Оценка состояния атмосферного воздуха в районе Севера
Оценка
состояния атмосферного воздуха в районе Севера
Задание
Провести оценку состояния атмосферного воздуха
окружающей среды в районе Севера
Изучить экологический аудит и его виды.
По исходным данным рассчитать приземную
концентрацию загрязняющего вещества (ЗВ) оксида азота (NO2),
создаваемую источником загрязнения атмосферы (ИЗА), найти ее удаление от ИЗА Хм
и концентрации ЗВ по оси факела выбросов и перпендикулярно ей для точек,
отстоящих от ИЗА на удалении Хм/2, 3Хм, 6Хм.
По результатам расчетов построить требуемые
профили приземных концентраций, определяющих длину зоны загрязнения,
превышающую среднесуточную ПДК.
Исходные данные
Источник загрязнения атмосферы имеет одну
дымовую трубу высотой Н = 90м; экологический
аудит загрязняющий атмосфера
диаметр устья трубы D
= 2,5 м;
разница температур выбросов и окружающего
атмосферного воздуха ∆Т = 190 оС;
масса загрязняющего вещества М = 260 г/с.
Содержание
Введение
1. Расчет
рассеивания загрязняющих веществ
2. Расчет
циклона
Заключение
Список использованных источников
Введение
Мониторинг - это система выполняемых по заданной
программе регулярных, комплексных, долгосрочных наблюдений за состоянием
окружающей среды и ее загрязнением, происходящими природными явлениями, а также
оценка и прогноз последующих изменений.
Экологический мониторинг - информационная
система наблюдений оценки и прогноза изменения состояния природной среды для
выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных
процессов.
Цель курсового проекта - произвести расчеты
загрязняющих веществ в атмосфере, изучить экологический аудит и его виды,
произвести оценку состояния атмосферного воздуха в районе Севера.
1. Расчет
рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере
Расход газовоздушной смеси V,
м3/с, определяется по формуле
, (1)
где D
- диаметр устья трубы, м;
Wo
- скорость выхода газовоздушной смеси, м/с.
Принимаем D
= 2,5 м.
Подставляя эти значения в формулу (1), получим
.
Безразмерные параметры f,
Vм,
m, n,
d, определяются по
формуле
, (2)
где H
- высота дымовой трубы, м;
∆Т - разница температур выбросов и
окружающего атмосферного воздуха, оС.
Принимаем D
= 2,5 м; Н =90 м; ∆Т = 190 оС.
Подставляя эти значения в формулу (2), получим
.
, (3)
Принимаем V
= 4,906 м3/с; ∆Т = 190 оС; Н = 90 м.
Подставляя эти значения в формулу (3), получим
.
при f
< 100, (4)
Принимаем f
= 0,00162.
Подставляя это значение в формулу (4), получим
.
при f
< 100 и Vм <
2, (5а)
при f
< 100 и Vм
≥ 2,(5б)
В нашем случае воспользуемся формулой (5б), так
как 0,00162 < 100 и 4,906 ≥ 2. Значит .
при f
< 100 и Vм
≤ 2,(6а)
при f
< 100 и Vм
> 2,(6б)
Принимаем Vм
= 1,42; f = 0,00162
Подставляя эти значения в формулу (6а), получим
.
Опасная скорость ветра (при которой достигается
максимальная приземная концентрация) Uм,
м/с, определяется по формуле
при f
< 100 и Vм
≤ 2,(7а)
при f
< 100 и Vм
> 2,(7б)
Принимаем Vм
= 1,42; f = 0,00162.
Подставляя эти значения в формулу (7а), получим
=1,42
Максимальная концентрация загрязняющего вещества
См, мг/м3, определяется по формуле
,(8)
где А - безразмерный коэффициент, зависящий от
температуры стратификации атмосферы; М
- масса загрязняющего вещества, г/с;
F - безразмерный
коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов;
η - коэффициент
отражает влияние рельефа местности.
Принимаем А = 160; M
= 260 г/с; F = 1; n
= 1; m = 1,401; η
= 1; H = 90 м; V
= 4,906; ∆T = 190 oC.
Подставляя
эти значения в формулу (8), получим
.
Расстояние до места, где ожидается максимальная
концентрация Хм, м, определяется по формуле
,(9)
Принимаем F
= 1; d = 7,26; H
= 90 м.
Подставляя эти значения в формулу (9), получим
.
Приземная концентрация загрязняющего вещества Сi,
мг/м3 по оси факела выбросов на разных удалениях Xi,
м, определяется по формуле
, то 
,(11)
, то 
,(12)
, то 
,(13)
Подставляем Хi
=
50 м.
Подставляя это значение в формулу (11), получим
.
Результаты аналогичных расчетов для расстояний
100, 200, 500, 1000, 5000, 7000 м сведены в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 - Значения коэффициента (S)
|
Х,
м
|
S
|
|
50
|
0,026728
|
|
100
|
0,1134039
|
|
200
|
0,3661
|
|
301
|
0,6255
|
|
500
|
0,9544
|
|
653,4
|
1,001
|
|
700
|
0,98836
|
|
1000
|
0,8663
|
|
1500
|
0,671
|
|
1806
|
0,5677
|
|
2000
|
0,509
|
|
3612
|
0,227
|
|
13250
|
0,0407
|
Принимаем См = 0,736 мг/м3;
S = 0,026728.
Подставляя эти значения в формулу (10), получим
мг/м3.
Результаты аналогичных расчетов для коэффициента
(S) сведены в таблицу
1.2.
Таблица 1.2 - Приземная концентрация
загрязняющего вещества (C)
|
S
|
C, мг/м3
|
|
0,026728
|
0,01967
|
|
0,1134039
|
0,08346
|
|
0,3661
|
0,2694
|
|
0,6255
|
0,4603
|
|
0,9544
|
0,7024
|
|
1,001
|
0,736
|
|
0,98836
|
0,727
|
|
0,8663
|
0,6375
|
|
0,671
|
0,4938
|
|
0,5677
|
0,4178
|
|
0,509
|
0,3746
|
|
0,227
|
0,16707
|
|
0,0407
|
0,029
|
Приземная концентрация загрязняющего вещества Су,
мг/м3 на перпендикулярах к оси факелов выбросов определяется по формуле
где S2
- безразмерный коэффициент.
, 
,(15а)
, 
,(15б)
где ty
- аргумент при опасной скорости ветра;
Yi
- расстояние по перпендикуляру от оси факела выбросов;
Хi
- расстояние от ИЗА до рассматриваемого удаления данного перпендикуляра.
,(16)
Принимаем Uм
= 1,42 м/с; Y = 50 м; Хм
= 653,4 м.
Подставляя эти значения в формулу (15а), получим
.
Принимаем Uм
= 1,42 м/с; Y = 100 м; Хм
= 653,4 м.
Подставляя эти значения в формулу (15а), получим
.
Принимаем Uм
= 1,42 м/с; Y = 200 м; Хм
= 653,4 м.
Подставляя эти значения в формулу (15а), получим
.
Принимаем Uм
= 1,42 м/с; Y = 300 м; Хм
= 653,4 м.
Подставляя эти значения в формулу (15а), получим
.
Принимаем Uм
= 1,42 м/с; Y = 400 м; Хм
= 653,4 м.
Подставляя эти значения в формулу (15а), получим
.
Результаты аналогичных расчетов для коэффициента
(t) сведены в таблицу
1.3
|
Y X
|
50
|
100
|
200
|
300
|
400
|
|
301
|
0,039
|
0,156
|
0,626
|
1,41
|
2,51
|
|
653,4
|
0,0083
|
0,0332
|
0,13304
|
0,299
|
0,53
|
|
1806
|
0,0011
|
0,0043
|
0,0174
|
0,0392
|
0,069
|
|
3612
|
0,00027
|
0,001
|
0,0043
|
0,0097
|
0,0174
|
Полученные значения подставляем в формулу (16),
получим
.
Результаты аналогичных расчетов для аргумента
сведены в таблицу.
Таблица 1.4 - Значения безразмерного
коэффициента (S2)
|
X
|
t
|
S2
|
|
301
|
0,039
|
0,67675
|
|
0,156
|
0,2100268
|
|
0,626
|
0,0024415
|
|
1,42
|
0,0000149
|
|
2,51
|
|
653,4
|
0,0083
|
0,92
|
|
0,0332
|
0,71
|
|
0,13304
|
0,25
|
|
0,299
|
0,055
|
|
0,53
|
0,0056
|
|
1806
|
0,0011
|
0,99
|
|
0,0043
|
0,957
|
|
0,0174
|
0,8401
|
|
0,0392
|
0,69
|
|
0,0696
|
0,49
|
|
3612
|
0,00027
|
0,99
|
|
0,001
|
0,99
|
|
0,0043
|
0,9567
|
|
0,0097
|
0,907
|
|
0,0174
|
0,84
|
Принимаем S2
= 0,67675; С = 0,4603 мг/м3.
Подставляя эти значения в формулу (14), получим
мг/м3.
Принимаем S2
= 0,0052; С = 0,736 мг/м3.
Подставляя эти значения в формулу (14), получим
мг/м3.
Принимаем S2
= 0,99; С = 0,42 мг/м3.
Подставляя эти значения в формулу (14), получим
мг/м3.
Принимаем S2
= 0,99; С = 0,167 мг/м3.
Подставляя эти значения в формулу (14), получим
мг/м3.
Результаты аналогичных расчетов для приземной
концентрации ЗВ (С) на перпендикулярах к оси факела выбросов сведены в таблицу
5.
Таблица 1.5 - Значение параметров (С) на
определенном расстоянии от ИЗА
|
Y X
|
50
|
100
|
200
|
300
|
400
|
|
301
|
0,312
|
0,0966
|
0,001104
|
0,0000069
|
0,000000092
|
|
653,4
|
0,67
|
0,52
|
0,184
|
0,04
|
0,00412
|
|
1806
|
0,4158
|
0,402
|
0,353
|
0,289
|
|
3612
|
0,165
|
0,165
|
0,159
|
0,151
|
0,140
|
Расчет предельно-допустимого выброса
Расчет предельно-допустимого выброса определяется
по формуле:
где ПДК- максимально-разовая
предельно-допустимая концентрация загрязняющих веществ , мг/м
;
С
- фоновая
концентрация загрязняющих веществ, мг/м;
H
-
высота дымовой трубы, м;
V- расход
газовоздушной смеси, м/с;
- разница
температур выбросов и окружающего атмосферного воздуха, 
;
А- безразмерный коэффициент, зависящий от
температуры стратификации атмосферы;
F- безразмерный
коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов;
- коэффициент
отражает влияние рельефа местности;
m, n-
коэффициенты, учитывающие условия выхода газового вброса из устья источника.
Принимаем ПДК 
=5
мг/м;
С=0;
H=90м; А=160; F=1;
=1; m=1,401;
=1;
V=4,906;
=190
г/с
Так как максимально-разовая ПДК для оксида азота
равна 0,5 мг/м, следовательно
концентрация составляет не более 5% от ПДК и равна 0,025 мг/м.
Отсюда следует , что радиус зоны влияния загрязняющего вещества равен 13250м
Расход газовоздушной смеси V,
м3/с, определяется по формуле
, (18)
где D
- диаметр устья трубы, м;
Wo
- скорость выхода газовоздушной смеси, м/с.
Принимаем D
= 2,7м.
Подставляя эти значения в формулу (18), получим
.
Безразмерные параметры f,
Vм,
m, n,
d, определяются по
формуле
, (19)
где H
- высота дымовой трубы, м;
∆Т - разница температур выбросов и
окружающего атмосферного воздуха, оС.
Принимаем D
= 2,7 м; Н =90 м; ∆Т = 190 оС.
Подставляя эти значения в формулу (19), получим
.
, (20)
Принимаем V
= 4,906 м3/с; ∆Т = 190 оС; Н = 90 м.
Подставляя эти значения в формулу (20), получим
.
при f
< 100, (21)
Принимаем f
= 0,00162.
Подставляя это значение в формулу (21), получим
.
при f
< 100 и Vм <
2, (22а)
при f
< 100 и Vм
≥ 2,(23б)
В нашем случае воспользуемся формулой (22а), так
как 0,0017 < 100 и 1,488 
2.
Максимальная концентрация загрязняющего вещества
См, мг/м3, определяется по формуле
,(25)
где А - безразмерный коэффициент, зависящий от
температуры стратификации атмосферы;
М - масса загрязняющего вещества, г/с;
F - безразмерный
коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов;
η -
коэффициент отражает влияние рельефа местности.
Принимаем А = 160; M
= 260 г/с; F = 1; n
= 1; m = 1,401; η
= 1; H = 90 м; V
= 4,906; ∆T = 190 oC.
Подставляя эти значения в формулу (8), получим
Результаты аналогичных расчетов максимальной
концентрации загрязняющего вещества приведены в таблице 1.6
Таблица 1.6 - Изменение концентрации
загрязняющего вещества в зависимости от диаметра трубы
|
Диаметр
трубы D, м
|
Концентрация
С, мг/м
|
|
2,1
|
1,073
|
|
2,3
|
0,957
|
|
2,5
|
0,766
|
|
2,7
|
0,73
|
|
2,9
|
В результате расчетов установлено, что
максимальная концентрация загрязняющего вещества (NO2)
отдаляется на расстоянии 653,4 м от источника выбросов. Скорость ветра, при
которой достигается максимальная концентрация, составляет 1,42 м/с. Радиус зоны
влияния составляет 13250м. Протяженность зоны загрязнения по ширине составляет
400 м.
2.
Расчет циклона
В настоящие время наиболее распространенным методом
защиты атмосферы от промышленных загрязнений является разработка эффективных
очистных установок для удаления и переработки газообразных , жидких и твердых
отходов.
Наиболее распространения в системах пылеочистки
получили циклоны. Циклоны широко применяются при очистки от пыли вентляционных
или технологических выбросов во всех отраслях народного хозяйства. На практике
система улавливания частиц создается путем придания запыленному потоку
закрученного или вращательного движения , ограниченного циклическими стенками.
Частицы осаждаются при отбрасывании на стенки. Такое устройство называется
циклоном.
По заданному объему очищаемого газа и
оптимальной скорости вычисляется диаметр циклона D,
м, необходимо для очистки газа по формуле:
где V-расход
очищаемого газа, м/с;
- оптимальная
скорость газа в циклоне м/с.
м
По фактическому значению диаметра циклона
уточняем действительную скорость газа в циклоне 
м/с
где n-
число параллельных подключенных циклонов.
м/с
Циклоны ЦН-11 (НИИОГАЗ) предназначены для сухой
очистки газов, выделяющихся при технологических процессах (сушке, обжиге,
агломерации, сжигании топлива и т. д.), а также аспирационного воздуха в
различных отраслях промышленности (черной и цветной металлургии, химической,
нефтяной и машиностроительной промышленности, промышленности строительных материалов,
энергетике), в различных помольных и дробильных установках, при транспортировке
сыпучих материалов, золы.
Таблица 2.1- Параметры определяющие
эффективность циклона
|
Параметры
|
ЦН-11
|
|
 , мкм
|
3,65
|
|
lg 
|
0,352
|
|
, м/с
|
3,5
|
Таблица 2.2- Соотношение размеров для циклона
ЦН-11
|
Высота входного
патрубка, а
|
0,48
|
|
выхлопной
трубы, h
|
1,56
|
|
цилиндрической
части, H
|
2,06
|
|
конической
части, H
|
2,00
|
|
внешней
части выхлопной трубы , h
|
0,30
|
|
общая
циклона, H
|
4,36
|
|
Угол
наклона крышки и входного патрубка,  ,град
|
11
|
|
Внутренний
диаметр выхлопной трубы, d
|
0,59
|
|
Внутренний
диаметр пылевого отверстия, d
|
0,3-0,4
|
|
Ширина
входного патрубка в циклоне (внутренний размер), b
|
0,2
|
|
Ширина
входного патрубка на входе (внутренний размер), b
|
0,26
|
|
Длина
входного патрубка, l
|
0,6
|
|
Высота
фланца,
h
|
0,1
|
|
Оптимальная
скорость газа, , м/с
|
3,5
|
Перечень позиций
- конус;
- цилиндр;
- выхлопная труба;
- входной патрубок;
- выходной патрубок;
- бункер;
- опорный фланец.
Заключение
В результате расчетов установлено, что
максимальная концентрация загрязняющего вещества (NO2)
отдаляется на расстоянии 653,4 м от источника выбросов. Скорость ветра, при
которой достигается максимальная концентрация, составляет 1,42 м/с. Длина зоны
загрязнения по оси факела выбросов, превышающая среднесуточную ПДК для NO2,
составляет 3612 м
Список использованных источников
1 СТП 3.4.2004 - 01 Система
вузовской учебной документации. Требования к оформлению текстовых документов. -
Взамен СТП 17-98; введ. с 11.04.01. - Красноярск: Издательский отдел СибГТУ -
45 с.
2 Боголюбов С.А. Экологическое право
[Текст] /С.А. Боголюбов. - М.: Высшее образование,2006. - 485 с.
Мозговая О.Ю. Экологическая
безопасность [Текст] /О.Ю. Мозговая, С.А. Птицына, А.В. Кунцова. - М.:
Соц.защита, 1997. - 156 с.