Комплексы воздухоохранных мероприятий

 

Для достижения величины ПДВ применяют комплекс техноло­гических, архитектурно-планировочных и санитарно-технических

мероприятий, выбирая среди них наиболее экономически целесооб­разные. Эти мероприятия подробно описаны в рекомендуемых учеб­ных пособиях (2) и (5).

Наиболее часто на практике применяют следующие мероприятия:

технологические мероприятия:

- соблюдение технологических норм расхода электроэнергии и пара на единицу продукции.

- очистка сырья от вредных примесей (например, удаление серы из топлива), использование малосернистого мазута с содержанием серы 2 % и менее; перевод котельной с угля на мазут или природный газ; перевод предприятия на централизованное теплоснабжение с закрытием местной котельной.

- создание малоотходных технологических процессов (количество отходов меньше 10 % от количества сырья); применение рециркуля­ции отходящих газов (до 100 %) в технологическом процессе.

- использование вторичных энергоресурсов (ВЭР): установка экономайзеров, утилизация тепла вытяжного воздуха в системах вен­тиляции для подогрева приточного воздуха.

- замена сухих способов переработки пылящих материалов мок­рыми.

- применение пневмотранспорта для транспортировки пылящих материалов в деревообрабатывающих цехах, в силикатной промыш­ленности и т.д.

Архитектурно-планировочные мероприятия:

 

- выбор участка под строительство с учетом розы ветров, релье­фа местности, размещения существующих промузлов или промзоны.

- организация санитарно-защитных зоне радиусом от 50 до 1000 м и более в зависимости от класса предприятия и результатов расче­та рассеивания (L ₀).

- посадка в санитарно-защитных зонах лесополос шириной 50 м с газонным разрывом 20 м, отдавая предпочтение районированным на Южном Урале газоустойчивым деревьям и кустарникам (боярыш­ник обыкновенный, смородина золотистая, клен ясенелистный, клен татарский и т.д.), а так же деревьям с высокими пылезащитными свой­ствами (вяз гладкий, ясень остролистый, можжевельник и т.д.).

Санитарно-технические мероприятия:

- организация местной аспирационной сети и общеобменной вентиляции цеха (участка) в соответствии с расчетами выбросов по каждому вредному веществу (г/с) и необходимой степени очистки.

- объединение мелких источников в единый источник одной ас­пирационной сетью.

- установка пылеочистного оборудования с выбором по паспор­там и с учетом необходимой степени очистки (Э, процент), произво­дительности (м³/с), температурного режима и себестоимости очист­ки, возможности переработки уловленных вредных веществ в полу­продукты или товарные продукты.

- установка газоочистного оборудования, снижающего кон­центрации вредных веществ в выбросах на основе процессов: аб­сорбции, адсорбции, каталитического сжигания, окисления. На­пример, применение мокрого скруббера, угольного адсорбера, печей сжигания, системы нейтрализации отработавших газов (СНОГ) и т.д.

Вопросы для самопроверки

 

Дать определение ПДВ, единицы измерения ПДВ и приземных концентраций.

Написать формулу эффективности очистки (степени очистки) пылегазовых выбросов.

Дать определение "фонового загрязнения атмосферы". По ка­ким вредным веществам оно определяется?

Дать определение санитарно-защитной зоны предприятия.

Перечислить технологические мероприятия по охране атмосфе­ры от загрязнения вредными веществами.

Перечислить архитектурно-планировочные мероприятия по ох­ране атмосферы от загрязнения вредными веществами.

Перечислить санитарно-технические мероприятия по охране атмосферы от загрязнения вредными веществами.

Привести примеры технологий для повторного использования вторичных энергоресурсов (ВЭР).

ГЛАВА 2. ЗАДАЧИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВДВ,

ПЛАТЕЖЕЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

И ПРИМЕРЫ ИХ РЕШЕНИЯ

 

 

Для задач использованы материалы о химическом составе и концентрациях выбрасываемых в атмосферу веществ с отходящими газами действующих в Оренбургской области заводских и комму­нальных котельных. Используя данные таблиц 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4 сту­дент определяет ПДВ и минимальную высоту трубы котельной, со­ставляет чертеж санитарно-защитной зоны и проектирует комплекс необходимых технологических и санитарно-технических воздухоохранных мероприятий.

Отчет о выполненной работе оформляется в виде реферата.

Содержание отчета включает:

- Исходное задание;

- Формулы и результаты расчетов;

- Чертеж санитарно-защитной зоны в масштабе 1:5000 или 1:10000 (пример приведен на рис. 2.1);

- План конкретных воздухоохранных мероприятий по данному варианту в том числе:

а) технологические мероприятия;

б) санитарно-технические мероприятия;

в) архитектурно-планировочные мероприятия;

- Расчет ежегодных платежей за загрязнение атмосферы в реги­ональный экологический фонд при фактической массе выбросов, М т/год, и на период достижения, ПДВ, т/год, (по каждому вредно­му веществу и в сумме, П, руб./год).

 

Пример расчета

(для 25 варианта)

Постановка задачи

Требуется рассчитать:

а) максимальные приземные концентрации (C_м) для SO₂, NO₂, СО и сажи;

б) расстояние (Х_м) по оси факела, на которой они достигаются. Полученные значения (С_м+С_ф) сравнить с величиной ПДК_м.р.; в слу­чае превышения ПДК_м.р. необходимо рассчитать расстояние (Х) (в метрах), на котором (С_м+С_ф) будет равно ПДК или количество цик­лонов или необходимую высоту трубы котельной;

в) ежегодные платежи в региональный экологический фонд при фактических выбросах и ПДВ.

Таблица 2.1

Варианты заданий для котельных

 

Но мер вар иан та	Высота трубы (Н), м	Диаметр трубы (D), м	Темпера тура выброса (T г), °С	Объем выброса (V1), м^3/с	Концентрации загрязнителей, измеренные в трубах (отходящих газах) котельных (С), мг/м^3
SO2 двуокись серы	NC2 двуокись азота	СО окись углеро да	сажа
	9,5	1,5		7,4
	29,9	1,5		8,3
	35,0	1,5		9,2
	20,0	1,5		6,1
	15,0	1,5		5,8
	27,0	1,5		7,6
	10,0	1,5		5,6
	32,0	1,5		8,4
	19,0	1,5		6,5
	15,0	1,5		5,0
	20,0	1,5		7,6
	29,5	1,5		8,0
	12,0	1,5		5,8
	20,0	1,5		7,4
	31,0	1,5		8,8
	18,0	1,5		6,0
	10,0	1,5		5,0
	29,0	1,5		8,3
	34,0	1,5		6,1
	15,0	1,5		5,8
	27,5	1,5		8,0
	10,5	1,5		5,7
	31,5	1,5		8,5
	19,5	1,5		6,6
	15,0	1,5		5,2

 

Таблица 2.2

Фоновые концентрации вредных веществ на участке строительства (эксплуатации) котельной

Номер варианта	Город	Сф, мг/м^3
SO2	NO2	СО	Сажа
1-5	Оренбург	0,11	0,011	1,2	0,08
6-10	Медногорск	0,15	0,013	1,-2	0,08
11-15	Новотроицк	0,15	0,013	1.2	0,08
16-20	Орск	0,12	0,012	1,2	0,09
21-25	Бузулук	0,10	0,011	1,1	0,08

 

Таблица 2.3

Роза ветров на участке строительства (эксплуатации) котельной

 

Номер варианта	Город	Среднегодовая повторяемость ветров (роза ветров)	ТВ ^ОС темпера-тура наружно-го воздуха	А коэфи-циент стратифи-кации
С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
1-5	Оренбург									26.9
6-10	Медногорск									25.8
11-15	Новотроицк									26.3
16-20	Орск									26.3
21-25	Бузулук									25.6

 

Таблица 2.4

ПДК максимальные разовые для данных вредных

веществ (по СН 245 71), мг/м³

 

ПДК ^SO2м.р.	ПДК ^NO2м.р.	ПДК ^COм.р.	ПДК^сажим..р.
0,5	0,085	3,0	0,15

 

Примечание: ПДК одинаковы для всех регионов страны.

 

Исходные данные для котельной:

 

Место расположения Бузулук

Высота трубы Н= 15м

Диаметр устья источника D= 1,5м

Температура отходящих газов Т_г =143°С

Объем отходящих газов V₁=5,2 м³/с

 

Таблица 2.1

 

Концентрации вредных веществ, измеренные в трубах, С, мг/м³

С^SO2	С^NO2	С^CO	С^сажи

 

 

Таблица 2.2

Фоновые концентрации вредных веществ, С_ф, мг/м³

Сф^SO2	Сф^NO2	Сф^CO	Сф^сажи
0.100	0.011	1.1	0.08

 

Таблица 2.3

Среднегодовая повторяемость ветра, в г.Бузулуке,

Р, %

 

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ

 

 

Ход решения

 

Расчет массы выброса в атмосферу по каждому из вредных ве­ществ производится по формуле (1.4)

Мso₂=C^SO2 *V₁*10^-3,г/с

М_SO2=602_*5,2_*10^-3=3,130 ,г/с

М_NO2=C^NO2*V₁*10^-3=0,296,г/с

М_NO2=57*5,2_*10^-3=0,296,г/с

M_CO=C^CO*V₁*10^-3,г/с

M_CO=180*5,2_*10^-3=0,936,г/с

Mсажи=С^сажи*V₁*10^-3,г/с

Mсажи=140*5,2_*10^-3=0,728,г/с

 

Расчет ∆T (разности температур)

Т=Т_Г-Т_В

 

где Т_г - температура отходящего газа, Т_г =143°С (по заданию);

Т_в температура окружающего воздуха; для расчета принята сред­няя температура наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года; для г.Бузулука Т_в =25.6° С.

∆T =143-25.6 = 117.4 °С

Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси (отходя­щих газов) из устья источника выброса производится по формуле (1.5)

W₀= , м /с,

 

 

Расчет параметра, f, производится по формуле (1.7)

f = 10³

f = 10³ ;

 

 

Расчет безразмерного параметра т, производится по формуле (1.6)

m =

m = =0,99

 

Расчет безразмерного параметра v_м производится по формуле (1.9). v_м =2,236 м/с.

Расчет безразмерного параметра n производится по одной из трех формул (1.8) и в нашем примере, когда v_м >2, n = 1.

Расчет максимальной приземной концентраций вредных веществ производится по формуле (1.3)

С_м=

где ŋ =1 -для случая ровной или слабо пересеченной местности с перепадом, не превышающим 50 м/км (ОНД 86)

 

 

С^SO2_м = ,

 

С^NO2_м =

С^СО_м =

 

 

С^сажи_м= =

 

 

где F_сажи =3, a F_газов =1

 

Из перечня вредных веществ, выбрасываемых из трубы котель­ной, эффектом суммации действия обладают диоксид азота и диок­сид серы.

Определяем приведенную к диоксиду азота концентрацию этих веществ, так как диоксид азота относится к наибольшему (второму) классу опасности (формула 1.10):

 

 

С^{привед NO2}_м=C^NO2_м+(C^SO2_м* ), мг/м³

 

C^привNO2_м=0.027+0.29()=0.076,мг/м³

Проверяем условие

 

 

С^{привед NO2}_м+ С_ф^NO2=0,076+0,011=0,087, мг/м³ =0,085 мг/м³

 

С^{привед СО}_м+ С_ф^CO=0,080+1,1=1,18, мг/м³ ПДК ^CO_м.р.=3.0 мг/м³

 

С^сажи_м+С_ф^сажи=0,200+0,080=0,280, мг/м³ ПДК^сажи_м..р. =0,15 мг/м³

 

Расчет ПДВ

В нашем примере условие соблюдения ПДВ не выполняется для диоксида азота и сажи. Для оксида углерода предельно-допустимый

выброс составит (есть соблюдение ПДК по СО):

ПДВ_СО=М_СО=0.936г/с=29.5т/год

 

или (0,936 г/с * 3600 секунд * 24 часа * 365 дней): 10⁶=29,5 т/год.

 

Мероприятия по достижению ПДК_м.р. на границе санитарно-защитной зоны по саже, диоксиду серы и диоксиду азота могут быть технологическими, санитарно-техническими, архитектурно-плани­ровочными.

В данном примере решения задачи рассматривается организа­ция санитарно-защитной зоны в зависимости от результатов рассе­ивания для диоксида азота и санитарно-технические мероприятия по снижению выбросов сажи. С целью уменьшения массы выбросов сажи подбираем по каталогам пылеулавливающих аппаратов циклоны типа ЦН-24, с производительностью очистки 2.5 тыс.м3/час отходящих газов.

Количество циклонов составит

Эффективность улавливания сажи Э циклонами ЦН-24 равна согласно каталогу 80 % (или 0,8), тогда

 

ПДВ_сажи = М_сажи- (М_сажи*Э)

 

ПДВ_сажи=0,728-(0.728*0,8)=0,146 г/с=4.6 т/год;

 

 

Расчет безопасного расстояния до жилой застройки для NO₂ и SO₂

 

Расчет расстояния по оси факела выброса от источника выбро­са Х_м, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации C_м производится по формуле (1.11).

 

Xm=d*H

 

 

Поскольку в нашем примере v_м >2 м/с, величину вспомогатель­ного параметра d определяем по формуле (1.13)

 

d= 7* (1+0,28* )

 

d= 7* (1+0,28* )=12,72

 

Xm=12,72*15=190,8 метров (для газов SO₂ , N0₂)

 

 

Для сажи F = 3, тогда по формуле (1.14).

 

Xm=(5-3)/4*12,7*15=95,4 метров

 

Величины приземных концентраций вредных веществ, С, в ат­мосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (мет­ров) определяются по формуле (1.15).

В нашем случае

С=S₁*(С^{привед NO2}_м+ С_ф^NO2),мг/м³

 

Приравниваем С = и рассчитываем S₁

 

S₁= ПДК ^NO2_м.р. / С^{привед NO2}_м+ С_ф^NO2

 

S₁=0.085/0.076+0.011=0.97

 

 

Далее, по графику на рисунке 1.1 находим соотношение Х/Х = 1.2 (при S₁ =0,97), отсюда Х = 1.2∙ Х_м

Х_м нам известно, тогда:

Х=1.2∙190.8 = 228.9 метров

При таком расстоянии фактический выброс диоксида азота и двуокиси серы является ВДВ, т.е. обеспечивает соблюдение ПДК.

 

ПДВ _NO2=0,296г/с=9.3 т/год,

ПДВ_SO2 =3,130г/с=98.7т/год;

 

Построение границ санитарно-защитной зоны для NO₂ и SO₂

 

Итак, для газов SO₂, NO₂, безопасное расстояние Х =228.9 м.

Используя исходные данные о розе ветров и формулу (1.17), вычис­ляем размеры санитарно-защитной зоны по восьми румбам:

 

li=L_0*

 

 

где l_i - безопасное расстояние по i -ому румбу;

 

L₀=X, P₀=12.5 % (100%:8 румбов)

 

 

Lс=228.9*(7/12,5)=128.184 м

Lсв=228.9*(11/12,5)=201.432 м

Lв=228.9*(8/12,5)=146.496 м

Lюв=228.9*(4/12,5)=73.248 м

Lю=228.9 *(18/12,5)=329.600 м

Lюз=228.9*(20/12,5)=366.200 м

Lз=228.9*(22/12,5)=402.800 м

Lсз=228.9*(10/12,5)=183.100 м

 

Задаемся масштабом в 1 мм: 10000 мм и строим окружность R=Х с центром по месту расположения источника выброса. Про­водим восемь основных направлений ветра и откладываем рассто­яние l_i, учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т.д. (рисунок 2.1).

В тех случаях, когда расстояние l_i < L ₀ влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстоя­ние равное L ₀ для гарантии безопасности. На рис. 2.1 внутри сани­тарно-защитной зоны для газов показана санитарно-защитная зона для сажи, следовательно, в нашем примере циклоны для улавлива­ния сажи не нужны. Однако, в тех вариантах, где C_м газов не превы­шает ПДК, а C_м сажи превышает свою ПДК циклоны потребуются или же санитарно-защитная зона (без циклонов) будет рассчитана по l_i для сажи.

Возможен вариант достижения C_м = ПДК не за счет увеличения размеров санитарно-защитной зоны, а за счет увеличения высоты трубы котельной (Н), но это потребует более мощных дымососов (вентиляторов) с увеличением расхода электроэнергии и других эк­сплуатационных расходов. В этом случае необходимо сравнение капитальных и эксплуатационных затрат по всем возможным ва­риантам.

 

Рисунок 2.1 Чертеж санитарно-защитной зоны (Масштаб 1:10000)

 

Высота трубы Н необходимая для соблюдения условия С_м=ПДК определяется путем преобразования основной формулы рассеивания (1.3) с учетом фонового загрязнения:

 

 

Итак, высоту трубы котельной надо увеличит с 15метров до 19 метров, то есть, на 4 метра, при этом условии необходимость в сани­тарно-защитной зоне для диоксида азота отпадает.

Для соблюдения условия С_м=ПДК для сажи трубу котельной надо увеличить с 15 метров до 33,4 метра:

 

 

 

При этом условии не нужны ни сакитарно-защитная зона, ни циклоны, но высота трубы котельной увеличится в 2,2 раза.

Итак, при любом варианте решения для достижения ПДК по всем выбрасываемым в атмосферу вредным веществам нужны эко­номические затраты, которые компенсируют экономический ущерб, причиняемый загрязнением атмосферного воздуха.

Методика определения экономического ущерба (единая для всей страны) и ежегодных платежей за загрязнение в экологический фонд региона приведена в учебном пособии, выпущенном в 1998 году в Оренбургском госуниверситете - Буцко В.А., Цыцура А.А., Греков И.И., Зинюхин Г.Б. "Основы экологических знаний" в главе "Пла­тежи за загрязнение окружающей среды".

По этой методике студент рассчитывает ежегодные платежи в эко-фонд региона при фактических выбросах вредных веществ (т/год) и на период после достижения ПДВ (т/год) за счет воздухоохранных ме­роприятий по каждому вредному веществу и в сумме (руб./год).

Сэкономленные после достижения ПДВ средства согласно дей­ствующему экологическому законодательству (1992) не взыскивают­ся в экофонд и расходуются предприятием на проведение воздухоох­ранных мероприятий, обеспечивающих достижение ПДВ и дальнейшее уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.