Расчет выброса загрязняющего вещества в атмосферу от стационарного источника

    1.                 Космогенного происхождения –  никель, оксид марганца, индолы (в составе метеоритов), изотопы свинца, молибдена и т.д. Ежесуточное выпадение метеоритного вещества – 14-170 г. (Лебединец, 1981).

    2. Техногенного происхождения компоненты  флюидов, передвижение которых  – звено тектоно-метаморфичского  процесса (Fife, 1978), связанного с поступлением магматического материала из верхней мантии в количестве до 12 км3 в год. В состав флюидов входят олово, бериллий, молибден, тантал, уран, торий, вольфрам, цирконий, литий, рубидий, цезий, фтор, цезий и ртуть, а также молекулярный азот, кобальт и метан. С начала возникновения земной коры в геохимический цикл вовлекаются сера и углекислый газ. Важную роль играет так называемое ртутное дыхание Земли (Кропоткин, 1980).

    3. Биогенного происхождения – соединения, выделяемые бактериями, грибами и беспозвоночными (Билай, 1961, Билай и Пидопличко, 1980); аллелопатически активные соединения высших растений (Гродзинский, 1965; Иванов, 1973;); выделения кожных желез позвоночных; соединения, образующиеся при разложении отмерших организмов; соединения, не утилизируемые и выделяемые организмом; соединения, возникающие в процессе пиролиза организмов при пожарах (например, полициклические ароматические углеводы, образующиеся при пиролизе древесины (Дикун с соавт., 1979); изотопы свинца, цинка, меди, ртути и марганца. (Ковалевский, 1981); H2S, CS2 и SO2 (Николаевский с соавт., 1976; Кунина с соавт., 1979).

    Установлено (Немерюк, 1970), что растения, в первую очередь высшие, способны выделять значительное количество элементов  и способствовать тем самым возникновению аэробиохимических ореолов рассеяния. Количество идентифицированных соединений, выделенных из организмов, превысило 20 тыс. Высказано убеждение (Ковалев, Полевая, 1981), что исторические изменения химических соединений (химическая эволюция) вызывают эволюцию организмов, которая, в свою очередь, приводит к появлению соединений с новыми свойствами, воздействующих на организмы и вновь приводящих к их изменению.

    4. Антропогенного происхождения –  соединения, содержащиеся в выбросах и отходах производства, в выбросах двигателей и тепловых станций, образующиеся при передаче энергии, используемые во всех отраслях хозяйства, в здравоохранении и в быту, оказывающиеся в продуктах жизнедеятельности человека и в бытовых отходах. Именно эти соединения и входят в состав так называемого мирового потока ксенобиотиков (Ковалев, Маленков, 1980).

    Миграционная  активность – одна их характеристик  загрязнителей, определяющих своеобразие  их территориального распространения. Поллюционная картография – позволяет создать представление не только о географическом, но и о сезонном количественном и качественном распространении ксенобиотиков. Например: на территории Северного полушария производиться выброс в атмосферу до *0% загрязнителей и более от их общего количества, образующегося в связи с деятельностью человека на Земле: количество свинца и ртути в урбанизованных районах Европы в 5 раз больше, чем на Кавказе; в 3-5 раз больше по сравнению с азиатской территорией европейская территория загрязнена и бенз(а)пиреном (Ровинский с соавт., 1981).

    1.2.2 Биологическое загрязнение

    К ним относят чужеродные организмы (вирусы, бактерии, грибы, гельминты), не обладающие фитопатогенной активностью  и оказывающие повреждающее воздействие  на растения лишь как поверхностные  загрязнители, и экзогенные информационные макромолекулы, способные нарушить онтогенетические процессы у растений и вызвать у них изменения генетической конституции.

    Действенные источники микробиологического  загрязнения природной среды - лечебные учреждения, животноводческие, звероводческие и птицеводческие предприятия, предприятия микробиологической промышленности (например, предназначенные для изготовления фирменных препаратов (Немыря, Влодавец, 1979).

    1.2.3 Механическое загрязнение

    Частицы почвы, золы, сажи и цемента, песок, пыль являются обычными естественными загрязнителями растений. Вызываемое ими загрязнение – нередко следствие пыльных бурь, вихрей, эрозии и дефляции почв, разрушения горных пород, селей, лесных пожаров и т.д. Дым с частицами золы от крупных лесных пожаров поднимается на высоту до 7000 м. и разносится потоками воздуха на сотни километров (Арцыбашев, 1973). В увеличении в атмосфере количества механических частиц, загрязняющих поверхность органов растений и, в связи с этим, нарушающих процессы функционирования, значительную роль играют выбросы теплоэлектростанций, цементных, асбестовых и металлургических заводов и т.д. Лишь замена твердого топлива на природный газ позволит уменьшить значение котельных в механическом загрязнении атмосферного воздуха (Сегединов, 1976).

    1.2.4 Физическое загрязнение

    К нему относятся необычная температура, неионизирующие и ионизирующие излучения, звук и ультразвук, вибрация, сила тяжести, давление и т.д. Растения каждого  вида, как правило, исторически адаптированы к определенному режиму температурных изменений , в связи, с чем отклонения последних приводят патогенным последствиям. Наиболее значительный фитопатогенный эффект наблюдается при чрезмерном похолодании, потеплении или же при термических ожогах, например связанных с пожарами. В большинстве случаев нарушения температурного режима связаны с деятельностью производственных предприятий (Израэль с соавт., 21981).

    Значительную  роль приобретают электрический  ток и электро-магнитные поля, оказывающие разностороннее воздействие на ростовые процессы и их ритмику (Тестемицану с соавт., 1980).

    В целом физические загрязнители весьма разнообразны, причем активность и  последствия их влияния на растительные организмы и их сообщества увеличиваются  в результате человеческой деятельности.

    1.2.5 Характеристика приоритетных  загрязнителей воздуха

    Программой  мониторинговых наблюдений за составлением атмосферы на стационарных постах предусматривается  измерение концентраций пыли, оксидов  серы, азота, углерода, азота, диоксидов  углерода, азота, озона, сажи, углеводородов, ртути, свинца, кадмия., а также специфических веществ (Перечни ПДК и ОБУВ, 1993; Доклад о свинцовом…, 1997).

    Зола  – твердая фракция выбросов, является одним из основных загрязняющих веществ  выбросов угольных ТЭС. Она имеет частицы диаметром от 2 до 100 мкм (50% частиц – менее 30 мкм).

    Фазово-минералогический анализ золы различных видов топлива  показывает, что ее основная фаза - стекло, а кристаллическая представлена различными количествами кварца, гематита, магнезита, силиката кальция. Химический состав летучей золы определяет ее нейтральную или щелочную реакцию. Установлено, что в зависимости от высоты труб в среднем 30-60% выбрасываемой золы выпадает в зоне 12-15 км. Остальная ее часть рассеивается на больших расстояниях, плотность резко падает.

    Пыль  – обобщенное название аэрозолей  твердых веществ (древесная, абразивная, цементная и др.). Вредное воздействие  пыли на организм человека зависит  от ее дисперсности формы частиц и  их электрического заряда.

    Оксид углерода (Со), угарный газ, - бесцветный газ без вкуса и запаха. Время жизни в атмосфере 2-4 месяца. Окисляется в атмосфере и почвенной микрофлорой до Со2. недавно появились доказательства, что Со выделяется растениями в самый ранний период их роста, а затем – поглощается ими. Таким образом, наконец удалось объяснить сезонные колебания Со в атмосфере. Считается, что более 80% глобальных выбросов Со связано с автотранспортом. На высшие растения в возможных концентрациях не действует. Для человека является ядом, который лишает ткани тела необходимого им кислорода.

    Оксиды  серы. В атмосфере присутствуют сернистый  ангидрид SO2 (оксид серы (IV)), серный ангидрид SO3 (оксид серы (VI)). SO2 – негорючий  тяжелый (плотность 2,93 кг/м3) бесцветный газ с характерным резким запахом, который ощущается при концентрациях от 0,78 до 2,6 мг/м3. в результате фотохимических и каталитических процессов сернистый ангидрид превращается в серный ангидрид SO3, который во влажном воздухе превращается в серную кислоту и ее соли. Время жизни SO2 в атмосферном воздухе около 10 часов.

    Пороговая концентрация SO2, принимаемая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м3.

    Оксиды  азота. Наиболее распространенными  загрязнителями воздуха являются оксид  азота NO(II) и диоксид азота NO2 (IV).

    Оксид азота NO – бесцветный тяжелый газ, кислородом воздуха окисляется до диоксида азота. Диоксид азота NO2 – газ  коричнево - бурого цвета (плотность 1,49 кг/м3), который, реагируя с влагой воздуха, превращается в азотную и азотистую  кислоты. Время жизни NO2 в атмосфере около 3 суток. NO2 обуславливает фотохимическое загрязнение атмосферы, поскольку реагирует с другими веществами: с диоксидом серы SO2, кислородом, углеводородами.

    Диоксид азота в пять раз токсичнее  оксида азота.

    В атмосфере оксид и диоксид азота находятся в динамическом равновесии, превращаясь друг в друга в результате фотохимических реакций, в которых участвуют в качестве катализатора.

    Их  соотношение в воздухе зависит  от интенсивности солнечного излучения, концентрации окислителей и др. факторов.

    Пороговая концентрация NO2, принимая в качестве максимально разовой концентрации для растений, составляет 0,02 мг/м3.

    Озон (O3) – бесцветный газ, образуется в  результате работы электрических машин  с искрящимися контактами, разрядов атмосферного электричества и вторичного загрязнения атмосферы под действием солнечной радиации с участием диоксида азота.

    Озон  токсичен для растений. Пороговое  воздействие начинается при концентрации озона 0,06 мг/м3.

    Бенз(а)пирен  – относится к классу полициклических ароматических углеводородов. Кристаллы с температурой плавления +173ºС, плохо растворимые в воде.

    Сажа  – практически чистый углерод, образующийся при неполном сгорании топлива, усиливает  действие диоксида серы.

    Сероводород (H2S) – бесцветный тяжелый (плотность 1,54 кг/м3) ядовитый газ с резким запахом тухлых яиц. Активный восстановитель. Образуется в производстве сульфатной целлюлозы, а также при бактериальном гниении высокобелковых продуктов растительного и животного происхождения. Встречается в канализационных колодцах!

    Свинец  – поступает в атмосферу в  основном в виде хлорбромидов и оксида свинца (II) с выхлопными газами автомобилей, присутствует в выбросах свинцовых  заводов и др.

    Ртуть – обладает повышенной возможностью распределения и биопереноса в окружающей среде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел 2. Методики расчета. 
 

2.2 Расчет максимальной  концентрации вредного  вещества (С_max) и максимального расстояния от источника (Х_max). 

    Максимальное  значение приземной концентрации вредного вещества С_max (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных условиях на расстоянии Х_max (м) от источника по формуле:

                              С_max= ,                                      (1)

    где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М(г/с) –масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу за единицу времени;  m и n – коэффициенты,   учитывающие   условия   выхода   газовоздушной смеси из устья; η – безразмерный коэффициент, учитываеющий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченой местности             с перепадом высот,  не  превышающим 50  м   на  1  км,  η = 1;  F – безразмерный 

коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; Н (м) – высота источника выброса над уровнем земли;  ∆Т (ºС) – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, ∆Т=Тг-Тв;  V₁ – расход газовоздушной смеси, определяемой по формуле:

                                         V₁= ,                                                           (2)

    где D (м) – диаметр устья источника выброса; ω_о (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

    Значение  коэффициента А принимается равным: 160 для источников расположеных севернее 52˚ с.ш.; 180 для источников попадающих в зону от 50˚ до 52˚ с.ш.; 200 для источников расположенных южнее 50˚ с.ш.

    На  рисунке 1 представлена карта Украины, по которой выбираем, чему равен коэффициент А.

    Значение  коэффициента F принимается: 1–для газообразных загрязняющих веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы, скорость оседания которых практически равна нулю); 2–для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90%; 2,5–для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов от 75 – 90 %; 3 – при отсутствии очистки выбросов.