Контроль качества атмосферного воздуха

Практикум по курсу «Экология» и рекомендации к составлению раздела «Безопасность и экологичность проекта» пояснительной записки дипломного проекта для студентов всех специальностей

Новокузнецк

УДК 628.52/53

Рецензент:

Кафедра теплофизики и промышленной экологии СибГИУ (зав. кафедрой С.Г.Коротков).

Контроль качества атмосферного воздуха. Метод. указания / Сост.: Г.М. Кабанова СибГИУ, Новокузнецк 2013.

Работа включает оценку показателей качества атмосферного воздуха и методику расчета параметров выбросов вредных веществ.

Предназначены для проведения практических занятий по дисциплине «Экология» и дипломного проектирования студентов всех специальностей

1 Общие положения

Полностью отказаться от выбросов вредных веществ в атмосферу практически невозможно. Но так как многие вещества вредны или опасны для человека, животных и растений, то необходимо вводить обоснованное ограничение выбросов веществ в атмосферу. Состояние атмосферы оценивается показателями качества. Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения опубликовал для наиболее распространенных в атмосферном воздухе веществ перечень допустимых уровней загрязнения, осредненных за различные периоды: среднегодовые, среднесуточные, среднепериодические. Промышленные выбросы содержат вещества, сопутствующие технологическим процессам. Для учета и контроля их в России разработаны критерии (нормативы) качества воздуха. Основным показателем является критерий «предельно допустимая концентрация» (ПДК). Впервые показатель был учрежден в 1971 году для 120 веществ. Практически каждый год список пополняется, и сейчас определены ПДК для более 3000 загрязняющих веществ.

Разновидности ПДК:

– с экологической точки зрения:

ПДК представляет собой верхние пределы лимитирующих факторов среды, при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

– с гигиенической точки зрения:

ПДК - максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом

Для веществ, которые предприятия вынуждены выбрасывать в атмосферу, но на данный момент не имеющих ПДК, используют критерии ОБУВ (ориентировочные безопасные уровни воздействия).

ОБУВ - временный гигиенический норматив для загрязняющего атмосферу вещества, установленный расчетным методом для целей проектирования промышленных предприятий

Для атмосферного воздуха установлены виды ПДК: максимально-разовая и среднесуточная.

ПДК_м.р. – максимально-разовая, которая устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций человека при кратковременном воздействии (20 мин.)

ПДК_с.с. – среднесуточная оценивает общетоксическое, канцерогенное, мутагенное и др. влияния на организм человека.

Для организованных источников выбросов рассчитывается величина ПДВ, г/с, т/год. – количество загрязнителя от данного источника, которое можно выбрасывать в атмосферу при условии, что в совокупности с другими источниками в приземном слое формируются концентрации, не превышающие ПДК.

2 Перенос загрязнений в атмосфере

Атмосферный воздух нагревается неравномерно. Эти неравномерности служат причиной циркуляции атмосферы. Благодаря такой циркуляции происходит усреднение основного компонентного состава атмосферы и перенос водяного пара от океанов к континентам.

Кроме крупномасштабных воздушных течений в нижних слоях атмосферы возникают местные циркуляции - ветер.

Движение воздушных масс имеет турбулентный характер. Наряду со скоростью ветра (горизонтальное перемещение), возникают пульсации в вертикальной и продольной ветру направлениях. При математическом моделировании процессов переноса веществ в атмосфере принимают следующие обозначения: направления осей (Рис. 1): X (соответствует направлению ветра и параллельно поверхности), Y (перпендикулярно направлению ветра и параллельно поверхности земли), Z (перпендикулярно поверхности земли); турбулентные пульсации вдоль осей обозначают соответственно U, V, W.

Изменение концентрации i – го вещества определяется уравнением турбулентной диффузии:

, (1)

где С – концентрация вещества;

– время;

К_X, K_Y, K_Z –коэффициенты турбулентной диффузии по осям;

– коэффициент изменения концентрации за счет превращений; коэффициенты турбулентной диффу зии по осям.

Рисунок 1 – Направление осей координат при моделировании распространения вещества в атмосфере

Коэффициент турбулентной диффузии - это коэффициент пропорциональности между средним потоком примеси в атмосфере и градиентом ее осредненной концентрации.

При равенстве коэффициентов К_Х, К_У, К_Z наблюдается изотропная турбулентная диффузия.

Решение уравнения дает возможность рассчитать концентрацию загрязняющего вещества на различных расстояниях от места выпуска.

Для упрощения решения - вводят различные ограничения:

– считают процесс выпуска квазистационарным, т.е. ;

– пренебрегают процессом превращения веществ, т.е. ;

– считают, что распространение вещества в направлении, перпендикулярном направлению ветра незначительно, т.е. (К_У = 0).

Но даже такие упрощения не делают решение уравнения турбулентной диффузии достаточно простым. Поэтому на практике прибегают к различным способам упрощения процедуры моделирования распространения загрязняющего вещества в атмосферном воздухе при различных метеорологических условиях. Основной прием, который используется в России в настоящее время, это моделирование согласно методике, разработанной в Государственной геофизической обсерватории им. Воейкова в 1986 году, получившей название ОНД – 90^* (Общесоюзный нормативный документ). По этой методике математическая модель распространения вещества в турбулентной атмосфере представляется состоящей из трех подмоделей:

– первая - модель, описывающая распространение вещества от источника выбросов до расстояния, на котором достигается максимально возможная концентрация вещества (Х_MAX),

– вторая - в диапазоне расстояний от Х_MAX, до 8Х_MAX;

– третья - на расстоянии свыше 8Х_MAX;

Дата добавления: 2015-07-19