Расчет концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, содержащихся в выбросах предприятия по шинному производству

Введение

Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями.

В настоящее время объемы и скорость выбросов превосходят возможности окружающей среды. Так в атмосферу Земли в результате человеческой деятельности ежегодно выбрасывается 156 млн т сернистого газа, 60 млн т оксидов азота. В промышленных районах городов эти цифры намного выше.

Основными загрязнителя атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, сжигающие твердые и жидкие топлива, а также предприятия, относящиеся к химической и ядерной энергетике. Помимо них огромный вклад в загрязнения вносит быстро растущее количество автотранспорта.

Основными усилиями направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На предприятиях устанавливаются 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 се исходные материалы и любые отходы производства. Но это также мало где находит применение, так как это достаточно дорого с точки зрения экономики предприятия.

Борьба за чистый воздух на промышленных площадках должна начинаться на стадии проектирования промышленных объектов, технологических процессов, машин и оборудования. При этом для обеспечения высоких гигиенических требований к составу воздуха проектировщики должны использовать последние достижения науки и практики в области аэрации промышленных площадок и примыкающим к ним жилых застроек, рассеяния выделяемых промышленными предприятиями вредных веществ на застроенных территориях, анализа климатических данных, рельефа местности и фоновых загрязнений атмосферы в районе предлагаемого строительства предприятия. Именно поэтому действующие «Санитарные нормы проектирования предприятий» СН 245 – 71 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 районов и сельскохозяйственных угодий; обосновать рациональное расположение производственных корпусов на промышленной площадке, при котором максимально используются возможности естественного проветривания; установить требования к технологическим процессам и оборудованию в отношении сокращения выбросов; оценить требуемую эффективность очистных устройств; определить оптимальное расположение источников примесей и высоты их выбросов, а так же зоны с наиболее чистым воздухом, в которых следует размещать воздухозаборные устройства приточной вентиляции, и решать ряд других практических задач.

Для расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов, выбрасываемых при работе предприятий вредных веществ, используют «Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86.

1. Места образования отходов производства

При работе промышленного предприятия на разных этапах технологического процесса образуются различного рода загрязняющие вещества: выхлопные газы от автотранспорта; пыль, образующаяся при разгрузке и внутризаводской транспортировки сырья; примеси, образованные при очистке сырья, дымовые газы и т.д.

На предприятии расположен бункер промежуточного запаса сырья. Процессы хранения неразрывно связаны с образованием и выделением пыли. В атмосферу обычно поступает пыль, размер частиц которой не менее 10 мкм. Крупные частицы или сразу попадают в почву, или оседают из воздуха через непродолжительное время. Вынос в атмосферу мельчайших частиц пыли в свободном состоянии в виде аэрозолей загрязняется воздушное пространство главным образом вблизи предприятий и непродолжительное время, но приносит определенный ущерб народному хозяйству.

Пыль, оседая на землю, поверхность водоемов, зданий, сооружений, выступает в основной своей роли – источника загрязнений почвы и водоемов, что предопределяет накопление вредных веществ до и выше предельно допустимых концентраций.

Все сырье, а также рабочие на территорию завода завозятся автомобильным транспортом, который является движущим источником загрязнения. Автомобильные газы представляют собой чрезвычайно сложную, недостаточно изученную смесь токсичных компонентов, основными из которых являются оксид углерода, диоксид азота, альдегиды, углеводороды.

Загрязняющиеся вещества, образующиеся в процессе тепловой обработки керамических изделий, разделяют по следующим признакам:

– образование пыли при работе технологического оборудования, систем транспортировки и дозирования;

– вещества при работе ёмкостной аппаратуры (смесителей, реакторов и т.п.), а так же при использовании жидкостей непосредственно в технологических процессах.

На предприятии вода в основном используется дляхозяйственно-бытовых нужд, для этого устанавливается хозяйственно-питьевое водоснабжение, которое должно обеспечивать подачу доброкачественной воды для хозяйственно-бытового потребления.

При этом изготовлении может использоваться большое количество различных каучуков и ингредиентов, таких как растворители. Отсюда следует, что технологические операции при производстве шинного производства сопровождаются выбросами как аэрозолей, так и газообразных загрязнений. Когда происходит операция нагрева каучуков, в помещении цеха выделяется стирол, изопрен, СО. Процесс вулканизации сопровождается выделением газообразных загрязнений, в том числе особо токсичные. Кроме того при производстве шин происходит потребление тепловой энергии, которая чаще получается при работе котельных установок в дымовую трубу, которая транспортирует SО2, СО, NOx, CxHy. Исходный материал для получения шин является синтетические каучуки.

2. Организованные выбросы предприятия

Организованные выбросы рассчитываются согласно сборнику методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами

Сборник состоит из методик и рекомендаций по расчету количества загрязняющих веществ (пыли, сернистого газа, оксидов серы, азота, углерода, углеводородов и др.), выбрасываемых в атмосферу различными производствами.

2.1 Расчёт загрязнения при образовании пыли

Количество пыли (г/ч), переходящей во взвешенное состояние при работе технологического оборудования, систем транспортировки и дозирования, определяется в зависимости от общих установленных технологических норм потерь перерабатываемого продукта с учетом степени его пыления и коэффициента местных потерь по формуле:

q = DK_нпК_пК_опК_мп…

где D – производительность оборудования (г/ч) К_мп – коэффициент нормируемых технологических потерь; К_п– коэффициент, учитывающий степень пыления продуктов, К_оп – коэффициент операционных потерь, К_мп – коэффициент местных потерь.

Коэффициент нормируемых технологических потерь К_нп принимается в соответствии с отраслевыми нормативами технологических отходов и потерь сырья, материалов и полуфабрикатов, применяемых в производстве.

Коэффициент К_п, учитывающий степень пыления продуктов, принимается равным: для гранулированных веществ – 0,1; для сыпучих с насыпной массой до 0,5 кг/л – 0,5; для сыпучих с насыпной массой более 0,5 кг/л – 0,2; для тонкодисперсных фракций пыли (до 350 мкм) – 1,0.

Коэффициент операционных потерь К_оп при транспортировке, хранении и обработке (сушке, просевке, развеске) сыпучих материалов принимается в соответствии с «Методикой категорирования производств нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности», утвержденной Миннефтехимпромом СССР 8 января 1976 г.

Коэффициент операционных потерь К_оп надлежит принимать (в% от нормативного значения потерь): потери при сушке – 10%; потери при просеве – 40%; потери при ручной развеске и растаривании – 20%; потери при транспортировке – 15%; потери при хранении – 15%.

Коэффициент местных потерь К_мп определяется характером работы оборудования и его конструктивными особенностями. Этот коэффициент определяется эмпирически, исходя из опыта эксплуатации аналогичного оборудования в производственных условиях. Сумма коэффициентов местных потерь от различного оборудования технологического процесса переработки сыпучих материалов должна быть равна единице.

Данные для расчета приведены в таблице №1

Таблица 2.1 – Производительность оборудования.

Рассчитываем и мы получаем следующие данные, приведённые в таблице №2

Таблица 2.2 – Количество пыли, выделяющейся в подготовительных цехах

2.2 Расчёт выделение паров загрязняющих веществ

При работе различной емкости аппаратуры (смесителей, реакторов и т.п.), а также при использовании жидкостей непосредственно в технологических процессах (например, при очистке резиновых поверхностей бензином, нанесении клеев и т.п.) происходит выделение паров вредных веществ, количество которых рассчитывается по формуле:

П= vFф

где F – площадь испарения (м²);

ф – время испарения (с);

v – скорость испарения (г/(см²)), которая определяется по формуле:

Здесь М_п – молекулярная масса пара жидкости (г/моль); D_t – коэффициент диффузии при температуре воздуха t (см²/с):

где t – температура воздуха в помещении (^оС);

V_t – объем, который занимает 1 моль пара жидкости при температуре воздуха t (см³/моль);

V_t = V_o (1 + бt),

где V_o = 2243 см³/г, б = 0,00267;

Р_п – давление пара над жидкостью при температуре, равной средней арифметической температуре жидкости в аппарате и воздушной среде (гПа); з – коэффициент перехода от свободного испарения и испарению жидкости в движущемся воздушном потоке. Значения коэффициента з в зависимости от расчетной скорости движения воздуха в зоне испарения принимаются по таблице 2.3

Таблица 2.3 – Значение коэффициента h

В случае испарения жидкостей с поверхностей при толщине слоя менее 1 мм количество паров можно определять исходя из норм расхода наносимого продукта, считая, что все летучие фракции смеси выделяются в объем помещения.

Удельные показатели. Для расчета выбросов загрязняющих веществ при различных технологических процессах рассматриваемых производств (при работе разного оборудования разной производительности) используются данные о количестве веществ, выделяющихся в единицу времени, на единицу площади или единицу продукции.

Удельные показатели выделения загрязняющих веществ и исходные данные для расчётов приведены в табл. 4 – 6.

Таблица 2.4 – Выделение загрязняющих веществ на участке приготовления пропиточных составов

Таблица 2.5 – Количество загрязняющих веществ (г/м²), выделяющихся при работе пропиточных агрегатов

Таблица 2.6 – Выделение паров бензина на клеевом и клеераздаточном участке производства

Рассчитанное количество загрязняющих веществ на различных участках производства приведены в таблицах 7–9.

Таблица 2.7 – Рассчитанное выделение загрязняющих веществ на участке приготовления пропиточных составов

Таблица 2.8 – Рассчитанное выделение паров бензина на клеевом и клеераздаточном участке производства

2.3 Расчёт выбросов от вулканизационной камеры

В многопозиционном вулканизаторе покрышка формуется и вулканизуется в особом вулканизационном элементе, состоящем из паровой камеры и узла управления диафрагмой. Здесь паровая камера (котел) воспринимает не только давление греющего пара, но и распорное усилие со стороны пресс–формы, поэтому она выполнена в виде литой массивной конструкции. Замыкание верхней и нижней частей котла производится с помощью байонетного кольца. Половины форм вмонтированы в части котла и составляют с ними как бы единое целое.

Механизм управления диафрагмой подобен механизму управления диафрагмой в обычном форматоре–вулканизаторе.

Отрыв покрышки от формы после вулканизации производится с помощью особого привода, размещенного ниже механизма управления диафрагмой.

Вулканизатор представляет собой агрегат из смонтированных попарно в линию вулканизационных элементов, над которыми по особым направляющим перемещается перезарядчик. На перезарядчике смонтированы механизм поворота байонетного кольца и съема верхней части вулканизационного котла, патроны – загрузчики, механизм съема вулканизованной – покрышки. Перезарядка котлов производится следующим образом.

Сырые покрышки снимаются механизмом с подвесок цепного конвейера и сбрасываются на патроны-загрузчики. Перезарядчик останавливается над вулканизационными элементами, его ключ открывает байонетные затворы. При повороте ключей производится соединение верхних частей котлов с ключами. Кривошипно–шатунный механизм поднимает траверсу, на которой смонтированы ключи, и вместе с ними – верхние половины паровых камер с полуформами. После этого перезарядчик смещается по направляющим и освобождает пространство над вулканизационными элементами. Механизм отрыва покрышек от пресс – формы включается в работу, покрышки приподнимаются и при помощи механизма сброса скатываются на отборочный ленточный транспортер, расположенный внизу около вулканизационных элементов. Затем с помощью патронов – загрузчиков в освободившиеся формы закладываются сырые покрышки, перезарядчик смещается в исходное положение, опускает верхние части паровых котлов и форм, совершается процесс формования. После этого с помощью ключей осуществляется замыкание паровой камеры и перезарядчик передвигается к соседней паре вулканизационных элементов

П= vFф

где F – площадь испарения (м²);

ф – время испарения (с);

v – скорость испарения (г/(см²)), которая определяется по формуле:

Здесь М_п – молекулярная масса пара жидкости (г/моль); D_t – коэффициент диффузии при температуре воздуха t (см²/с):

где t – температура воздуха в помещении (^оС);

V_t – объем, который занимает 1 моль пара жидкости при температуре воздуха t (см³/моль);

V_t = V_o (1 + бt),

где V_o = 2243 см³/г, б = 0,00267;

Р_п – давление пара над жидкостью при температуре, равной средней арифметической температуре жидкости в аппарате и воздушной среде (гПа); з – коэффициент перехода от свободного испарения и испарению жидкости в движущемся воздушном потоке. Значения коэффициента з в зависимости от расчетной скорости движения воздуха в зоне испарения принимаются по таблице 2.3

Расчёт выброса диоксида серы.

П= 8,325∙0,3612∙4=12,028 г./с

Расчёт выбросов окиси азота

П= 6,900∙0,3612∙4=9,969 г./с

Расчёт выбросов оксида углерода

П= 5,505∙0,3612∙2=3,976 г./с

Расчёт выбросов углеводорода

П= 6,072∙0,3612∙3=6,580 г./с

3. Расчёт выбросов от не организованных источников

Источником не организованных выбросов являются: автопогрузчики и автотранспорт.

Автопогрузчики предназначены на данном предприятии для перемещения материала для производства продукции и загрузки в железнодорожный состав готового. Работают автопогрузчики на дизельном топливе и выбрасывают в атмосферу загрязняющие вещества: углерода оксид, оксиды азота, углеводороды, бенз(а)пирен, альдегиды, серы диоксид.

К наиболее токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются: углеводороды, углерода оксид, альдегиды.

Углерода оксид – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется в камере сгорания двигателя при работе.

Оксид азота – бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. При нагревании разлагается на азот и кислород. При высоких концентрациях N2O возбуждает нервную систему («веселящий газ»). Самый токсичный газ из отработавших газов.

Серы диоксид – образуется при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания, получаемого из сернистой нефти эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

Из загрязняющих веществ воздействующих на окружающую среду от железнодорожного транспорта, следует выделить как наиболее масштабные: оксиды азота, серы, углерода, газообразные углеводороды и твердые частицы.

Крупные пылевидные частицы (размером более 5–10 мкм) приводят к загрязнению зданий и других поверхностей. Мелкие взвешенные в воздухе частицы уменьшают видимость, проникают в дыхательные пути человека, вызывая различные заболевания. В результате эти частицы, осаждаясь в легких, вносят в организм канцерогены в адсорбированном состоянии, что приводит к усвоению их организмом человека и возникновению злокачественных опухолей и других болезней.

3.1 Расчет выбросов загрязнения от автотранспорта

3.1.1 Расчет загрязнений от автопогрузчика

Расчет выбросов загрязнения от автопогрузчиков при движении по складу готовой продукции

Используется «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники», 1998 г., стр. 5.

Расчет выбросов загрязняющих веществ выполняется для четырёх загрязняющих веществ: оксидов углерода (СО), углеводородов (СН), диоксидов азота (NO₂), диоксидов серы (SO₂).

Расчёт валовых выбросов от автопогрузчика при прогреве двигателя, работе на холостом ходу и маневрировании по складу предприятия производится по формуле:

, (3.1)

где - выбросы загрязняющих веществ при въезде и выезде с территории площадки

т (3.2)

т (3.3)

где – удельный выброс i-го вещества пусковым двигателем, г/мин;

- удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя машины;

- удельный выброс i-го вещества при движении машины по территории предприятия с условно постоянной скоростью, г/мин;

– удельный выброс i-го вещества при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

- время работы пускового двигателя и прогрева двигателя, (1,5 мин, 1 мин.);

,- время движения машины по территории при выезде и возврате, (5 мин);

,- время работы двигателя на холостом ходу при выезде и возврате, (1 мин.).

- суммарное количество дней работы техники данного типа в расчётный период года

, (3.4)

где - количество рабочих дней в расчётном периоде;

- среднее количество техники, ежедневно выходящих на линию.

Количество рабочих дней в расчётном периоде зависит от режима работы предприятия и длительности периодов со средней температурой ниже , от до , выше .

Значения , , , приведены в таблице 3.1. Приведенные в таблице данные получены на основе статистической обработки результатов фактических измерений выбросов дизельных двигателей, учитывают температурные условия, характеризующие различные времена года.

Таблица 3.1 – Удельные выбросы загрязняющих веществ от автопогрузчика

Определим - суммарное количество дней работы техники данного типа в расчётный период года по формуле (3.4):

Летний период

Холодный период

Рассчитаем - выбросы загрязняющих веществ (т) по формулам (3.2), (3.3):

1. Летний период

2. Холодный период

Произведем расчёт валовых выбросов загрязняющих веществ (т/г) по формуле (3.1):

.

2) Расчет выбросов от автопогрузчиков при движении по территории используется «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники», 1998 г., стр. 5.

Расчёт валовых выбросов от автопогрузчика при прогреве двигателя, работе на холостом ходу и маневрировании по территории предприятия для въезда (выезда) производится по формуле (3.1).

Значения , , , приведены в таблице 3.2. Приведенные в таблице данные получены на основе статистической обработки результатов фактических измерений выбросов дизельных двигателей, учитывают температурные условия, характеризующие различные времена года.

Таблица 3.2 – Удельные выбросы загрязняющих веществ от автопогрузчика

Суммарное количество дней работы техники данного типа в расчётный период года находим по формуле (3.4):

1. Летний период

2. Холодный период

Выбросы загрязняющих веществ при въезде и выезде с территории площадки (т.) рассчитаем по формулам (3.2), (3.3):

Летний период

Холодный период

.

Расчёт валовых выбросов загрязняющих веществ (т/г)

.

3.1.2 Расчет загрязнений от автомобильного транспорта

Расчет осуществляется по «Методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий» (Расчет выброса загрязняющих веществ от стоянок автомобилей).

Расчет выбросов загрязняющих веществ выполняется для шести загрязняющих веществ: оксида углерода – СО, углеводородов – СН, оксидов азота – NО_x, в пересчете на диоксид азота NО₂, твердых частиц – С, соединений серы, в пересчете на диоксид серы SO₂ и соединений свинца – Рb. Так как данные автомобили имеют дизельный тип двигателя, то расчет выбросов соединений свинца не рассчитывается.

Выбросы i-го вещества одним автомобилемкаждой группы в день при выезде с территории или помещения стоянки и возврате рассчитываются по формулам:

где – удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля, г/мин;

– пробеговый выброс i-го вещества, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

– удельный выброс i-го вещества при работе двигателя автомобиля на холостом ходу, г/мин;

t_np– время прогрева двигателя, мин;

L₁, L₂ – пробег автомобиля по территории стоянки, км;

– время работы двигателя на холостом ходу при выезде с территории стоянки и возврате на неё (мин).

Автомобиль КАМАЗ 43114:

Выбросы СО

Теплый период:

1,34 – удельный выброс СО при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 4 – время прогрева двигателя в теплый период, мин; 4,9 – пробеговый выброс СО, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км; 0,4 – пробег автомобиля по территории стоянки, км; 0,84 – удельный выброс СО при работе двигателя на холостом ходу, г/мин; 2 – время работы двигателя на холостом ходу при выезде с территории стоянки и возврате на неё, мин.

Холодный период:

2 – удельный выброс СО при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 30 – время прогрева двигателя в холодный период, мин; 5,9 – пробеговый выброс СО, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

Переходный период:

64,04 и 4,04 – выбросы СО в день при выезде и въезде в холодный период, г; 0,9 – переводной коэффициент для переходного периода.

Выбросы СН

Теплый период:

0,59 – удельный выброс СН при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,7 – пробеговый выброс СН, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км; 0,42 – удельный выброс СН при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

Холодный период:

0,71 – удельный выброс СН при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,8 – пробеговый выброс СН, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

Переходный период:

22,46 и 1,16 – выбросы СН в день при выезде и въезде в холодный период, г;

Выбросы NО_x

Теплый период:

0,51 удельный выброс NО_x при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 3,4 – пробеговый выброс NО_x, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км; 0,46 удельный выброс NО_x при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

Холодный период:

0,77 удельный выброс NО_x при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 3,4 – пробеговый выброс NО_x, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

Переходный период: в переходный период выбросы NО_xравны выбросам в холодный период.

Выбросы С

Теплый период:

0,019 – удельный выброс С при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,20 пробеговый выброс С, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км; 0,019 – удельный выброс С при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

Холодный период:

0,038 удельный выброс С при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,30 пробеговый выброс С, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

Переходный период:

1,298 и 0,1422 – выбросы С в день при выезде и въезде в холодный период, г;

Выбросы SO₂

Теплый период:

0,100 – удельный выброс SO₂ при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,475 – пробеговый выброс SO₂, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км; 0,100 – удельный выброс SO₂ при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

Холодный период:

0,120 – удельный выброс SO₂ при прогреве двигателя автомобиля, г/мин; 0,590 – пробеговый выброс SO₂, автомобилем при движении со скоростью 10–20 км/час, г/км;

Переходный период:

4,036 и 0,436 – выбросы SO2 в день при выезде и въезде в холодный период, г;

4. Расчет рассеивания от организованных источников

отход производство выброс расчет

Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере производится по специальной методике – ОНД – 86. Общероссийский нормативный документ базируется на численных и аналитических решениях основного уравнения турбулентной диффузии примеси.

ОНД – 86 устанавливает требования в части расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе при размещении и проектировании предприятий, нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий, а также при проектировании воздухозаборных сооружений.

Предназначен для ведомств и организаций, осуществляющих разработки по разрешению, проектированию и строительству промышленных предприятий, нормированию вредных выбросов в атмосферу, экспертизе и согласованию атмосфероохранных мероприятий.

Данная методика является нормативной. С её помощью можно сделать расчет рассеивания примесей от любых стационарных источников выбросов промышленного объекта.

Методика расчета концентраций действует при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий. Также следует отметить, что данная методика предназначена для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распределения концентраций.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным (особо опасным) метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.

Источник рассеивания загрязняющих веществ является одиночным, выброс в атмосферу осуществляется посредством вентиляционной шахты. Расчётами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20–30-минутному интервалу осреднения. При расчёте приземных концентраций учитываются метеорологические условия и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосферу города Красноярска.

4.1 Расчет максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ

Определим максимальное значение приземной концентрации загрязняющих веществ , мг/ м³, при выбросе газо-воздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем и расстоянием , на котором она достигается при неблагоприятных метеорологических условиях.

Источником, загрязняющим атмосферу, является дымовая труба предприятия.

Источник имеет следующие параметры: высота =19 м, диаметр устья=1,6 м, скорость выхода газовоздушной смеси из устья = 15 м/с, температура =129 . Местность ровная.

В окружающую природную среду поступают следующие загрязняющие вещества, в соответствии с таблицей 1.

Таблица 4.1 – Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени

Максимальная приземная концентрация вредных веществ для выброса газо-воздушной смеси из одиночного (точечного) источника с прямоугольны устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии (м) от источника должна определяться по формуле

где - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе;

- количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

и - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот не превышающим 50 м на 1 км,= 1;

- высота источника выброса над уровнем земли, м;

- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха , ;

- эффективный объем газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле

где - диаметр устья источника выброса, м;

- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с;

Значение коэффициента , соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при котором концентрация вредных веществ максимальна, принимается равной 200 – для Европейской, территории Российской Федерации: для районов РФ южнее с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории РФ: для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии, а, в частности, для города Красноярска, где расположено рассматриваемое предприятие асбестотехнических изделий/3/.

Величины и должны определяться расчетом в технологической части проекта или приниматься в соответствии с действующими для данного производства нормативами.

Величину следует относить к 20 – 30 – минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 минут.

При наличии очистки выбросов от вредных веществ значение величины должно приниматься по содержанию вредных веществ в газо-воздушной смеси после очистных устройств.

В расчете должны приниматься наиболее неблагоприятные сочетания и , реально наблюдавшиеся в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия.

При использовании сырья с различным содержанием выбрасываемых в атмосферу вредных веществ в расчетах следует принимать наибольшие количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

При определении необходимой степени очистки выбросов от вредных веществ должны приниматься реальные значения коэффициента полезного действия очистных устройств при установленных условиях их эксплуатации.

Величину () следует определять, принимая температуру окружающего атмосферного воздуха по средней температуре наружного воздуха в 13 ч. наиболее жаркого месяца года по главе СНиП «Строительная климатология и геофизика», а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси - по действующим для данного производства технологическим нормативам. Для города Красноярска средняя температура наиболее жаркого месяца составляет 24,4⁰С.

Значения безразмерного коэффициента принимаются исходя из технологических нормативов:

а) для вредных газообразных веществ (оксидов серы, окислов азота, фтористого водорода, оксидов углерода, углеводородов, скорость упорядоченного оседания, которых практически равна нулю)= 1;

б) для асбестосодержащей пыли (средний эксплуатационный коэффициент очистки равен 97%)=3.

Значения коэффициентов и определяются в зависимости от параметров , , и :

.

Безразмерный коэффициент определяется в зависимости от параметра по формуле

при f<100

Значение безразмерного коэффициента определяется в зависимости от параметра при условии, что <100. Так как , то значение =1.

Определим значение приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере , мг/м³

а) для диоксида серы

б) для окислов азота

в) для оксида углерода

д) для углеводорода

4.2 Расчет расстояния от источника выброса, где наблюдается максимальная приземная концентрация

Расстояние (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения определяется по формуле

где d – безразмерный коэффициент, который при <100 находится по формуле

,

Найдем расстояние (м) для газообразных выбросов (,,,)

4.3 Расчет приземной концентрации вредных веществ в атмосфере на различных расстояниях от источника выброса

Расчет приземных концентраций вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса должны определяться по формуле

где - безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от отношения / по формулам

при 1

при 1<8

при >8 и >1,5 .

Найдем приземную концентрацию вредных веществ на расстоянии 50, 100, 200, 400, 450 и 500 метров от источника выброса, мг/м³

а) для диоксида серы

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

б) для окислов азота

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

в) для оксида углерода

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

г) для углеводорода

м

;

м

;

м

;

м

;

м

;

м

4.4 Расчет рассеивания вредных выбросов с учетом суммирования вредного действия нескольких ингредиентов

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких () веществ, обладающих в соответствии с перечнем, утвержденным Министерством Здравоохранения РФ, суммацией вредного действия, для каждой группы веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация или значения концентраций вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводятся условно к значению концентрации одного из них.

Безразмерная концентрация определяется по формуле

где - расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м³;

- соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Сумма концентраций вредных веществ, обладающих свойствами суммирования вредного воздействия, не должна превышать единицы при расчете по формуле

По данным выброса загрязняющих веществ от шинного предприятия эффектом суммирования вредного воздействия обладают следующие сочетания вредных веществ:

– диоксид серы и окислы азота;

– диоксид серы и оксид углерода

Найдем безразмерную концентрацию

4.5 Фоновая концентрация вредных веществ в атмосфере и учет ее в расчете рассеивания выбросов

В случае наличия совокупности источников выброса вклады этих источников (или их части) могут учитываться в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации (мг/м³), которая для отдельного источника выброса характеризует загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный.

Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения (20 – 30 минут), что и максимальная разовая ПДК.

Сумма расчетной и фоновой концентраций для каждого вредного вещества в атмосфере не должна превышать установленной для нее ПДК.

Если отмечается значительное превышение фонового загрязнения атмосферы над установленной для данного вредного вещества ПДК, то строительство новых объектов и предприятия с выбросами тех же вредных веществ допустимо только при обосновании возможности снижения выбросов вредных веществ в атмосферу на существующих предприятиях и объектах.

Фоновая концентрация (мг/м³), рассчитывается по формуле

,

Рассчитаем фоновую концентрацию для загрязняющих веществ данного производства

а) диоксида серы

;

б) окислов азота

;

в) оксида углерода

;

г) углеводорода

;

С учетом полученных данных найдем суммарную концентрацию вредных веществ по формуле

,

тогда суммарная концентрация (мг/м³) будет составлять для:

а) диоксида серы

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

б) окислов азота

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

в) оксида углерода

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

г) углеводорода

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

Полученные данные занесем в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Зависимость распределения концентрации ЗВ на расстоянии от источника выброса

4.6 Расчет приземной концентрации ЗВ в долях ПДК

Концентрация загрязняющих веществ , доли ПДК, рассчитывается по формуле

,

где - фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³;

– максимальная приземная концентрация вредного вещества, мг/м³.

Найдем приземную концентрацию вредных веществ , доли ПДК

а) диоксида серы

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

б) окислов азота

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

при м

;

в) оксида углерода

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

при м

;

г) углеводорода

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

;

при м

Согласно полученным данным составим таблицу 4.3.

Таблица 4.3 – Зависимость распространения приземной концентрации ЗВ на расстоянии от источника выброса

Как итог, составим сравнительную таблицу для вредных веществ от рассматриваемого предприятия.

В таблице 4.4 указано сравнение полученных значений концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы с предельно-допустимыми (ПДК).

Таблица 4.4 Сравнительная характеристика концентраций ЗВ с ПДК

4.7 Определение границ санитарно-защитной зоны

Предприятия, их отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ, а также источниками повышенных уровней шума, вибрации, ультразвука следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами.

Размеры санитарно-защитной зоны устанавливаются для каждого предприятия с учетом санитарных норм при проектировании этого объекта и обязательно проверяются расчетом загрязнения атмосферы с учетом требований ОНД. Выполняя подобный расчет, необходимо учитывать:

1) перспективы развития предприятия;

2) фактическое загрязнение окружающего воздуха.

С учетом предусматриваемых мер по уменьшению неблагоприятного влияния на окружающую среду и с учетом настоящих норм в соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов, установлен следующий размер санитарно-защитной зоны для шинного предприятия (III класс) – 300 метров.

Полученные границы санитарно – защитной зоны должны уточняться по различным направлениям ветрового потока, то есть с учетом среднегодовой розы ветров района расположения предприятия по формуле

где - размер санитарно – защитной зоны в метрах;

- расчетный размер участка местности в данном направлении, где концентрация вредных веществ с учетом фоновой превышает ПДК, м;

- среднегодовая повторяемость направления ветра рассмотренного ромба, %;

- повторяемость направлений ветра одного ромба при круговой розе ветров, %.

При восьмиромбовой розе ветров находится исходя из соотношения

%.

Среднегодовая повторяемость ветров на исследуемой территории имеет максимальное значение для юго-западного ветра, =41%.

Максимальная приземная концентрация ЗВ с учетом фона в интервале расстояний от источников выбросов 400 метров (эти данные были рассчитаны). Получим расчетный размер участка местности в данном направлении =400 м.

Рассчитаем размеры санитарно – защитной зоны для рассматриваемого шинного предприятия

.

Расчет показал, что для предприятия санитарно-защитная зона рассчитана не правильно.

Вывод

Для правильного выбора технической политики в данной производственной области необходимо объективно изучить современное состояние вопроса, предысторию и тенденции его решения, а также учитывать требования сегодняшнего дня и в первую очередь – технологические аспекты состояния окружающей среды.

Чтобы правильно и своевременно оценить преимущества тех или иных производственных и технологических процессов в отношении загрязнения воздушной среды, вызванного недостатками проектных решений и эксплуатации оборудования, а также оценить эффективность предпринятых мер, решающее значение имеет разработка оптимальных параметров и режимов вентиляции данного вида производства.

Важной практической проблемой, стоящей перед вентиляцией, является эффективная борьба с вредными примесями (витающая пыль, тепло и вредные ядовитые газы), выделяющимися в атмосферу цеха. В этом отношении к недостаточно разрешенным вопросам нужно отнести аспирацию мест перепада материалов, воздухообмен в укрытиях, закономерность движения воздушных потоков внутри их, взаимодействие этих воздушных потоков в связи с движением отдельных частей оборудования и материала.

Технологический процесс на шинном заводе сопровождается образованием и выделением в атмосферу цеха значительного количества пылегазовых вредностей, таких как бензин, аммиак, формальдегиды, фенолы, твёрдые вещества (пыль технического углерода, пыль сажи белой, пыль серы) которые ухудшают санитарно – гигиенические условия на рабочих местах, снижая тем самым производительность и труд. Удаление этих веществ из атмосферы цеха производиться по вентиляционным шахтам.

Так же на заводе производятся выбросы оксида углерода, диоксида серы, сероводорода, окиси азота. Эти выбросы выделяются в атмосферу через дымовую трубу, и исходя из полученных данных можно сделать вывод о соотношении максимальных приземных концентраций и ПДК вредных веществ. Эти значения не соответствует условию. Учитывая результаты расчёта нужно принять немедленные меры по уменьшению выбросов диоксида серы (SO2), окиси азота (NOx), сероводорода (СхНу) от установленной на предприятии вулканизационной камеры.

Список литературы

1. Кулагина Т.А. Теоретические основы защиты окружающей среды: Учеб. Пособие/Т.А. Кулагина. 2-е изд., перераб. и доп. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003–332 с.

2. «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на предприятиях железнодорожного транспорта», 1992 – 100 с.

3. «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники», 1988.

4. «Методика расчета выбросов от неорганизованных источников», Новороссийск, 1989 г., стр. 3.

5. «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86», Ленинградгидрометеоиздат, 1986.

6. «Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух», С-П, «Интеграл», 2005.

7. Стандарт предприятия: Общие требования к оформлению текстовых и графических студенческих работ./под. ред. Т.В. Сильченко; Кранояр. гос. техн. ун-т. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. – 58 с.

8. «Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами» – Ленинград, Гидрометиздат, 1986–161 с.