- •Министерство образования и науки российской федерации
- •«Оренбургский государственный институт менеджмента»
- •Экология
- •Содержание
- •Предисловие
- •Тема 1 экология как наука. Экологические факторы окружающей среды Семинарское занятие 1 Изучение теоретических основ науки «Экология»
- •Тема 2 Экологические системы. Потоки вещества и энергии Семинарское занятие 2 Изучение биологического разнообразия в экологических системах и механизмов его поддержания
- •Тема 3 Структура биосферы. Антропогенное воздействие на биосферу Семинарское занятие 3 Изучение процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости
- •Тема 4 Здоровье человека и среда обитания Семинарское занятие 4 Изучение среды обитания и влияния ее состояния на организм человека
- •Расчет загрязнения атмосферы выбросами от промышленных предприятий
- •Пример расчета
- •Тема 5 Глобальные проблемы окружающей природной среды Практическое занятие 5 Изучение процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости
- •Расчет кот от продолжительности инверсий воздушных потоков
- •Тема 6 Экозащитная техника и технологии Семинарское занятие 6 Изучение основных методов очистки с целью улучшения качества окружающей природной среды
- •Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника с учетом влияния рельефа местности, суммации вредного действия нескольких веществ, фоновых концентраций и неблагоприятных метеоусловий
- •Определение минимальной высоты трубы и размеров (границ) санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров
- •Проектирование комплекса воздухоохранных мероприятий
- •Библиографический список
- •Индивидуальные задания по конкретным производственным ситуациям
- •Пример расчета
- •Экология Практикум
- •460038, Г. Оренбург, ул. Волгоградская, д. 16.
Пример расчета
Требуется рассчитать:
Максимальные приземные концентрации См для SО2, NО2 , CO и сажи.
Расстояние Хм по оси факела, на которой они достигаются.
Полученные значения (См + Сф) сравнить с величиной ПДКм.р. В случае превышения ПДКм.р необходимо рассчитать расстояние X, на котором (См + Сф) будет равно ПДК или количество аппаратов для очистки отходящих газов (циклонов) или необходимую высоту трубы котельной.
Составить чертеж санитарно-защитной зоны для данного предприятия.
Исходные данные для котельной:
Место расположения – Бузулук.
Высота трубы: H = 15 м.
Диаметр устья источника: D = 1,5 м.
Температура отходящих газов: Tг = 143 0С.
Объем отходящих газов: V1 = 5,2 м3/с.
Таблица Г.1 – Концентрации вредных веществ, измеренные в трубах, С, мг/м3 (в отходящих газах)
С(SO2) |
С(NO2) |
С(CO) |
С(C) |
602 |
57 |
180 |
140 |
Таблица Г.2 – Фоновые концентрации вредных веществ, Сф, мг/м3
Cф(SO2) |
Cф(NO2) |
Cф(CO) |
Cф(C) |
0,100 |
0,011 |
1,1 |
0,08 |
Таблица Г.3 – Среднегодовая повторяемость ветра в г. Бузулук, P, %
С |
СВ |
В |
ЮВ |
Ю |
ЮЗ |
З |
СЗ |
7 |
11 |
8 |
4 |
18 |
20 |
22 |
10 |
Продолжение Приложения Г
Ход решения
Расчет массы выброса в атмосферу M по каждому из вредных веществ производится по формуле 6.4:
M(SO2) = C(SO2) · V1 · 10-3 , г/с
M(SO2) = 602 · 5,2 · 10-3 = 3,130 г/с
M(NO2) = C(NO2) · V1 · 10-3 , г/с
M(NO2) =57 · 5,2 · 10-3 = 0,296 г/с
M(CO) = C(CO) · V1 · 10-3 , г/с
M(СO) =180 · 5,2 · 10-3 = 0,936 г/с
M(С) = C(C) · V1 · 10-3 , г/с
M(С) =140 · 5,2 · 10-3 = 0,728 г/с
Расчет разности температур ΔT между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг (таблица В.1) и температурой окружающего воздуха (таблица В.3):
ΔT =Тг – Тв, 0С
ΔT = 143 – 25,6 = 117,4 oС
Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси W0 из устья источника выброса производится по формуле 6.5:
м/с
Расчет параметра f производится по формуле 6.6:
, м/с2·0C
м/с2·0C
Расчет безразмерного параметра m производится по формуле 6.7:
Продолжение Приложения Г
Расчет безразмерного параметра vм производится по формуле 6.9:
Расчет безразмерного параметра n производится по одной из трех формул 6.8 и в нашем примере, когда vм > 2, следовательно, n = 1.
Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ С производится по формуле 6.3:
, мг/м3
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе в данной местности (таблица В.3);
= 1 – для случая ровной или слабо пересеченной местности с перепадом, не превышающим 50 м/км.
Fсажа = 3, Fгаз = 1 – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.
мг/м3
мг/м3
мг/м3
мг/м3
Продолжение Приложения Г
Из перечня вредных веществ, выбрасываемых из трубы котельной,
эффектом суммации действия обладают диоксид азота (вещество II класса опасности) и диоксид серы (вещество III класса опасности). Определяем приведенную к диоксиду азота концентрацию этих веществ, так как диоксид азота относится к наибольшему (второму) классу опасности (формула 6.10):
, мг/м3
мг/м3
Проверяем условие
Расчет ПДВ
В нашем примере условие соблюдения ПДВ не выполняется для диоксида азота и сажи. Для оксида углерода предельно-допустимый выброс составит (есть соблюдение ПДК по СО):
ПДВ(СО) = М(СО) = 0,936 г/с ·31,7 = 29,5 т/год
где 31,7 – коэффициент для перевода из г/с в т/год или 3600 секунд 24 часа365 дней : 106 = 31,7.
Мероприятия по достижению ПДКм.р. на границе санитарно-защитной зоны по саже, диоксиду серы и диоксиду азота могут быть технологическими, санитарно-техническими, архитектурно-планировочными.
В данном примере рассматривается организация санитарно-защитной зоны в зависимости от результатов рассеивания для диоксида азота и санитарно-технические мероприятия по снижению выбросов сажи. С целью уменьшения массы выбросов сажи подбираем по
Продолжение Приложения Г
каталогам пылеулавливающих аппаратов циклоны типа ЦН-24 с производительностью очистки 2,5 тыс.м3/час отходящих газов.
Количество циклонов составит:
Эффективность улавливания сажи Э циклонами ЦН-24 равна согласно каталогу 80 % (или 0,8), тогда:
ПДВ(С) = М(С) – (М(С) Э)
ПДВ(С) = 0,728 – (0,728 0,8) = 0,146 г/с ·31,7 = 4,6 т/год
Расчет безопасного расстояния до жилой застройки для NО2 и SО2
Расчет расстояния по оси факела выброса от источника выброса Xм, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации См производится по формуле 6.11:
, м
Поскольку в нашем примере vм > 2 м/с, величину вспомогательного параметра d определяем по формуле 6.13:
м (для газов: SО2, NО2).
Для сажи F = 3, тогда по формуле 6.14:
, м
м (для сажи).
Продолжение Приложения Г
Величины приземных концентраций вредных веществ, С в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (метров) определяются по формуле 6.15:
В нашем случае:
Приравниваем и рассчитываемS1:
Если , то соотношениеХ / Хм = 1,0, если , то по графику на рисунке 6.1 (или по формуле 6.16) находим соотношениеХ / Хм = 1,2 (при S1 = 0,97), отсюда X = 1,2 · Хм.
Хм нам известно, тогда:
X = 1,2 · 190,8 = 228,9 м (для газов: SО2, NО2)
X = 1,2 · 95,4 = 114,5 м (для сажи)
При таком расстоянии фактический выброс диоксида азота и двуокиси серы является ПДВ, т.е. обеспечивает соблюдение ПДК. Следовательно:
= 0,296 г/с · 31,7 = 9,3 т/год
= 3,130 г/с ·31,7 = 98,7 т/ год
Построение границ санитарно-защитной зоны для NO2 и SО2,
Итак, для газов NO2 и SО2, безопасное расстояние Х = 228,9 м (без учета направления ветра), а для сажи Х = 114,5 м. Используя исходные данные о розе ветров и формулу 6.17, вычисляем размеры санитарно-защитной зоны по восьми румбам:
Продолжение Приложения Г
, м
где Li – безопасное расстояние до жилой застройки по i-ому румбу;
Р – среднегодовая повторяемость ветров по рассматриваемому румбу (по данным таблицы В.3) по i-ому румбу, %;
Ро – повторяемость направлений ветров одного румба (при используемой в данном расчете восьми румбовой розе ветров Ро=12,5 % (100 % : 8 румбов)).
Границы санитарно-защитной зоны для газов по восьми румбам с учетом розы ветров:
LC = 228,9 · 7 / 12,5 = 128 м;
LСВ = 228,9 · 11 / 12,5 = 201 м;
LВ = 228,9 · 8 / 12,5 = 147 м;
LЮВ =228,9 · 4 / 12,5 = 73 м;
LЮ = 228,9 · 18 / 12,5 = 330 м;
LЮЗ = 228,9 · 20 / 12,5 = 366 м;
L3 = 228,9 · 22 / 12,5 = 403 м;
LСЗ = 228,9 · 10 / 12,5 = 183 м.
Задаем масштаб в 1 мм : 10000 мм и строим окружность, где радиус равен Х (228,9 м), а центром является место расположения источника выброса.
Проводим восемь основных направлений ветра и откладываем расстояние Li, учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т.д. (рисунок Г.1).
В тех случаях, когда расстояние Li < Хм влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстояние 228,9 м равное Хм для гарантии безопасности.
Построение границ санитарно-защитной зоны для сажи
Границы санитарно-защитной зоны для сажи по восьми румбам с учетом розы ветров:
LC = 114,5 · 7 / 12,5 = 64 м;
LСВ = 114,5 · 11 / 12,5 = 101 м;
LВ = 114,5 · 8 / 12,5 = 71 м;
LЮВ = 114,5 · 4 / 12,5 = 37 м;
LЮ = 114,5 · 18 / 12,5 = 175 м;
LЮЗ = 114,5 · 20 / 12,5 = 183 м;
L3 = 114,5 · 22 / 12,5 = 202 м;
Продолжение Приложения Г
LСЗ = 114,5 · 10 / 12,5 = 92 м.
Аналогичным образом строим окружность радиусом 114,5 м (санитарно-защитная зона для сажи) и ранжируем согласно розе ветров.
Санитарно-защитная зона для сажи представлена внутри санитарно-защитной зоны для газов на рисунке В.1, следовательно, в нашем примере циклоны для улавливания сажи не нужны.
Однако, в тех вариантах, где См газов не превышает ПДК, а См сажи превышает ПДК циклоны потребуются или же санитарно-защитная зона (без циклонов) будет рассчитана по Хм для сажи.
Рисунок Г.1 – Чертеж санитарно-защитной зоны (масштаб 1 : 10000)
Возможен вариант достижения См = ПДК не за счет увеличения размеров санитарно-защитной зоны, а за счет увеличения высоты трубы котельной (Н), но это потребует более мощных дымососов (вентиляторов) с увеличением расхода электроэнергии и других эксплуатационных расходов. В этом случае необходимо сравнение капитальных и эксплуатационных затрат по всем возможным вариантам.
Высота трубы Н необходимая для соблюдения условия См = ПДК определяется путем преобразования основной формулы рассеивания с учетом фонового загрязнения:
Продолжение Приложения Г
, м
м
Итак, высоту трубы котельной надо увеличить с 15 метров до 19 метров, то есть, на 4 метра, при этом условии необходимость в санитарно-защитной зоне для диоксида азота отпадает.
Для соблюдения условия См = ПДК для сажи трубу котельной надо увеличить с 15 метров до 33,4 метров:
м
При этом условии не нужны ни санитарно-защитная зона, ни циклоны, но высота трубы котельной увеличится в 2,2 раза.
Итак, при любом варианте решения для достижения ПДК по всем выбрасываемым в атмосферу вредным веществам нужны экономические затраты, которые компенсируют экономический ущерб, причиняемый загрязнением атмосферного воздуха.
Учебно-практическое издание