Метод расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

Одной из основных задач в охране окружающей среды становится защита атмосферного воздуха от загрязнения различными вредными веществами. Большое внимание заслуживает расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Источников загрязнений достаточно много – транспорт, объекты энергетической отрасли, промышленные предприятия, которые работают на топливе органического типа, а также утилизация отходов. Снизить концентрацию вредных примесей в выбросах предприятий можно посредством установки пылегазоулавливающих установок, которые отличаются высокой эффективностью.

Разновидности выбросов

Все выбросы в атмосферу можно классифицировать по трем основным признакам. Среди них следующие:

1. по температуре пылегазовоздушной смеси, которая выбрасывается
2. по виду источника загрязнения
3. по форме и высоте выбросного устройства

Все источники делятся на:

• Вентиляционные — это продукты вентиляционной системы, в которых примеси содержатся в малых дозах.
• Технологические представляют собой трубы котельных, теплоэлектростанций, выхлопы двигателей внутреннего сгорания и некоторые другие. Их характеризует высокая концентрация вредных примесей в составе смеси.

Выбросные устройства могут иметь форму аэрационных фонарей, растянутых вдоль здания, или труб, напоминающих собой точечные источники. По высоте устройства делят на высокие и низкие. От высоких выбросы распространяются непосредственно в атмосферу, минуя циркуляционные зоны, а от низких попадают в циркуляционную зону постройки. Чтобы определить допустимые концентрации, выполняют расчет выбросов.

От чего зависит рассеивание выбросов

Вредные вещества, которые выбрасывают различные предприятия, имеют разный уровень рассеивания в атмосфере. Он зависит от некоторых факторов, которые оказывают на него существенное влияние. Среди них следующие:

• высота источника выбросов
• характер территории
• состояние атмосферы
• диаметр устья течения
• химические и физические свойства веществ, которые выбрасываются
• расположение цехов

Определение допустимых концентраций прописано в ОНД-86. В соответствии с ним для каждого отдельного источника загрязнения установлен свой предельно допустимый выброс. Важно выполнить расчет ПДВ.

Виды и источники загрязнителей атмосферы

Выделяют некоторые наиболее основные источники загрязнителей:

• оксиды углерода
• взвешенные частицы
• окись азота
• органические летучие соединения
• двуокись серы

Атмосферные химические загрязнители подразделяются на следующие два вида:

• фотохимические или окисляющие
• восстанавливающие

Появление восстанавливающих загрязнений характерно для холодной и пасмурной погоды и обуславливаются накапливанием в воздухе твердых частиц и серной двуокиси. Данные вещества образуются вследствие неполного угольного сгорания. Окисляющие связаны с накапливанием в атмосферном воздухе азотистых окисей, фотоактивируемых окислителей и некоторых различных углеводородов. Фотохимические загрязнители появляются в районах с большим количеством выхлопа и сильной интенсивностью солнечного излучения. Данного типа загрязнители концентрируются в низких атмосферных слоях.

Загрязняющие источники:

• промышленные предприятия
• ТЭС
• системы отопления и сжигающие мусор заводы и предприятия
• транспорт

Расчет и его особенности

Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в целом стандартна, но может иметь вариации в зависимости от конкретных условий. Главным условием методики расчета выбросов в атмосферу можно назвать то, что общая концентрация каждого загрязнителя не может превышать установленную максимальную ПДК.

Формула для расчета в этом случае предполагает под собой, что от значения максимальной концентрации загрязнителя отнимают значение фоновой концентрации. Результатом должно стать значение ниже ПДК. Если оно соблюдается, значит загрязняющее вещество содержится в допустимом количестве.

Основная формула создана для того, чтобы рассчитать концентрации выбросов от одиночных источников. В качестве последних подразумевают трубу предприятия. Опорным значением принято называть максимально значение, которое обуславливает приземная концентрация предприятия. Необходимо определить C_m – максимальную приземную концентрацию загрязнителя при выбросе смеси из трубы. Измеряется в мг/м³.

Формулы для разных температур

Для разных температур источников предусмотрены разные формулы. Для горячих источников она представлена так:

C_m=A*M*F*m*n* η/H²*³ √V₁* ΔT

Если говорить об источниках с температурой выбросов практически равной температуре воздуха, формула принимает несколько другой вид:

C_m=A*M*F*n* η*K/H^4/3

В формуле указаны следующие обозначения:

1. М – масса смеси, которая выбрасывается в атмосферу за каждую единицу времени в г/с.
2. V₁ – общий расход выбрасываемой смеси на срезе трубы, измеряемое в м³/с и рассчитывается по формуле.
3. D – диаметр устья источника в метрах.
4. W₀ – средняя скорость, с которой газы выходят из источника выбросов.
5. A – климатический коэффициент, который зависит от температуры стратификации атмосферы и определяется в зависимости от региона.
6. F – коэффициент, который учитывает скорость оседания примесей в атмосфере.
7. m и n– коэффициенты, которые учитывают подъем факела под трубой, определяют величины по ряду конструктивных параметров.

Следующая важная формула позволяет определить расстояние X_m от источника до координаты максимума концентрации. Формулы отличаются в зависимости от типа источника. Для горячих источников они принимают следующий вид:

X_m=H*d*(5-F)/4

Еще одним важным параметров, расчет которого необходим – это ПДВ. Он устанавливается индивидуально для каждого источника загрязнений. При этом учитывают совокупные загрязнения города и возможные перспективы. Это позволяет предотвратить или минимизировать негативное влияние на атмосферу.

При этом ПДВ, измеряемое в г/с, зависит от нагрузки и времени года. Это и позволяет установить предельно допустимые концентрации. Они отличаются в зависимости от предприятия, для которого ведутся расчеты, а также для самих труб. Обязательно учитывают фоновые концентрации, выполняя расчет.

В целом посчитать максимальное загрязнение не сложно, однако не точности и правильности важно ряд вспомогательных характеристики и начальные условия. Чаще всего к ним относят

• высоту дымовой трубы
• диаметр устья
• объем выбрасываемой смеси
• время работы предприятия
• валовый выброс конкретного загрязнителя и его ПДКъ
• общую температуру газовоздушной смеси и самого жаркого месяца в регионе

При этом конкретные параметры могут варьироваться в зависимости от точно поставленных условий расчета. При этом методика расчета выбросов от автотранспорта стандарта, она зависит от утечек и учитывает нормативы проекты.

Влияние загрязняющих веществ в атмосфере на здоровье человека

Атмосферные загрязнители поступают в человеческий организм в большинстве своем через бронхолегочную систему. Некоторые из веществ такого рода всасываются в кровеносное русло, некоторые выводятся из организма без всасывания, некоторые «застревают» в легочной системе.

Впитывание и оседание отравляющих веществ в системе бронхов и легких

Частицы, которые попадают в носовую полость, где отсутствует реснитчатый эпителий, выводятся при чихании и сморкании. Если частицы отличаются плохой растворимостью и оседают в задних частях носовой полости, они со слизью поступают в глотку, после чего в желудочно-кишечный тракт. В случае, когда частицы химических веществ имеют хорошее сродство к слизи и легко растворимы в ней — они легче проникают в кровоток.

Частицы, которые оседают в бронхах, посредством реснитчатого эпителия поднимаются вверх вместе со слизью. Около половины частиц выводится из бронхолегочной системы за период от 30 до 300 минут. Слизь выталкивается из ротовой полости во время кашля или глотается, вместе с содержащимися в ней частицами химических веществ.

Частицы, имеющие размер менее 1 микрометра, остаются в дыхательных путях в состоянии взвеси, до того момента пока не подвергнутся альвеолярному всасыванию. Свойства аэрогематического барьера и его толщина определяют степень всасывания всех веществ, в том числе токсических. Механизмы удаления частиц из бронхиол и альвеол следующие:

• Частицы, попавшие на поверхность альвеол во время выдоха, выносятся на мерцательный эпителиальный слой бронхов;
• Макрофагальный фагоцитроз частиц в альвеолах;
• Частицы задерживаются лимфатической системой. Её также называют легочным пыленакопителем.

Однако частицы плохо удаляются из альвеолярного пространства. Чем меньше растворимость загрязнителей в слизи, тем ниже скорость их выведения. Растворимые загрязнители удаляются посредством всасывания в кровеносное русло. В бронхолегочной системе частицы токсиканта могут сохраняться неопределенно длительное время, пока там находятся макрофаги, поглотившие их.

Сильное повышение содержания отравляющих химических веществ в атмосферном воздухе способно привести к отравлению различной степени тяжести. Токсиканты от незавершенного горения угля вызывают острое отравление. В случае же с реакциями фотохимическими, наиболее частыми вредными воздействиями являются воспалительные заболевания глаз, инфекции ВДП в острой фазе, бронхит, аллергические реакции в различных проявлениях.

Взаимодействие с атмосферными токсикантами, так же как и с другими в окружающей среде для здоровья человека опасно.