Файл: УМК_ИнженернаяЭкология_МЭИ_full.pdf

Общие сведения об атмосфере

Атмосфера – газовая оболочка Земли массой около 5,9·1015 т. В зависимости от температуры можно выделить несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли.

Перечислим все слои атмосферы, снизу вверх:

• тропосфера (высота 10–18 км над уровнем моря,

температура от +40ºС до –

50ºС,

•стратосфера (толщина около 40 км, воздух более разрежен, влажность невысока; температура до

высоты 30 км постоянна (– 50ºС), затем повышается (до +10ºС). В стратосфере сконцентрирована основная часть атмосферного озона, который поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что и вызывает разогрев атмосферы,

•мезосфера (высота более 50 км, температура понижается),

•термосфера (не имеет определенной верхней границы. Температура в термосфере увеличивается и

на высоте 500…600 км достигает +1600ºС).

Атмосферное давление с ростом высоты уменьшается. Состояние атмосферы определяет тепловой режим поверхности Земли.

Различные соотношения тепла и влаги в воздухе являются основными причинами

существования различных географических зон на Земле.

Атмосфера является жизненной средой и выполняет функцию защиты жизни от воздействия открытого космоса.

Атмосфера дозирует поступление на поверхность Земли солнечной энергии (при отсутствии атмосферы поверхность Земли нагревалась бы до +100°С днем и охлаждалась до –100°С ночью). Озоновый и ионный слой атмосферы снижают воздействие космических и рентгеновских излучений, ограничивают проникновение ультрафиолетовых, инфракрасных лучей.

•газообразные и парообразные (SO2, CO, NOx, углеводороды и др.);

•жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, органические соединения);

•твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр.).

2.По массовому выбросу (т/сут):

•менее 0,01 (включительно);

•от 0,01 до 0,1 (включительно);

•от 0,1 до 1 (включительно);

•от 1 до 10 (включительно);

•от 10 до 100 (включительно);

•свыше 100.

Только за счет сжигания угля в различных энергетических установках в окружающую среду в мире поступает:

Самый чистый воздух – над океаном. Над крупными промышленными центрами пыли в 150 раз больше, чем над океаном. Загрязненный воздух над крупными городами простирается на высоту 1,5–2,0 км. Эта плотная шапка задерживает летом до 20% солнечных лучей.

Уровень загрязнения естественными источниками – фоновый, он мало изменяется с течением времени.

Нормирование примесей в атмосферном воздухе

Нормирование примесей в атмосферном воздухе ведется по концентрации, т.е. по количеству вещества в единице объема воздуха при нормальных условиях (обычно в мг/м3).

Для предупреждения загрязнения воздушного бассейна в РФ в законодательном порядке установлены предельно допустимые нормы вредных веществ в атмосфере.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это такая концентрация загрязнителя в атмосферном воздухе, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не вызывает патологических изменений или заболеваний.

Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух устанавливаются два норматива: максимально разовая ПДК и среднесуточная ПДК.

Среднесуточная ПДК – ПДК, которая устанавливается с целью предупреждения общетоксического, канцерогенного и мутагенного влияния вещества на организм человека.

Максимально разовая ПДК – ПДК, которая устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений (до 20 мин).

Максимально-разовая ПДК является основной характеристикой опасности вредного вещества. Наибольшая концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы С не должна превышать максимально разовой ПДК :

(2.1)

Рис. 2.2. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере

Рабочая зона – зона, высотой 2 м над тем местом, где работает человек.

Для оценки загрязнения воздуха на территориях курортов, мест массового отдыха населения используется 0,8 ПДК атмосферных загрязнений.

С целью защиты зон, на которых расположены жилые массивы, и селитебных территорий от воздействия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу вместе с промышленными выбросами, требуется отделять предприятия свободными территориями –

санитарно-защитными зонами (СЗЗ).

СЗЗ – территории определенной протяженности и ширины, располагающиеся между предприятиями и источниками загрязнения и границами зон жилой застройки. Протяженность СЗЗ устанавливается таким образом, чтобы содержание вредных примесей в атмосферном воздухе снижалось путем рассеивания до безопасных уровней на границе СЗЗ.

Каждому предприятию в соответствии со степенью его опасности присваивается определенный класс и в зависимости от класса устанавливается нормативная ширина СЗЗ. Минимальные протяженности СЗЗ для предприятий I класса составляют 1000 м, II класса – 500 м, III класса – 300 м, IV класса – 100 м, V класса – 50 м.

В атмосферном воздухе, как правило, находится несколько загрязнителей, которые могут обладать однонаправленным

действием. Например, при наличии в воздухе соединений азота и углеводородов, под воздействием солнечного света могут образовываться фотооксиданты, токсичность которых в несколько раз выше, чем у исходных компонентов.

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием (суммацией), их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию:

(2.2)

где С1,Сп – фактические концентрации вредных веществ в воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3;

ПДК1, ПДКп – максимально-разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе атмосферы, мг/м3.

Эффектом однонаправленного действия обладают следующие вещества:

•диоксид серы и диоксид азота;

•диоксид серы и сероводород и др.

Наряду с ПДК для каждого источника выбросов в атмосферу устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ, исходя из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника и совокупности источников населенного пункта, с учетом развития промышленных предприятий, не создадут концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

При установлении ПДВ для какого-либо источника загрязнений необходимо учитывать фоновую концентрацию от остальных источников загрязнения, действующих в данной местности. ПДВ измеряется в г/с.

Регламентация поступления загрязняющих веществ в атмосферу

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями в атмосферу регламентируются ГОСТ 17.2.3.02-78 и ОНД-86 (общероссийский нормативный документ). Указанные документы определяют ПДВ для каждого конкретного предприятия из условия, что сумма создаваемых всеми предприятиями приземных концентраций данного вещества или их комбинаций не превышала ПДК.

Максимальное значение приземной концентрации, например, для горячих точечных источников, рассчитывается по следующей формуле:

(2.3)

где Н – высота трубы, м;

М – расход выбрасываемого в атмосферу вещества (мощность выбросов), г/с;

Тг и Тв – температуры выбрасываемых газов и атмосферного воздуха соответственно;

V1 – полный объем выбрасываемых газов на срезе трубы, м3/с;

А – коэффициент, учитывающий рассеивающие свойства атмосферы, которые определяются климатической зоной (для Московской области А=140);

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной среды из устья источника выброса.

Если вместо значения Сm подставить ПДК конкретного вещества, то можно получить предельное значение мощности выбросов М данного вещества, т.е. предельно допустимый выброс.

Таким образом, регламентация выбросов в атмосферу осуществляется путем установления ПДВ вредных веществ.