Загрязнение атмосферы - изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.
Примесь в атмосфере - это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.
Загрязняющее воздух вещество - это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.
Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.
Первичная примесь в атмосфере - примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.
Превращения примесей в атмосфере - процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.
Вторичная примесь в атмосфере - это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.
По воздействию на организм человека загрязнение атмосферы подразделяют на физическое и химическое. К физическому относят: радиоактивное излучение, тепловое воздействие, шум, низкочастотные вибрации, электромагнитные поля. К химическому - наличие химических веществ и их соединений.
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ характеризуются по 4 признакам: по агрегатному состоянию, химическому составу, размеру частиц и массовому расходу выброшенного вещества.
Загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу в виде смеси пыли, дыма, тумана, пара и газообразных веществ.
Источники выбросов в атмосферу подразделяют на естественные, обусловленные природными процессами, и антропогенные (техногенные), являющиеся результатом деятельности человека.
К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха относят пыльные бури, массивы зеленых насаждений в период цветения, степные и лесные пожары, извержения вулканов.
Примеси, выделяемые естественными источниками:
- пыль растительного, вулканического, космического происхождения, продукты эрозии почвы, частицы морской соли; туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; продукты растительного, животного, бактериального происхождения.
- Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.
Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью и многообразием видов (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Источники загрязнения атмосферы:
1 - высокая дымовая труба; 2 - низкая дымовая труба; 3 - аэрационный фонарь цеха; 4 - испарения с поверхности бассейна; 5 - утечки через неплотности оборудования; 6 - пыление при разгрузке сыпучих материалов; 7 - выхлопная труба автомобиля; 8 - направление движения потоков воздуха
Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными (источники 1-6), когда координата источника выброса не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными) (источник 7 - автотранспорт).
Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные.
Каждый из них может быть затененный и незатененный*
Точечные источники (на рис. 4.3 - 1, 2, 5, 7) - это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.
Линейные источники (3) имеют значительную протяженность. Это аэра- ционные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.
Площадные Источники (4, 6). Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.
Незатененные (1), или высокие, источники расположены в недеформиро- ванном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных поблизости зданий и других препятствий.
Затененные источники (2-7) расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия.
Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.
Из организованного источника. (1, 2, 7) загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.
Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ (5, 6) образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов и другие площадные источники.
Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО; диоксид серы S02; оксиды азота NOx; углеводороды С Н; пыль.
Оксид углерода (СО) - самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городов колеблется в пределах 1- 250 мг/м3, при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организме человека, а концентрация более 750 мг/м3 - к смерти. СО - исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными, приведенными в табл. 4.2. ?
Таблица 4.2. Действие угарного газа на организм человека
Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10-50 мг/м3, которое наблюдается на перекрестках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 мин отмечаются нарушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель - в п.2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2-3 раза быстрее. Образование карбоксигемоглобина - процесс обратимый, через 3-4 ч содержание его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2-4 месяца.
Диоксид серы (S02) - бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов S02 образуется при сжигании угля, мазута - порядка 15%.
При концентрации диоксида серы 20-30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувствительны к S02 хвойные леса. При концентрации S02 в воздухе 0,23-0,32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2- 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при концентрациях S02 0,5-1 мг/м3.
Основной техногенный источник выбросов углеводородов (CmHn - пары бензина, метан, пентан, гексан) - автотранспорт. Его удельный вес составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 м*/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.
Оксиды азота (NOx) образуются в процессе горения при высокой температуре путем окисления части азота, находящегося в атмосферном воздухе. Под общей формулой NOx обычно подразумевают сумму NO и N02. Основные источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.
N02 - газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Отравляющее действие NOx начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте NOx с водяным паром, поверхностью слизистой оболочки образуются кислоты HN03 и HN02, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения N02 в атмосфере - около 3 суток.
Размер пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм.
Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе - 7-8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа, частицы Al, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.
Любая производственная деятельность сопровождается загрязнением окружающей среды, в том числе одного из основных ее компонентов – атмосферного воздуха. Выбросы промышленных предприятий, энергетических установок и транспорта в атмосферу достигли такого уровня, что уровни загрязнения существенно превышают допустимые санитарные нормы.
Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 все источники загрязнения атмосферы (ИЗА) делятся на естественного и антропогенного происхождения. В свою очередь источники антропогенного загрязнения бывают стационарными и передвижными . К передвижным источникам загрязнения относятся все виды транспорта (за исключением трубопроводного). В настоящее время в связи с изменением законодательства РФ в части совершенствования нормирования в области охраны окружающей среды и введения мер экономического стимулирования хозяйствующих субъектов для внедрения наилучших технологий предполагается замена понятия «стационарный источник» и «передвижной источник».
Стационарные источники загрязнения могут быть точечными , линейными и площадными .
Точечный источник загрязнения – это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества из установленного отверстия (дымовые трубы, вентиляционные шахты).
Линейный источник загрязнения – это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества по установленной линии (оконные проемы, ряды дефлекторов, топливные эстакады).
Площадной источник загрязнения – это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества с установленной поверхности (резервуарные парки, открытые поверхности испарения, площадки хранения и пересыпки сыпучих материалов и т.д.) .
По характеру организации выброса могут быть организованными и неорганизованными .
Организованный источник загрязнения характеризуется наличием специальных средств отвода загрязняющих веществ в окружающую среду (шахты, дымовые трубы и др.). Кроме организованного удаления имеются неорганизованные выбросы , проникающие в атмосферный воздух через неплотности технологического оборудования, проемы, в результате просыпки сырья и материалов.
По назначению ИЗА делят на технологические и вентиляционные .
В зависимости от высоты устья на поверхностью земли, выделяют 4 типа ИЗА: высокие (высота более 50 м), средние (10 – 50 м), низкие (2 – 10 м) и наземные (менее 2 м).
По режиму действия все ИЗА делятся на непрерывного действия и залповые .
В зависимости от разницы температур выброса и окружающего атмосферного воздуха выделяют нагретые (горячие) источники и холодные .
Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
В первоначальный момент загрязняющее вещество, выбрасываемое из трубы, представляет собой клуб дыма (факел выброса). В случае, если вещество имеет плотность меньше или приблизительно равную плотности воздуха, то вероятнее всего направление движения загрязняющего вещества (ЗВ) будет совпадать со скоростью и направлением движения воздуха, если вещество тяжелее воздуха, то оно будет оседать. Промышленные выбросы обычно представляют собой смесь воздуха с относительно малым количеством загрязняющих веществ. Наиболее частым случаем является движение загрязненной струи вместе с горизонтальным перемещением воздушных масс.
Изменение концентрации загрязняющих веществ по мере удаления от устья источника загрязнения зависит от высоты и интенсивности перемешивания воздушных масс. По мере удаления от трубы концентрация по оси факела уменьшается, а размеры факела в перпендикулярном направлении к оси увеличиваются. Начальная точка соприкосновения струи загрязненного воздуха с поверхностью земли является началом зоны загрязнения, после этого концентрация ЗВ над поверхностью земли начинает нарастать, достигая максимума на расстояниях 10 – 40 высот трубы, что связано с выпадением из факела примесей, достигающих поверхности земли в данный момент, а также примесями, ранее достигшими земли и продолжающие свое движение по направлению ветра. Скорость ветра на установленной высоте, при которой приземная концентрация от источника примеси достигает максимального значения – называется опасной скоростью ветра . При штиле и малых скоростях ветра факел выброса поднимается на большую высоту и не попадает в приземные слои воздуха. При сильном ветре дымовой факел активно перемешивается с большим объемом воздуха. Таким образом, между штилем и высокой скоростью ветра есть такая опасная скорость ветра при которой дымовой факел, прижимаясь к земле на определенном расстоянии х м , создает наибольшую величину приземной концентрации с м .
После достижения максимального значения, концентрация ЗВ начинает сначала быстро, а потом медленно уменьшаться обычно обратно пропорционально расстоянию от источника. Максимальная концентрация прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна расстоянию от источника.
На рассеивание загрязняющих веществ влияет множество факторов. Прежде всего оно зависит от высоты трубы Н и от высоты подъема дымовых газов над устьем трубы. Высота подъема газов зависит от скорости выхода газовоздушной смеси 0 . Вредные вещества распространяются по направлению ветра в пределах сектора, ограниченного довольно малым углом раскрытия факела вблизи выхода из трубы в 10 – 20 °. Если принять, что угол раскрытия не меняется с расстоянием, то площадь поперечного сечения факела должна возрастать пропорционально квадрату расстояния (факел уширяется).
Сильное влияние на уровень приземной концентрации оказывает температурная стратификация атмосферы , т.е. вертикальное распределение температуры. В обычных условиях днем земная поверхность прогревается и за счет конвекционного обмена нагревает нижний приземный слой воздуха. В этих условиях по мере подъема вверх температура падает на 0,6 °С на каждые 100 м. Ночью при ясной погоде поверхность земли отдает тепло в окружающее пространство. Земная поверхность охлаждается и, одновременно охлаждает приземный слой воздуха, который остывает быстрее верхних слоев. В результате происходит инверсия (поворот) распределения температур. Температура воздуха с высотой повышается.
При обычном градиенте температур, создаются благоприятные условия для «всплывания» выбросов, восходящие потоки более теплого воздуха интенсифицируют перемешивание газов. В условиях инверсии эти процессы ослабляются, что способствует накоплению примесей в приземном слое.
Вредные вещества, выбрасываемые с дымовыми газами, переносятся и рассеиваются в атмосфере в зависимости от метеорологических, климатических, рельефа местности и характера расположения на ней объектов предприятия, высоты дымовых труб и аэродинамических параметров выбросных газов.
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с м (мг/м 3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии x м (м) от источника и определяется по формуле
где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М (г/с) - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; т и n - коэффициенты. учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H (м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м); - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, = 1; Т (°С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха; V 1 (м 3 /с) - расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле
где D (м) - диаметр устья источника выброса; 0 (м/с) -средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
В случае, если труба имеет квадратное или прямоугольное устье, то рассчитывают эквивалентный диаметр по формуле:
где a и b – соответственно длина и ширина устья трубы. Значение D экв подставляется вместо D в формулу.
Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:
а) 250-для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятской АССР и Читинской области;
б) 200-для Европейской территории СССР: для районов РСФСР южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории СССР: для Казахстана. Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;
в) 180 - для Европейской территории СССР и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;
г) 160 - для Европейской территории СССР и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением Центра ЕТС), а также для Украины (для расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52° с. ш. - 180, а южнее 50° с. ш. - 200);
д) 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.
F принимается для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1; для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.
При определении значения Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т в (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т г (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т в равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 2.01.01-82.
Значение безразмерного коэффициента F принимается:
а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;
б) для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.
Значения коэффициентов m и n определяются по номограммам или рассчитываются.
Стационарные источники, как правило, выполняются нефокусированными, но с рефлекторной системой, обеспечивающей хорошую равномерность освещения контролируемого участка поверхности объекта. Конструктивное исполнение стационарных источников, как правило, позволяет объединять их в линейки для организации поточных линий контроля-или для контроля длинномерных объектов.
| Дефектоскопические УФ-лампы в черных колбах.| Спектральное распределение (в УФ-излучения дефектоскопической УФ-лампы (б в черной колбе мощностью 125 Вт. |
Стационарные источники, как правило, выполняются нефокусированными, но с рефлекторной системой, обеспечивающей хорошую равномерность освещения контролируемого участка поверхности объекта. Конструктивное исполнение стационарных источников, как правило, позволяет объединять их в линейки для организации поточных линий контроля или для контроля длинномерных объектов.
Стационарными источниками загрязнений окружающей среды на МНИ принято считать нефтеперекачивающие станции и резервуарные 1 шрки, а также подводные переходы трубопроводов. Из сооружений, входящих в состав МНП, экологически опасными являются шламонакопи-тели, аварийные амбары, пруды-отстойники, котельные.
Определение стационарного источника опирается на определение стационарного случайного процесса. Всякий источник, порождающий стационарный процесс, по определению является стационарным. Следует учитывать, что при такой записи надстрочный индекс указывает момент времени, к которому относится данная переменная.
Кроме стационарных источников выбросов, значительное воздействие оказывают передвижные, в первую очередь - автотранспорт. Отходящие (выхлопные) газы автомобилей содержат более 200 вредных компонентов, среди которых присутствуют канцерогенные и мутагенные.
Кроме стационарных источников выбросов, значительное воздействие оказывают передвижные, в первую очередь - автотранспорт.
Размещение стационарных источников выбросов (котельная, ДНС, факельный блок и др.) с учетом розы ветров для обеспечения санитарных норм рабочей и селитебной зон.
К стационарным источникам сварочного тока относятся генераторы постоянного тока, устанавливаемые неподвижно на специальных фундаментах или опорных рамах, а также тяжелые сварочные трансформаторы, передвижение которых без специальных транспортных устройств затруднительно.
Определение 1.6. Дискретный стационарный источник без памяти называется дискретным постоянным источником.
ПДВ для конкретного стационарного источника выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и юридического лица в целом или его отдельных производственных территорий с учетом всех источников выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух данного юридического лица или его отдельных производственных территорий, фонового загрязнения атмосферного воздуха и технических нормативов выбросов устанавливаются территориальными органами МПР Российской Федерации при наличии санитарно-эпидемиологического заключения о соответствии этих предельно допустимых выбросов санитарным правилам.
Начнем с непрерывно действующего стационарного источника прим еси и воспользуемся тем, что поток примеси через любую плоскость X const должен быть постоянным. В случае турбулентного следа скорость переноса примеси по направлению ОХ вдали от обтекаемого тела практически равна скорости обтекаемого потока.
Теорема 8.5.2. Пусть дискретный стационарный источник с алфавитом объема М имеет энтропию H U) и производит одну букву каждые TS секунд. Пусть последовательность букв источника произвольной длины L связана с адресатом посредством непрерывного по времени канала, используемого Т LTS секунд. Пусть Ст - умноженная на 1Т верхняя грань средней взаимной информации между входом и выходом канала на этом интервале, взятая по всем распределениям вероятностей на входе.
