Суммарное количество оксидов серы 
, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год) при сжигании всех видов топлива, вычисляется по формуле:
(1.10)
где В – расход натурального топлива, г /с (т/год), указан в задании на курсовой проект (Приложение 1, таблица 2);
Sr – содержание серы в топливе на рабочую массу, % (табл. 1.2);
– доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; ориентировочные значения при сжигании угля =0,1; антрацита =0,02;
– доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц, при отсутствии золоуловителей принимается равной нулю.
В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов диоксида серы в атмосферу при сжигании твердого топлива.
1.2.4 Расчет выбросов оксида углерода
Расчет суммарного количества выбросов оксида углерода для твердого и жидкого топлива, г/с (т/год), выполняется по соотношению:
(1.11)
где В – расход топлива, г/с или т/год (Приложение 1, таблица 2);
Ссо – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг или кг/т, рассчитывается по формуле:
(1.12)
где q3 – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, % (таблица 1.1);
R – коэффициент, учитывающий долю вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается для твердого топлива 1,0;
– низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, табл. 1.2;
q4 – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, % (табл. 1.1).
Ориентировочная оценка суммарного количества выбросов оксида углерода MCO, (г/с, т/год) может проводиться по формуле:
(1.13)
где Ксо – количество оксида углерода, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, кг/ГДж, принимается по табл. 1.3.
В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов оксида углерода в атмосферу при сжигании твердого топлива.
1.2.4 Расчетное определение выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми и водогрейными котлами
Выброс бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), рассчитывается по уравнению:
Мбп=Сбп·Vcr·Вр·kп, (1.14)
где Сбп – массовая концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха 
=1,4 и нормальных условиях[2], мг/м 3;
Вр – расчетный расход топлива; при определении выбросов в граммах в секунду Вр берется в т/ч; при определении выбросов в тоннах в год Вр берется в т/год;
Vcr – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг топлива, при =1,4, м3/кг топлива. При расчетах использовать значение Vcr, равное 2 м3/кг топлива – для твердого топлива;
kп – коэффициент пересчета; при определении выбросов в г/с kп= 0,278·10-3; при определении выбросов в тоннах в год kп = 10-6.
Таблица 1.3 – Значения коэффициентов Ксо и aун в зависимости от типа топки и вида топлива
| Тип топки | Вид топлива | aун | Ксо, кг/ГДж |
| С неподвижной решеткой и ручным забросом топлива | Бурые угли Каменные угли Антрациты | 0,0023 0,0023 0,003 | 1,9 1,9 1,0 |
| С пневмомеханическими забрасывателями и неподвижной решеткой | Бурые и каменные угли Антрацит | 0,0026 0,0088 | 0,7 0,6 |
| С цепной решеткой прямого хода | Антрацит | 0,002 | 0,4 |
| С забрасывателями и цепной решеткой | Бурые и каменные угли | 0,0035 | 0,7 |
| Шахтная | Твердое топливо | 0,0019 | 2,0 |
Расчетный расход топлива Вр, т/ч или т/год, определяется по соотношению:
(1.15)
где В – полный расход топлива на котел, т/ч или т/год, задание исходных данных для расчета в таблице 2 Приложения 1;
q4 – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, % (таблица 1.1).
Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при слоевом сжигании твердых топлив сТбп (мг/нм3), приведенная к избытку воздуха в газах 
= 1,4, рассчитывается по формуле:
(1.16)
где А – коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки и вид топлива; коэффициент А принимают равным
для углей, антрацитов и сланцев........ 2,5
для древесины и торфа........................ 1,5
– низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (таблица 1.2);
R – коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов;
для 
................... R=350
для 
................... R=290
tн – температура насыщения при давлении в барабане паровых котлов или на выходе из котла для водогрейных котлов; tн = 200 оС;
КЗУ – коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз(а)пирена золоуловителем и определяемый по соотношению:
(1.17)
где 
– степень очистки газов в золоуловителе, доли единицы, при отсутствии золоуловителя =0;
z – коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности золоуловителем бенз(а)пирена:
при температуре газов перед золоуловителем t¢зу ³ 185 оС
z = 0,8 – для сухих золоуловителей
z = 0,9 – для мокрых золоуловителей
при температуре газов перед золоуловителем t¢зу < 185 оС
z = 0,7 – для сухих золоуловителей
z = 0,8 – для мокрых золоуловителей.
Принимается t¢зу = tн = 200 оС.
КP – коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.2 для случая подачи воздуха в шлицы под горелки);
КД – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.4 в зависимости от относительной нагрузки котла D/Dн); значения номинальной и фактической паропроизводительности даны в задании на курсовой проект;
КСТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рисунка 1.3 в зависимости от доли воздуха λ, подаваемого помимо горелок).
Коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов на концентрацию бенз(a)пирена в продуктах сгорания.
Степень рециркуляции
1 – в дутьевой воздух или кольцевой канал вокруг горелок;
2 – в шлицы под горелками.
Рисунок 1.2 – Зависимость Кр от степени рециркуляции
λ, доля воздуха, подаваемого помимо горелок (над ними)
Рисунок 1.3 – Зависимость Кст от доли воздуха, подаваемого помимо горелок
Относительная нагрузка котла. D/Dн
Рисунок 1.4 – Зависимость Кд от относительной нагрузки котла
В обязательном порядке осуществляется расчет максимально разовых (г/с) и валовых (т/год) выбросов бенз(а)пирена в атмосферу при сжигании твердого топлива.
1.2.6 Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо
Результаты расчета выбросов всех загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо заносятся в таблицу 1.4. В таблице приведены значения максимально разовых концентраций вредных веществ, установленные на для населенных пунктов. Данные таблицы 1.4 используются при проведении расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы и при установлении нормативов их предельно-допустимых выбросов.
Таблица 1.4 – Валовые и максимально-разовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу котельной Локомотивного депо
| Наименование ЗВ | Код ЗВ | ПДКм.р., мг/м3 | ПДКс.с., мг/м3 | ОБУВ, мг/м3 | Класс опасности | М, г/с | П, т/год |
| Котельная, | |||||||
| Азота диоксид | 0301 | 0,2 | 0,004 | 2 | |||
| Азота оксид | 0304 | 0,4 | 0,06 | 3 | |||
| Сажа (углерод черный) | 0328 | 0,15 | 0,05 | 3 | |||
| Ангидрид сернистый | 0330 | 0,5 | 0,05 | 3 | |||
| Углерода оксид | 0337 | 5 | 3 | 4 | |||
| Бенз(а)пирен | 0703 | 0,000001 | 1 | ||||
| Зола угольная | 3714 | 0,3 | - | ||||
1.3 Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы
Степень загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами из дымовых труб определяется по наибольшему значению концентрации вредных веществ – С М, мг/м3 в приземном слое атмосферы. Выбросы в атмосферу должны лимитироваться таким образом, чтобы с учетом рассеивания примесей концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферного воздуха не превышала санитарную норму: в воздухе на территории предприятия 30 % предельно допустимой концентрации вредного вещества рабочей зоны (ПДКРЗ), в воздухе населенных пунктов – величины максимальной разовой предельно допустимой концентрации – С М ≤ ПДКМР. Ограничение на содержание примесей в воздухе на территории предприятия связано с его использованием для вентиляции производственных помещений. Для зон санитарной охраны курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха, парков городов, садовых кооперативов, а также для других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха – С М≤ 0,8ПДКМ.Р.
Нормирование выбросов строящегося предприятия проводят с учетом присутствующих в воздухе примесей. Содержание этих примесей рассматривают в качестве фоновой концентрации C ф. В связи отсутствием данных Гидромета по фоновым концентрациям принимать значение фоновой концентрации для всех загрязняющих веществ равным десятой части его максимально-разовой предельно-допустимой концентрации.
В результате распространения (рассеивания) выбросов концентрация вредных веществ, попавших в атмосферу, уменьшается при удалении от дымовой трубы. Расчет рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы выполняется по методике ОНД-86, при этом в первую очередь определяется целесообразность проведения расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.
Выбросы – поступление загрязняющих веществ в атмосферу. Качество атмосферного воздуха определяется концентрацией содержащихся в нем загрязняющих веществ, которая не должна превышать санитарно – гигиенический норматив – предельно допустимую концентрацию (ПДК) для каждого загрязняющего вещества. ПДК – максимальная концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния, включая отдаленные последствия.
При существующих технологиях получения целевых продуктов и существующих способах очистки выбросов уменьшение концентраций опасных загрязнений в окружающей среде обеспечивают увеличением площади рассеивания, путем выведения выбросов на большую высоту. При этом предполагают, что достигается только такой уровень аэротехногенного загрязнения окружающей среды, при котором еще возможно естественное самоочищение воздуха.
Наибольшая концентрация каждого вредного вещества См (мг/м3) в приземном слое атмосферы не должна превышать предельно допустимой концентрации: СМ< ПДК
Если в состав выброса входят несколько вредных веществ, обладающих однонаправленным действием (эффект суммации), т.е. взаимоусиливают друг друга, то должно выполняться неравенство:
С1 - Сn – фактическая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе, мг/м3, ПДК - предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (МР).
С1 - Сn – фактическая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе, мг/м3, ПДК - предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (МР).
Научно обоснованные нормы ПДК в приземном слое атмосферы должны обеспечиваться контролем нормативов для всех источников выбросов. Таким экологическим нормативом является предельно допустимый выброс (ПДВ) - максимальный выброс загрязняющего вещества, который, рассеиваясь в атмосфере, создает приземную концентрацию этого вещества не превышающую ПДК с учетом фоновой концентрации.
Загрязнение окружающей среды при рассеивании выбросов предприятий через высокие трубы зависит от многих факторов: высоты трубы, скорости выбрасываемого газового потока, расстояния от источника выброса, наличия нескольких близко расположенных источников выбросов, метеорологических условий и др.
Высота выброса и скорость газового потока. С увеличением высоты трубы и скорости выбрасываемого газового потока эффективность рассеивания загрязнений увеличивается, т.е. рассевание выбросов происходит в большем объеме атмосферного воздуха, над большей площадью поверхности земли.
Скорость ветра. Ветер – турбулентное движение воздуха над поверхностью земли. Направление и скорость ветра не остаются постоянными, скорость ветра возрастает при увеличении перепада атмосферного давления. Наибольшее загрязнение атмосферы возможно при слабых ветрах 0-5 м/с при рассеивании выбросов на малых высотах в приземном слое атмосферы. При выбросах из высоких источников наименьше е рассеивание загрязнений имеет место при скоростях ветра 1-7 м/с (в зависимости от скорости выхода струи газа из устья трубы).
Температурная стратификация. Способность поверхности земли поглощать или излучать тепло влияет на вертикальное распределение температуры в атмосфере. В обычных условиях при подъеме вверх на 1 км температура уменьшается на»6,50: градиент температуры равен 6,50/км. В реальных условиях могут наблюдаться отклонения от равномерного уменьшения температуры с высотой – температурная инверсия.
Рельеф местности. Даже при наличии сравнительно небольших возвышенностей существенно изменяется микроклимат в отдельных районах и характер рассеивания загрязнений. Так в пониженных местах образуются застойные, плохо проветриваемые зоны с повышенной концентрацией загрязнений. Если на пути загрязненного потока находятся здания, то над зданием скорость воздушного потока увеличивается, сразу за зданием – снижается, постепенно увеличиваясь по мере удаления, и на некотором расстоянии от здания скорость потока воздуха принимает первоначальное значение. Аэродинамическая тень – плохо проветриваемая зона, образующаяся при обтекании здания потоком воздуха. В зависимости от типа зданий и характера застройки образуются различные зоны с замкнутой циркуляцией воздуха, что может оказывать существенное влияние на распределение загрязнений.
Методика расчета рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах, основана на определении концентраций этих веществ (мг/м3) в приземном слое воздуха. Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется по наибольшему рассчитанному значению концентрации вредных веществ, которое может установиться на некотором расстоянии от источника выброса при наиболее неблагоприятных метеоусловиях (скорость ветра достигает опасного значения, наблюдается интенсивный турбулентный вертикальный обмен и др.).
Рис. 1. Рассеивание в атмосфере выбросов промышленных предприятий
Оценка целесообразности проведения расчетов рассеивания выбросов загрязняющих веществ для Локомотивного депо осуществляется в соответствии с ОНД-86, согласно которому детальные расчеты загрязнения атмосферы не проводятся при соблюдении условия:
Смj/ПДК ≤ Е3 (1.18)
где Смi – сумма максимальных концентраций j–го вещества от совокупности источников данного предприятия, мг/м3;
Е3 – коэффициент целесообразности расчета, Е3 = 0,1.
Для расчета рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы используется карта-схема местности, представленная на рисунке Размер нормативной санитарно-защитной зоны (НСЗЗ) Локомотивного депо согласно санитарной классификации действующего СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 принимается равным 100 м.
При расчете рассеивания выбросов и значений концентраций вредного вещества согласно ОНД-86 в качестве предельно-допустимой концентрации рассматриваемого вещества в атмосферном воздухе (ПДКj) используется значение максимально разовых ПДК, усредненных за 20-ти – 30-ти минутный интервал (ПДКм.р.j). Для веществ, для которых установлены только среднесуточные концентрации ПДКс.с., в соответствии с ОНД-86 [10], «Методическим пособием…» [15] при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение ПДКj = 10 ПДКс.с.j. Для веществ, для которых установлены значения ОБУВj, при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение ПДКj = ОБУВj. Для веществ, для которых отсутствуют гигиенические критерии качества воздуха: ПДКм.р.j, ПДКс.с., ОБУВ, но есть значения ПДКр.з, при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение ПДКj = 0,1 ПДКр.з. Используемые при проведении расчетов рассеивания значения максимально разовых, среднесуточных предельно допустимых концентраций, ОБУВ загрязняющих веществ приведены в таблице 1.4.
В соответствии с ОНД-86 [10] осуществляется расчет наибольшей концентрации вредного вещества в приземном слое воздуха, расстояния от источника выброса до места максимального загрязнения воздуха, опасной скорости ветра. Полученные значения применяются при дальнейшем анализе воздействия предприятия на атмосферный воздух.
Максимальная приземная концентрация вредных веществ – СМ, мг/м3, при рассеивании нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника (трубы) с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника и рассчитывается по формуле:
См = 
(1.19)
где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;
M (г/с) – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (определяется в разделе 1.2, результат расчета представляется в таблице 1.4); Значение M следует относить к 20-30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин.
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
H (м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается H=2 м), берется из таблицы 3 Приложения 1;
h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км (для Локомотивного депо), h=1;
D T (°C) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, значения которой приводятся в таблице 4 приложения - температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С) принимаем равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года;
V 1 (м3/c) – расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:
V 1= 
(1.20)
где D (м) – диаметр устья источника выброса;
w 0 (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:
а) 250 – для районов Средней Азии южнее 40°с.ш., Бурятии и Читинской области;
б) 200 – для Европейской территории РФ: для районов южнее 50°с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, для Азиатской территории РФ: Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;
в) 180 – для Европейской территории РФ и Урала от 50 до 52°с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов;
г) 160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 52°с.ш. (за исключением Центра ETC);
д) 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей (Центр ETC).
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для газов и мелкодисперсных аэрозолей F = 1.
Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, uм, u¢м и fe:
f = 1000 
(1.21)
uм = 0,65 
(1.22)
u¢м = 1,3 
(1.23)
fe = 800 (u¢м)3 (1.24)
В формулы (1.21) и (1.22) подставляется положительное значение разности температур DТ.
m – безразмерный коэффициент, зависящий от условий выброса: скорости выхода газовоздушной смеси, высоты и диаметра источника выброса и разности температур и определяется в зависимости от f
n – безразмерный коэффициент, зависящий от условий выброса: объёма газовоздушной смеси, высоты источника выброса и разности температур и определяется в зависимости от uм:
n=1 при uM ≥ 2
n = 0,532·uM2 - 2,13·uM + 3,13 при 0,5 ≤ uM < 2
n = 4,4·uM при uM < 0,5
Полученные по формуле (1.19) в зависимости от параметров f, uм, u¢м и fe значения максимальных приземных концентраций Cм для всех загрязняющих веществ вносятся в таблицу 1.5.
XM [м] - расстояние от источника выброса в направлении среднего ветра при неблагоприятных метеоусловиях, на котором концентрация загрязняющего вещества достигает значения CM., определяется по формуле:
Хм= 
dH (1.25)
где d – безразмерный коэффициент, зависящий от условий выброса: скорости выхода газовоздушной смеси, высоты и диаметра источника выброса, разности температур и объёма газовоздушной смеси.
Он зависит от νM, f, fe. d при f <100 находится по формулам:
d = 2,48(1+0,28 
) при uм£ 0,5; (1.26)
d = 4,95uм (1+0,28 
) при 0,5<uм£ 2; (1.27)
d = 7 
(1+0,28 ) при uм> 2. (1.28)
Для f >100 или D T ≈ 0 значение d находится по формулам:
d =5,7 при uм¢ £ 0,5 (1.29)
d =11,4 uм¢ при 0,5<uм¢£ 2 (1.30)
d =16 
при uм¢> 2 (1.31)
Полученные данные по расчету выбросов загрязняющих веществ от котельной заносятся в таблицу 1.5
Таблица 1.5 – Результаты расчета максимальной концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы
| Наименование ЗВ | Код ЗВ | ПДКJ, мг/м3 | f | u¢м | u¢м | fe | m | n | Cм, мг/м3 | Cмj/ ПДКj |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
Значение опасной скорости uм (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ См, в случае f <100 определяется по формулам:
uм = 0,5 при uм £ 0,5; (1.32)
uм = uм при 0,5<uм£ 2 (1.33)
uм = uм (1+0,12 
при uм> 2 (1.34)
При f ³100 или D T ≈ 0 значение uм вычисляется по формулам:
uм = 0,5 при uм £ 0,5; (1.35)
uм = uм¢ при 0,5<uм¢£ 2; (1.36)
uм = 2,2uм¢ при uм¢> 2 (1.37)
Расчет максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ проводится только в контрольных точках селитебной зоны в соответствии с заданием и осуществляется по значению расстояния Х (м) от источника выброса до контрольной точки, определяемого по карте-схеме. Далее рассчитывается соотношение X/Xм и приземная концентрация вредных веществ C (мг/м3) по оси факела выброса на расстоянии X (м). При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ C (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (м) от источника выброса определяется по формуле
С = s1Cм (1.39)
где s1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/Xм.
| если | X/XM ≤ 1 | S1 = 3·(X/XM)4 - 8·(X/XM)3 + 6·(X/XM)2 | |
| если | 1 < X/XM ≤ 8 | 
| |
| если | X/XM > 8 | необходимо учитывать параметр F | |
| если | F ≤ 1,5 | 
| |
| если | F > 1,5 | 
|
Код загрязняющего вещества (ЗВ), предельно-допустимая концентрация ЗВ (ПДКi), используемая при расчетах рассеивания берутся из таблицы 1 Приложения 1. ПДКj – предельно-допустимая концентрация рассматриваемого вещества в атмосферном воздухе, утвержденная Минздравом РФ. Согласно ОНД-86 используется значение максимально разовых ПДК, усредненных за 20-ти – 30-ти минутный интервал (ПДКм.р.j). Для веществ, для которых установлены только среднесуточные концентрации ПДКс.с., в соответствии с ОНД-86 при расчетах рассеивания выбросов ЗВ используется значение ПДКj = 10 ПДКс.с.j. Для веществ, для которых установлены ОБУВj, при расчетах рассеивания выбросов загрязняющих веществ используется значение ПДКj = ОБУВj.
Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества. Фоновая концентрация является характеристикой загрязнения атмосферы и характеризует суммарную концентрацию загрязняющего вещества, создаваемую всеми источниками, расположенными на данной территории. Фоновая концентрация, в долях ПДК, при расчетах принимается равной 0,1 ПДК для диоксида азота, оксида азота, оксида углерода, диоксида серы.
Таблица 1.6 – Результаты расчета максимальной приземной концентрации ЗВ в контрольных точках селитебной зоны
| Загрязняющее вещество | Контрольная точка | |||||||
| Код | Наименование | ПДКJ, мг/м3 | Cмj/ПДКj | № | Х, м | Х/Хм | Ск.т., мг/м3 | Ск.т.+Сф., мг/м3 |
|
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
| |||||
Расчет нормативно допустимых сбросов веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами (ЗАДАНИЕ 2)
Технологические процессы на многих предприятиях железнодорожного транспорта (таких как: локомотивные и вагонные депо, вагоноремонтные и шпалопропиточные, щебеночные заводы, промыво-пропарочные станции и т.п.) связаны со значительным потреблением чистой воды и сбросом загрязненных сточных вод. Последние содержат различные загрязняющие вещества, отрицательно влияющие на экологическое состояниеводных объектов. Поэтому, сточные воды предприятий железнодорожного транспорта перед сбросом их в водные объекты должны подвергаться такой степени очистки, чтобы не оказывать на них вредного воздействия.
Определение качественного состава, количественных характеристик загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах, а также расходной характеристики сточных вод на таком уровне, при котором качество воды принимающего их водного объекта в местах водозабора или водопользования отвечает установленным нормативным требованиям соответствующего вида водопользования, представляет собой решение задачи установления предельно допустимого сброса (НДС).
При сбросе сточных вод в черте города или любого населенного пункта требования к составу и свойствам воды водного объекта для установленной категории водопользования в местах водопользования должны относиться к самим сбрасываемым сточным водам каждого предприятия. Это дает возможность взаимной независимости расчетов НДС для отдельных предприятий различных министерств и ведомств с обеспечением того, что сброс сточных вод нескольких предприятий не вызовет нарушений действующих норм качества поверхностных вод в местах водопользования.
В случае сброса сточных вод вне черты расчет НДС для отдельных предприятий производится с учетом степени возможного разбавления сточных вод водой водного объекта и качества воды выше места сброса сточных вод, а также с учетом процессов естественного самоочищения вод от поступающих в них веществ, если процесс самоочищения ярко выражен и его закономерности достаточно изучены.
Расчет НДС производится по максимальным средне часовым расходам сточных вод (в м3/час) фактического периода сброса сточных вод. Концентрация веществ принимается в мг/л (г/м3), а НДС рассчитывается в г/час:
НДС = qсm×Ссm, (г/час) (2.1)
Существует обязательное требование сброса массы вещества, соответствующей НДС, с расходом сточной воды, так как уменьшение расхода qcm при сохранении величины НДС будет приводить к концентрации вещества в сточной воде, превышающей Ссm, что недопустимо.
Величина параметра Ссm, входящего в формулу (2.1) для расчета НДС, при сбросе сточных вод в черте города (или любого населенного пункта), принимается по величине не более предельно допустимой концентрации, соответствующей требованиям установленным к составу и свойствам воды водных объектов в местах водопользования.
Вариант 1. Расчет нормативно допустимых сбросов веществ, поступающих в водные объекты, расположенный в черте города или населенного пункта.
Расчеты выполняются с учетом общих требований к составу и свойствам воды водных объектов, ПДК вредных веществ в воде водных объектов.
Взвешенные вещества.
Значение НДС по взвешенным веществам рассчитывается по формуле (2.2). Значение концентрации взвешенных веществ в сточных водах Ссm определяется исходя из величины концентрации взвешенных веществ в водном объекте до места сброса Свод по формулам:
- для хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного (для ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кислороду) водопользования концентрация взвешенных веществ в сбросах должна соответствовать следующему выражению:
Ссm < С вод+ 0,25 (мг/л) (2.2)
- для других рыбохозяйственных целей и культурно-бытового водопользования:
Ссm < С вод + 0,75 (мг/л) (2.3)
Если водный объект содержит в межень более 30 мг/л природных минеральных взвешенных веществ, то концентрация взвешенных веществ должна соответствовать следующему выражению:
Ссm < 1,05·С вод (мг/л) (2.4)
для всех видов водопользования.
Величина концентрации взвешенных веществ в водном объекте определяется путем непосредственных измерений или по публикуемым данным Госкомгидромета.
Кроме указанных требований, в сточной воде не должны присутствовать взвеси со скоростью выпадения более 0,4 мм/сек – при спуске в водотоки 0,2 мм/сек – при спуске сточной воды в водоемы.
Минеральный состав.
Величина НДС по минеральному составу определяется по формуле (1) для хозяйственно-питьевого водопользования при концентрации минеральных веществ по сухому остатку Сст не более 1000 мг/л. При этом допустимая концентрация хлоридов не должна превышать 350 мг/л и сульфатов – 500 мг/л (ЛПВ – органолептический), а для рыбохозяйственных водных объектов минерализация воды нормируется согласно таксациям рыбохозяйственных водных объектов.
Для культурно-бытового водопользования минеральный состав нормируется по показателю "привкусы", согласно которому вода не должна приобретать запахи интенсивностью более одного балла, обнаруживаемые непосредственно.
Полное биохимическое потребление кислорода (БПКполн)
Величина НДС по полному биохимическому потреблению кислорода (БПКполн) также определяется по формуле (2.1).
Значение концентрации в сточной воде Сст по БПКП0ЛН, при 20°С не должна превышать 3 мг/л при хозяйственно-питьевом и рыбохяйственном использовании водного объекта и 6 мг/л при культурно-бытовом использовании.
Другие показатели.
Для показателей состава и свойств сточной воды, подпадающих под общие требования, таких как: плавающие примеси (вещества), окраска, запахи, привкусы, температура, реакция рН, растворенный кислород и возбудители заболеваний ПДС не определяется.
Состав и свойства сточной воды по этим показателям должны удовлетворять требованиям, изложенным в Приложении 2. При этом следует учитывать, что максимальна величина концентрации растворенного кислорода не может быть выше предельной растворимости кислорода СМ. значения которой в зависимости от температуры (см. табл. 2.1)
Таблица 2.1 – Зависимость максимальной концентрации растворенного кислорода в воде от температуры
| Т, оС | СМ | Т, оС | СМ | Т, оС | СМ |
| 1 | 14,23 | 11 | 11,08 | 21 | 8,89 |
| 2 | 13,84 | 12 | 10,83 | 22 | 8,83 |
| 3 | 13,48 | 13 | 10,6 | 23 | 8,68 |
| 4 | 13,13 | 14 | 10,37 | 24 | 8,53 |
| 5 | 12,80 | 15 | 10,15 | 25 | 8,38 |
| 6 | 12,48 | 16 | 9,95 | 26 | 8,22 |
| 7 | 12,17 | 17 | 9,74 | 27 | 8,07 |
| 8 | 11,87 | 18 | 9,64 | 28 | 7,92 |
| 9 | 11,59 | 19 | 9,35 | 29 | 7,77 |
| 10 | 11,38 | 20 | 9,17 | 30 | 7,63 |
Расчет НДС с учетом ПДК вредных веществ также выполняется по формуле (2.1).
Если фактические или проектируемые концентрации примесей загрязняющих веществ в сточных водах таковы, что не удовлетворяются общие требования к составу и свойствам воды водных объектов, которые в рассматриваемом расчетном случае переносятся на сами сточные воды, то уменьшение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах должно производиться с помощью любого проверенного в практике метода доочистки, а также возможного изменения технологии производств, позволяющих с наименьшими затратами и в наиболее короткие сроки достичь нужных величин концентраций контролируемых веществ, или разбавления условно чистыми сточными водами до нужной концентрации.
Вариант 2. Расчет НДС веществ, сбрасываемых со сточными водами в водный объект, расположенный вне черты населенного пункта.
В этом варианте, учитывается:
- разбавление сточных вод водой водного объекта;
- качество воды выше места сброса сточных вод;
- естественное самоочищение.
Величина Ссm, входящая в формулу (1), определяется по формуле:
Ссm =(γ Q/q)·(ПДК-СФ) + ПДК (2.5)
где Ссm – предельная концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, не приводящая при их сбросе в водные объекты к превышению фактической концентрации загрязняющего вещества в воде водного объекта в контрольном створе предельно допустимой концентрации этого загрязняющего вещества;
γ – коэффициент обеспеченности смешения для проточных (незарегулированных) водотоков (далее просто коэффициента смешения);
Q, q – соответственно расходы воды в водном объекте и сточных вод (при подстановке в формулу числовых значений Q, q необходимо, чтобы их размерности совпадали;
ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества с учетом категории водопользования объекта [мг/л];
Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в водном объекте в зоне расположения сброса сточных вод [мг/л].
Величина коэффициента смешения для проточных водоемов определяется по методу Фролова-Родзиллера:
γ =1-β/(1+Q/q·β) (2.6)
где β = 
(2.7)
L – расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до расчетного контрольного створа или створа ближайшего пункта водопользования при условии его расположения в контрольном своре;
α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения, который в свою очередь определяется по формуле:
α =ξ·φ·3√Е/q (2.8)
где ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод в водоем;
- при выпуске у берега он равен 1,
- при выпуске в стрежень реки он равен 1,5;
φ – коэффициент извилистости реки, который равен отношению расстояния по фарватеру от места выпуска сточных вод до створа ближайшего пункта водопользования (Lф) к расстоянию до этого же пункта по прямой (Lпрям), т.е.:
φ = Lф/ Lпрям (2.9)
Е – коэффициент турбулентной диффузии, который для равнинных рек определяется по формуле:
E = Vcp×Hcp/200, (2.10)
где Vcp – средняя скорость течения на участке между выпуском сточных вод и створом пункта водопользования;
Нср – средняя глубина водоема на том же участке.
Загрязнение водоема может неблагоприятно сказаться:
- в нарушении общего санитарного режима водоема,
- в изменении органолептических свойств воды водоема,
- в санитарно-токсикологическом отношении (опасности для здоровья населения).
Соответственно, в зависимости от свойств загрязняющих веществ, определение степени необходимой очистки сточных вод ведется по каждому показателю состава и свойств воды.
По общесанитарному показателю вредности:
а) по БПКполн с учетом биохимического процесса самоочищения вод от органических веществ сточных вод и органических веществ уже имеющихся в водоеме выше места выпуска сточных вод. Расчеты проводятся по формуле:
Сст = γ Q/q 10-Сt(Спр.д.- СФ10-Сt) + Спр.д/ 10-Сt) (2.11)
где Сст – концентрация органических веществ (в БПКполн), которая должна быть достигнута в процессе очистки сточных вод перед сбросом в водоем [мг/л];
СФ – фоновая концентрация органических веществ (в БПКполн) в воде водоема до места выпуска сточных вод [мг/л];
Спр д или ПДК – предельно-допустимая концентрация органических веществ (в БПКполн) в створе ближайшего пункта водопользования [мг/л];
С'1 и С''2 – константы потребления кислорода соответственно органическими веществами сточных вод и воды водоема (при спуске бытовых сточных вод эти константы могут быть приняты одинаковыми С'1 = С"2 = 0,1);
t – время продвижения воды водоема вместе с разбавленными в ней сточными водами от места выпуска сточных вод до пункта водопользования (в сутках).
T= Lф/Vср (2.12)
Если вычисленная величина Сст, т.е. концентрация сточных вод, при которых выполняются санитарные требования в отношении БПКполн окажется меньше, чем БПКполн сточных вод, намеченных к спуску (или поступающих в водоем), то необходима очистка сточных вод до Сст.
б) по растворенному кислороду – проверка производится по приближенной формуле, учитывающей наиболее быстрое потребление кислорода органическими веществами в течение первых двух суток (в расчете на БПКполн):
Сст = 2,5(γQ/q)·(Qр - 0,4Ср -4) – 10 (2.13)
где Qр – концентрация растворенного кислорода в речной воде до выпуска сточных вод;
0,4 доля БПКполн за двухсуточный период (величина принимается постоянной);
Ср – концентрация органических веществ (в БПКполн) воды водоема до места спуска сточных вод;
4 – минимальная концентрация в мг/л растворенного кислорода, которая должна быть обеспечена в водоеме.
Полученная величина стоков Сст сравнивается с концентрацией сточных вод объекта и делается соответствующий вывод о достаточности в них растворенного кислорода.
в) расчет по реакции рН.
Сначала определяется количество кислоты и щелочи Хк и Хщ (мл), которое может быть нейтрализовано водой водоема при условии, что в ближайшем пункте водопользования рН остается в пределах санитарных требований (рН 6,5-8,5), или по данным анализа воды для весенне-летнего периода (по значениям рН и щелочности В) или по номограмме.
Рисунок 2.1 – Номограмма определения допустимого по ГОСТу спуска в водоем щелочных и кислых сточных вод
На номограмме рисунок 2.1 сплошные кривые относятся к Хк, а пунктирные к Хщ,. Каждая из этих кривых соответствует определенному значению В – щелочности воды водоема.
Для определения Хк и Хщ, на оси абсцисс находят точку, соответствующую рН воды водоема. Из точки проводят вертикаль до пересечения с кривой линией, соответствующей щелочности воды водоема и из точки пересечения проводят горизонтальную линию на правую и левую ось ординат. По полученным данным рассчитывают значение Сст:
Сст к =(γQ/q)·Хк или Сст щ =(γQ/q)·Хщ (2.14)
Если известно только общее суточное количество кислоты или щелочи, которое будет поступать в водоем. То определяется допустимое их количество для сброса по формулам:
Со = Хк·(М/В)·(γQ/1000)·86400 (2.15)
Що = Хщ·(М/В)·(γQ/1000)·86400 (2.16)
где Со и Що – количество кислоты или щелочи (кг), допустимое к спуску в водоем;
М – молекулярная масса кислоты или щелочи;
В – валентность металла;
Q – расход воды в водоеме м2/с.
По органолептическому показателю вредности:
а) по окраске и запаху – в случаях, когда имеются анализы сточных вод с указанием степени разбавления, при которой окраска и запах сточных вод исчезали, достаточно сравнение величины разбавления, указанной в анализе, с расчетной величиной разбавления, которое возможно у створа ближайшего пункта водопользования, чтобы решить вопрос о необходимости очистки сточных вод в отношении запаха и окраски перед их спуском в водоем.
б) по взвешенным веществам – санитарные требования ограничивают лишь степень увеличения содержания взвешенных веществ в воде водоемов. Поэтому расчетная формула принимает вид:
Ccm = (γQ/q+ 1)×Сдоб+Ср (2.18)
где Сдоб – допустимое по нормативам увеличение содержания взвешенных веществ: 0,25 мг/л и 0,75 мг/л в зависимости от вида водопользования.
Ср – фоновая концентрация взвешенных веществ.
в) по температуре воды водоема – расчет производится с учетом санитарных требований, ограничения степени повышения летней температуры воды за счет поступающих в водоем сточных вод. Этому условию соответствует расчет по следующей формуле:
tcm = (γQ/q+ 1)tдоб + tp (2.19)
где tp – максимальная температура воды водоема до выпуска сточных вод в летнее время;
tдоб – допустимое по правилам повышение не более, чем на 3 °С температуры воды водоема;
tcm – температура сточных вод, при которой будет соблюдено санитарное требование относительно температуры воды в створе первого пункта водопользования.
г) по образованию плавающих примесей – не поддается определению расчетным методом. Если возможность их не исключается, необходимо лабораторным путем или наблюдением в натуре определить разбавление, при котором они становятся незаметными или считать обязательными мероприятия по тщательной задержке плавающих примесей.
По санитарно-токсикологическому показателю вредности (т.е. возможной опасности для здоровья населения), а также по общесанитарному и органолептическому показателю вредности (окраска, запах, привкус), по которым установлены предельно допустимые концентрации (например, хлориды, сульфаты, цинк, медь и т.д.) расчет ведется по формуле (2.6).
Результаты расчетов параметра Ссm записываются в табл. 2.2 (колонка 3) для сопоставления их с показателями свойств сточных вод объекта (колонка 2 той же таблицы).
Таблица 2.2 – Сопоставление фактических и расчетных показателей сточных вод предприятия
| Показатели загрязнения сточных вод | Свойства сточных вод объекта1) | Расчетные показатели состава сточных вод | Рекомендации и выводы по расчету НДС |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1.Общесанитарные | |||
| а) по БПКП0ЛН | |||
| б) по растворенному кислороду | |||
| в) по реакции рН | |||
| г) по веществам, влияющим на общесанитарное состояние 2) | |||
| 2. Органолептические | |||
| а) по окраске | |||
| а') по запаху | |||
| б) по взвешенным веществам | |||
| в) по температуре | |||
| г) по образованию плавающих примесей | |||
| д) по веществам, влияющим на органолептические свойства2) | |||
| 3. Санитарно-токсикологические2) |
* Примечания: 1) Данные о составе и свойствах сточных вод определяются на основании лабораторных исследований, проводимых хозяйственными органами и в порядке осуществления государственного контроля лабораториями санитарно-эпидемиологических станций;2) имеются в виду вещества, для которых установлены предельно допустимые концентрации по соответствующим лимитирующим показателям вредности.
Эта таблица позволяет конкретизировать характер и объем мероприятий по очистке и обезвреживанию сточных вод, условия спуска которых в водоем определяются. Если по тем или иным показателям расчетная, т.е. требующаяся, концентрация загрязнения (вредного вещества) в сточных водах (Ссm) оказалась меньшей, чем в сточных водах объекта, это значит, что по этим показателям нужно ожидать нарушения санитарных требований к составу и свойствам воды водоема у ближайшего пункта водопользования. В то же время величина расчетной концентрации загрязнения (Ссm) по указанным в таблице показателям вредности показывает уровень минимально необходимой степени очистки и обезвреживания сточных вод.
Список используемых источников
1. Федеральный Закон «Об охране атмосферного воздуха» М, 1999.
2. Федеральный Закон «Об охране окружающей среды». М., 2002.
3. Перечень документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 2001-2002 годах. СПб., 2001.
4. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час, или менее 20 Гкал в час. М., 1999.
5. ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
6. ГН 2.1.6.1339-03 Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
7. Методические указания по выполнению и защите выпускных квалификационных работ. – М.: РГОТУПС. – 2004
8. СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест.
9. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М, 1991.
10. ОНД-86. Госкомгидромет. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л., Гидрометеоиздат. 1987.
11. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Минздрав России. М., 2003 г.
12. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. (Дополненное и переработанное) НИИ Атмосфера. С.-Пб., 2005.
13. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: учебное пособие / Д. А. Кривошеин [и др.]. – 2-е ИЗД., стер. - М.: Высшая школа, 2008. – 344
14. Правила охраны поверхностных вод. (типовые положения) Государственный комитет по охране природы. М.:1991
15. Водный кодекс Российской Федерации
16. Зубрев Н.И. Инженерная химия на железнодорожном транспорте. Учеб. пос. М.:ИПЦ «Желдориздат», 2002.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Варианты заданий для курсовой работы
Таблица 1 – Географические и метеорологические характеристики размещения предприятий
| Варианты | ||||||||||||||||||||
| Расположение предприятия | 1/16 | 2/17 | 3/18 | 4/19 | 5/20 | 6/21 | 7/22 | 8/23 | 9/24 | 10/25 | 11/26 | 12/27 | 13/28 | 14/29 | 15/30 | |||||
| Север 1 | Парк | Автомагистраль | Сады | |||||||||||||||||
| Юг 2 | Железнодорожные пути | |||||||||||||||||||
| Запад 3 | Промышленное предприятие | |||||||||||||||||||
Селитебная зона
