ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  ДИСТАЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

Кафедра «БЖД и ПЭ» 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

По дисциплине «Экология» 
 
 
 
 

                                                  Задание:№ 20 
 
 
 

Москва,  2011 год

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Атмосфера состоит из смеси газов и всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относятся: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающая при эрозии почвы), туманы, дымы и газы от лесных и степных пожаров и т.д.

     Катастрофические  явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами, пыльными бурями и т.п., приводят к возникновению светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько изменяет тепловой баланс планеты. В целом эти явления имеют заметный, но локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы. И совсем незначительный местный характер носит загрязнение атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ.

     Актуальность  работы в том, что источниками антропогенных выбросов, загрязняющих атмосферу, являются главным образом выбросы промышленных предприятий и автотранспорта, которые отличаются многообразием и многочисленностью. Антропогенные источники содержат большое количество токсичных веществ. Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются газы: монооксид углерода (CO), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx), углеводороды (CmHn) и аэрозоли – взвеси твердых и жидких частиц. В экономически развитых зарубежных странах оценки экономического ущерба от загрязнения среды колеблются в пределах 2–6% валового национального продукта (ВНП). Согласно оценкам экспертов ООН, общий экономический ущерб от различных воздействий мирового хозяйства на природные системы, изменения климата, окружающую среду и здоровье людей составил за последние пять лет около 1 трлн. долларов США, т.е. 4% от мирового валового внутреннего продукта (ВВП). Аналогичная оценка для России составляет около 24 млрд. долларов США, что соответствует 9% ВНП.

       Целью выполнения курсового проекта является формирование необходимых знаний и расчетно-аналитических умений посредством изучения:

- методики  расчета загрязнения атмосферы  от организованного высокого  источника выбросов;

- методики  расчета предотвращенного экологического ущерба в результате деятельности природоохранных органов природным ресурсам.

          Согласно моему варианту я исследую экологическую ситуацию во Владивостоке.

              Владивосток – столица Приморья и крупный порт Российской Федерации, в котором проживает около 600 тысяч человек. Нет только самого главного: здоровой экологической среды. Дело в том, что во Владивостоке находится 25 крупнейших предприятий, которые в течение нескольких десятков лет загрязняли все слои биосферы. Если пройтись по улицам города и внимательно рассмотреть дым, поднимающийся из множества труб, то можно с удивлением заметить, что он разных цветов, но если подумать, что люди этим дышат, становится не по себе. Этот дым объясняется тем, что в воздухе находится большое количество вредных веществ, таких как диоксид азота, формальдегид, свинец и тому подобное. Также сильно загрязняет атмосферу и постоянно увеличивающийся поток машин. Химические элементы, находящиеся над городом, превышают свою норму почти в два раза! Все вредные соединения, попадая в организм человека, разрушают слизистые оболочки глаз,  вызывают тяжелые заболевания дыхательных путей, которые переходят в хронические болезни. Страшен тот факт, что в первую очередь страдают дети и молодежь, приехавшая из разных уголков России. Вблизи судоремонтных заводов отмечен большой процент солей тяжелых металлов. Попадая в почву, грунтовыми водами они выносятся в море, загрязняя и отравляя гидросферу и морских обитателей. При употреблении рыбы, в организм человека попадают эти соединения и приводят к интоксикациям. Вся прибрежная зона загрязнена отходами от нефтепродуктов, которых с каждым годом становится все больше из-за несовершенной и устаревшей системы очистных фильтров на заводах и аварий танкеров. Также загрязняет море и сам город. Ежедневно в него попадает огромное количество стоков и отработанных веществ из канализационных систем. Сточные фильтры, установленные 25-30 лет назад, не в силах справиться со сточными водами. Если в ближайшем будущем не предпринять решительных мер, то городу будет грозить экологическая катастрофа, а население просто не сможет выжить в таких условиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Основные источники  образования выбросов  загрязняющих веществ  в атмосферу

     Загрязняющее  вещество – примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.

     Выбросы характеризуются по четырем признакам: по агрегатному состоянию, химическому составу, размеру частиц и массовому расходу выброшенного вещества.

     По  агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения  подразделяются на твердые, жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90% от общей массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

     Источники выбросов промышленных предприятий  бывают стационарными, когда координата источника выброса не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными), например, автотранспорт.

     Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные.

     Точечные  источники – это загрязнения, сосредоточенные в одном месте, например, дымовые трубы, вентиляционные шахты и т.д.

     Линейные источники имеют значительную протяженность, например, автотрассы.

     При площадных источниках удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия (например, автостоянки).

     Источники выбросов подразделяются также на организованные и неорганизованные. Из организованного источника загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.

     В зависимости от высоты (Н) устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности источники выбросов делятся на четыре класса:

     – высокие источники (Н ≥ 50 м);

     – источники средней высоты (Н = 10 … 50 м);

     – низкие источники (Н = 2 …10 м);

     – наземные источники (Н ≤ 2м).

     Неорганизованный  источник 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 (CO), диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx), углеводороды (CmHn), пыль.

     Большая часть загрязнителей, выделяемых промышленностью и транспортом, концентрируется в приземном слое атмосферы до высоты в несколько сот метров над поверхностью Земли.

     Наибольше количество вредных и токсичных  веществ содержатся в выбросах предприятий  черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, стройиндустрии, энергетической, целлюлозно-бумажной промышленности, автотранспорта, а в некоторых городах – и котельные.

     Черная  металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработка его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг, марганца – 0,1 – 0,6 кг.

     Вместе  с доменным газом в атмосферу  в небольших количествах выбрасываются также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества.

     Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных сталеплавильных цехов. Преобладающая часть пыли мартеновских печей состоит из триокиси железа (67%) и триокоси алюминия (6,7%). При бескислородном процессе на 1 т мартеновской стали выделяется 3000 – 4000 м3 газов с концентрацией пыли в среднем 0,5 г/м3. При подаче кислорода в зону расплавленного металла многократно увеличивается пылеобразование, достигая 15-52 г/м3. Кроме того, плавление стали сопровождается выгоранием некоторых количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали.

     Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при производстве глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и др. металлов. В основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух сернистым ангидридом (75% суммарного выброса в атмосферу), окисью углерода (10,5%) и пылью (10,4%).

     Химическая  и нефтехимическая  промышленность. Выбросы в атмосферу происходят при производстве кислот (серной, соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинге нефти.

     Разнообразием исходного сырья для производства определяется состав загрязняющих веществ – в основном окись углерода (28% суммарного выброса в атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%), сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол (0,3%), дихлорэтан (0,6%), серная кислота (0,3%).

     Склады  нефтепродуктов являются одним из наиболее распространенных источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие склады имеются во всех населенных пунктах. Они сосредоточены на автозаправочных станциях, в автотранспортных предприятиях, гаражах, постах технического обслуживания автомобилей.

     Строительная  промышленность. Производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ (57,1% суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%).

     Основными источниками загрязнения атмосферы при производстве железобетонных изделий являются места разгрузки железнодорожных вагонов с цементом, песком и щебнем, места загрузки цемента в емкости пневмотранспортером, расходные бункера, бетоносмесители, емкости для приготовления и хранения смазочных материалов, посты ручной и полуавтоматической сварки арматуры.

     Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном, Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской обл. Характерные загрязняющие вещества, производимые этими предприятиями, – твердые вещества (29,8% суммарного выброса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), толуол (1%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%), формальдегид (0,1%).

     В сельской местности  источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику, энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие вредные газы.

     В растениеводческих хозяйствах в атмосферный воздух попадают частицы минеральных удобрений, пестицидов при протравлении полей и семян на складах, а также на хлопкоочистительных заводах.

     Машиностроение. На машиностроительных предприятиях основными источниками загрязнения атмосферы являются следующие виды производства: сварка и тепловая резка металла, литейное производство, механическая обработка металлов, нанесение лакокрасочных покрытий.

     При выполнении сварочных работ и тепловой резке металла в воздух выделяется сварочный аэрозоль, в составе которого в зависимости от вида сварки, марок электрода и флюса содержатся оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, алюминия, цинка, меди и др.) в виде твердых частиц и газообразные соединения (фтористый водород, оксид углерода, оксиды азота, озон). Образующийся аэрозоль характеризуется мелкой дисперсностью – скорость витания частиц не превышает 0,1 м/с.

     Механическая  обработка металлов (резание и абразивная обработка) сопровождается выделением в атмосферу пыли, стружки, туманов масел и эмульсий. Объем выбросов определяется исходя из нормо-часов работы станочного парка. Интенсивность пылеобразования при резании зависит от вида и мощности установленного оборудования, скорости резания, величины подачи режущего инструмента, геометрических параметров режущего инструмента, состава материалов обрабатываемого изделия. Интенсивность пылеобразования при абразивной обработке зависит от мощности станка, глубины резания, диаметра шлифовального круга. Размер частиц пыли – 15–60 мкм.

     Основными источниками загрязнения атмосферы в литейном производстве являются плавильные агрегаты, шихтовой двор, участки подготовки формовочных и стержневых смесей, разлива металла и очистки литья.

1.2. Нормирование качества  атмосферного воздуха

     Для количественной оценки содержания примеси в атмосфере используется понятие концентрации – количества вещества, содержащегося в единице объема воздуха, приведенного к нормальным условиям.

     Качество  атмосферного воздуха  – это совокупность его свойств, определяющая степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферного воздуха может считаться удовлетворительным, если содержание примесей в нем не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК).

     ПДК – это максимальная концентрация в атмосфере, отнесенная к определенному промежутку времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него и на окружающую среду в целом прямого или косвенного воздействия, включая отдаленные последствия.

     Для оценки качества атмосферного воздуха  установлены две категории ПДК: максимально разовая ( ПДКмр ) и среднесуточная ( ПДКсс ).

     ПДКмр – основная характеристика опасности вредного вещества. Установлена для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, световой чувствительности) при кратковременном воздействии атмосферных примесей (в течение 20 мин). По этому нормативу оцениваются вещества, обладающие запахом или воздействующие на другие органы чувств человека.

     ПДКсс – установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Вещества, оцениваемые по этому нормативу, обладают способностью временно или постоянно накапливаться в организме человека.

     Для каждого проектируемого и действующего объекта, являющегося стационарным источником загрязнения воздушного бассейна, устанавливают нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

     ПДВ – это норматив, устанавливаемый для каждого конкретного источника исходя из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками не создают приземную концентрацию, превышающую ПДК за пределами санитарно-защитной зоны (СЗЗ). Это максимальные выбросы в единицу времени для данного природопользователя по данному компоненту, которые создают в приземном слое атмосферы максимальную концентрацию этого вещества Cмi , не превышающую ПДKМРi , с учетом фонового загрязнения Cфi . При этом должно выполняться условие:

     ПДВi→Cмi+Cфi/ПДKмpi ≤1.

     Фоновая концентрация Cфi характеризует загрязнение атмосферы в населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный, относится к тому же интервалу осреднения (~ 20 минут), что и ПДKМРi .

     Для каждого города на основании нормативов ПДВ предприятий и фонового состава атмосферного воздуха разрабатывают общегородские нормативы ПДВ, в соответствии с которыми индивидуальные ПДВ предприятий могут быть пересмотрены в сторону уменьшения.

     Температурная стратификация – (лаг. temperatura- правильное соотношение, нормальное состояние и stratum-слой, настил, facio-делаю). Высотное распределение температуры воздуха в атмосфере, закономерно понижающееся на 0,6–1°С на 100 м подъема. При устойчивой температурной стратификации обычна ясная безоблачная погода. При падении температур на 100 м меньше 0,6°С температурная стратификация становится неустойчивой, нарастает вертикальное движение воздуха, начинают формироваться облака, возникает конвективная фронтальная облачность.

     Коэффициент температурной стратификации атмосферы определяет условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе.

1.3. Определение предотвращенного  экологического ущерба

     Методика  по определению величины предотвращенного экологического ущерба предназначена для получения укрупненной эколого-экономической оценки ущерба, предотвращаемого в результате осуществления государственного экологического контроля, реализации экологических программ и природоохранных мероприятий.

     Ущерб от загрязнения окружающей среды – фактические и возможные убытки народного хозяйства, связанные с загрязнением окружающей среды (включая прямые и косвенные воздействия, а также дополнительные затраты на ликвидацию отрицательных последствий загрязнения). При этом учитываются потери, связанные с ухудшением здоровья населения, сокращением трудового периода деятельности и жизни людей.

     Предотвращенный экологический ущерб (У) от загрязнения окружающей среды представляет собой оценку в денежной форме возможных отрицательных последствий от загрязнения среды, которые удалось избежать в результате природоохранной деятельности территориальных органов системы Госкомэкологии России, осуществления природоохранных мероприятий и программ.

     Предотвращенный экологический ущерб определяется на территории каждого субъекта России исходя из объемов снижения отрицательного воздействия и величины показателя удельного экологического ущерба, наносимого единицей приведенной массы загрязнения по конкретному виду природных ресурсов и объектов.

     Основные  факторы, определяющие величину предотвращенного экологического ущерба на территории субъектов РФ:

     − снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

     − снижение сбросов загрязняющих веществ в поверхностные водоемы и подземные горизонты;

     − снижение загрязненности земель, химическими веществами;

     − уменьшение площадей деградированных земель;

     − сохранение (увеличение) численности отдельных видов животных и растений;

     − создание и поддержание природных комплексов (охраняемых и заповедных территорий) и т.д.

     Приведенная масса загрязняющих веществ (М) – это условная величина, отражающая вредность или эколого-экономическую опасность всей суммы разнообразных загрязнений, поступающих в атмосферный воздух или водную среду от одного или различных источников сброса (выброса) загрязняющих веществ, включая залповые и аварийные сбросы (выбросы) загрязнений.

     Экономическую оценку предотвращенного ущерба в данной методике осуществляют по следующим видам природных ресурсов:

     − водные ресурсы;

     − атмосфера;

     − почвы и земельные ресурсы. 
 
 
 
 

2. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет  загрязнения атмосферы  от организованного  высокого источника выбросов (литейного цеха)

Таблица 1

Исходные  данные необходимые для определения  санитарно-защитной зоны и категории  опасности промышленного объекта

Таблица 2

Исходные  данные и удельное выделение вещества на единицу продукции

Таблица 3

Значения  поправочного коэффициента, учитывающего

условия плавки, β

     Расчет  массы выбросов i-го вещества Mi (кг/ч) при работе плавильного агрегата производится по формуле:

Mi=qi*Д *β*(1−η), (2.1)

где q – удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т;

Д – расчетная производительность агрегата, т/ч;

β – поправочный коэффициент для учета условий плавки;

η – эффективность пылеочистки или газоочистки. Принимаем условно, в долях единицы.

Решение

M_ВВ = 6,3·5·0,85·(1 – 0,77) = 6,3 кг/ч = 1,71 г/с

M_NO = 0,26·5·0,85·(1 – 0,87) = 0,26 кг/ч = 0,04 г/с

М_Mn = 0,73·5·0,85·(1 – 0,77) = 0,73 кг/ч = 0,19 г/с 

     Определение максимальных приземных  концентраций загрязняющих веществ

     В отходящих дымовых газах литейного  производства по каждому загрязняющему веществу определяем максимальную приземную концентрацию.

     Максимальное  значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле:

     С_М =AMF_mnη/Н^{2 3}√V₁ΔT                                                              (2.2)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, с2/3· мг · град 1/3/г;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;