-300 кГц
СВ	0,3 – 3 МГц
КВ	3	– 30 МГц
УКВ	30	– 300 МГц
СВЧ	0,3 – 300 ГГц

Влияние на организм человека электромагнитного излучения радиочастот большой интенсивности связано с частичным поглощением их энергии тканями тела, что вызывает тепловой эффект.

Под воздействием высокочастотного электромагнитного излучения ионы тканей приходят в движение; в тканях возникают высокочастотные токи, сопровождающиеся поглощением энергии полей. Если механизм терморегуляции тела не способен рассеять избыточное тепло, возможно повышение температуры тела. Некоторые органы и ткани человека более чувствительны к облучению (мозг, глаз, почки, кишечник).

Проводимость тканей пропорциональна содержанию в них тканевой жидкости; наибольшую проводимость имеют кровь и мышцы, а наименьшую

– жировые ткани. Толщина жирового слоя в облучаемом участке оказывает влияние на степень отражения волн от поверхности тела человека. Головной и спинной мозг имеют незначительный жировой слой, а глаза совершенно его не имеют, поэтому эти органы подвергаются наибольшему воздействию.

Систематическое и длительное воздействие на человека электромагнитных полей различных частот с интенсивностью, превышающей предельно допустимые уровни (ПДУ), может привести к некоторым функциональным изменениям в организме, в первую очередь - в

26

центральной нервной системе. Эти изменения в организме могут проявляться в головной боли, нарушении сна, повышенной утомляемости, раздражительности и ряде других симптомов. Кроме функциональных возможны также необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, понижение кровяного давления, замедление сокращения сердца, изменение состава крови, помутнение хрусталика глаза.

Степень воздействия на человека электромагнитных полей зависит от интенсивности облучения, его длительности, расстояния от источника образования поля и от индивидуальной чувствительности организма человека.

Длительное воздействие сильных ЭМП вызывает у человека нарушения эндокринной системы, обменных процессов, функции головного

испинного мозга, повышает склонность к депрессиям и даже самоубийству

иувеличивает вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний и раковых опухолей.

2.2 Задача расчёта электромагнитного излучения

2.2.1 Расчёт допустимого времени пребывания персонала

Допустимое время пребывания персонала в электростатическом поле (ЭСП) при напряжённости менее 20 кВ/м определяется по формуле:

T	50
	E
		факт

2

,

(2.1)

где Ефакт – фактическое значение напряжённости ЭСП, кВ/м.

При работе в зонах с различной напряжённостью время пребывания персонала в течении рабочего дня рассчитывается по формуле:

T	t			t
	8	E1			E 2
пр				TE 2
	TE1

	t	E 3
	T
		E 3

t
	En
T		En

  

,

(2.2)

где Тпр – приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребывания в электрическом поле (ЭП) нижней границы нормируемой напряжённости, ч.;

tE1,tE2,…tEn – время пребывания в контролируемых зонах с напряжённостями Е1, Е2, … , Еn, ч.;

ТE1,ТE2, …ТEn - допустимое время пребывания в зонах, ч. Приведенное время не должно превышать 8 ч.

При работе радио и телестанций магнитная составляющая по своей величине не имеет существенного значения, поэтому интенсивность ЭМИ оценивается только по величине напряжённости электрического поля (Е,

в/м).

Предельно допустимые уровни (ПДУ) ЭМИ, создаваемые телевизионными станциями, рассчитывается по формуле:

27

E			ЭЭ	Е	ПДУ
	ПДУ		Т
				пр

,

(2.3)

где ЭЭЕпду – предельно допустимый уровень энергетической экспозиции в течении рабочего дня, определяемый из таблицы 2.2.

Таблица 2.2 – Значения допустимого уровня энергетической экспозиции, ЭЭЕпду, в зависимости от частоты.

Диапазон частот	0,3-3 МГц	3-3- МГц	30-50 МГц	50-300 МГц
ЭЭЕпду	20000	700	800	800

При одновременном облучении от нескольких источников, для которых установлены разные ПДУ, должно соблюдаться следующее условие:

	n		E
					i
	i 1		E
				пдуi

	2

1

,

(2.4)

где Еi - напряжённость электрического поля, создаваемого i-

источником, В/м,

Eпдуi - предельно-допустимый уровень для i-источника, В/м. Вокруг станций создают санитарно-защитные зоны, размеры которых

должны обеспечивать предельно-допустимый уровень ЭМИ в населенных местах, таблица 2.3.

Таблица 2.3 - Размеры санитарных зон

Суммарная мощность передатчика, кВт	Размеры санитарной зоны, м
до 10	в пределах технической территории
10-75	200-300
75-160	400-500
более 160	500-1000

Санитарная зона разделяется на зону строгого режима (50-100 м) и зону ограниченного пользования в зависимости от мощности передатчика. В зоне строгого режима допускается пребывание только работников передающей станции, и ограниченное время.

В зоне ограниченного пользования можно располагать объекты, в которых граждане могли бы находиться менее 8 час (гаражи, хозяйственнобытовые помещения и др.)

2.2.2 Расчёт напряжённости электрического поля в заданной точке

Электрическая напряжённость ЭМИ в расчётной точке А (рисунок 2.1) определяется по формуле:

28

	E	30P				,
		h	2	x	2

где Р - мощность источника, Вт; φ - коэффициент направленности антенны, рад:

	arctg	x	,
		h

R - расстояние от антенны до расчётной точки, м; h - высота антенны, м;

x - расстояние от основания антенны до расчётной точки, м.

(2.5)

(2.6)

Рисунок 2.1 – Расчётная схема ЭМП передающей антенны, где А – расчётная точка

Электрическая напряжённость ЭМИ в жилом помещении определяется по формуле:

E	*	k E	,

где: k - ослабление ЭМИ стенам издания; k =1 для кирпичных стен;

k =0,2 для панельных стен.

(2.7)

2.3 Примеры решения типовых задач

Рассмотрим стандартную задачу определения напряжённости ЭМИ и допустимого времени пребывания в зоне в расчётных точках. Исходные данные представлены в табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Исходные данные для расчёта напряжённости ЭМИ

Высота		1 канал			2 канал			3 канал
			Мощность			Мощность			Мощность
антенны	Частота			Частота			Частота
			передатчика			передатчика			передатчика
h, м	f1, МГц			f2, МГц			f3, МГц
			P1, Вт			P1, Вт			P1, Вт
100	80		5000	110		10000	210		2500

Определим ПДУ для каждого канала по таблице 2.2 и занесем в таблицу 2.5. Так как все частоты попадают в один диапазон по таблице 2.2, то будем иметь только одну величину EПДУ для всех каналов.

29

Определим электрическую напряжённость в расчётных точках по формуле (2.3) и результаты расчёта сведем в таблицу 2.5 и представим на рисунке 2.2. Ниже приведен пример расчёта для Х = 100:

30 P arctg

x

30 5000 arctg

100

E

h

100

2,427 В м ;

1

h2

x2

1002 1002

T1

50 2

E1

50 2,43

2

18,60

ч

;

		30 10000 arctg				100
						100
E							3,432
	2		2	100	2
		100

В м

;

T2

50

E2

2

50 3,43

2

12,57

ч

;

		30 2500 arctg				100
						100
E							1,716
	3		2	100	2
		100

В м

;

T	t				t
	8		E1			E 2
пр		T			T
			E1			E 2

	T			50		2				50	2 27,13 ч				;
		3		E						1,72
					3
	t						t					2		2
		E 3						En			8
	T						T					18,60		12,57
		E 3							En

2
27,13

2,723 ч

;

							E						ЭЭЕпду					800				17,140 В м ;
								пду					Т пр					2,72
	E1		2		E2			2			E3			2		2,427								2		3,432	2	1,716			2
																																0,0701
	Епду															17,140										17,140		17,140
					Епду						Епду
Таблица 2.5 - Результаты расчёта ЭМИ в расчётных точках
X	Arctg			E1			E2				E3					T1				T2						T3		Тпр	Епду				α
	x/h
0	0			0			0				0				0					0						0		0	0				0
100	0,785			2,427			3,432				1,716				18,601					12,567						27,135		2,723	17,141				0,070
200	1,107			1,822			2,577				1,289				25,435					17,400						36,799		1,983	20,083				0,029
300	1,249			1,369			1,936				0,968				34,529					23,830						49,659		1,457	23,432				0,012
400	1,326			1,082			1,530				0,765				44,228					30,688						63,377		1,136	26,542				0,006
500	1,373			0,890			1,259				0,629				54,171					37,719						77,438		0,926	29,390				0,003
600	1,406			0,755			1,068				0,534				64,235					44,835						91,670		0,780	32,016				0,002

30