Практическая работа: «Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду» Экологическая экспертиза – это установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий. Оценка воздействия на ОС (ОВОС) – процедура учёта экологических требований законодательства РФ при подготовке и принятии решений о социально-экономическом развитии общества. ОВОС организуют и осуществляют с целью выявления и принятия необходимых и достаточных мер по предупреждению возможных неприемлемых для общества экологических и связанных с ними социальных, экономических и других последствий реализации хозяйственной и иной деятельности. К результатам ОВОС относят: информацию о характере и масштабах воздействия на ОС намечаемой деятельности; альтернативы её реализации, включая «нулевой вариант», то есть отказ от проекта; оценку экологических и связанных с ними социально-экономических и иных последствий данного воздействия; возможности минимизации воздействий; общественное мнение о характере и масштабах воздействия на ОС намечаемой деятельности. Результаты ОВОС включают в документацию, представляемую на государственную экологическую экспертизу. Расчёт приземных концентраций вредных веществ выполняют в соответствии с ОНД – 86 «Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». Значение максимальной приземной концентрации См при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х от источника определяют по формуле См = 𝐴𝑀𝐹𝑚𝑛𝜂 3 𝐻 2 √𝑉𝛥𝑇 , где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Он зонирован по территории России Главной геофизической обсерваторией им. А.И.Воейкова(русский климатолог и географ, 1842-1916). Коэффициент А принимает значения от 140 до 240(для центральной части России А=140); М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей(пыли, золы, скорость оседания которых практически равна нулю) он равен 1; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (трубы), m= 1 0,67+0,1√𝑓 +0,34 3√𝑓 ,где 𝑓 2 = 1000 𝜔 𝐷 𝐻2 𝛥𝑇 . Выбросы, для которых 𝑓 > 100 относят к холодным, а при 𝑓 < 100 - к нагретым. Обычно коэффициент m=1, варьируется от 0,8 до 1,5. Коэффициент n (n=1-3) зависит от вспомогательного параметра Vm: при Vm< 0,5 0,5 ≤Vm< 2 Vm≥ 2 𝑛 = 4,4Vm 𝑛=0,53 Vm2-2,13 Vm +3,13 𝑛=1 η-коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(в случае ровной или слабопересечённой местности η=1); H – высота источника выброса над уровнем земли, м. От высоты трубы зависит степень распределения загрязняющих веществ на различные площади. Так, из трубы высотой 200м пылегазовые потоки расходятся на 20 км, а из трубы высотой 250 м – уже на 75 км; ΔT = Tг – Tв – разность температур выбрасываемых газов(Tг) и воздуха (Tв), ℃; V – объёмный расход выбрасываемой газовоздушной смеси, м /с, V 3 = 𝜋𝐷2 4 ω, ω – скорость выхода газовоздушной смеси. При неблагоприятных метеорологических условиях и высоте трубы H концентрация вредных веществ вблизи от земной поверхности достигает максимума на расстоянии x: х = kH, k - безразмерный коэффициент, среднее значение которого равно 20. Для каждого вида источников выбросов существует определённая скорость ветра, называемая опасной, - Uм, когда значение концентрации примеси у земной поверхности максимально. Для её оценки рассчитывают вспомогательный 3 параметр Vm по формуле Vm =0,65 √ 𝜋𝑟 2 𝜔𝛥𝑇 𝐻 Чем выше температура окружающего атмосферного воздуха, тем в меньшей степени проявляется эффект всплывания дымовых газов. Поэтому расчёты приземных концентраций проводят при средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца года, используя данные климатических наблюдений в районе нахождения предприятия. Максимальная концентрация каждого токсичного вещества См в приземном слое атмосферы не должна превышать ПДКмр в атмосферном воздухе. При расчёте рассеивания в атмосфере n вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, для определения общей массы выброса приводят значения масс выбросов М(г/с) всех веществ для каждого источника к значениию ПДК1 ПДК1 одной из них по формуле М = М1+М2 ПДК2+…+ МnПДК𝑛. Цель практической работы: изучить основные факторы, влияющие на рассеивание вредных веществ в атмосфере, и рассчитать: величины максимальной приземной концентрации вредных веществ для выброса нагретой и холодной газовоздушной смеси от одиночного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеоусловиях; расстояние от источника выброса, на котором эта концентрация достигается; опасную скорость ветра; приземную концентрацию, загрязняющих веществ выбросов, содержащих вредные примеси, обладающие эффектом суммации вредного воздействия; данные для проведения оценки воздействия на ОС. Пример расчёта. 1. Проведите оценку загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения тепловой электростанции в Тульской области. Рассчитайте значения максимальных приземных концентраций вредных веществ газовых выбросов при неблагоприятных условиях, сравните рассчитанные концентрации загрязняющих веществ с их ПДК. После расчета приземных концентраций вредных веществ при различных скоростях ветра сделайте выводы о зависимости концентрации от скорости ветра. Тепловая электростанция выбрасывает в атмосферу 15 т/ч SO2 (М1), при этом температура газовоздушной смеси равна 123℃. Высота трубы Н=150м, диаметр устья источника D=5м, средняя скорость выхода газовоздушной смеси ω=10м/с. Для Тульской области А=140. Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца составляет 23℃(ΔT = 100℃), η = 1. Определите величину максимальной приземной концентрации примеси См и расстояние от источника, где создаётся эта концентрация х м. Рассчитайте значения См при скоростях ветра u равных 2 и 10 м/с. Решение: Сернистый ангидрид (сернистый газ), диоксид серы(IV), SO2 – бесцветный газ с резким запахом. В промышленности получают путём обжига сульфидных руд. Применяется в производстве серной кислоты, в качестве восстановителя, отбеливателя, консерванта, хладагента и др. Один из основных промышленных газов, загрязняющих атмосферу, ядовит. При длительном воздействии на человека приводит к потере вкусовых ощущений, стеснённому дыханию, а затем к отёку лёгких, перебоям в сердечной деятельности и остановке дыхания. Максимальная разовая ПДК для диоксида серы составляет 0,5мг/м3, а среднесуточная 0,05мг/м3. Сначала вычислим значение коэффициента 𝒇: 𝑓 2 = 1000 𝜔 𝐷 𝐻2 𝛥𝑇 102 ×5 =10001502 ×100=0,22, 1 затем - коэффициента m= 1 = 3 0,67+0,1√𝑓 +0,34 √𝑓 0,67+0,1√0,22 +0,34 √0,22 Рассчитаем объёмный расход выбрасываемой газовоздушной смеси V= 𝜋𝐷2 4 ω= 3,14×52 4 3 =1,08 10=196 м3/с. 3 Для нагретого выброса Vm =0,65√ 𝑉1 𝜔𝛥𝑇 𝐻 3 =0,65√ 196× 100 150 =3,3м/с При Vm= 3,3 > 2 𝑛=1. Переведём массу выброса SO2, данную в т/ч, в г/с: 15000000 М = 3600 = 4170 г/с Подставляем полученные значения необходимых величин для расчёта максимальной приземной концентрации SO2: См = 𝐴𝑀𝐹𝑚𝑛𝜂 3 𝐻 2 √𝑉𝛥𝑇 = 140×4,170×1×1×1,08×1 3 1502 √196×100 =1,04мг/м3 Теперь вычислим расстояние от источника выброса (трубы) хм, на котором создаётся концентрация SO2, равная 1,04мг/3м. Для нагретых источников: а) при Vm< 0,5 k=2,48(1+0,28); б) при 0,5 ≤Vm< 2 k=7√Vm(1+0,28 3√𝑓); 3 в) при Vm≥ 2 k=4,95 Vm (1+0,28√𝑓 ). Поскольку Vm= 3,3 > 2, то k=4,95 3,3 (1+0,28 3√0,22) = 19, тогда хм=kH=19× 150 = 2850м. Определим опасную скорость ветра uм. При Vm= 3,3 > 2, uм = Vm(1+0,12√𝑓)= 3,3(1=0,12)=3,49м/с Коэффициент 𝑟 рассчитывают при следующих условиях: 𝑢 𝑢 𝑢 𝑢 в случае uм ≤ 1 𝑟= 0,67(uм)+1,67(uм)2 - 1,34(uм)3 в случае uм > 1 𝑟= 𝑢 Если u=2м/с, то 𝑢 uм 3𝑢 uм 𝑢 𝑢 2( )2 −( ) uм uм +2 =2÷3,49=0,57< 1 и 𝑟=0,67∙0,57 +1,67∙0,572-1,34∙0,572 =0,68 Тогда См(2)=𝑟См = 0,68∙1,04 = 0,71мг/м3 𝑢 Если u=10м/с, то =10/3,49=2,87> 1. uм В этом случае 𝑟= 3𝑢 uм 𝑢 𝑢 2( )2 −( ) uм uм +2 = 3×2,87 2×(2,87)2 −2,87+2 = 0,55. Тогда См = 0,55∙1,04 = 0,57мг/м3 Ответ: значение максимальной приземной концентрации SO2 См=1,04 мг/м3, а расстояние от источника на котором создаётся эта концентрация –х=2850м. Максимальные приземные концентрации SO2 при u=2 и 10м/с соответсвенно равны 0,71 и 0,55 мг/м3; ПДКмр для SO2 составляет 0,5мг/м3, следовательно при опасной скорости ветра максимальная приземная концентрация SO2превышает ПДКмр в два раза. Концентрация SO2 См(2) при u=2м/с меньше концентрации См при опасной скорости ветра почти в полтора раза; концентрация См(10)при u=10м/с меньше концентрации См при опасной скорости ветра почти в два раза. Варианты практической работы В соответствии с вашим вариантом практической работы проведите оценку загрязнения атмосферного воздуха в районе расположения тепловой электростанции в Тульской области. Дайте полные ответы на вопросы задания и оцените воздействие на ОС. Значения исходных данных №варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 М1,т/ч 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 ω,м/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 8 H,м 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 D,м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 6 М2,т/ч 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 2. По условию задания 1, считая, что выброс тепловой электростанции холодный, определите значение максимальной приземной концентрации См и расстояние от источника хм, где эта концентрация достигается, при опасной скорости ветра, а также при скоростях ветра, равных 2 и 10 м/с. Сравните результаты со значениями, полученными в первом задании. Сделайте выводы, как изменились приземные концентрации вредных веществ при условии холодного выброса. Решение. 𝜔𝐷 10∙5 Для холодных выбросов Vм=1.3 𝐻 =1.3 150 =0,43м/с. Зависимость n от Vм такая же, как и для нагретых выбросов, т.е. n = 4,4∙ Vм=4,4∙0,43 =1,9. Теперь рассчитаем максимальную приземную концентрацию См вредного вещества для холодного источника: 𝐴𝑀𝐹𝑚𝑛𝜂 𝐷 См = Н 4/3 ∙8𝑉 = 140∙4170∙1∙1∙1,91∙1 150 4/3 5 ∙8∙196= 4,45 мг/м3. Для холодных источников: а) при Vм≤ 0,5 𝑘 = 5,7; б) при 0,5 ≤Vм≤ 2 𝑘 = 11,4 Vм; в) при Vм> 2, k = 16√Vм. Поскольку Vм = 0,43<0,5,то k=5,7, тогда хм=kH=5,7∙150 =855м. Для холодных выбросов при определении опасной скорости ветра сохраняются условия, как для нагретых выбросов, только в случае Vм> 2, uм = 2,2 Vм. Мы имеем Vм=0,43< 0,5, следовательно, uм = 0,5 м/с. Определим концентрации вредных веществ при скоростях ветра, отличных от опасной. Если u = 2м/с, то 𝑢 uм = 2 =4> 1 и 𝑟= 0,5 3𝑢 uм 𝑢 𝑢 2( )2 −( ) uм uм +2 = 3∙4 2∙(4)2 −4+2 = 0,4. Тогда См(2)=0,4∙4,45=1,78мг/м3 Если u=10 м/с, то 𝑢 uм = 10 =20> 1 и 𝑟= 0,5 3𝑢 uм 𝑢 𝑢 2( )2 − ( ) uм uм +2 = 3∙20 2∙(20)2 −20+2 = 0,076. См(10)=0,076∙4,45=0,34 мг/м3. Ответ: значение максимальной приземной концентрации от холодного источника SO2 См =4,45 мг/м3, а расстояние от источника, на котором создаётся эта концентрация SO2, хм=855 м. Максимальные приземные концентрации SO2 при скоростях ветра 2 и10 м/с соответственно равны См(2)=1,78 мг/м3, См(10)=0,34 мг/м3. При одном и том же значении выброса SO2 в атмосферу максимальная приземная концентрация SO2 при холодном выбросе (См =4,45 мг/м3) более чем в четыре раза превышает концентрацию при нагретом выбросе (См =1,04 мг/м3) и также более чем в четыре раза превышает ПДКмр. 3.Дополнительно к условию первого задания примите, что с газовоздушной смесью выбрасывается также диоксид азота NO2 М2 = 2 т/ч. Определите величину максимальной приземной концентрации См с учётом эффекта суммации вредного действия загрязняющих веществ SO2 и NO2. Сравните полученную приземную концентрацию загрязняющего вещества NO2 с его ПДК. как изменяется приземная концентрация SO2 и NO2 в зависимости от скорости ветра? Решение. Оксиды азота NO и N2O и диоксид NO2 – газообразные вещества, их объединяют одной общей формулой NOx. Оксиды азота образуются при всех процессах горения, причём большей частью в виде NO. Этот оксид довольно быстро окисляется до диоксида, который представляет собой красно-белый газ с неприятным запахом, сильно действующий на слизистые оболочки органов человека. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идёт образование NO. Источниками оксидов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, вискозный шёлк и др. При остром отравлении NO2 может развиться отёк лёгких. Признаками хронического отравления являются головные боли, бессонница, заболевания органов дыхания. Максимальная разовая ПДК NO2 составляет 0,085 мг/м3, а среднесуточная - 0,04 мг/м3. Выразим массу выброса NO2 в граммах в секунду: М2= 2000000 3600 = 560 г/с Приведём массы выбросов загрязняющих веществ в группе суммации к выбросу ПДКмр1 0,5 SO2: М=М1+М2ПДКмр2=4170 +560 0,085=7430 г. Рассчитаем значение См= 𝐴𝑀𝐹𝑚𝑛𝜂 140×7,430×1×1×1,08×1 3 𝐻 2 √𝑉𝛥𝑇 = 3 1502 √196×100 =1,86 мг/м3 Определим значение См для отдельных компонентов выбросов по формуле (См−См(у)∙0,085 См(х)= =0,139 мг/м3. 0,5 Вычислим значение максимальной приземной концентрации С м при u=2 и 10 м/с, См(u) = 𝑟 См. Опасная скорость ветра равна 3,49 м/с, но поскольку она не зависит от мощности выброса, следовательно, не изменились и значения коэффициента 𝑟, тогда См(2) = 0,68∙1,86 = 1,27мг/м3, См(10)= 0,55∙1,86 =1,02 мг/м3 Ответ: если принять, что с газовоздушной смесью выбрасывается также NO2, величина максимальной приземной концентрации См с учётом эффекта суммации вредного действия загрязняющих веществ SO2 и NO2 равна 1,86 мг/м3. Максимальная приземная концентрация См NO2составляет 0,139 мг/м3, что более чем в полтора раза выше его ПДКм, равной 0,085мг/м3; См(2) SO2 и NO2 при u=2м/с немного меньше, чем См(2) SO2 и NO2 при опасной скорости ветра; См(10) SO2 и NO2 при u=10м/с меньше, чем См SO2 и NO2 при опасной скорости ветра, почти в два раза.