Расчет рассеивания выбросов в атмосфере

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В настоящее время особо актуальны вопросы, связанные с охраной окружающей среды. В XX веке загрязнение и разрушение окружающей среды нередко стали связывать с хозяйственной деятельностью человека. Антропогенные изменения окружающей среды ведут к ухудшению здоровья населения, снижению возможности природы поддерживать жизнь человека. 
Быстрое формирование научно-технического прогресса во всех отраслях научного хозяйства нaряду с положительным решением проблем усовершенствования жизни человека, приносит множество негативных факторов в окружающую среду отрицательно влияющих на здоровье общества. Особенно ярко это прослеживается в условиях проживания в крупных городах с развитой промышленностью.

Кроме этих факторoв огромный вклад в загрязнения вносит быстро растущее количество автомобильного транспорта. Основные усилия ориентированы на предупреждение выбросoв загрязняющих веществ в атмосферу. На предприятиях инсталлируются пылеулавливающие и газоочистные установки. Но на данном этапе развития и роста промышленных технологий можно говорить о несовершенстве данных приемов борьбы.

Другое важное направление – это создание и внедрение безотходных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются все исходные материалы и любые отходы производства. Но это также мало где находит применение, так как это коммерчески невыгодно с точки зрения экономики предприятия. Борьба за чистый воздух на промышленных площадках должна начинаться на стадии проектирования промышленных объектов, технологических процессoв, машин и оборудования. «Санитарные нормы проектирования предприятий» требуют, чтобы при проектировании каждого предприятия устанавливались величины ожидаемых концентраций примесей и на основе их сопоставления с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) разрабатывался комплекс мероприятий, обеспечивающий надлежащую чистоту атмосферы. В результате такого прогноза можно выбрать место строительства предприятий; определить максимально допустимые размеры санитарно – защитной зоны, обеспечивающие безопасный уровень загрязнения воздуха жилых районoв и сельскохозяйственных угодий.

Цель курсового проекта: рассчитать концентрации загрязняющих веществ при неблагоприятных метеорологических условиях, разных скоростях ветра и расстояние на которых они достигаются; рассчитать санитарно-защитную зону для теплоэлектроцентрали.

Задачи курсового проекта:

1. определить величину концентрации (С_М) загрязняющего вещества для выбросов из одиночного источника при неблагоприятных метеорологических условиях;
2. определить расстояние (Х_М) от источника выброса до точки на оси факела выброса, где достигается С_М;
3. определить максимальную концентрацию, на которой она достигается при скорости ветра: а) 2 м/с б)10 м/с
4. установление размеров санитарно-защитной зоны с учетом вытянутости розы ветров.

Информационной базой  является методическое указание ОНД-86: «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий».

 

 

 

 

Глава 1.Загрязнение окружающей среды.

1.1. Современный мир и его влияние на окружающую среду.

 

По мере ускорения темпов технического прогресса воздействие хозяйственной деятельности человека на природу становится все более разрушительным. В настоящее время оно уже соизмеримо с действием природных факторов, что приводит к качественному изменению соотношения сил между обществом и природой. Человечество поставлено перед фактом возникновения в природе необратимых процессов, новых путей перемещения и превращения энергии в вещества. В природу попадает все больше и больше чуждых ей веществ, порой высокотоксичных для живых организмов. Часть из них не включается в естественный круговорот и накапливается в биосфере, вызывая опасность для всего живого, населяющего планету Земля.  
        Таким образом, нарушая законы природы, человек ухудшает обеспечение своей жизнедеятельности, несмотря ни на какие общественные и технические усовершенствования. Он стал задумываться о путях и возможностях сохранения качества среды обитания на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и устойчивого существования и развития популяций животных, насекомых, микроорганизмов, растений. Постепенно развилось научное направление, регулирующее общественные экологические отношения в сфере взаимодействия общества и природы в интересах сохранения жизни в настоящем и будущем.  
        Какие же формы взаимодействия общества и природы сложились на современном этапе исторического развития? Принято выделять две:  
• экономическая форма — потребление ресурсов природы, т. е. использование ее для удовлетворения человеком своих материальных и духовных потребностей;  
• экологическая форма — охрана окружающей природной среды с целью сохранения человека как биологического и социального организма и его естественной среды обитания.  
        Человек, потребляя ресурсы среды обитания для решения хозяйственных задач, еще и изменяет природную среду, которая начинает воздействовать негативно на самого человека. За всю историю цивилизации было вырублено 2/3 лесов, уничтожено более 200 видов животных и растений, запасы кислорода в атмосфере снизились на 10 млрд т, в результате неправильного ведения сельского хозяйства деградировало около 200 млн га сельхозугодий.  
        Негативная деятельность человека по отношению к природной среде проявляется в следующих направлениях:  
• загрязнение окружающей природной среды;  
• истощение природных ресурсов;  
• разрушение природной среды.  
        Под загрязнением среды обитания понимают физико-химические изменения состава природного вещества (воздуха, воды, почвы), которые угрожают состоянию здоровья и жизни человека, а также окружающей его естественной среды обитания.  
        Загрязнение окружающей природной среды бывает космическое — естественное, которое Земля получает из космоса или из-за извержения вулканов, и антропогенное, совершаемое в результате хозяйственной деятельности человека.  
        Антропогенное загрязнение окружающей среды подразделяют на пылевое, газовое, химическое (в том числе загрязнение почвы химикатами), ароматическое, тепловое (изменение температуры воды, воздуха, почвы). Источником загрязнения является хозяйственная деятельность человека: промышленность, сельское хозяйство, транспорт. Доля того или иного источника загрязнения может значительно колебаться в зависимости от региона.  
        Например, в городах 70-80% загрязнения приходится на транспорт. Среди промышленных предприятий наиболее "грязными" считаются металлургические, которые на 34% загрязняют окружающую среду. За ними следуют предприятия энергетики, прежде всего тепловые электростанции (27%). Остальная часть приходится на предприятия химической (9%), нефтяной (12%) и газовой промышленности (7%).  
        В последние годы на первое место по загрязнению выдвинулось сельское хозяйство. Это связано с двумя обстоятельствами. Первое — резкое увеличение числа крупных животноводческих комплексов при отсутствии эффективной технологии очистки и утилизации фекальных отходов. Второе — резкое увеличение применения минеральных удобрений, пестицидов, гербицидов и ядохимикатов в растениеводстве. Зачастую из-за неправильного или неграмотного применения указанные вещества не усваиваются полностью растениями и остаются в почве. Затем вместе со сточными и подземными водами они попадают в реки и озера, нанося непоправимый ущерб бассейнам крупных рек, их рыбным запасам и растительности.  
        Ежегодно на одного жителя Земли приходится свыше 20 т отходoв. Основными объектами загрязнения являются воздух, водоемы (включая Мировой океан), почва. Ежедневно в атмосферу выбрасываются тысячи тонн угарного газа, окислов азота, серы, солей тяжелых металлов и других веществ. И только 10% этих загрязнителей поглощают растения.  
        Окислы серы — основной загрязнитель, источником которого являются тепловые станции, котельные, комбинаты тяжелой промышленности. Сернистый газ и окислы азота при взаимодействии с парами воды (облаками) порождают кислотные дожди, которые уничтожают урожай, растительность, рыбные запасы.  
        Наряду с сернистым газом отрицательное воздействие на состояние атмосферы оказывают углекислый и угарный газы, получаемые от сжигания углеводородов (угля, нефти и другого органического топлива). Здесь основным источником загрязнения является транспорт. За все предшествующие годы доля углекислого газа в атмосфере увеличилась на 20% и на начало XXI в. составляет около 30%.  
        Такое физико-химическое изменение атмосферы приближает нас к явлению парникового эффекта. Суть его в том, что накопление углекислоты в верхних слоях атмосферы будет препятствовать нормальному процессу теплообмена между Землей и Космосом, сдерживать тепло, накапливаемое Землей в результате хозяйственной деятельности человека, а также при извержении вулканов и от геотермальных вод.  
        Парниковый эффект выражается в повышении температуры, изменении погоды и климата. Уже в наше время, при современных антропогенных нагрузках, каждые 10 лет температура повышается на 0,5 °С, что повышает уровень Мирового океана из-за таяния льдов за каждые 10 лет на 1—1,2 м. Известно, что подъем уровня Мирового океана на 6 м приведет к затоплению 1/6 суши Земли. Другим последствием парникового эффекта является рост опустынивания земель из-за интенсивного испарения влаги, содержащейся в почве. Уже сейчас 6 млн га земель ежегодно обращаются в пустыню.  
        С загрязнением атмосферы также связано ухудшение состояния озонового слоя, основная функция которого состоит в охране человека и природной среды Земли от губительного влияния ультрафиолетового излучения из Космоса. Под воздействием озоноразрушающих веществ — фреона, хлора, углерода, выделяемых холодильными установками, автомобилями, аэрозольными выбросами, — идет постепенное разрушение этого слоя. Известно, что в северных регионах европейского континента над плотнонаселенными территориями его толщина уменьшилась на 3%. Сокращение же озонового слоя на 1% ведет к росту онкологических заболеваний на 6%.

 

 

 

1.2. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).

 

Теплоэлектроцентраль - тепловая электростанция, вырабатывающая не только электрическую энергию, но и тепло, отпускаемое потребителям в виде пара и горячей воды. Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей, вращающих электрические генераторы, является характерной особенностью ТЭЦ и носит название теплофикация. Комбинированное производство энергии двух видов способствует более экономному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях (в СССР — ГРЭС) и тепловой энергии на местных котельных установках. Замена местных котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, централизованной системой теплоснабжения способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению санитарного состояния населённых мест. На ТЭЦ используют твёрдое, жидкое или газообразное топливо. Вследствие большей близости ТЭЦ к населённым местам на них шире (по сравнению с ГРЭС) используют более ценное, меньше загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами топливо — мазут и газ. Для защиты воздушного бассейна от загрязнения твёрдыми частицами используют (как и на ГРЭС) золоуловители (см. Газов очистка), для рассеивания в атмосфере твёрдых частиц, окислов серы и азота сооружают дымовые трубы высотой до 200—250 м. ТЭЦ, сооружаемые вблизи потребителей тепла, обычно отстоят от источников водоснабжения на значительном расстоянии. Поэтому на большинстве ТЭЦ применяют оборотную систему водоснабжения с искусственными охладителями — градирнями. Прямоточное водоснабжение на ТЭЦ встречается редко.

 

 

1.3. Диоксид серы (SO2).

 

Диоксид серы (IV) (оксид азота, двуокись серы, сернистый газ, сернистый ангидрид) — SO₂. В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички). Под давлением сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде с образованием нестойкой сернистой кислоты; растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры. Растворяется также в этаноле, серной кислоте. SO₂ — один из основных компонентов вулканических газов.

 

Физиологическое действие:

SO₂ очень токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом — насморк, кашель, охриплость, сильное першение в горле и своеобразный привкус в полости рта. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации — удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких.

При кратковременном вдыхании оказывает сильное раздражающее действие, вызывает кашель и першение в горле.

 

ПДК (предельно допустимая концентрация):

• в атмосферном воздухе максимально-разовая — 0,5 мг/м³,     среднесуточная — 0,05 мг/м³;
• в помещении (рабочая зона) — 10 мг/м³.

Воздействие на атмосферу:

Из-за образования в больших  количествах в качестве отходов диоксид серы считается одним из основных газов, загрязняющих атмосферу.

Наибольшую угрозу представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке металлов и производстве серной кислоты.

Антропогенное загрязнение серой  в два раза превышает природное. Серный ангидрид образуется при постепенном окислении сернистого ангидрида кислородом воздуха с участием света. Конечным продуктом реакции является аэрозоль серной кислоты в воздухе, раствор в дождевой воде (в облаках). Выпадая с осадками, она подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей, скрыто угнетающе воздействует на здоровье человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий чаще отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, oбразовавшимися в местах оседания капель серной кислоты, что доказывает присутствие её в окружающей среде в существенных количествах. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Предельно допустимая концентрация (ПДК).

 

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — норматив — количество вредного вещества в компонентах окружающей среды (воде, воздухе, почве), при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.). В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом. Исследования самого последнего времени привели к выводу об отсутствии нижних безопасных порогoв (а, следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных природных фонов опасно для живых организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.

ПДК для атмосферного воздуха. Приоритет разработки принципoв гигиенического нормирования допустимого содержания атмосферных загрязнений принадлежит отечественной школе под руководством В. А. Рязанова. В СССР первые ПДК для 10 наиболее распространенных загрязнителей (сернистый газ, взвешенные вещества, двуокись азота, окись углерода и др.) были утверждены Минздравом уже в 1951 г. К 1989 г. были установлены ПДК для 324 химических соединений при их изолированном действии и дана хaрактеристика комбинированного действия 49 смесей, включающих в себя 2, 3 и 4 вещества, а также более чем для 400 веществ ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Регламентирование допустимого содержания атмосферных загрязнений основано на представлении о наличии порогов в их действии, хотя сами пороговые величины являются относительными и зависят от многих причин, как физических (режима и длительности поступления, агрегатного состояния), так и биологических (физиологическое состояние организма, адекватности избранных показателей и т.д.). Прежде всего изучается рефлекторное действие вещества. Результаты этого изучения лежат в основе установления максимальных разовых ПДК — максимальных концентраций, отнесенных к 20— минутному периоду определения, не вызывающих при регламентированной вероятности их появления изменения рефлекторных реакций человека. Изучение резорбтивного (общетоксического, аллергенного, гонадотоксическoго, эмбриoтропного, мутагенного и т.п.) действия атмосферных загрязнений с целью установления ПДК длительного периода осреднения (среднесуточная, среднемесячная и среднегодовая ПДК) проводится на лабораторных животных в хроническом эксперименте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5. Санитарно-защитная зона.

Санитарно-защитная зона (проект СЗЗ) - зона разрыва между промышленными предприятиями и ближайшими жилыми или общественными зданиями.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - это территория, отделяющая предприятия, их отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, от жилой застройки, ландшафтно-рекреационной зоны, зоны отдыха, курорта. Санитарно-защитная зона является обязательным элементом любого объекта, который является источником воздействия на среду обитания и здоровье человека.

Санитарно-защитная зона - это особая функциональная зона, отделяющая предприятие от селитебной зоны либо от иных зон функционального использования территории с нормативно закрепленными повышенными требованиями к качеству окружающей среды.

Источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека (загрязнение атмосферного воздуха и неблагоприятное воздействие физических факторов) в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 являются объекты, для которых уровни создаваемого загрязнения за пределами прoмплoщaдки превышают ПДК и/или ПДУ и/или вклад в загрязнение жилых зон превышает 0,1 ПДК.