Нормирование уровня загрязнения атмосферного воздуха

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ
по дисциплинам
«ПРИКЛАДНАЯ АЭРОЭКОЛОГИЯ» и
«ИНЖЕНЕРНАЯ АЭРОЭКОЛОГИЯ»
( для студентов 3-6 курсов заочной формы обучения специальности
«Экология и охрана окружающей среды» )
Харьков – 2001
Программа и методические указания к выполнению практических заданий по дисциплинам "Прикладная аэроэкология" и "Инженерная аэроэкология" (для студентов 3-6 курсов заочной формы обучения специальности "Экология и охрана окружающей среды"). Сост.
Коваленко Ю.Л., Евтухова Г.П. – Харьков: ХГАГХ, 2001. – 31 с.
Составители: Евтухова Г.П.,
Коваленко Ю.Л.
Рецензент:
Ладыженский В.Н.
Рассмотрено на заседании кафедры инженерной экологии городов
Протокол № 112 от 31 января 2001 г.
2
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания включают вопросы, охватываемые программой курса аэроэкологии, рассчитанной на 6 семестров,
и практические задания. Программа включает контрольные работы,
два курсовых проекта и одну курсовую работу.
Предлагаемые к изучению вопросы объединены в блоки, что
позволяет обеспечить освоение курса как на уровне бакалавра, так и
специалиста.
Курс аэроэкологии изучает вопросы, связанные с охраной атмосферного воздуха от загрязнения.
Предмет изучения аэроэкологии – источники образования и выбросов загрязняющих веществ, оценка их воздействия на состояние
атмосферного воздуха и мероприятия по снижению и предотвращению
его загрязнения.
В состав курса входят следующие блоки:
1. Атмосфера: основные понятия и определения, физико-химические
свойства пылей и газов. Нормирование уровня загрязнения атмосферного воздуха.
2. Основы образования твердых, жидких и газообразных загрязняющих атмосферу веществ. Определение качественного и количественного состава вредных выбросов.
3; 4.Мероприятия по защите атмосферного воздуха от загрязнений.
5. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере. Показатели качества атмосферного воздуха.
6. Система и методы контроля качества атмосферного воздуха в городах.
Блок 1. Атмосфера: основные понятия и определения, физико-химические свойства пылей и газов. Нормирование уровня загрязнения атмосферного воздуха
-
Вопросы для самостоятельного изучения:
классификация источников выбросов в атмосферу;
природные ресурсы атмосферы;
зависимость температуры и давления от высоты над уровнем моря;
атмосфера, ее состав, строение, функции;
общая характеристика источников и уровня загрязнения атмосферы;
3
характеристика и основные свойства пылей;
дисперсный состав частиц, способы задания дисперсного состава;
свойства газов;
нормативы качества атмосферного воздуха. Эффект суммации;
(предельно-допустимый выброс (ПДВ), временно-согласованный
выброс (ВСВ). Принципы установления.
Атмосфера – механическая смесь различных газов, водяных
паров и твердых (аэрозольных) частиц. Примерный химический состав
атмосферного воздуха (в объемных процентах в пересчете на сухой
воздух):
азот, N2 – 78,1%,
кислород, О2 – 20,9%,
аргон, Ar – 0,93%,
диоксид углерода, СО2 – 0,03%. Не более 0,04% приходится на
долю других газов (неон, гелий, ксенон, озон, водород, криптон).
По вертикали атмосфера имеет слоистое строение. Выделение
отдельных зон основано на изменении температуры с высотой: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера. В тропосфере (от 0 до
10,8 км) температура уменьшается линейно с высотой. При этом средняя температура на уровне моря принимается равной 288 К, а на высоте 10,8 км – 216,7 К. Исходя из этого стандартный или нормальный
градиент температуры равен
288  216,7
К
 dT 


 0,0066 .

3
м
 dH  станд .
10,8  10
-
Зависимость давления от высоты выражается международной
барометрической формулой
5,255
 6,5Н 
, кПа,
Р(Н)  101,31 

288 

где Р – давление, кПа; Н – высота над уровнем моря, км.
Источники загрязнения бывают естественные и антропогенные.
Загрязняющие вещества характеризуются следующими физикохимическими свойствами:
 плотность (насыпная, истинная, кажущаяся),
 дисперсный состав пыли,
 запыленность,
 слипаемость,
 абразивность,
 смачиваемость,
4











удельное электрическое сопротивление,
электрическая заряженность частиц,
химический состав,
молекулярная масса,
температура,
давление,
вязкость,
плотность,
удельная теплоемкость,
энтальпия,
влажность.
Нормирование уровня загрязнения атмосферного воздуха
Качество атмосферы – это совокупность свойств атмосферы,
определяющая степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также
на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.
К нормативам качества атмосферного воздуха относятся ПДК и
ОБУВ.
Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – максимальная
концентрация (мг/м3) примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии
или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на
окружающую среду вредного воздействия (включая отдаленные последствия).
ПДК бывает ПДК м.р. – максимально разовая и ПДКс.с. –
средне-суточная.
Ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ)
(мг/м3), определяется расчетным путем в случае отсутствия ПДК, временный гигиенический норматив.
При одновременном присутствии в атмосферном воздухе некоторые вещества обладают эффектом суммации (однонаправленным
действием). В этом случае при оценке качества атмосферного воздуха
должно выполняться следующее условие:
C1
C2
Cn

 ... 
 1,
ПДК1 ПДК 2
ПДК n
5
где C1 , C 2 ,..., C n – концентрации каждого из веществ, обладающих
эффектом суммации, мг/м3; ПДК 1 , ПДК 2 ,..., ПДК n – предельнодопустимые концентрации этих веществ.
Перечень веществ, обладающих эффектом суммации, постоянно
дополняется и в настоящее время насчитывает 51 группу веществ однонаправленного действия.
Для каждого проектируемого и действующего объекта, являющегося стационарным источником загрязнения воздушного бассейна,
устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ)
или временно-согласованных выбросов (ВСВ) загрязняющих веществ
в атмосферный воздух (г/с, т/год).
ПДВ устанавливают из условия, что выбросы вредных веществ
от данного источника в совокупности с другими источниками не создают в приземном слое атмосферы концентрацию, превышающую
ПДК:
C  C ф  ПДК .
1.
2.
3.
4.
5.
5.
6.
1.
Список литературы
Экология города: Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.
Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок. Изд-е 3-е, перераб и доп. – М.: Металлургия, 1973. – 384 с.
Шаприцкий В.Н. Справочник. Разработка нормативов ПДВ для
защиты атмосферы. – М.: Металлургия, 1990. – 416 с.
Справочник по пыле- и золоулавливанию. М.И.Биргеер,
А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков и др. Под общей ред. А.А.Русанова. –
2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.
Охрана окружающей среды. Учебник. Владимиров А.М., Ляхин
Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. –
423с.
Природоохранные нормы и правила проектирования: справочник
/ Сост.: Ю.Л.Максименко, В.А.Глухарев. – М.: Стройиздат, 1990. –
527 с.
Охрана окружающей среды: Справочник / Сост. Шариков Л.П. –
Л.: Судостроение, 1978. – 560 с.
Задание к блоку 1
Определить температуру атмосферного воздуха на высоте 350 м
при среднем значении температуры на уровне моря +15 0С.
6
Решение:
dT 288  216,7
K
; T  0,0066  350  2,31 К.


 0,0066
dH
M
10,8  10 3
288  2,31  285,69 К.
2.
Определить атмосферное давление на высоте 400 м при атмосферном давлении на уровне моря 101325 Па.
Решение:
 6,5  0,4 
p(H)  101,31 

288 

3.
5,255
 101,3  0,954  96,6 кПа.
Рассчитать влажность воздуха, отнесенную к 1 м 3 влажного газа
при нормальных условиях, если влажность воздуха, отнесенная к
1 м3 сухого газа f =13 г/м3.
Решение:
1 1
1
1 1
1
;
; f   12,79 г/нм3 вг.
 
 


f f 804 13 f
804
4.
В атмосферный воздух выбрасывается пыль, дисперсный состав
которой представлен в табличном виде:
Размер частиц, мкм
Фракц. состав, %
0-5
7
5-10
19
10-20
27
20-30
23
30-40
8
40-50
9
>50
7
Задать дисперсный состав:
а) таблицей с размером частиц менее данного;
б) ступенчатым графиком (гистограммой) распределения частиц;
в) дифференциальной кривой распределения частиц по размерам;
г) интегральной кривой распределения частиц по размерам.
Решение:
а)
Размер частиц, мкм
Доля частиц с размером, менее данного, %
<5
7
<10
26
7
<20
53
<30
76
<40
84
<50
93
б) Ступенчатый график (гистограмма) строят по таблице дисперсного
состава частиц с указанием размеров частиц по фракциям.
N, %
30
25
20
15
10
5
d, мкм
0
1
5
2
10
3
20
4
30
5
40
6
50
7
в) Дифференциальную кривую строят по таблице дисперсного состава частиц с указанием размеров по фракциям.
Для построения дифференциальной кривой необходимо произвести следующие расчеты:

разделить процентное содержание каждой фракции на разность
размеров частиц, принятых в качестве граничных ( 7 : (5  0)  1,4 ;
19 : (10  5)  3,8 ; 27 : (20  10)  2,7 и т.д.);


найденные значения отложить как координаты точек, абсциссы
которых равны среднему размеру каждой фракции;
полученные точки соединить плавной линией.
N, %
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
d, мкм
0
5
10
15
20
8
25
30
35
40
45
г) Интегральную кривую строят по таблице дисперсного состава частиц с указанием размеров частиц менее (или более) данного. По оси
ординат откладывают количество частиц в %, по оси абсцисс – размер
частиц в микрометрах.
D, R, %
100
80
60
40
20
d, мкм
0
0
10
20
30
40
50
5.Оценить качество атмосферного воздуха по приведенным данным:
Содержание загрязняющих
Фактическая ПДКМ.Р., Оценка качества
веществ в атмосферном воздухе концентрация, мг/м3
атмосф. воздуха
мг/м3
1
2
3
4
сероводород, H2S
0,007
оксид азота, NO
0,35
ангидрид сернистый, SO2
0,46
диоксид азота, NO2
0,078
бензин, пары
4,9
кислота серная, H2SO4
0,19
Решение:
Заполняют из справочника графу 3. Выбирают из списка вещества, обладающие эффектом суммации:

H2S и SO2 (1)

NO2 и SO2 (2)

SO2 и H2SО4 (3)
По формуле
C1
C2
Cn

 ... 
 1 проверяют выПДК1 ПДК 2
ПДК n
полнение этих условий:
(1)
0,007 0,46

 0,875  0,92  1,795  1 ;
0,008 0,5
9
0,078 0,46

 0,917  0,92  1,837  1 ;
0,085 0,5
0,46 0,19

 0,92  0,95  1,87  1 .
(3)
0,5
0,2
(2)
Вывод: Из расчетов видно, что с учетом эффекта суммации качество атмосферного воздуха не соответствует нормативному. По оксиду
азота и бензину (пары) превышений ПДК нет.
Блок 2. Основы образования твердых, жидких и газообразных
загрязняющих атмосферу веществ. Определение качественного и
количественного состава вредных выбросов
1.
2.
-
Вопросы для самостоятельного изучения:
Основы образования твердых, жидких и газообразных загрязнений
атмосферы.
Определение количества и состава выбросов загрязняющих веществ в атмосферу:
в энергетике;
при добыче минерального сырья;
в черной и цветной металлургии;
в машиностроительной промышленности;
в строительной промышленности при производстве кирпича, цемента, извести;
при переработке и хранении нефтепродуктов;
при деревообработке;
в химической промышленности;
при сжигании бытовых отходов;
от автомобильного транспорта.
Пыль, содержащаяся в атмосфере, классифицируется по времени и форме образования: первичное пыление, вторичное и поверхностное пыление.
Жидкие загрязняющие вещества образуются при конденсации
паров, распылении или разливе жидкостей, в результате химических и
фотохимических реакций.
Газообразные загрязняющие вещества образуются в результате
химических реакций окисления, восстановления, замещения, разложения, а также в процессе электролиза, выпаривания, дистилляции.
Наибольшую часть газообразных выбросов составляют продуты окис10
ления, образовавшиеся в процессе горения. При окислении углерода
образуется СО и СО2, при окислении серы – SO2, азота – NO и NO2.
Источниками образования и выбросов загрязняющих веществ в
атмосферу являются тепловые электростанции, автотранспорт, переработка и хранение нефтепродуктов, добыча минерального сырья, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, предприятия строительной и химической промышленности, складирование и
сжигание бытовых отходов и др.
Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, рассчитывают на основании удельных значений образования загрязняющих веществ, а также материального баланса. Например, зная
расход топлива в год и удельный выброс загрязняющего вещества, т/т
можно рассчитать количество (т/год) загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилем в атмосферный воздух.
1.
2.
3.
4.
1.
Список литературы
Экология города: Учебник / Под общ. ред. Ф.В.Стольберга. – К.:
Либра, 2000. – 464 с.
Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и
загрязнения атмосферы. – М.: Гидрометеоиздат, 1975. – 448 с.
Удельные показатели образования вредных веществ, выделяющихся в атмосферу от основных видов технологического оборудования предприятий Минмашпрома Украины. Часть I, II. – Харьков,
1994.
Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих
веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат,
1986.
Задание к блоку 2
Предприятие расходует в год 31,8 т бензина. Рассчитать количество загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух
с территории предприятия.
Решение.
Количество выбросов определяют по формуле
Q i  Q т  В і  0,005 ,
где Q i – количество выбросов загрязняющего вещества;
Q т – годовой расход топлива;
В і – удельное количество выбросов при сгорании 1 т топлива (из
справочной литературы для бензина и дизельного топлива);
0,005 – для автомобилей, работающих в режиме стационарных
11
источников.
Q CO  31,8  0,6  0,005  0,0954 т/год;
Q NO2  31,8  0,04  0,005  0,00636 т/год;
Q CmHn  31,8  0,1  0,005  0,0159 т/год;
QSO 2  31,8  0,002  0,005  0,0003 т/год;
Q сажа  31,8  0,00058  0,005  0,00009 т/год;
Qсвинец  31,8  0,0003  0,005  0,000047 т/год;
Q бензапирен  31,8  0,23  10 6  0,005  0,036  10 6 т/год.
Блок 3, 4. Мероприятия по защите атмосферного воздуха от
загрязнений
Мероприятия по защите атмосферного воздуха можно разделить
на следующие группы:
 организация санитарно-защитных зон;
 инженерно-организационные мероприятия, в том числе рациональная организация движения автотранспорта, изменение условий выброса дымовых газов;
 архитектурно-планировочные мероприятия, в том числе рациональное размещение, планировка объектов, организация фитомелиорации;
 внедрение безотходных и малоотходных технологий;
 технические средства и технологии очистки выбросов.
1.
2.
3.
Вопросы для самостоятельного изучения по группам:
Организация санитарно-защитных зон (СЗЗ). Нормативные размеры СЗЗ. Объекты, размещение которых допускается на территории
СЗЗ. Рекомендации по благоустройству и озеленению территории
СЗЗ. Уточнение размеров СЗЗ в зависимости от среднегодовой розы ветров.
Инженерно-организационные мероприятия. Снижение интенсивности и организация движения автотранспорта. Увеличение высоты дымовых труб. Повышение скорости движения газов в дымовой трубе.
Архитектурно-планировочные мероприятия. Рекомендации по
выбору площадки для строительства промышленного предприятия. Применение методов фитомелиорации. Поглощение зелеными
12
4.
5.
насаждениями загрязняющих атмосферу веществ. Газоустойчивые
виды деревьев.
Внедрение безотходных и малоотходных технологий. Переход
энергетики на новые виды топлива. Экологически чистые виды
транспорта. Снижение энергоемкости производства. Оптимизация
процессов сжигания топлива.
Применение технических средств и технологий очистки выбросов.
Основы классификации аппаратов очистки газов. Оценка эффективности систем пыле- и газоочистки. Степень очистки. Коэффициент проскока. Фракционная степень очистки. Парциальная степень очистки. Определение полного коэффициента очистки в случае логарифмически-нормального распределения по размерам
подлежащих очистке частиц.
Аппараты сухой инерционной очистки газов. Основные их
преимущества и недостатки. Физические основы гравитационного и
инерционного осаждения. Анализ движения твердой частицы в воздушной среде. Сила аэродинамического сопротивления, сила тяжести,
выталкивающая сила. Скорость витания.
Пылеосадительные камеры. Назначение. Устройство и принцип
действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Циклоны. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Возможные варианты конструкций. Основы теории циклона. Движение частицы в радиальном направлении под действием силы сопротивления газового
слоя.
Основные конструктивные соотношения циклонов; внутренний
диаметр цилиндрической части корпуса.
Практические рекомендации по выбору и расчету циклонов.
Выбор его размера и типа. Влияние слипаемости и абразивных свойств
пыли на эксплуатационную надежность аппарата.
Влияние диаметра цилиндрической части корпуса на эффективность очистки. Батарейные циклоны. Их конструктивные особенности.
Типы циклонных элементов.
Жалюзийные пылеуловители. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Вентиляторные пылеуловители. Назначение. Устройство и
принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы
расчета.
13
Радиальные пылеуловители. Назначение. Устройство и принцип
действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Фильтры. Основные преимущества и недостатки. Общие сведения о процессе фильтрации. Режим нестационарной фильтрации. Предельное значение скорости. Регенерация.
Физические основы очистки газов фильтрацией. Характеристика пористой перегородки. Пористость, плотность упаковки. Относительная поверхность поровых каналов. Число поровых каналов в единице объема. Скорость фильтрации (газовая нагрузка). Фактическая
скорость газа в поровом канале. Пылеемкость. Условное понятие "идеальный фильтровальный материал".
Механизм процесса фильтрации. Коэффициент захвата, определяющий критерий эффективности процесса. Механизм касания. Инерционный механизм. Диффузионный механизм. Гравитационный механизм. Электростатический механизм. Определение значения суммарного коэффициента захвата.
Аналитическое определение степени очистки газа в пористом
фильтре. Принятые допущения, обусловливающие погрешность данного метода.
Гидравлическое сопротивление пористого фильтра. Коэффициент сопротивления пористой среды. сопротивления слоя пыли, осевшего на лобовой поверхности фильтрующего слоя.
Тканевые фильтры. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Основы классификации тканевых фильтров. Требования, предъявляемые
к фильтрующим тканям. Основные типы тканей и параметры, характеризующие их свойства. Основные способы регенерации.
Волокнистые фильтры. Назначение. Устройство и принцип
действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Зернистые фильтры. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Электрофильтры. Назначение. Основные преимущества и недостатки. Стадии процесса электрогазоочистки. Физические основы
процесса. Критическое напряжение коронного разряда. Вольтамперная характеристика.
Устройство и принцип действия. Классификация электрофильтров по расположению зон зарядки и осаждения, по способу удаления
осажденных на электродах частиц, по направлению движения газа, по
числу последовательно расположенных полей.
Варианты конструкций осадительных и коронирующих электродов. Варианты устройства систем сухого и мокрого пылеудаления.
14
Изоляторы, газораспределительные устройства.
Расчет электрофильтра. Теоретическое выражение для определения эффективности для пластинчатых и трубчатых осадительных
электродов. Расчет скорости дрейфа частиц. Эмпирические формулы
для расчета степени очистки в электрофильтре.
Факторы, влияющие на эффективность электрофильтра. Скорость газов в активном сечении. Напряженность электрического поля.
концентрация и дисперсный состав частиц. Удельное электрическое
сопротивление улавливаемой пыли. Температура, влажность, химический состав очищаемого газа. Конструктивные параметры активной
зоны.
Электрическое оборудование электрофильтра. Схемы применяемых выпрямителей. Методы поддержания максимально возможного
по условиям пробоя напряжения на электродах.
Пример варианта выполнения контрольной работы
Расчет аппарата сухой инерционной очистки газов
на примере циклона
Исходные данные:
Объемный расход газов Q г , м3/с
Динамическая вязкость газа  г , Пас
Плотность газа  г , кг/м3
Дисперсный состав пыли: d m , мкм
lg  ч
Запыленность газов на входе в аппарат с1 , г/м3
Плотность частиц пыли  ч , кг/м3.
Определить:
Степень очистки, часовой выброс пыли.
Основные конструктивные параметры аппарата.
Разработать эскизный проект аппарата.
Дать описание назначения устройства и принципа действия аппарата.
1.
Расчет циклона:
Задать скорость газа в цилиндрической части корпуса аппарата в
пределах w опт.  2  4,5 м/с.
15
Определить площадь сечения цилиндрической части корпуса
2.
F
Qг
, м2.
w опт.
Диаметр
3.
цилиндрической
части
4F
,м

Д 
корпуса:
(не рекомендуется принимать диаметр цилиндрической части корпуса больше 1 м. При больших расходах газа применяют два или
несколько скомпонованных в группу циклонов).
Принимаем стандартный диаметр, ближайший к расчетному:
Д  Д .
4.
Действительная скорость газа в циклоне w д 
5.
4Q г
πД 2
, м/с.
Коэффициент гидравлического сопротивления:
6.
  k 1k 2  500  k 3 , где k 1 – поправочный коэффициент на
диаметр циклона.
Д, мм
150
0,94
k1
200
0,95
300
0,96
450
0,99
500
1,0
k 2 – поправочный коэффициент на запыленность газа
С1, г/м3
k2
0
1
10
0,93
20
0,92
40
0,91
80
0,9
120
0,87
150
0,86
k 3 – коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, связанные с компоновкой циклонов в группу, k 3 =35  60.
7.
8.
Потери давления: Р  
w 2д
, Па.
2
По справочнику находим d 50c.y. и lg  c.y. (диаметр частиц,
улавливаемых с эффективностью 50% и стандартное отклонение в
функции распределения парциальных коэффициентов очистки для
стандартных условий). Для циклона типа УН-15 d 50c.y. =4,5;
lg   =0,352.
16
В качестве параметров стандартных условий приняты следующие:
диаметр цилиндрической части корпуса Д с.у =0,6 м;
плотность частиц  чc.y. =1930 кг/м3;
динамическая вязкость газа  г.с.у.  22,2  10 6 Пас;
скорость в цилиндрической части циклона w c.y. =3,5 м/с.
Диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%, d 50 при
рабочих условиях:
9.
d 50  d 50c.y.
Параметр х:
10.
Д / Д с.у.  чс.у. /  ч  г /  гс.у. w дс.у. / w д  .
х
lg( d m / d 50 )
.
lg 2    lg 2  ч
Степень очистки  определяют, пользуясь таблицей   f ( x ) :
11.
х

1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
0,8413 0,8643 0,8849 0,9032 0,9192 0,9332 0,9452 0,9554
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
0,9641 0,9713 0,9772 0,9821 0,9861 0,9893 0,9918 0,9938
12.
Концентрация пыли на входе в циклон C 2  C1 (1  ) , г/м3.
13.
Часовой выброс пыли M  Q г  С 2 , г/ч.
14.
Внутренний диаметр выхлопной трубы d  0,59 Д .
15.
Диаметр пылевыпускного отверстия d1  0,3  0,4Д .
Ширина входного патрубка b  0,2Д .
17. Высота входного патрубка а  0,66 Д .
16.
Угол наклона крышки   15  .
19. Высота цилиндрической части корпуса Н  2,26 Д .
18.
20.
Высота конической части корпуса Н к  2Д .
21.

Угол наклона стенок бункера   55  60 .
22.
Диаметр бункера Д б  1,5Д .
23.
Высота цилиндрической части бункера Н б  0,8Д .
17
Принципиальная схема циклона типа ЦН-15
Циклон предназначен для улавливания пыли размером 15-20
мкм и более. Он состоит из входного патрубка прямоугольного сечения для ввода очищаемого газа 1. цилиндрической 2 и конической 3
частей корпуса, с пылевыпускным отверстием 4. Под циклоном размещен бункер 5 с пылевым раствором 6. Внутри цилиндрической части корпуса установлена выхлопная труба 7, закрепленная к наклонной
крышке 8.
Работа циклона основана на использовании центробежных сил.
возникающих при вращении газового потока внутри корпуса циклона.
Это вращение достигается путем тангенциального ввода газа в циклон.
В результате действия центробежных сил частицы пыли, взвешенные в
потоке газа, отбрасываются на стенки корпуса и выпадают из потока.
Газ, освобожденный от пыли, продолжая вращаться, совершает поворот на 1800 и выходит из циклона через расположенную на оси выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, под действием перемещающегося в осевом направлении вращающегося пото-
18
ка и сил тяжести движутся по направлению к пылевыпускному отверстию и выводятся из циклона.
Аппараты мокрой очистки газов. Основные их преимущества
и недостатки. Физические основы мокрой очистки газов. Улавливание
частиц пыли каплями, пленкой жидкости, барботаж – прохождение
пузырьков газа через слой жидкости.
Эмпирические зависимости для определения степени очистки
газа. Энергетический метод расчета мокрых пылеуловителей.
Тепло- и массообмен в мокрых пылеуловителях. Применение
уравнений теплового и материального балансов для определения параметров газа на выходе из пылеуловителя.
Форсуночные скрубберы. Назначение. Устройство и принцип
действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические гидропромыватели). Назначение. Устройство и принцип
действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Скрубберы Вентури. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Изменение скорости газа, капель и давления по длине аппарата. Расчет
процесса дробления жидкости. Конструкции труб Вентури.
Мокрые аппараты центробежного действия. Назначение.
Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Устройства для придания газовому потоку
вращательного движения.
Мокрые аппараты ударно-инерционного действия. Назначение.
Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Применение спрофилированных перегородок.
Барботажные пенные аппараты. Назначение. Устройство и
принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы
расчета. Применение провальных решеток и переливных тарелок.
Брызгоунос и сепарация капель из газового потока. Гравитационный, инерционный и центробежный механизмы осаждения. конструкция гравитационных, инерционных и центробежных каплеуловителей.
Устройства для подвода и диспергирования жидкости. Форсунки механического действия. Определение объемного расхода, скорости
вытекающей жидкости, среднего диаметра капли, образующейся при
распыле. Расчет конструктивных параметров центробежной тангенциальной форсунки.
Пневматическое распыление жидкости.
19
Очистка промышленных выбросов в атмосферу от газообразных примесей. Применяемые методы.
Абсорберы. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Требования,
применяемые к абсорбенту. Абсорбенты, применяемые для очистки
промышленных газов. Элементы насадок, применяемых в насадочных
колоннах.
Хемосорберы. Назначение. Устройство и принцип действия.
Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Применение
слоев подвижных насадок.
Адсорберы. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Методы физической адсорбции и хемосорбции. Адсорбирующая способность вещества, изотерма адсорбции. Десорбция. Ионообменная очистка газов.
Аппараты для сжигания загрязняющих веществ. Назначение.
Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета. Проблемы, связанные с интенсификацией образования NOx при высоких температурах.
Аппараты каталитической очистки газов. Каталитические и
термокаталитические методы очистки газов. Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры.
Основы расчета. Пути снижения удельных энергозатрат.
Биохимическая очистка газов. Биоскрубберы. Биофильтры.
Назначение. Устройство и принцип действия. Режимные и конструктивные параметры. Основы расчета.
Охрана атмосферного воздуха от выбросов выхлопных газов
автомобилей. Организация дорожного движения. Совершенствование
конструкции автомобилей. Применение экологически чистых топлив.
Регулирование работы топливной аппаратуры и контроль токсичности
выхлопных газов. Применение методов очистки выхлопных газов. Каталитическая нейтрализация.
Вспомогательное оборудование систем пыле- и газоочистки
Вентиляторы. Устройство и принцип действия. Варианты конструктивного исполнения. Основы классификации. Основные параметры, характеризующие работу вентиляторов. Характеристика вентилятора. Характеристика сети. Работа вентилятора в сети.
Дымовые трубы. Применяемые материалы. Высота дымовой
трубы.
Газоходы и элементы их оборудования. Клапаны для регулирования расхода газа. Компенсаторы. Предохранительные клапаны.
20
Проектирование систем пыле- и газоочистки. Исходные данные.
Состав технологического задания на проектирование. Состав рабочего
проекта. Технико-экономическая оценка пыле-газоочистного оборудования. Компоновка пыле-газоулавливающего оборудования.
Список литературы
Экология города: Учебник / Под общ. ред. Ф.В.Стольберга. – К.:
Либра, 2000. – 464 с.
2. Справочник по пылеи золоулавливанию / Под ред.
А.А.Русанова. – 2-е изд., перераб и доп. – М.: Энергоатомиздат,
1983. – 312 с.
3. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. – М.:
Металлургия, 1977. – 328 с.
4. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.
5. Вальдберг Л.Ю., Исянов Л.М., Тарат Э.Я. Технология пылеулавливания. – М.: Металлургия, 1985. – 192 с.
6. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. – М.: Металлургия, 1984. – 320 с.
7. Страус В. Промышленная очистка газов / Пер. с англ. – М.: Химия,
1981. – 616 с.
8. Пирумов Н.И. Обеспыливание воздуха – М.: Стройиздат, 1971. –
294 с.
9. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. – М.: Химия, 1991. – 256 с.
10. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ. изд. в
2-х ч. Ч.1. Пер. с англ. / Под ред. Калверта С., Инглуида Г.М. – М.:
Металлургия, 1985. – 700 с.
11. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Технические средства и технология очистки газов". – Харьков, 1992.
1.
Блок 5. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
Показатели качества атмосферного воздуха
-
Вопросы для самостоятельного изучения:
Влияние климатических факторов на рассеивание примесей в атмосфере.
Распространение струи дыма в атмосфере при различных температурных градиентах.
21
-
-
-
Физические основы прогноза загрязнения атмосферного воздуха.
Уравнение турбулентной диффузии для определения распространения примесей в атмосфере.
Высота начального подъема примесей над устьем дымовой трубы.
Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных
веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Расчет максимальной концентрации С м для точечного источника с круглым
(прямоугольным) устьем в приземном слое атмосферы при неблагоприятных метеоусловиях. Расчет расстояния x м , на котором
достигается максимальная концентрация. Расчет опасной скорости ветра U м , при которой достигается максимальное значение
концентрации. Расчет концентрации загрязняющих веществ в
приземном слое атмосферы по оси факела выброса U м (по перпендикуляру к оси факела C y ), мг/м3.
Показатели качества атмосферного воздуха. Фоновая концентрация. Методы определения. Методы задания фоновых концентраций. Исключение из фоновой концентрации вклада рассматриваемого предприятия. Среднеарифметическое значение концентрации. Максимальная концентрация примеси с заданной вероятностью ее превышения. Индекс загрязнения атмосферы, комплексный индекс загрязнения атмосферы.
5.1. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере
Рассеивание в атмосфере выбрасываемых из дымовых труб и
вентиляционных устройств загрязняющих веществ подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс их рассеивания существенное влияние оказывают высота и диаметр источника выбросов, рельеф
местности, расположение источников, климатические факторы (скорость ветра, туманы, осадки и температура воздуха), физикохимические свойства выбрасываемых веществ.
Климатические факторы. Ветер может оказывать различное
влияние на процесс рассеивания примесей в зависимости от типа источника и характеристики выбросов. Наибольшие концентрации примесей формируются при скорости ветра, которую называют “опасная”.
При низких или холодных источниках выбросов повышенный уровень
загрязнения воздуха наблюдается при слабых ветрах ( w =01 м/с) за
счет скопления примесей в приземном слое.
Если температура окружающего воздуха понижается с высотой, нагретые конвекционные струи воздуха поднимаются вверх, а
22
взамен их опускаются холодные. Такие условия называются неустойчивыми конвективными. Если вертикальный градиент температуры
становится отрицательным (температура с высотой возрастает), то
вертикально поднимающийся поток воздуха становится холоднее
окружающих масс и его движение затухает. Такие условия называются
устойчивыми инверсионными.
Инверсия температуры (инверсионная стратификация) – повышение температуры воздуха с высотой. Возможны различные варианты распространения струи из одиночного высокого источника при различных значениях градиента температуры.
Если при ослаблении ветра до штиля наблюдается инверсия, то
может образоваться “потолок”, препятствующий подъему выбросов.
Концентрация примесей у земли при этом возрастает. Поэтому для
состояния атмосферы в городах большую опасность представляет приземная инверсия температуры в сочетании со слабыми ветрами, т.е.
ситуация “застоя” воздуха.
Туманы на содержание загрязняющих веществ в атмосфере влияют следующим образом: капли тумана поглощают примесь, причем
не только вблизи подстилающей поверхности, но и из вышележащих
наиболее загрязненных слоев воздуха. Вследствие этого концентрация
примесей сильно возрастает в слое тумана и уменьшается над ним.
Растворение сернистого ангидрида (SO2) в каплях тумана приводит к
образованию более токсичного соединения – серной кислоты.
Физические основы прогноза загрязнения атмосферного воздуха. Распространение струи примесей в атмосфере можно описать с
помощью уравнения турбулентной диффузии. Оно позволяет исследовать распространение примесей от источников различного типа при
разных характеристиках среды.
Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных
веществ, содержащихся в выбросах промпредприятий
Методика предназначена для решения практических задач, связанных с прогнозом загрязнения атмосферного воздуха. Она включает
формулы, полученные на основе решения уравнения турбулентной
диффузии. Позволяет производить расчеты рассеивания примесей,
выбрасываемых в атмосферу одиночными точечными, линейными и
группой источников с учетом влияния рельефа местности; определять
предельные (максимальные) концентрации загрязняющих веществ в
двухметровом слое над поверхностью земли (в приземном слое атмосферы), а также вертикальное распределение концентраций.
23
Степень загрязнения атмосферного воздуха определяется
наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеоусловиям, опасной скорости ветра, максимальной загрузке источника выбросов.
Расчет рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое
атмосферы производится по методике ОНД-86 (приведен в методических указаниях к курсовому проекту "Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере", 1993г.).
5.2. Показатели качества атмосферного воздуха
Фоновая концентрация – это статистически достоверная максимально разовая концентрация, C ф , мг/м3. Устанавливается для каждого загрязняющего вещества по данным наблюдений, при отсутствии
наблюдений может быть определена расчетным путем. Определение
C ф для каждого поста наблюдений производится по данным за период не менее двух лет (и не более 5 лет), количество наблюдений за
каждый год должно быть не менее 200, а за рассматриваемый период
не менее 800.
Для определения фоновой концентрации C ф по данным стационарных постов наблюдений находят величины C фi , где i =0,1,2,3,4 ,
соответствующие различным градациям направления  и скорости
ветра, w .
Значения
ния ветра:

Румбы
десятки
градусов
w , м/с
i
w градации i в зависимости от скорости и направлелюбой
любые
С
32040
В
50130
02
0
Ю
140220
З
230310
3  w*
1
2
3
4
Верхнюю границу скорости ветра w * определяют из условия,
что скорость ветра в данном месте w  w * встречается в 5% случаев
(превышается не более, чем в 5% случаев).
24
Фоновую концентрацию C ф можно определять одним из стаi
тистико-расчетных путей либо графически. При определении C ф статистико-расчетным путем вычисляют среднее значение концентрации
по формуле
qi 
где
ni
 qk
1 ni
qk ,
n i k 1
– сумма всех значений концентраций, попавших в града-
k 1
цию i .
Для каждой градации i рассчитывают среднеквадратическое
отклонение S i и коэффициент вариации v i :
 q k  q i 
ni
Si  k 1
2
ni 1
,
S
vi  i ,
qi
Cфi  q i  F1 (v i ) ,
где F1 ( v i ) – функция от v i .
Значения v i определяют по графику, приведенному на рис.1.
Рис.1 – График функции
F1 ( v i )
Для установления C ф без учета предприятия расчет выполняют
по формуле
25

С
'
Cф
 C ф 1  0,4

Сф


 при С  2С ф ;


'
Cф
 0,2C ф при С  2С ф ,
'
где C ф
– фоновая концентрация без учета вклада рассматриваемого
предприятия; С – максимальная концентрация, создаваемая предприятием в точке размещения поста (или на границе санитарно-защитной
зоны).
1.
2.
3.
4.
5.
1.
Список литературы
Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих
веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат,
1986. – 183 с.
Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных
веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1987. – 93 с.
Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. –
Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 272 с.
Мазур И.И., Мондаванов О.И., Шитов В.Н. Инженерная экология.
Общий курс: В 2-х т. Т1. Теоретические основы инженерной экологии: Учебное пособие для ВТУЗов / Под ред. И.И.Мазура. – М.:
Высш. шк., 1996. – 637 с. Т.2. Справочное пособие / Под ред.
И.И.Мазура. – 655 с.
Экология города: Учебник / Под общ. ред. Ф.В.Стольберга. – К.:
Либра, 2000. – 464 с.
Задание к блоку 5
Оценить качество атмосферного воздуха в районе расположения
завода без учета вклада данного предприятия.
Дано:
Наименование
загрязняющего
вещества
сернистый
ангидрид
(SO2)
диоксид азота (NO2)
оксид углерода (СО)
Значение Сф,
мг/м3
ПДКм.р., мг/м3
Значение С,
мг/м3
0,46
0,5
0,21
0,06
4
0,04
5
0,045
2,8
26
Проверяют соотношение С и C ф :
СSO 2  2C фSO 2 0,21 < 0,92;
С NO2  2C фNO2 0,045 < 0,12;
С CO  2C фCO
2,8 < 8.
Находят C ф по формуле

С
'
Cф
 C ф 1  0,4

Сф


.


Вывод: Фоновая концентрация C ф без учета вклада предприятия по всем веществам не превышает ПДКм.р. , однако в данном списке имеется группа суммации SO 2 и NO 2 . Проверяют соотношение
C SO 2
ПДК SO 2

C NO2
ПДК NO2
1,
Ответ: Качество атмосферного воздуха с учетом эффекта суммации отвечает требованиям нормативов ПДК.
Блок 6. Система и методы контроля качества атмосферного воздуха в городах
Вопросы для самостоятельного изучения:
организация мониторинга атмосферного воздуха в городах;
организация контроля за уровнем загрязнения атмосферы; назначение стационарных, маршрутных и передвижных постов наблюдения;
- параметр потребления воздуха. Составление перечня веществ,
подлежащих контролю;
- методы определения содержания твердых, газообразных и жидких
примесей в атмосфере;
- приборы для измерения концентрации примесей в атмосфере.
Мониторинг атмосферного воздуха – контроль состояния атмосферного воздуха, обработка данных, анализ полученной информации
и принятие мер по предотвращению загрязнения воздуха.
-
27
Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляют
на постах. Постом наблюдений является выбранное место, на котором
размещают павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами. Установлено три категории постов наблюдений:
 стационарный,
 маршрутный,
 передвижной.
Размещение постов наблюдений производят следующим образом. Каждый пост размещают на открытой, проветриваемой со всех
сторон площадке с непылящим покрытием таким образом, чтобы были
исключены искажения результатов измерений наличием зеленых
насаждений, зданий и других объектов.
Необходимое количество постов устанавливают в зависимости
от численности населения, площади населенного пункта, рельефа
местности, уровня развития промышленности, расположения автомагистралей, расположения мест отдыха и курортных зон, метеоусловий.
Установлено четыре программы наблюдений на стационарных
постах: полная, неполная, сокращенная и суточная.
Для составления перечня веществ, подлежащих контролю,
определяют параметр потребления воздуха (ПВ). Это объем воздуха,
необходимый для разбавления выбросов i -го вещества M i до уровня
концентрации q i или до уровня ПДКi. Определяют реальный параметр потребления воздуха ПВ і и требуемый ПВ ті :
ПВі 
Мі
, м3/год;
qi
ПВті 
Мі
,
ПДК i
где М і – суммарное количество выбросов i -й примеси от всех источников, расположенных на территории города, тыс. т/год; q i – концентрация i -й примеси, установленная по данным расчетов или наблюдений, мг/м3.
Если ПВ ті > ПВ і , то ожидаемая концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК или превысит ее и, следовательно, i -я
примесь должна контролироваться.
Различают три вида обследования состояния загрязнения атмосферы:



эпизодическое,
комплексное,
оперативное.
28
Методы контроля и приборы для измерения концентрации
примесей в атмосфере.
Контроль содержания примесей включает следующие операции:
 отбор проб воздуха,
 подготовка пробы к анализу,
 проведение анализа,
 сбор, обработка результатов и обобщение данных.
Методы определения содержания твердых и жидких аэрозолей:
гравиметрический и оптический. Для контроля содержания газо- и
парообразных примесей применяют газоанализаторы (термокондуктометрический, термохимический, термомагнитный, оптический, оптико-акустический, электрохимический и др.) и хроматографы.
При обработке данных наблюдений определяют следующие
статистические характеристики состояния загрязнения атмосферы
населенных пунктов:
1.
2.
3.
4.
5.
1.
2.
3.
Среднеарифметическое значение концентрации, q c .
Среднеквадратическое отклонение  результатов измерения от
среднеарифметического.
Коэффициент вариации,  .
Максимальное значение концентрации примеси q м и максимальная концентрация примеси с заданной вероятностью Р ее превыр
шения, q м .
Индексы загрязнения атмосферы, I i , комплексный индекс загрязнения атмосферы, I к .
Список литературы
Шаприцкий В.Н Справочник. Разработка нормативов ПДВ для
защиты атмосферы. – М.: Металлургия, 1990. – 416 с.
Экология города. Учебник. Под ред. Ф.В.Стольберга. – К.: Либра,
2000. – 464 с.
Руководство по контролю загрязнений атмосферы РД-52.04.18689. – М.: Госкомгидромет СССР, 1991. – 693 с.
29
1.
Задание к блоку 6
Составить список веществ, подлежащих контролю в первую очередь, для средних концентраций примесей, если известно:
Наименование
вещества
Мi, т/год
ПДКic.с., мг/м3
qi, мг/м3
ацетон
ксилол
толуол
ангидрид
сернистый (SO2)
2,3
1,7
1,4
1,8
0,35
0,2
0,6
0,05
0,32
0,33
0,65
0,4
Решение. Находят ПВ і и ПВ ті (реальный и требуемый показатели потребления воздуха):
ПВац = 2,3 : 0,32 = 7,18;
ПВ т ац = 2,3 : 0,35 = 6,57;
ПВксил = 1,7 : 0,33 = 5,15;
ПВт ксил = 1,7 : 0,2 = 8,5;
ПВтолуол = 1,4 : 0,65 = 2,15;
ПВ т толуол = 1,4 : 0,6 = 2,33;
ПВSO2 = 1,8 : 0,04 = 4,5;
ПВ TSO2 = 1,8 : 0,05 = 36.
Если ПВ ті > ПВ і , ожидаемая концентрация примеси q i превышает ПДК и эту примесь надо контролировать. Из расчетов видно,
что контролировать нужно все приведенные вещества (кроме ацетона)
в такой последовательности: SO2, ксилол, толуол.
30
Методические указания
Программа и методические указания к выполнению практических заданий по дисциплинам "Прикладная аэроэкология" и "Инженерная аэроэкология" (для студентов 3-6 курсов заочной формы обучения специальности "Экология и охрана окружающей среды").
Составители: Евтухова Галина Петровна,
Коваленко Юрий Леонидович
Редактор
Н.З.Алябьев
План 2001, поз. 77
Подп. к печ.
Формат 60х84 1/16. Бумага офисная.
Печать на ризографе И-214. Усл. печ.л. 1,6. Уч.-изд.л. 1,4.
Тираж 100 экз.
Заказ №
ХГАГХ, 61002, Харьков, ул. Революции, 12.
Сектор оперативной полиграфии ИВЦ ХГАГХ
61002, Харьков, ул. Революции, 12.
31