Экологическая безопасность. 12

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Белгородский  государственный технологический 

университет им. В.Г. Шухова

 

 

 

 

РАСЧЕТНО- ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ (РГЗ)

По почвоведению «Радиоактивные вещества в атмосфере : источники поступления и последствия»

                                                                                    

 

 

 

 

 

 

                                                                                                Выполнила: Денежко Н. Н.,

Институт – АСИ, Городской кадастр, группа К11

                                                                                         Руководитель: Василенко Т. А.

 

 

                                         Белгород 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ
Теоретическая часть
Практическая часть
Вывод
Список литературы и источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                Введение

В данной работе нужно рассказать о радиоактивности  и выполнить расчеты связанные  с выбросов газовоздушной смеси  аммиака и асбеста .

  Оценить годовой экономический  ущерб от загрязнения различных  территорий города выбросами  промышленных предприятий. Учитывая, что выброс газовоздушной смеси  известного состава из одиночного  горячего источника мощностью  М (г/сек) со средней скоростью  выхода w₀ (м/с) загрязняет атмосферу территории указанного экономического района площадью S_заз (км²), рассчитать:

1. Максимальное значение концентрации примеси С_м (мг/м³) при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях (НМУ) на расстоянии Х_м (м) от источника выброса;

2. Величину предельно допустимого выброса (ПДВ, г/сек и т/год) вредных веществ для данного одиночного источника выброса, если известны ПДК_ссi и фоновые концентрации С_фi компонентов смеси;

3. Величину валового фактического  выброса (М_вал, т/год) вредных веществ.

4. Определить величину платы  (П_атм, руб.) за загрязнение воздуха окружающей атмосферы газовоздушными выбросами с представленными выше характеристиками.

5. Эколого-экономический ущерб  (У_атм, руб.) от загрязнения атмосферы конкретной территории j-го типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                Теоретическая часть

Радиоактивное загрязнение природной  среды  обитания человека в настоящее время обусловлено следующими источниками:

• Отработанное ядерное топливо , изъятое из реактора после его отработки;
• Долгоживущие радиоактивные изотопы – в основном это продукты испытаний ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей.  Они относятся к глобально распределенным ;
• Радиоактивные отходы в любом агрегатном состоянии
• При плановых и аварийных выбросах радиоактивных веществ в окружающую среду от предприятий атомной промышленности ;
• При выбросах в атмосферу и сбросах в водные системы радиоактивных веществ с действующих атомных электростанций в процессе их нормальной эксплуатации.

Отработанное ядерное топливо  - это особый вид радиоактивных материалов . Облученные тепловыделяющие элементы , извлеченные из реактора после их обработки, обладают значительной накопленной активностью и относятся к высокоактивным отходам, если не подвергаются дальнейшей переработке.

         В некоторых странах (США, Швеция, Канада) ОЯТ полностью относят к радиоактивным отходам. В России часть ОЯТ считается радиоактивными отходами, а часть поступает на переработку на радиохимические заводы. На радиохимических заводах применяется технология разомкнутого ядерного топливного цикла, при которой осуществляется переработка ОЯТ для извлечения урана -235, плутония- 239 и топливного сырья ( урана – 238) для повторного использования.

        На всех этапах производства  образуется большой объем РАО, различных по уровню активности, форм и степени опасности для окружающей среды и здоровья человека.

Поэтому многие зарубежные страны ориентируются  на долговременное ( до 50 лет)

хранение  ОЯТ на месте производства , что  дает возможность подготовить к  окончательному захоронению, но не исключает  его химической переработки в  дальнейшем.

В производстве, медицине, радиоизотопной энергетике, контрольно – измерительной и облучаемой технике, а также в научных исследованиях применяют искусственные источники ионизирующего излучения: радиоактивные изотопы различного типа.

Производство  и использование радиоактивных  изотопов влечет за собой образование  значительного количества РАО, которое  необходимо утилизировать по специальной  программе после окончания срока  работы источников ионизирующего  излучения.

          Радиоактивные отходы образуются  при испытании ядерного оружия  и подземных взрывов ядерных  устройств. Испытания ядерного  оружия, проводившиеся в атмосфере  на полигонах планеты с 1945г., стали глобальным источником  радиоактивного загрязнения природной  среды. Суммарная активность выброшенного  в атмосферу цезия -137 составила  8,2 МКи, стронция -90 … 4,3 МКи .  При этом 75% радионуклидов поступают  в стратосферу и впоследствии  выпадают по всему земному  шару. В верхние слои атмосферы  ( выше 50 км)  попадает около 3% всех  радионуклидов. Приняты следующие  величины фоновой плотности загрязнения: для цезия -137 ..0,08 Ки/км², стронция- 90 … 0,045 Ки/км², плутония – 0,005 Ки / км².

Таким образом, самое большое количество РАО образуется: в процессе реализации военных программ и во всей цели ядерного топливного цикла (создание ядерного оружия на основе высокообогащенного урана и плутония);

При эксплуатации и списании  наводных и подводных  кораблей военного - морского и гражданского флотов с ядерными энергетическими  установками  и баз их обслуживания;

При эксплуатации и закрытии предприятий ядерного топливного цикла (добыча и обогащение урановой руды, производство тепловой и электроэнергии в реакторах, изготовление тепловыделяющих элементов, переработка отработанного ядерного топлива);

В процессе консервации предприятий военного и гражданского ядерного комплекса.

       К радиоактивным относятся не  подлежащие дальнейшему использованию  отходы в любом агрегатном  состоянии ( материалы, изделия, оборудование, газообразная среда, грунт, а также порода, руды и отходы обогащения и выщелачивания руд), в которых содержание радионуклидов превышает уровень, установленный нормативными и правовыми актами.

Радиоактивные отходы в зависимости от агрегатного  состояния делятся на газообразные , жидкие и твердые. Газообразные РАО, образующиеся в процессе работы реактора, загрязняют производственные помещения  и через систему вытяжки, фильтров и воздухоочистки, а также  после  выдержки в течении трех месяце выбрасываются  в окружающую среду через 150-метровую газоотводную трубку, что способствует рассеиванию радиоактивных веществ и уменьшению их концентрации в приземном слое атмосферы.

     Газообразные РАО включают в  себя не только газообразную, но и в меньшей степени аэрозольную  фазу выброса АЭС. Риск глобального  изменения биосферы может быть  сведен к минимуму путем внедрения на АЭС новых технологических систем, способных улавливать эти радионуклиды ( аргон -4, криптон – 85 и ксенон – 1334, тритий и углерод- 14, радионуклиды йода – 131 в виде замены оборудования, проведения различных испытаний и др.) Коэффициент использование АЭС равен 69,1%.

Объем первичных  жидких РАО может достигать 100 тыс. м³ в год на энергоблок для реакторов типа РБМК- 1000 и 40 тыс. м³ для реакторов типа ВВЭР – 1000. Объем первичных твердых отходов составляет около 120 тыс. м³ в год. Активность РАО, образующихся за год на крупной российской АЭС, составляет 32000 Ки.

      Перед закладной на хранении  первичных радиоактивных отходы  подвергают кондиционированию ( в форму , удобную для хранения, транспортировки, захоронения) и  переработки, что приводит к  значительному уменьшению их  объема.

РАО, образующиеся на АЭС, относятся в основном к категории низко – среднеактивных и содержат радионуклиды с периодом полураспада менее 30 лет. Однако существующая система обращения с РАО не отвечает современным требованиям экологической безопасности.

    Необходимо отметить, что РАО  и радиоактивные загрязнения  будут оказывать отрицательное  влияние на биосферу на протяжении  сотен лет. Поэтому одной из  главнейших задач всех стран  мира, имеющих ядерную промышленности, является решение вопроса о  долговременном и безопасном  хранении накопленных РАО, а  также их захоронении.

Радиоактивные загрязнения биосферы – это увеличение концентраций радиоактивных веществ в живых организмах и среде их обитания в результате деятельности человека. К радиоактивному загрязнению биосферы привела интенсификация промышленного производства и как функция появления на Земле большой группы антропогенных радионуклидов. Их суммарная активность в среднем соизмерима с активностью естественного радиоактивного фона, но на некоторых участках может превышать его.

Радиоактивность бывает естественного  происхождения, обусловленная присутствием в природной среде радиоактивных элементов; например, часть Новосибирской области подвержена естественному радоновому загрязнению, так как в подстилающих коренных горных породах фиксируются повышенные кларки урана- 238, продуктом распада которого и является  радон – 222. Количество естественных радионуклидов незначительно причем наиболее распространен  уран – 238 ( 99,2%). Радионуклиды естественного происхождения возникают при извлечении и переработке многих полезных ископаемых, особенно фосфатных руд, с концентрацией урана – 238. В результате этих процессов в биосфере появляются локальные участки с концентрацией радионуклидов, которые существенно повышают естественный радиоактивный фон. Такие участки можно отнести к разряду малоактивных загрязнений. Однако участие в радионуклидах некоторых долгоживущих естественных элементов с очень большим периодом полураспада делает загрязнение подобного рода опасными. Существует несколько путей воздействия радионуклидов естественного происхождения на человека, например :

1. Применение минеральных фосфатных удобрений через сельскохозяйственную продукцию ( внутренние облучение)
2. Использование в качестве строительного материала более радиоактивных по сравнению с почвой геологических пород ( при повышенном содержании урана – 238, тория – 232 и калия- 40 в таких традиционных строительных материалах, как : строительный камень, песок, гравий и др.)
3. Использование материалов, произведенных из промышленных отходов.

Кроме того, естественные радионуклиды поступают  в окружающую среду при сжигании угля, а также в случаи применения угольной залы в производстве цемента  и бетона в качестве наполнителя  для дорожных покрытий.

       Радиоактивность  искусственного происхождения обусловлена антропогенной деятельностью человека. Это строительство АЭС, строительство подводных атомных лодок, применение радиоактивных элементов в медицине, строительстве и других отраслях.

Радионуклиды  искусственного происхождения делятся  на три вида :

• Ближние, или локальные , выпадения, которые представлены относительно крупными ( более 100 мкм) частицами, оседающими на землю преимущественно под действием силы тяжести;
• Промежуточные, или тропосферные, выпадения, представленные мелкими частицами ( несколько микрометров и менее). Эти частицы формируются в тропосфере, ниже тропопаузы, на высоте 11…16 км. Период полувыведения частиц из тропосферы составляет 20….30 суток. На тропосферные выпадения при наземных взрывах мощностью в несколько мегатонн приходится 5% радиоактивности;
• Глобальные, или стратосферные, выпадения, которые состоят из частиц от нескольких сотых до десятых долей микрометра, забрасываемых в стратосферу на высоту 10 …. 30км. Оттуда они переносятся в тропосферу струйными течениями и циклональными вихрями либо с воздушными массами через разрывы в тропопаузе.

         В умеренных широтах глобальные  выпадения с атмосферными осадками  ( влажные выпадения) составляют 60 ….70% от общей суммы радиоактивных выпадений, остальная часть ( 30….40 %) представлена сухими выпадениями. Следует отметить, что глобальные выпадения радионуклидов искусственного происхождения распределяются по всей поверхности Земли. Еще одна особенность глобальных выпадений. В водный раствор переходит около 50% от общего количества радионуклидов; в водонерастворимой форме поступает до 95% стронция – 90 и до 70% цезия – 137; в растворимой форме – 30% цезия- 144 и 40% циркония- 95.

Как правило, естественная радиоактивность не вызывает явных отрицательных явлений, так  как к ней живые организмы  приспособились. Искусственная радиоактивность, наоборот, играет негативную роль, вызывая  разрушения природных экосистем  и представляя значительную опасность  для живых организмов и самого человека.

 

 

 

 

                                              ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Исходные данные для расчетов ПДВ  и экологического ущерба

№ п/п

Состав выброса

Номер типа территории

Экономический район

А

H, м

DТ, ºС

vM, см/с

h, %

D, м

w0, м/с

SЗАЗ км2

М, г/сек

1. Аммиак 2.  Асбест

6; 11

Центрально- Черноземный

180

35

20

1,5 13,4

88 76

1,27

2,1

1,6; 0,8

0,02 0,005

 

 

1. Произведу расчет объемного расхода газовоздушной смеси по формуле

2. Расчет значений максимальных концентраций С_м (мг/м³) для бензола и сероводорода,  которые будут достигаться на расстоянии Х_м (м)  при неблагоприятных метеорологических условиях по формуле (40)

                                    

 

           

3.       Для расчета безмерных коэффициентов d и f, используемых для определения расстояния Х_м (м)  воспользуемся формулами Так как значение средней скорости оседания выбрасываемой примеси v_M более 0,05 см/с, но не превышает 2 см/с, то безразмерные коэффициенты d и f, рассчитываю по формулам

                

 

   

 

                

4. Расстояние Х_м (м), на котором достигается максимальная приземная концентрация загрязняющего вещества рассчитывается по формуле

                                       Х_м = 0,25 × (5 – F) d × H                                     

где d – безмерный коэффициент.

При выбросе  газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым  устьем приземная  условиях достигает  максимального значения С_м на расстоянии Х_м (м) от источника.

Произведу  расчет расстояния от источника  выброса (Х_м , м), на котором будут достигаться максимальные концентрации примесей С_м. Значение коэффициента F для аммиака и асбеста принимается равным 1, т.к. это газообразные примеси. Значения Х_м для загрязняющих веществ составят

Х_м  аммиака  = 0,25 × (5 – 1) 8,67 × 35 = 303,45 м

Х_м  асбеста  = 0,25 × (5 – 1) 28,01 × 55 = 1541,1 м

5. Показатель а_i задает уровень опасности для человека вещества i-го типа по отношению к уровню опасности оксида углерода:

a_i = ((ПДК_{сс CO} × ПДК_{рз CO}) /(ПДК_{сс i} ×ПДК_{рз i}))^0.5 =

= (60/(ПДК_{сс i} × ПДК _{рз i})) ^0,5                                

Для аммиака a = 3,87

Для асбеста a = 14,14

6. Для  определения показателя относительной  агрессивности А_i^возд воспользуемся формулой с учетом коэффициентов a_i, d_i, l_i и b_i на территории центрально-черноземного экономического района

                                    А ^воз_аммиак   = 3,87 × 1 × 1,2 × 1 × 1= 4,644                     

                                     А ^возд асбест =14,14 × 1 × 1,2* 2 × 1,2 = 40,7

7.

Произведу  расчет приведенной массы годового выброса (М, усл. т/т) по формуле (26) используя  значение М_вал

 

       М  аммиак = 4,64 * 0,29 = 1,34 усл. т/т

       М асбеста  = 40,7 * 0,07 = 2,84усл. т/т

8. Общая площадь  зоны активного загрязнения (ЗАЗ)  будет складываться из двух  участков площадью S_j по формуле :

S_заз =  S ам + S _ас   =  1,6 + 0,8  = 2,4  км²

9. С учетом  состава территорий и их площадей  показатель относительной опасности  загрязнения ЗАЗ определяется  по формуле 

Тип территории для аммиака 6 : территории промышленности – 4,0

Тип территории для асбеста 11 : орошаемые пашни, южные зоны – 0,25

s_заз^возд = ( 1,6 / 2,4) 4 + (0,8 / 2,4) 0,25  = 2,475.

10. Произведем  расчет поправки на факел – j

 

Для частиц, оседающих со скоростью 1 см/с £ v_M < 20 см/с; для значений коэффициентов очистки в диапазоне 70% £ h < 90%; при сжигании жидких и газообразных топлив, не сопровождающемся быстрой конденсацией частиц (выброс без паров) расчет производится по формуле

                               ƒ = ƒ₂ = [1000/(60 + jН)]^0,5 ×[4/ (1 + U)

Для аммиака  F₁ = F₂ = 1000/ ( 60 + 1,26 * 35) * 4 / 3 = 9,60

Для асбеста  F₁ = F₂ = 1000/ ( 60 + 1,26 * 55) * 4 / 3 = 7,71

11. Ущерба (У_атм, руб.) от загрязнения атмосферы бензолом и сероводородом согласно формуле . Величина ущерба от выброса в атмосферу загрязняющих веществ будет определяться как:

              У_атм = ỹ_уд^возд · s_заз · ƒ · М · k_t^инд                         

 

У_атм аммиак  = 144 · 2,475 · 0,22 · 0,29 · 22 = 5002 руб.

   У_атм асбест = 144 · 2,475 · 0,09  · 0,07 · 22 = 4930 руб.

У_атм =5002 + 4930  = 9932 руб. 

11. Значение  ПДВ (г/с) для одиночного источника  с круглым устьем в случаях С_ф ≤ ПДК_сс определяется по формуле

                                   

Для аммиака ПДВ = 0,16/ ( 180*1 * 88) * 3,7 = 0,16 / 15840 * 3,7 = 3,73

C_ф = 0,2 * ПДК_СС = 0,04

Для асбеста  ПДВ = 0,17/ ( 180*1 * 76) * 3,7 = 0,17 / 13680 * 3,7 =  4,59

C_ф = 0,2 * ПДК_СС  = 0,2 * 0,15 = 0,3

12.  Рассчитаю  значения  валового выброса (ПДВ_вал, т/год) загрязняющего вещества с учетом установленного предельно допустимого выброса (из условия работы предприятия 8-12 ч в сутки (T) и 265-340 дней в году (N):

                               ПДВ_вал  = ПДВ × 3600 × T × N × 10^-6

Для аммиака ПДВ _вал = 3,73 * 3600 * 12* 340 * 10^-6 = 54,7 т/год

Для аммиака ПДВ _вал = 4,59 * 3600 * 12* 340 * 10^-6 = 67,4 т/год

13.  Произведу   расчет временно согласованного  выброса (ВСВ, т/год) из условия  увеличения значения валового  выброса ПДВ_вал на 20%:

                                    ВСВ  =  1,2ПДВ_вал          

Для аммиака ВСВ= 1,2 * 54,7 = 65,64 т/год

Для асбеста ВСВ = 1,2 * 67,4 = 80,88 т / год 

14. Рассчитаю  валовой фактический выброс (М_вал, т/год) загрязняющего вещества с учетом указанной мощности выброса (М, г/сек):

                                     М_вал = М × 3600 × T × N × 10^-6               

Для  аммиака        М_вал = 0,02* 3600 * 12 * 340 ×* 10^-6  = 0,29 т/год

Для  асбеста          М_вал =  0,005 * 3600 * 12 * 340 *  10^-6 = 0,07 т/год

 Расчет платы за  выбросы загрязняющих веществ  в атмосферу от стационарных  источников:

Плата за выбросы загрязняющих веществ в  размерах, не превышающих установленные  природопользователю предельно  допустимые выбросы (ПДВ), определяется путем умножения соответствующих  ставок платы на величину загрязнения  и суммирования полученных произведений по видам загрязняющих веществ (М_{i атм} <  М_{нi атм}):

Для того чтобы рассчитать плату построим прямую и отметим на ней значения таких величин,  как М_ф , ПДВ, ВСВ.

Сделаем табличку для аммиака и асбеста  где определим все величины, которые  нужны для построения

№	Экономический район	М ф	ПДВ	Нбн	Н бл	ВСВ
1	Асбест	0,27	4,59	103	515	80,88
2	Аммиак	0,29	3,67	52	260	65,64

Теперь можем построить наши прямые , чтоб в дальнейшем определить плату.

аммиак                   0,29                                   3,67                          65,64

М _ф                                   ПДВ                              ВСВ

       Асбест                0,27                                4,59                          80,88   

                               

                                    М _ф                                                      ПДВ                                  ВСВ                       

 

                                           П_{н атм} = С_{нi атм} · М_{i атм} ,                                     

где i – вид загрязняющего вещества (i = 1, 2, 3... n); П_{н атм}  – плата за выбросы загрязняющих веществ в размерах, не превышающих допустимые нормативы выбросов, руб.; С_{нi атм} – ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов выбросов, руб.; М_{i атм} – фактический выброс i-го загрязняющего вещества, т; М_{нi атм} – предельно допустимый выброс i-го загрязняющего вещества, т.        

Ставка  платы за выброс 1 т загрязняющего  вещества рассчитывается:

                                      С_{нi атм} = Н_{бнi атм} · k_{э атм} · k^выб · k_t^инд  ,

где Н_{бнi атм} – базовый норматив платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в размерах, не превышающих ПДВ, руб. (Прил. 1); k_{э атм} – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы в данном регионе (табл. 2); k^выб – коэффициент, учитывающий место выброса, равен 1,8 при выбросе загрязняющих веществ в атмосферный воздух городов, 1,5 – в воздух сельской местности и 2 – для предприятий, расположенных на  особо охраняемых природных территориях; k_t^инд – коэффициент индексации (нормативы платы за негативное воздействие на окружающую среду, установленные в 2003 г., применяются в 2013 г. с коэффициентом 2,2, а нормативы, установленные в 2005 г., - с коэффициентом 1,79).

Для аммиака: 

С_{нi атм} = 52* 1,5 * 1,8* 22 = 3088,8

  П_{н атм} = С_{нi атм} · М_{i атм}  = 3088,8* 0,29= 895 руб

Для асбеста :

С_{нi атм} = 103* 1,5 * 1,8 * 22 = 611,82

  П_{н атм} = С_{нi атм} · М_{i атм}  = 611,82 * 0,07 = 42,82 руб

 

 

                                     

 

 

                            

   

                                                Заключение

  Оценила   годовой экономический ущерб  от загрязнения различных территорий  города выбросами промышленных  предприятий. Учитывая, что выброс  газовоздушной смеси известного  состава из одиночного горячего  источника мощностью М (г/сек)  со средней скоростью выхода w₀ (м/с) загрязняет атмосферу территории указанного экономического района площадью S_заз (км²), рассчитать:

1. Максимальное значение концентрации примеси С_м (мг/м³) при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях (НМУ) на расстоянии Х_м (м) от источника выброса;