Охрана атмосферного воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования РФ

Сарапульский филиал

Ижевский Государственный технический университет

Кафедра ТММСиИ

Методические указания по выполнению

лабораторной работы по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

на тему: «Охрана атмосферного воздуха»

Введение

Атмосферный воздух - один из важных компонентов среды, которая окружает человека. Он - необходимый природный ресурс как непосредственно для живой среды, так и для хозяйственной деятельности человека.

Колоссальная масса воздушной оболочки Земли и сбалансированность естественного круговорота в биосфере её газовых компонентов создают иллюзию неисчерпаемости ресурсов атмосферного воздуха. Однако, если характеристику неисчерпаемости воздушных ресурсов оценивать с учётом необходимости сохранения природного качества атмосферы, эта иллюзия исчезает.

Уже начиная с XIX столетия по мере развития промышленности, а затем энергетики и транспорта газовое равновесие в атмосфере начинает нарушаться. Эти нарушения выражаются в первую очередь в неуклонном увеличении содержания CO2 и снижении содержания кислорода.

Увеличение содержания в атмосфере молекулярного и связанного азота происходит в основном за счёт ежегодного поступления в воздушную среду окислов азота, образуемых при сжигании минерального топлива в тепловых двигателях, а также молекулярного азота в процессе денитрификации химических удобрений в почвах. В промышленно-развитых странах ежегодно выбрасывается в атмосферу около 50 млн. тонн оксидов азота.

Изменения содержания основных компонентов воздушной среды - азота, кислорода и диоксида углерода - пока незначительно, но тем не менее наблюдаются повсеместно, что свидетельствует о нарушении природного динамического газового равновесия в атмосфере планеты.

Помимо газового загрязнения наблюдается неуклонное «запыление» воздушной среды - обогащение её аэрозолем. Естественная концентрация аэрозоля в воздушной среде ранее была относительно стабильна, т.к. уравновешивалась в процессе самоочищения атмосферы (при осаждении, вымывании, химических преобразованиях и пр.). Однако за последние 30 лет запылённость атмосферы возросла в десятки раз за счёт дисперсных загрязнителей антропогенного происхождения. Основными источниками загрязнения атмосферы аэрозолем являются газопылевые выбросы промышленных предприятий и выхлопные газы транспортных машин, в т.ч. воздушный транспорт.

В состав аэрозоля входят соединения азота, сульфаты, различные химические элементы, среди которых выделяют свинец, цинк, мышьяк, ртуть, фтор, медь, молибден, марганец, в значительных количествах содержатся золи и различного состава минеральная пыль.

Масштабы локальных загрязнений атмосферы газообразными продуктами и аэрозолем зависят от массы поступающих в воздушную среду загрязнителей, их физических и химических свойств, режимов выбросов, а также метеорологических условий и топографии местности.

В результате естественных природных процессов в атмосферу поступает в течение года около 70 млрд. тонн CO2 ; при сжигании твёрдого, жидкого и газообразного топлива дополнительно образуется ещё около 15 млрд. тонн CO2, вследствие чего его содержание в атмосфере довольно интенсивно возрастает. Установлено, что за 100 лет с 1860 по 1960 гг. содержание CO2 в атмосферном воздухе возросло с 0,027 до 0,032%;за 10 последующих лет концентрация CO2 увеличилась примерно до 0,033% и сейчас превышает 0,034%, возрастая на 2-4 десятитысячных в год. В XXI в. можно ожидать увеличения на 80% поступления CO2 в атмосферу, поэтому отметим, что для дальнейшего сохранения биологических свойств атмосферы в ближайшем будущем необходимо обеспечить многократное увеличение растительного покрова планеты для повышения интенсификации процессов фотосинтеза (при котором под действием солнечной радиации атмосферный диоксид углерода перерабатывается в органическое вещество).

Таким образом, вопросам охраны атмосферного воздуха необходимо уделять повседневное серьёзное внимание.

Цель практического занятия

Ознакомление с методикой оценки загрязнения атмосферного воздуха, с методикой расчёта предельно-допустимых выбросов, расчёта максимально-допустимой концентрации вредных веществ в устье источников образования и минимальной высоты труб и методикой оценки размеров санитарно-защитных зон.

1. Методические указания по решению задач

1.1 Анализ проб атмосферного воздуха

При оценке результатов анализа проб атмосферного воздуха необходимо сравнить приведённые в задачах результаты анализов по содержанию каждого химического вещества с их ПДК в атмосферном воздухе. Известно, что для ПДК вредных химических веществ в атмосферном воздухе установлены два норматива: максимально-разовая концентрация (ПДК м.р.) и среднесуточная концентрация (ПДК с.с.).

Величина ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест приведены в табл.2. При совместном присутствии в атмосферном воздухе веществ, обладающих совокупным (односторонним) действием, сумма отношений их концентрации к ПДК не должна превышать единицу.

где:

С1 ... Сn - фактические концентрации веществ в атмосферном воздухе, мг/м3 ;

ПДК1 ... ПДКn - предельно-допустимые концентрации этих веществ в атмосфере, мг/м3.

Эффект совокупного (однонаправленного) действия создают: окись углерода и двуокись азота; сернистый ангидрид и сероводород; сернистый ангидрид и двуокись азота; сернистый ангидрид и окись углерода.

1.2 Расчёт предельно-допустимых выбросов

Расчёт ПДВ высоких одиночных источников загрязнения атмосферы при выбросе нагретых газов производится по формуле:

где:

кp - коэффициент метеорологического разбавления примеси в атмосфере, м3/С;

qi - ПДК вредного химического вещества в атмосферном воздухе населённых мест;

H - геометрическая высота трубы;

A - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания при развитом турбулентном обмене в атмосферном воздухе. Для нашего района принимается A =0,16;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества в атмосферном воздухе. Для газообразных вредных химических веществ, мелкодисперсных аэрозолей F=1. Для крупнодисперсной пыли при эффективности очистки не менее 90% - F=2, от 90% - F=2,5, менее 75% - F=3;

m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса. Обычно m близко к 1, но может меняться от 0,8 до 1,5; n изменяется от 1 до 3. Для приближенных расчётов m и n можно принять равными 1;

p/p0 - вытянутость розы ветров. p/p0=0,125 при восьмиромбовой розе ветров. Для разовых и среднеразовых значений ПДК следует принимать p/p0=2;

- коэффициент временного осреднения. Для разовых и среднесуточных ПДК следует принимать *(p/p0)=0,5;

Сф - фоновая концентрация вредного химического вещества в атмосферном воздухе;

Vi - объём выходящей в атмосферный воздух газовоздушной смеси;

- определяется по формуле

,

где TГ - температура выбрасываемой в атмосферный воздух газовоздушной смеси;

ТВ - средняя дневная температура окружающего наружного воздуха наиболее жаркого месяца года.

Точный расчёт значения m можно выполнить по формуле:

W0 - скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Точное значение n можно определить, исходя из следующих условий:

n=3 при ;

при 0,3<;

n=1 при Vm>2

где

Расчёт ПДВ высоких одиночных источников загрязнения атмосферного воздуха при выбросе холодных газов производится по формуле:

где:

Кр.м - минимальный коэффициент разбавления примеси в атмосфере;

D - диаметр устья трубы, м.

1.3 Расчёт максимально-допустимой концентрации вредного химического вещества в выбросах в устье источника

Для расчёта максимально-допустимой концентрации вредного химического вещества в выбросах в устье источника используется формула:

где:

СM.m - максимально-допустимая концентрация вредного химического вещества в выбросах в устье источника, г/м3;

ПДВ - предельно-допустимый выброс, г/с;

Vi - средний секундный расход объёма газовоздушной смеси из устья трубы, м3/с.

1.4 Расчёт минимальной высоты трубы для рассеивания в атмосферном воздухе промышленных выбросов

Для определения высоты трубы при нагретых выбросах используется формула:

Расшифровку индексов см. в разделе 2.2.

Для определения высоты трубы при холодных выбросах используется формула:

где Dn - диаметр трубы (устья), м;

Расшифровку остальных индексов см. также в разделе 2.2.

1.5 Оценка размеров санитарно-защитных зон

При оценке достаточности указанных в задачах размеров санитарно-защитных зон для конкретных предприятий необходимо определить класс этих предприятий по санитарной классификации, приведённой о CH-245-71.

2. Контрольные вопросы

1.Дать понятие глобального и локального, естественного и антропогенного загрязнений атмосферы.

2.Дать определение ПДК.

3.Принцип нормирования ПДК.

4.Дать понятие совокупного (однонаправленного) действия вредных веществ.

5.Дать понятие ПДВ.

6.Какаие выбросные трубы относятся к высоким?

7.Какие выбросные трубы относятся к низким?

8.Дать понятие санитарно-защитной зоны.

3. Варианты задач

3.1 Анализ проб атмосферного воздуха

Оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха при следующих условиях.

Задача 1. В пределах жилой застройки города отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализа следующие:

Сернистый ангидрид - 1,00 мг/м3

Сажа - 0,30 мг/м3

Пыль - 0,80 мг/м3

Окислы азота - 0,70 мг/м3

Окись углерода - 12,0 мг/м3

Сероводород - 0,008 мг/м3

Задача 2. В пределах жилой застройки города отобрана среднесуточная проба атмосферного воздуха. Результаты анализов пробы следующие:

Сернистый ангидрид - 0,20 мг/м3

Сажа - 0,04 мг/м3

Пыль - 0,12 мг/м3

Окислы азота - 0,20 мг/м3

Окись углерода - 2,00 мг/м3

Задача 3. В пределах промышленной площадки машиностроительного завода на расстоянии 15м от здравпункта отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализов пробы следующие:

Хром шестивалентный - 0,01 мг/м3

Фенол - 0,1 мг/м3

Хлор - 0,5 мг/м3

Серная кислота - 0,5 мг/м3

Задача 4. В пределах санитарно-защитной зоны машиностроительного заводы отобрана среднесуточная проба атмосферного воздуха. Результаты анализа пробы следующие:

Свинец - 0,001 мг/м3

Хром шестивалентный - 0,002 мг/м3

Мышьяк - 0,005 мг/м3

Задача 5. На границе санитарно-защитной зоны машиностроительного завода и жилой застройки города Б отобрана разовая проба атмосферного воздуха. Результаты анализа следующие:

Свинец - 0,0005 мг/м3

Хром шестивалентный - 0,001 мг/м3

Задача 6. Максимально-разовые концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, определяемых в стационарной точке, расположенной на границе санитарно-защитной зоны предприятия, составляет:

Сернистый ангидрид - 0,3 мг/м3

Окись углерода - 2,5 мг/м3

Двуокись азота - 0,07 мг/м3

Пыль - 0,4 мг/м3

3.2 Расчёт предельно-допустимых выбросов

Рассчитать предельно-допустимые выбросы для следующих условий.

Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода. Топливно-многосернистый мазут. Преобладающий компонент в выбросе - сернистый газ.

Сф=0,2 мг/м3; H=50 м; ТГ=600С; ТВ=300С; Vi=м3/с.

Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию неподлежащих утилизации твёрдых промышленных отходов. Место расположения Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - фтористый водород.

Vi=20 м3/с; Сф=0; H=25 м; ТГ=900С; ТВ=300С.

Задача 3. Общеобменная вентиляция формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - пыль.

Сф=0,3 мг/м3; H=30 м; Vi=20 м3/с; D=1,0 м.

Задача 4. Вытяжная труба из бокса для окраски автомобилей. Преобладающий компонент выброса - ацетон.

Сф=0; H=25 м; Vi=3 м3/с; D=1,0 м.

3.3 Расчёт максимально-допустимой концентрации вредных химических веществ в выбросах в устье источника

Рассчитать максимально-допустимую концентрацию вредного химического вещества при следующих условиях.

Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода в качестве топлива использует уголь.

ПДВ пыли = 0,6 мг/с; Vi=300 м3/с.

Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию твёрдых отходов.

ПДВ = 50 г/с; Vi=200 м3/с.

Задача 3. Вытяжная труба общеобменной вентиляции формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия.

ПДВ пыли = 10 г/с; Vi=20 м3/с.

Задача 4. Вытяжная труба общеобменной вентиляции ваграночного участка литейного цеха машиностроительного завода.

ПДВ пыли = 0,5 г/с; Vi=10 м3/с.

3.4 Расчёт минимальной высоты трубы

Рассчитать минимальную высоту трубы для заданных условий.

Задача 1. ТЭЦ машиностроительного завода в качестве топлива использует мазут. Место расположения завода - Удмуртия.

Q=1288 г/с; Сф=0,02 мг/м3; ТГ=900С; ТВ=300С; Vi=2000 м3/с.

Задача 2. Установка по термическому обезвреживанию не подлежащих утилизации твёрдых промышленных отходов. Место расположения - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - фтористый водород.

Q=115 г/с; Сф=0,002 мг/м3; ТГ=900С; ТВ=300С; Vi=800 м3/с.

Задача 3. Вытяжная труба общеобменной вентиляции формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения предприятия - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - пыль, содержащая

Q=15 г/с; Сф=0,3 мг/м3; D=2,0 м; Vi=11,5 м3/с.

Задача 4. Вытяжная труба общеобменной вентиляции ваграночного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Место расположения предприятия - Удмуртия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент - окись меди.

Q окиси меди = 0,5 г/с; Сф=0 ; ТГ=600С; ТВ=300С; Vi=200 м3/с.

3.5 Оценка размеров санитарно-защитных зон

Оценить достаточность принятых размеров санитарно-защитных зон при следующих условиях.

Задача 1. Литейный цех машиностроительного завода расположен на отдельной от завода территории. Мощность литейного цеха 5000 т/год цветного литья и 45000 т/год чёрного литья. Существующая круговая санитарно-защитная зона имеет размер 500 м.

Задача 2. В пределах санитарно-защитной зоны машиностроительного завода (1 класс - 1000 м) намечается расположить на расстоянии 50 м от жилой застройки автотранспортный цех предприятия мощностью 100 грузовых автомобилей и 50 автобусов.

Задача 3. Машиностроительное производственное объединение имеет в своём составе мотороиспытательную станцию для авиационных двигателей. Мотороиспытательная станция расположена в пределах промышленной застройки машиностроительного производственного объединения. Минимальное расстояние от мотороиспытательных стендов до жилой застройки равно 1200 м. В пределах санитарно-защитной зоны между мотороиспытательной станцией и жилой застройкой расположены складские помещения для хранения готовой продукции, железнодорожный тупик для погрузочно-разгрузочных работ с эстакадой и прирельсовой склад горюче-смазочных материалов для машиностроительного производственного объединения. Свободная от застройки и железнодорожных путей территория санитарно-защитной зоны используется под огороды.

Задача 4. Машиностроительный завод имеет в своём составе цех по производству прессованных и намоточных изделий из бумаги и тканей, пропитанных фенолоальдегидными смолами в количестве до 100 т/год. Санитарно-защитная зона от этого цеха принята шириной 50 м.

Приложение. Дополнительные сведения.

4. Глобальное влияние загрязнителей

Повышение концентрации CO2 в атмосфере может, по мнению многих учёных, вызвать глобальное изменение климата Земли в связи с так называемым «парниковым эффектом» воздушной оболочки планеты. Сущность этого эффекта состоит в том, что слой воздуха, обогащённого CO2 , хорошо пропускает солнечную радиацию и в то же время задерживает длинноволновое тепловое излучение Земли. Отражённый земной поверхностью солнечный свет в его инфракрасной области поглощается в тропосфере и нижних слоях стратосферы, приводя к повышению их температуры. Расчетным путём было установлено, что повышение содержания CO2 в атмосфере уже в настоящее время должно повысить среднюю глобальную температуру воздуха у поверхности Земли на 0,3-0,40C.

Ожидается, что за счёт парникового эффекта температура воздуха к 2000 г. может увеличиться на 0,50C. Столь незначительное, на первый взгляд, повышение температуры может вызвать, однако, относительно существенные изменения сложившихся экологических систем.

Необходимо отметить, что изменение климата не ограничивается изменениями температуры воздуха, а сопровождается значительными переменами режимов атмосферных осадков, что имеет практическое значение уже сейчас.

Серьёзные последствия может иметь загрязнение атмосферного воздуха хлорфторметанами (фреонами и некоторыми другими родственными им газами). Фреоны во все возрастающих количествах в последние десятилетия производятся химической промышленностью для изготовления различных аэрозольных упаковок, эксплуатации холодильных машин и других целей. В процессах выбросов и испарений ежегодно в атмосферу поступает около 0,8 млн. тонн фреонов; установлено, что в течение года их содержание в воздушной среде увеличивается почти на 10%. Подобно диоксиду углерода фреоны поглощают инфракрасные излучения, однако основные негативные последствия загрязнения атмосферного воздуха фреонами усматриваются не в проявлении парникового эффекта, а их диссоциации в пределах стратосферы, с выделением атомов хлора, которые вызывают каталитическое разложение озона. Таким образом, фреоны, попадая в стратосферу, могут явиться причиной разрушения озонового защитного пояса Земли.

Подсчитано, что если поступление фреонов в атмосферу будет продолжаться с такой же интенсивностью до 1995 г., то к началу следующего столетия концентрация озона в стратосфере снизится на 10%, в результате чего ультрафиолетовое излучение будет оказывать вредное влияние на живой мир.

Промышленные выбросы дыма, сажи и пыли увеличивают плотность атмосферы и способствуют развитию облачного покрова Земли.

Наблюдаемое с 40-х годов нашего столетия снижение прямой солнечной радиации объясняют увеличением массы атмосферного озонозоля: запыленные слои воздуха обладают повышенной способностью отражать солнечное излучение, тепловое излучение поверхности Земли. Как первое, так и второе может влиять на климат всей планеты, при том процессы этих изменений могут протекать в противоположных направлениях - снижение интенсивности солнечной радиации может привести к снижению температуры нижних слоёв атмосферы, и наоборот, проявление возможного парникового эффекта - к увеличению температуры. Отметим ещё одно последствие увеличивающейся запылённости атмосферного воздуха - за последние десятилетия установлено увеличение интенсивности таяния горных вечных снегов и ледников, причиной которого служит оседающая на них пыль, снижающая способность отражать солнечную радиацию.

Резюмируя изложенное, можем отметить, что изменения в воздушной среде ноосферы в ближайшем будущем могут иметь глобальные, труднопредсказуемые последствия для условий жизни на Земле.

5. Локальные загрязнения атмосферы

атмосферный воздух выброс дым

Основными источниками очаговых загрязнений атмосферы являются газопылевые выбросы предприятий химической, металлургической машиностроительной промышленности, топливных электростанций и транспортных машин. Эти загрязнения наиболее характерны для городов, промышленных районов и автомобильных магистралей. В воздушной среде городов с их автомобильным транспортом, промышленными предприятиями и отопительными установками концентрация различных загрязнителей достигает значительных величин. При взаимодействии загрязнителей и кислорода воздуха под действием ультрафиолетового излучения образуются токсичный туман, называемый «фотохимическим смогом» особенно опасный для здоровья людей в период температурных инверсий.

...