Основы инженерной экологии (стр. 5 )

Химические и физические взаимодействия могут оказать существенное влияние на рассеяние загрязнения, распространяющегося под действием ветра. Эти взаимодействия приводят к вторичному загрязнению с образованием новых загрязнителей, как в примере выше с образованием озона.

Загрязнители, как правило, выводятся из атмосферы посредством определенных механизмов и до определенной степени. Частицы могут осаждаться за счет гравитации; частицы и газы могут захватываться каплями дождя или снежинками, как ядрами осаждения. Загрязнители могут также собираться падающими каплями дождя или снежинками в результате действия других механизмов. Объекты, расположенные на пути загрязнителя, такие, как растительность или здания, также собирают загрязнитель.

В нашей стране загрязнение атмосферы создают пять отраслей промышленности, автотранспорт и теплоэнергетика. Их относительное участие в загрязнении атмосферы распределяется следующим образом, % : теплоэнергетика - 27 ; черная металлургия - 24,3 ; цветная металлургия - 10,5; нефтедобыча и нефтехимия - 15,5; автотранспорт - 13,3; предприятия стройматериалов - 8,1; химическая промышленность - 1,3 [6, 21].

В США загрязнение атмосферы вредными веществами создают, % : транспортные средства - 50, теплоэлектростанции - 20, промышленные предприятия (черная и цветная металлургия, нефтехимическая и химическая промышленности и др.) установки для сжигания твердых отходов - 5, прочие - 10. Основные примеси атмосферы и их источники приведены в табл.7.1 [6].

Кроме перечисленных, в атмосферу выбрасывается и ряд других более токсичных веществ. Так, например, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органические растворители; при переработки фосфорного сырья в производстве минеральных удобрений выделяются токсичные фтористый водород и фтористый кремний.

Подробнее о загрязнении атмосферы выбросами производств различных отраслей народного хозяйства [7,8]. В целом же в настоящее время более 500 вредных веществ загрязняют атмосферу, и их количество все увеличивается.­

Таблица 7.1

Примеси в атмосфере и их источники

Примеси	Основные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м3
Естественные	Антропогенные
1	2	3	4
Твердые частицы (зола, пыль и др.)	Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и др.	Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках	В городах 0,04-0,4
Окислы азота (NO2)	Лесные пожары, синтез при грозах	Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции	В районах с развитой промышленностью до 0,2
Диокид серы (SO2)	Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море	Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках	В городах до 1,0
Оксид углерода (СО)	Лесные пожары, выделение океанов, окисление терпенов	Автотранспорт, промышленные энергоустановки, черная металлургия	В городах от 1 до 50
Летучие углеводороды	Лесные пожары, природный метан, природные терпены	Автотранспорт, сжигание отходов, испарение нефтепродуктов	В районах с развитой промышленностью до 3,0
Полицикли-ческие ароматические углеводороды	––	Автотранспорт, химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы	В районах с развитой промышленностью до 0,01

7.4. Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ

Как отмечено выше, такие расчеты проводят в соответствии с общесоюзным нормативным документом (ОНД-86) Госкомгидромета [9].

Целью расчета является определение максимальной приземной концентрации вредного вещества СМ (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем, определяется при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм, (м) от источника по формуле для нагретых выбросов:

(7.1)

где А - коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы со значениями:

а) 250 для районов Средней Азии южнее 40о с. ш., Бурятской АССР и Читинской обл.;

б) 200 - для европейской территории РСФСР южнее 50о с. ш., районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; азиатской территории - Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

в) 180 - для Европейской территории и Урала от 50 до 52о с. ш., за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;

г) 160 - для Европейской территории и Урала от 50 до 52о с. ш.;

д) 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей;

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

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, равный: а) 1 - для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и др.), скорость упорядоченного оседания которых равна нулю; б) 2 - для мелкодисперсных аэрозолей при среднеэксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % ; в) 2,5 - от 75 до 90 % ; г) 3 - при степени очистки менее 75 % или без очистки;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника, (см. ниже);

Н - высота источника выброса, для наземных источников принимается Н = 2 м;

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км;

Т - разность между температурой выбрасываемой смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, оС;

V1 - расход газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле:

,

(7.2)

где D(м) - диаметр устья источника (трубы) выброса, (м/с) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса. Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V (м3/с) при проектировании предприятий определяется расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров ¦, , , ¦е.

	(7.3)
	(7.4)
	(7.5)
	(7.6)
Так, при <100	(7.7)
при ¦³100	(7.8)

Для ¦е £ ¦< 100 значение коэффициента m вычисляется при ¦=¦е. Коэффициент m можно определить и по графикам [10,14].

Коэффициент n при ¦ Ð 100 определяется в зависимости от по графикам или по формулам:

n=1 при ³2	(7.9)
при 0,5£<2	(7.10)
n=4,4 при < 0,5	(7.11)

Для холодных выбросов для ¦³100 и ³0,5 (@0):

	(7.12)
где	(7.13)

в форм.10, 7.11 при .

Аналогично при ¦Ð100 и Ð0,5 при ¦³ 100, <0,5 (случай предельно малых опасных скоростей ветра) расчет СM вместо (7.1) производится по формуле:

	(7.14)
где m1=2,86 m при ¦Ð100, Ð0,5	(7.15)
m1=0,9 при ¦³100, <0,5	(7.16)

Расстояние Х (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С, определяется по формуле:

(7.17)

где безразмерный коэффициент d при ¦<100 находится по формулам:

при £ 0,5	(7.18)
) при 0,5 < £2	(7.19)
при >2	(7.20)

При ¦>100 или T=0 значение d находится по формулам:

d=5,7 при £0,5	(7.21)
d=11,4 при 0,5< £2	(7.22)
при >2	(7.23)

Значение опасной скорости ветра Um (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ Cм в случае ¦<100 определяется по формулам:

Um = 0,5 при £ 0,5	(7.24)
Um = при 0,5 < £ 2	(7.25)
при > 2	(7.26)

При ¦ ³ 100 или Т @ 0 значение Um вычисляется по формулам:

Um = 0,5 при £ 0,5	(7.27)
Um = при 0,5 < £ 2	(7.28)
Um = 2,2 при > 2	(7.29)

Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу - ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях фонового загрязнения Сф ПДК определяется по формуле:

(7.30)

В случае ¦ ³ 100 или DТ@0 ПДВ определяется по формуле:

(7.31)

Очистка вредных выбросов в атмосферу производится на газопылеулавливающих установках предприятий. Существует положение о государственном контроле за работой газоочистных и пылеулавливающих установок [10].

Предприятия ежегодно подают сведения в вышестоящую организацию о состоянии охраны атмосферного воздуха в форме отчета об охране воздушного бассейна (воздух).

Разделы отчета предусматривают: изложение разработанных мероприятий по уменьшению выбросов в атмосферу; характеристику источников выбросов и количественные данные по каждому загрязняющему атмосферу компоненту; оценку эффективности работы газоочистных сооружений. Причем в отчете даются сведения как по организованным, так и неорганизованным выбросам

Организованными выбросами являются выбросы, отводимые от мест образования системой газоотводов, что позволяет применить для их улавливания соответствующие установки.

Неорганизованными являются выбросы, возникающие за счет негерметичности технологического оборудования, газоотводных устройств, резервуаров и залповых выбросов.

7.5. Загрязнение природных вод

Наряду с приведенной классификацией загрязнителей, загрязнения сточных вод удобно разделить на две группы: 1) минеральные; 2) органические, в том числе биологические и бактериологические. К минеральным относятся в первую очередь сточные воды металлургических и машиностроительных предприятий, отходы нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности. Загрязнения содержат песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла. Содержание их выражается в мг/л загрязняющего вещества.

Органические загрязнения содержатся в городских фекально-хозяйственных стоках, стоках боен скота, отходах кожевенных, целлюлозно-бумажных производств, пивоваренных заводов и др. Органические загрязнители можно разделить еще на загрязнения растительного и животного происхождения. Загрязнения растительного происхождения - это остатки плодов, овощей, бумаги, растительного масла, сланцевые воды и др. Основным химическим веществом этого рода загрязнителей является углерод. Загрязнения животного происхождения - это физиологические выделения животных, людей, стоки животноводческих ферм, остатки жировых и мускульных тканей, клеевые вещества и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота. Количественно загрязнение воды органическими веществами характеризуется величиной БПК (см. ниже).

Бактериальные и биологические загрязнения - это различные живые микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе возбудители тифа, паратифа, дизентерии.

Сточные воды - это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

Загрязнение приносит большой вред рекам, озерам, морям, океану, нарушает экологическое равновесие. Так, например, в результате избытка фосфорных и азотных соединений создаются условия для эвтрофикации водоемов. Сущность процесса эвтрофикации состоит в том, что избыток питательных элементов приводит к буйному росту водорослей. Отмирающие растения отлагаются на дне и подвергаются сначала аэробному разложению микроорганизмами, на что расходуется кислород, в ряде случаев - полностью. После чего дальнейшее разложение органики происходит уже анаэробными бактериями, продуктами жизнедеятельности которых являются метан, сероводород и другие вредные соединения. В результате в воде остается “мертвая” зона. Минеральные же загрязнители являются зачастую ядами для живых организмов водоемов.

Состав сточных вод зависит от характера использования воды в промышленности. К наиболее вредным следует отнести стоки, возникающие при проведении химических процессов - реакционные и маточные растворы, промывные воды, воды очистки газовых выбросов, а также стоки горнодобывающих предприятий, образующиеся при удалении золы, балластные воды нефтеналивных судов, ливневые воды и др.

Практически во всех водоемах находятся нефтепродукты - от следов до опасных концентраций, пагубных для рыбного хозяйства.

Более подробно с классификацией загрязнителей, составом сточных вод различных предприятий можно ознакомиться в монографиях [6, 11] и в популярной литературе, например, [12]; в периодической печати приводятся многочисленные примеры последствий для экосистем и человека загрязнения сточными водами.

Критерий качества воды - признак, по которому производится оценка качества воды по видам водопользования. Виды водопользования определены Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и включают питьевое водоснабжение для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения, рыбохозяйственных целей.

Критерием загрязненности воды является ухудшение ее качества вследствие изменения ее органолептических свойств и появления вредных веществ для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов. Все эти показатели регламентируются. Например, для хозяйственно-питьевого водоснабжения и культурно-бытовых нужд вода по водородному показателю не должна выходить за пределы рН=6,5-8,5; не должна сообщать посторонних запахов и привкусов мясу рыб; количество растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/л; минеральный состав по сухому остатку не более 1000 мг/л, в том числе хлоридов не более 350 мг/л, сульфатов - 500 мг/л, а концентрация вредных веществ не должна превышать ПДК. Аналогично регламентируются показатели водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей [10].

Важнейшая составная часть водно-санитарного законодательства - ПДК вредных веществ в водоемах.

Гигиенические ПДК обеспечивают безопасность здоровья населения и благоприятные условия для санитарно-бытового водопользования. При научном обосновании этого вида ПДК экспериментально на животных, водных организмах и др. выявляются концентрации того или иного вещества, при которых их вредное влияние не проявляется. Дополнительные исследования по общесанитарным и органолептическим признакам вредности являются основой для гигиенического нормирования. После экспериментальных исследований и установления гигиенических нормативов осуществляются комплексные наблюдения на водоемах для проверки надежности и эффективности проведенных работ по установлению ПДК.

Практические успехи исследований по гигиеническому нормированию в России значительны: водно-санитарное законодательство в настоящее время содержит около 700 нормативов (ПДК), утвержденных Минздравом [13,16].

Рыбохозяйственные ПДК также базируются на комплексных исследованиях: ихтиологических, гидробиологических, микробиологических и химических.

Рыбохозяйственные ПДК - это такие концентрации вредных веществ, при постоянном присутствии которых в водоеме последний остается практически чистым: 1) в нем не зарегистрированы случаи гибели рыб и кормовых для рыб организмов; 2) не наблюдается постоянного исчезновения тех или иных видов рыб, для жизни которых водоем был ранее пригодным; 3) не происходит порчи товарных качеств обитающей в водоеме рыбы; 4) в водоеме не отмечаются условия, способные в определенные сезоны или в обозримом будущем привести к гибели рыб, замене ценных видов на малоценные или к потере рыбохозяйственной ценности как всего водоема, так и его части.

7.5.1. Контроль состава природных и сточных вод

Если состав стоков предприятия постоянен, то контроль их на загрязнитель можно выполнять по средней пробе, взятой через равные промежутки времени. При значительных колебаниях расходов и составов сточных вод назначаются определенные периоды времени для отбора проб. Анализ проводится не позже, чем через 12 часов после отбора пробы.

Органолептические показатели - это цвет и запах. Цвет воды устанавливают измерением оптической плотности на спектрофотометре или электрофотоколориметре. Контроль запаха носит качественный характер и проводится при комнатной температуре или при нагревании до 320-340 оК.

Концентрация водородных ионов выражается величиной рН, определяемой электрометрическим способом. При изменении величины рН в жидкости на единицу потенциал стеклянного электрода, опущенного в эту жидкость, изменяется на постоянную для данной температуры величину (например, на 59,1 мВ при температуре 298 оК, на 58,1 мВ при 293 оК и т. д.).

Грубодисперсные примеси - отделяют фильтрованием и количественно определяют “сухой” осадок. Периодически вычисляют скорость осаждения механических примесей. Эти анализы актуальны в период отладки очистных сооружений.

Химическое потребление кислорода (ХПК) - это величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необходимым для окисления всех содержащихся в воде восстановителей. На практике окисление пробы сточной воды производится раствором бихромата калия в серной кислоте. Измерение ХПК проводится двумя группами методов: арбитражными, проводимыми с большой точностью, и ускоренными методами. Последние применяются для ежедневных анализов, проводимых для контроля работы очистных сооружений или за состоянием воды в водоеме при постоянном расходе и составе сточных вод.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) - это количество кислорода (в миллиграммах), необходимое для окисления в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологических процессов органических веществ, содержащихся в 1 л сточной воды. БПК не учитывает расходов кислорода на нитрификацию. Вычисление БПК производится на основе изменения количества растворенного кислорода с течением времени в пробе воды, т. к. это уменьшение характеризует то количество кислорода, которое израсходовано микроорганизмами за принятый период времени для окисления органических веществ. На практике обычно вычисляют пятисуточное биохимическое потребление кислорода - БПК5 . Окисляемость чистой родниковой воды, например, составляет не более 1 мг/л кислорода.