Передмова
Сучасне промислове виробництво робить на навколишнє середовище (ОС) різноманітне, часто негативний, вплив. Це - забруднення ОС шкідливими (токсичними) речовинами, виснаження ресурсів, зміна природних і виникнення техногенних ландшафтів.
У цьому навчально-методичному посібнику (далі по тексту - допомога) розглядаються питання, пов'язані з забрудненням атмосфери (робота № 1), водних об'єктів (робота № 2), а також класифікація твердих відходів підприємства за небезпекою для ОС з метою розміщення їх на полігонах твердих побутових відходів (робота № 3).
Найбільш значущим показником, що характеризує вплив шкідливих (небезпечних) хімічних речовин на навколишнє середовище взагалі і людини, зокрема, є гранично допустима концентрація цих речовин - ГДК.
При нормуванні концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері використовують принцип лімітує показника. Згідно з цим принципом, нормування проводиться за найбільш вразливому показником. Наприклад, якщо запах речовини відчувається при концентраціях, які не роблять шкідливого впливу на людину і навколишнє середовище, то нормування виробляють з урахуванням порогу нюхового відчуття. Якщо ж речовина робить на об'єкти навколишнього середовища (тварин чи рослини) шкідливу дію в менших концентраціях, ніж на організм людини, то при нормуванні виходять з дії речовини на природні об'єкти. В даний час для оцінки забруднення повітря населених місць використовують два нормативу. Перший - разова або максимально разова гранично допустима концентрація - ГДК мр, другий - середньодобова концентрація - ГДК сс.
Максимально разова ГДК встановлюється з метою попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміна біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) при короткочасному впливі атмосферних забруднень (до 20 хв), а середньодобова - З метою попередження їх токсичного впливу (загальнотоксичної, канцерогенної, мутагенної та ін.)
Величина максимально разової ГДК встановлюється в результаті експериментів з людьми, короткочасно (від 5 до 20 хв) вдихають повітря, що містить малі концентрації досліджуваного речовини. Зміст цих речовин у повітрі безпечно для людини. В якості критерію гранично допустимого вмісту забруднюючих речовин в атмосфері приймається, перш за все, відсутність запаху. Мінімальна відчутна концентрація для найбільш чутливих осіб приймається за порогову концентрацію за нюхової відчуттю. Встановивши її, приступають до пошуку порогових і підпорогової концентрацій по рефлекторних реакцій.
Для встановлення середньодобових ГДК проводять токсикологічний експеримент на тваринах. Результати, отримані в хронічному досліді на тварин, переносять на людей.
Поряд з ГДК речовин у повітрі населених місць (ГДК нм) токсичність (небезпека) речовини може бути охарактеризована ГДК шкідливої речовини в повітрі робочої зони - ГДК рз. Це така концентрація речовини, яка при щоденній (крім вихідних) роботі в межах 8 годин або при іншій тривалості, але не більше 41 год на тиждень протягом усього робочого стажу не може викликати захворювання або відхилень у стані здоров'я, що виявляються сучасними методами дослідження, в процесі роботи або у віддалені строки життя теперішнього і наступних поколінь.
Шкідливі (небезпечні) речовини, що містяться у стічних водах промислових підприємств і організацій (наприклад, науково-дослідницьких), що скидаються у водні об'єкти (водойми), так само можуть бути охарактеризовані ГДК (допустимими концентраціями - ДК). Серед цих показників розглянемо два: ГДК в і ГДК рх.
ГДК в (мг / л) - гранично допустима концентрація речовини у воді водних об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування - концентрація хімічної речовини у воді, при перевищенні якої вода стає непридатною для цього виду водокористування.
ГДК рх (мг / л) - гранично допустима концентрація речовини у воді водних об'єктів рибогосподарського призначення - експериментально встановлене максимально допустимий вміст у водному об'єкті шкідливої речовини, при якому не виникають наслідки, що знижують його рибогосподарську цінність або ускладнюють його рибогосподарське використання.
З інших численних показників, що характеризують негативний вплив хімічних речовин на об'єкти навколишнього середовища (і, в першу чергу, людину) розглянемо лише показники, що використовуються в роботі № 3, які наведені нижче:
ГДК п, мг / кг - гранично допустима кількість речовини в грунті - кількість, яка не повинна викликати прямого чи непрямого негативного впливу на дотичні з грунтом навколишнє середовище, здоров'я людини, а також самоочищаються здатність грунту;
УЗУВШИ - орієнтовно безпечний рівень впливу - тимчасовий гігієнічний норматив вмісту шкідливих речовин у повітрі робочої зони, атмосферному повітрі населених місць, воді водоймищ, продуктах харчування. Використовується для цілей попереджувального санітарного нагляду. Встановлюється розрахунковим методом за фізико-хімічними властивостями для хімічних речовин, на які ГДК не встановлені і обгрунтовується кожні 2 роки для повітря і кожні 3 роки - для води;
LD 50, мг / кг - середня смертельна доза компоненту в міліграмах діючої речовини на 1 кг живої ваги, що викликає загибель 50% піддослідних тварин при одноразовому пероральному введенні в уніфікованих умовах;
LD 50 до, мг / кг - середня смертельна доза компоненту в міліграмах діючої речовини на 1 кг живої ваги, що викликає загибель 50% піддослідних тварин при одноразовому нанесенні на шкіру в уніфікованих умовах;
LC 50, мг / м 3 - середня смертельна концентрація речовини, що викликає загибель 50% піддослідних тварин при інгаляційному надходженні діючої речовини у вигляді парів або аерозолів в уніфікованих умовах.
Курсова робота № 1
Захист атмосфери від забруднення речовинами, що містяться у вентиляційних викидах
Мета роботи
Розрахувати значення гранично допустимих та тимчасово погоджених викидів для зазначених у завданні домішок.
Класифікувати викиди за складом відповідно до ГОСТ 17.2.1.01-76.
Розрахувати показник небезпеки викиду забруднюючих речовин в атмосферу.
Введення
Шкідливі речовини, що містяться у вентиляційних викидах підприємств (організацій, наприклад, науково-дослідних інститутів), при безконтрольному викиді в атмосферу можуть становити певну, іноді значну, небезпеку як для живих об'єктів навколишнього середовища (людей, тварин, рослин), так і об'єктів неживої природи (будівель і споруд). Вентиляційні викиди зазвичай відносять до організованих викидів. Для їх видалення використовують спеціальні інженерні системи, які включають в себе повітроводи, повітродувки, вентилятори або ексгаустери (вентилятори, що створюють розрідження), труби та інше обладнання.
Відповідно до чинних нормативних документів, наприклад ГОСТ 17.2.3.02-75, для кожного джерела забруднення атмосфери повинні бути встановлені гранично допустимі викиди. Гранично допустимий викид (ПДВ, м / с) - викиди шкідливих речовин від даного джерела з урахуванням фонової концентрації та перспектив розвитку діючих і проектованих промислових підприємств і розсіювання шкідливих речовин в атмосфері, які не створять приземную концентрацію шкідливих речовин, що перевищує ГДК нм, а також для рослинного і тваринного світу. Встановлення ПДВ є важливим заходом щодо захисту атмосфери від забруднення речовинами, що містяться у вентиляційних викидах.
У тому випадку, коли фактичний викид перевищує ПДВ, встановлюють тимчасово погоджений викид. Тимчасово погоджений викид (ВСВ, м / с) - це тимчасовий ліміт викиду забруднюючої речовини в атмосферне повітря, який встановлюється для діючих стаціонарних джерел викидів з урахуванням якості атмосферного повітря та соціально -економічних умов розвитку відповідної території з метою поетапного досягнення встановленого гранично допустимого викиду. ВСВ встановлюється на певний термін з розробкою плану-графіка заходів щодо досягнення нормативів ПДВ.
Якщо ж фактичний викид перевищує ВСВ необхідно використовувати очисне обладнання - системи пило-та газоочищення або зупиняти роботу підприємства (організації). Загальні уявлення про очищення вентиляційних викидів дано у рекомендованому навчальному посібнику (розділ 4.5).
1.1. Розрахунок гранично допустимих та тимчасово погоджених викидів
Для розрахунку ПДВ (г / с) використовують формулу:
(ГДК мр - З ф) Н 2 (V D Т) 1 / 3
ПДВ = ----------------------------------- (1.1)
А F mn n
де ГДК мр - максимально разова ГДК в повітрі населених місць для забруднюючої речовини - компонента вентиляційного викиду, мг / м 3;
З ф - фонова концентрація забруднюючої речовини, мг / м 3;
Н - висота труби, м;
V - середній секундний обсяг газоповітряної суміші, що виходить з устя труби, м 3 / с; береться за фактичними даними або розраховується за значеннями діаметра труби і швидкості дуття:
V = W p D 2 / 4 (1.2)
де W - лінійна швидкість викиду з труби газоповітряного потоку (швидкість дуття), м / с;
D - діаметр устя труби, м.
DT - різниця температур викидається газоповітряної суміші (t виб) і навколишнього середовища (t ОС), ° С; при розрахунках розсіювання величина t ОС береться як середня багаторічна температура зовнішнього повітря в 13.00 годин найбільш жаркого місяця;
А - коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери, що показує умови вертикального і горизонтального розсіювання шкідливих речовин в атмосфері, з 2 / 3 град 1 / 3 мг; застосування коефіцієнта А дозволяє зв'язати ГДК мр, виражену в мг / м 3, з ПДВ, які мають розмірність м / с; коефіцієнт А приймає значення:
А = 250 - для районів Середньої Азії, на південь від 40 ° с.ш., Бурятії і Читинської області;
А = 200 - для Центральної Європейської частини Росії і Далекого Сходу;
А = 160 - для Європейської території Росії та Уралу, північніше 52 ° с.ш.;
А = 140 - для Московської, Тульської, Рязанської, Володимирської, Калузької, Івановської областей.
F - коефіцієнт, що залежить від фазово-дисперсійної характеристики викиду і враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі. Значення безрозмірного коефіцієнта F приймаються:
для газоподібних речовин і дрібнодисперсних аерозолів (пилу, золи і т.д., швидкість упорядкованого осідання яких не перевищує 0,05 м / с) F = 1;
для крупнодісперсной пилу і золи при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення викидів не менше 90% F = 2; від 75 до 90% - F = 2,5; менше 75% і при відсутності очищення - F = 3.
n - коефіцієнт обліку впливу місцевості або забудови.
m і n - спеціальні коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з устя труби; для нагрітих викидів параметр m визначається за формулою:
m = 1 / (0,67 + 0,1 f 1 / 2 + 0,34 f 1 / 3) (1.3)
і лежить в інтервалі від 0,30 до 1,40.
Параметр f (м / с * град), відомий також як критерій «нагретости» викидів, визначається за формулою:
f = 1000 W 2 D / H 2 DT (1.4)
Коефіцієнт n визначається за формулами 1.5.1-1.5.3 в залежності від величини допоміжного параметра V м, який спочатку розраховується за формулою 1.5:
V м = 0,65 (V DT / H) 1 / 3 (1.5)
при V м ³ 2 n = 1 (1.5.1)
при 0,5 £ V м <2 n = 0,532 V м 2 - 2,13 V м + 3,13 (1.5.2)
при V м <0,5 n = 4,4 V м (1.5.3)
Визначивши значення ПДВ, розраховують ВСВ (г / с) за формулою:
ВСВ = k ПДВ (1.6)
де k - коефіцієнт перевищення ВСВ над ПДВ.
1.2. Класифікація викидів по складу
Класифікацію викидів по складу проводять відповідно до ГОСТ 17.2.1.01-76 «Охорона природи. Атмосфера. Класифікація викидів по складу (СТСЕВ 1366-78) ». Змінена редакція. Змін. № 1. У цьому документі зазначено:
1. Стандарт не поширюється на викиди, що містять радіоактивні та біологічні речовини (радіоактивний пил, складні біологічні комплекси, бактерії, мікроорганізми та ін.)
2. Викиди в атмосферу із джерел забруднення характеризуються за 4-м ознаками:
1) за агрегатним станом:
(А) - газоподібні; (К) - рідкі; (Т) - тверді
2) за хімічним складом:
(01) | SO 2 | (14) | Вуглеводні неграничні |
(02) | CO | (15) | Вуглеводні ароматичні |
(03) | NO х | (16) | Кисневмісні органічні сполуки |
(04) | F 2 і його сполуки | (17) | Азотвмісні з'єднання |
(05) | CS 2 | (18) | Фенол |
(06) | H 2 S | (19) | Смолисті речовини |
(07) | Cl 2 | (20) | Кислоти |
(08) | HCN і ціаніди | (21) | Луги |
(09) | Hg та її сполуки | (22) | Свинець та його сполуки (у перерахунку на Pb) |
(10) | NH 3 | (23) | Сажа |
(11) | As та його сполуки | (24) | Метали та їх сполуки |
(12) | Сума вуглеводнів | (25) | Пил |
(13) | Вуглеводні граничні | (26) | Інше |
3) за розміром частинок, м:
(1) | менше 0,5 '10 -6 |
(2) | від 0,5 '10 -6 до 3' 10 -6 включно |
(3) | від 3 '10 -6 до 10' 10 -6 включно |
(4) | від 10 '10 -6 до 50' 10 -6 включно |
(5) | більше 50 '10 -6 |
4) за масою речовини, кг / год:
(1) | менше 1 |
(2) | від 1 до 10 включно |
(3) | від 10 до 100 включно |
(4) | від 100 до 1000 включно |
(5) | від 1000 до 10000 включно |
(6) | більше 10000 |
3. Структура побудови умовного позначення викидів повинна бути такою:
При відсутності будь-якого індексу ставлять цифру «0»!
При відсутності даних про масу викиду речовини m (кг / год) для класифікації викидів по складу можна використовувати наступну формулу:
m = 3,6 b ПДВ (1.7)
де b - коефіцієнт перевищення маси викиду над ПДВ;
ПДВ - гранично допустимий викид речовини, г / с;
3,6 - перевідний коефіцієнт з м / с в кг / ч.
У ГОСТ наведені приклади класифікації викидів по складу (яким чином треба представляти дані про викиди):
Викид, що складається з суміші окису вуглецю з масою 60 кг / год і парів ароматичних вуглеводнів з масою 5 кг / год:
А.02.0.3.А.15.0.2.
Викид, що складається з сірчистого ангідриду з масою 2000 кг / год, кислоти з розміром частинок від 0,5 до 3 мкм і масою 50 кг / год, сажі з розміром частинок 1 мкм і масою 60 кг / год:
А.01.0.5.К.20.2.3.Т.23.2.3.
1.3. Розрахунок показника небезпеки викиду забруднюючих речовин в атмосферу
Показник небезпеки викиду забруднюючих речовин в атмосферу (ПОВ а) визначається для кожної забруднюючої речовини за формулою:
ПОВ а = М i Т i / R (1.8)
де М i - маса річного фактичного викиду i-домішки, т / рік; в даному випадку масу річного викиду можна розрахувати за формулою:
М i = 29,376 b ПДВ (1.9)
де 29,376 - коефіцієнт обліку часу роботи підприємства і маси викиду домішки: 8160 * 3600/10 6 = 29,376, де 8160 годин на рік - бюджет часу роботи підприємства;
b - коефіцієнт перевищення маси викиду над ПДВ;
ПДВ - гранично допустимий викид речовини, м / с.
Т i - показник відносної агресивності (токсичності) i-домішки; розраховується за формулою:
Т i = 1 / ГДК мр (1.10)
У тому випадку, коли відомості про максимально разової ГДК відсутні, можна використовувати середньодобовий норматив.
R - коефіцієнт розбавлення викидів від даного джерела, м 2 / с; визначається за формулою:
R = y Н + 20 (1.11)
де y - безрозмірна константа, що враховує D T; для нагрітих викидів (10 ° С <D T <100 ° С) y = 1,5;
Н - висота джерела викиду, м.
При підстановці формул 1.9-1.11 формула 1.8 прийме вигляд:
29,376 b ПДВ
ПОВ а = -------------------------- (1.12)
ГДК мр (1,5 Н + 20)
Порядок виконання роботи
Варіант завдання відповідає № студента по журналу кафедри ПЕ і БТ.
Розрахувати ПДВ за формулою 1.1.
Розрахувати ВСВ за формулою 1.6.
Впорядкувати фактичні викиди за складом відповідно до ГОСТ (п.1.2).
Визначити ПОВ а для кожного інгредієнта викиду за формулою 1.12.
Зробити висновок про найбільш небезпечному речовині, що міститься у викидах в атмосферу, за величиною ПОВ а і рекомендувати заходи зі зниження маси викиду (розділ 4.5 навчального посібника).
Для отримання заліку по роботі № 1 студент письмово (або усно, за вказівкою викладача) відповідає на задані йому контрольні питання.
Завдання до роботи № 1
Варіант завдання відповідає № студента по журналу кафедри ПЕ і БТ.
Завдання представлено двома таблицями для кожного студента. У таблиці 1 наведені дані про склад викиду, що дозволяють провести необхідні розрахунки. У таблиці 2 наведені характеристики джерела викиду і середовища і деякі значущі для розрахунку параметри.
Бюджет часу роботи підприємства прийнятий рівним 8160 годин на рік (340 діб).
Варіант № 1.
Таблиця 1. Дані про склад викиду
Показники | Інгредієнти викиду | ||
пил | HNO 3 | NO 2 | |
ГДК мр, мг / м 3 | 0,50 | 0,40 | 0,085 |
Фонова концентрація С ф,% від ГДК мр | 25 | 15 | 18 |
Розмір часток r, мкм | »40 | »5 | немає |
Показник F | 2,5 | 1,5 | 1,0 |
Показник k для розрахунку ВСВ | 1,42 | 1,63 | 1,15 |
Показник b для розрахунку ПОВ а | 2,53 | 2,24 | 1,63 |
Таблиця 2. Характеристики джерела викиду і середовища
Н, м | D, м | t ОС, о С | t виб, о С | W, м / с | n | А |
45 | 4,6 | 29 | 38 | 5,6 | 1,15 | 200 |
Варіант № 2.
Таблиця 1. Дані про склад викиду
Показники | Інгредієнти викиду | ||
пил | HCl | HNO 3 | |
ГДК мр, мг / м 3 | 0,50 | 0,20 | 0,40 |
Фонова концентрація С ф,% від ГДК мр | 25 | 15 | 10 |
Розмір часток r, мкм | »50 | немає | »5 |
Показник F | 3,0 |