Каталог Заказать Поиск Работа для автора

Новые калькуляторы

Определение границ зон экотоксикологической опасности на территории города


Под зоной экотоксикологической опасности (ЗЭО) понимают территорию, на которой комплексный (обобщенный) показатель качества окружающей среды (ОС) превышает некоторое предельное (пороговое) значение. Граница ЗЭО – это изолиния, удовлетворяющая условию:
R = Rпр,

где Rпр – предельно допустимое качество ОС на территории, проживание на которой не принесет ущерба для здоровья населения. Комплексный показатель качества ОС, в общем случае, должен учитывать качество всех компонент среды: воздуха, почвы, подземной и поверхностной воды и др. компонент территории. В данной работе предлагается рассматривать только качество атмосферного воздуха. В качестве комплексного показателя (показателя, который учитывает наличие в воздухе всех веществ, даже тех, у которых их концентрация не превышает ПДК) качества атмосферного воздуха наиболее часто используют индекс загрязнения атмосферы (ИЗА):
,

где i – количество вредных веществ, обнаруженных в атмосферном воздухе территории; Ci – концентрация i-того вещества, мг/м3; ПДКi – предельно допустимая концентрация i-того вещества; mi – коэффициент экологической опасности i-того вещества.
Коэффициент опасности (вредности) веществ, обнаруженных в воздухе, определяется в зависимости от класса опасности вещества, который, в свою очередь, оценивается через величину предельно допустимой концентрации. Существуют четыре класса веществ, правила определения которых приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики химических веществ
Класс вещества Характеристика вещества Правило определения Значение mi
1 особо опасные ПДК<0,1 1,37
2 опасные 0,1< ПДК< 1 1,1
3 умеренно опасные 1< ПДК<10 1,0
4 неопасные ПДК>10 0,9

Если участок территории характеризуется качеством атмосферного воздуха в пределах 0 ¸1 ИЗА, то такая территория является экологически безопасной (зоной экологического благополучия). На ней могут быть размещены любые (в том числе и экологически уязвимые) объекты: детские учреждения, больницы, санатории и др. Такой территории присваивается первый класс загрязненности воздуха.
Если качество воздуха лежит в пределах 1 ¸ 5 ИЗА, то у людей, длительно (постоянно) пребывающих в таких условиях, могут наблюдаться изменения в здоровье функционального характера, проходящие бесследно при временном выходе из такой зоны. Поэтому на такой территории возможно размещение производственных объектов и, в виде исключения, жилого фонда. Класс загрязненности равен двум.
При качестве воздуха 5 ¸10 ИЗА – территория считается сильно загрязненной. При проживании на такой территории возможны изменения здоровья патологического характера, приводящие к хроническим заболеваниям. На такой территории допустимо строительство лишь производственных объектов, на которых работники, как правило, снабжены дополнительными средствами защиты, имеют льготный режим работы. Такая территория принадлежит третьему классу загрязненности.
При ИЗА>10 – территория является зоной экологической опасности (четвертый класс). На такой территории срочно должны быть приняты меры по улучшению экологической обстановки.
Для заданного предприятия города:
1. Провести моделирование распространения выбрасываемого вещества в атмосфере:
  • определить максимально возможную концентрацию См загрязняющего вещества, которая может быть достигнута в атмосферном воздухе города при самых неблагоприятных метеорологических условиях;
  • определить наиболее опасную скорость ветра, при которой может быть достигнута максимальная концентрация;
  • построить графики зависимости концентраций всех загрязняющих веществ от расстояния до источника выбросов (до труб предприятий). На графиках провести линии ПДК – предельно допустимой концентрации - «приведены в Приложении 1»;
  • по графикам сделать вывод о влиянии предприятия на окружающую среду, т.е. сравнить полученные значения концентрации с величиной ПДК;
  • определить расстояния (по две точки для каждого графика), на которых концентрация равна ПДК, т.е. определить зону (в виде кольца вокруг трубы) повышенного влияния предприятия на окружающую среду. Определить расстояние, на котором влияние предприятия практически отсутствует (дальнюю точку, на которой концентрация равна 0,1´ПДК);
  • на карте города нарисовать изолинии концентраций, равных ПДК, для каждого выбрасываемого вещества.

2. Определить границы зон экотоксикологической опасности на территории населенного пункта (см. рис. 1), для этого выполнить следующие действия:
  • разделить картосхему населенного пункта на 25 прямоугольных участков (геоквантов);
  • рассчитать в каждом геокванте ИЗА;
  • определить границы участков территории, принадлежащие разным классам загрязнения воздуха;
  • особо выделить зону экотоксикологической опасности и определить, какие объекты попали в эту зону.

Примечания. 1. Карта города N изображена на рис. 1. Масштаб карты определяется следующим образом: расстояние от точки А до точки В (по прямой) равно 7 км. 2. Скорость выхода газовоздушной смеси из трубы (Omo) принять равной 7 м/с.

Рисунок 1 - Карто-схема города N (Расстояние А-В равно 7 км)
Перейти к решению своей задачи
Предприятие № 8, расположено в восточной части города на территории с перепадом высот более 50 м. Имеет 2 источника выбросов:
1) труба высотой 45 м и диаметром 2,2 м
температура ГВС = 120 град. С
Выбрасывает в атмосферу:
фенол 5,5 г/с
акролеин 12,2 г/с
сажа 13,2 г/с
пыль металлическая 0,7 г/с
2) труба, расположенная в 100 м южнее первой:
высота 18 м, диаметр 0,5 м
температура ГВС = 130 град. С
Выбрасывает в атмосферу:
сажа 3,4 г/с
пыль металлическая 7,7 г/с

Для первого источника
Средняя температура воздуха самого жаркого месяца (июля) в городе равна 24.7 град С. Разность температур между температурой ГВС и окружающим воздухом равна dT = 120 – 24,7 = 95,3
Расход газовоздушной смеси равен

Рассчитаем параметры, необходимые для определения максимальной концентрации ВВ.
,

так как f < 100, то определим коэффициент m

Т.к. Vm>2, n=1

Подставив все вычисленные параметры в основную формулу, получим значение максимальной концентрации ВВ в воздухе (для всех сажи и пыли F=2)
. фенол
. акролеин
. сажа
. пыль

Определим расстояние от источника выбросов, на котором эта концентрация ВВ может возникнуть при неблагоприятных метеорологических условиях.
Так как Vm>2, а f<100 , то безразмерный коэффициент d определяется по формуле


Расстояние от источника выбросов до точки территории, в которой достигается максимальная концентрация, равна

ВВ Хм

фенол 		611,8799

акролеин 		611,8799

сажа 		458,9099

пыль 		458,9099

Xmax = 611,8799

Максимальная концентрация ВВ может возникнуть только при определенной скорости ветра, которая определяется по формуле
Um=2,2Vm = 2,7151 м/с (Так как Vm>2).
Построим график зависимости концентрации ВВ в воздухе от расстояния от источника выбросов, для этого введем величину , где Х – расстояние от источника выбросов (в метрах), Xm - расстояние, на котором достигается максимальная концентрация вещества. Определим параметр S1(X), который рассчитывается по трем формулам в зависимости от величины Х:
если точка, для которой определяется S1(X) лежит до Xm, то ,
для точек, лежащих за Xm, но не дальше, чем (8´Xm), , иначе .

Определив S1(X), рассчитаем концентрацию ВВ для различных значений Х и построим график C(X)=f(X), на котором покажем линию концентрации, равной предельно допустимой.
График приведен на рис. 1
Таблица значений для фенола
x x/Xm S(x) С(x)
0 0,0000 0,0000 0,0000
60 0,0981 0,0504 0,0020
180 0,2942 0,3380 0,0131
300 0,4903 0,6728 0,0262
420 0,6864 0,9057 0,0352
660 1,0786 0,9815 0,0382
900 1,4709 0,8819 0,0343
1140 1,8631 0,7786 0,0303
1380 2,2553 0,6802 0,0264
1980 3,2359 0,4786 0,0186
2580 4,2165 0,3413 0,0133
3180 5,1971 0,2505 0,0097
3780 6,1777 0,1896 0,0074
4380 7,1583 0,1475 0,0057
4980 8,1389 0,1152 0,0045
5580 9,1194 0,0943 0,0037
6180 10,1000 0,0779 0,0030
6780 11,0806 0,0654 0,0025
7380 12,0612 0,0558 0,0022
7980 13,0418 0,0483 0,0019

Таблица для акролеина

x x/Xm S(x) С(x)
0 0,0000 0,0000 0,0000
50 0,0817 0,0358 0,0031
150 0,2451 0,2536 0,0219
250 0,4086 0,5396 0,0465
350 0,5720 0,7871 0,0679
550 0,8989 0,9962 0,0859
750 1,2257 0,9454 0,0815
950 1,5526 0,8604 0,0742
1150 1,8795 0,7744 0,0668
1650 2,6966 0,5809 0,0501
2150 3,5138 0,4338 0,0374
2650 4,3309 0,3286 0,0283
3150 5,1481 0,2542 0,0219
3650 5,9652 0,2009 0,0173
4150 6,7824 0,1619 0,0140
4650 7,5995 0,1328 0,0115
5150 8,4167 0,1088 0,0094
5650 9,2338 0,0921 0,0079
6150 10,0510 0,0786 0,0068
6650 10,8681 0,0678 0,0058

Таблица для сажи

x x/Xm S(x) С(x)
0 0,0000 0,0000 0,0000
50 0,0817 0,0358 0,0067
150 0,2451 0,2536 0,0473
250 0,4086 0,5396 0,1007
350 0,5720 0,7871 0,1469
550 0,8989 0,9962 0,1859
750 1,2257 0,9454 0,1764
950 1,5526 0,8604 0,1606
1150 1,8795 0,7744 0,1445
1650 2,6966 0,5809 0,1084
2150 3,5138 0,4338 0,0810
2650 4,3309 0,3286 0,0613
3150 5,1481 0,2542 0,0474
3650 5,9652 0,2009 0,0375
4150 6,7824 0,1619 0,0302
4650 7,5995 0,1328 0,0248
5150 8,4167 0,1088 0,0203
5650 9,2338 0,0921 0,0172
6150 10,0510 0,0786 0,0147
6650 10,8681 0,0678 0,0127

Таблица для пыли

x x/Xm S(x) С(x)
0 0,0000 0,0000 0,0000
50 0,0817 0,0358 0,0004
150 0,2451 0,2536 0,0025
250 0,4086 0,5396 0,0053
350 0,5720 0,7871 0,0078
550 0,8989 0,9962 0,0099
750 1,2257 0,9454 0,0094
950 1,5526 0,8604 0,0085
1150 1,8795 0,7744 0,0077
1650 2,6966 0,5809 0,0057
2150 3,5138 0,4338 0,0043
2650 4,3309 0,3286 0,0033
3150 5,1481 0,2542 0,0025
3650 5,9652 0,2009 0,0020
4150 6,7824 0,1619 0,0016
4650 7,5995 0,1328 0,0013
5150 8,4167 0,1088 0,0011
5650 9,2338 0,0921 0,0009
6150 10,0510 0,0786 0,0008
6650 10,8681 0,0678 0,0007

По графикам делаем следующие выводы:
1. Максимальная концентрация фенола в воздухе на расстоянии 611,87 трубы достигает 0,0389 мг/куб. м, что выше ПДК в 3,8 раза, по акролеину превышение в 2,8 раза, для саже в 3,7. По пыле превышений нет.
2. Максимальная концентрация достигается при скорости ветра около 2,7 м/с, что вероятно для метеорологических условий заданного города.
3. Зона повышенной концентрации фенола на территории города (зона превышения ПДК) представляет кольцо меньшим радиусом 400 м, большим радиусом 2300 м, для акролеина 420 и 1800 соответственно, для сажи 420 и 2400.
4. Влияние источника выбросов на атмосферу можно не учитывать только на расстоянии свыше 12300 м (на этом расстоянии концентрация меньше 0.1´ПДК) – для фенола, для акролеина 9800, для сажи 11900.

Чтобы снизить влияние предприятия на окружающую среду можно рекомендовать увеличение высоты дымовой трубы, либо повышение температуры газовоздушной смеси, либо установление фильтров-уловителей ВВ.

Сформируем таблицу расстояний от источника выбросов до центров каждого из 18 геоквантов (в метрах), для каждого расстояния определим концентрацию ВВ в воздухе, затем оценим индекс ИЗА.
Таблица - Основные характеристики геоквантов для построения зон экотоксикологической опасности на карте города

x Cфенол Cакролеин Cсажа Cпыль Иза1 Иза2 Иза3 Иза4 ИЗА
3858 0,0071 0,0158 0,0342 0,0018 0,9757 0,7215 0,9367 0,0133 2,6472
4168 0,0062 0,0139 0,0300 0,0016 0,8559 0,6328 0,8217 0,0117 2,3221
2850 0,0115 0,0255 0,0552 0,0029 1,5755 1,1649 1,5125 0,0215 4,2743
2960 0,0109 0,0241 0,0522 0,0028 1,4889 1,1009 1,4293 0,0203 4,0393
6953 0,0024 0,0054 0,0116 0,0006 0,3321 0,2455 0,3188 0,0045 0,9009
8274 0,0018 0,0039 0,0085 0,0004 0,2412 0,1783 0,2315 0,0033 0,6543
3202 0,0096 0,0214 0,0463 0,0025 1,3202 0,9761 1,2674 0,0180 3,5817
4517 0,0054 0,0121 0,0261 0,0014 0,7445 0,5505 0,7147 0,0101 2,0199
1501 0,0247 0,0547 0,1183 0,0063 3,3773 2,4972 3,2422 0,0460 9,1628
4699 0,0051 0,0112 0,0243 0,0013 0,6944 0,5134 0,6666 0,0095 1,8839
6650 0,0026 0,0058 0,0127 0,0007 0,3611 0,2670 0,3467 0,0049 0,9797
2298 0,0155 0,0344 0,0744 0,0039 2,1236 1,5702 2,0387 0,0289 5,7615
3213 0,0096 0,0213 0,0460 0,0024 1,3129 0,9708 1,2604 0,0179 3,5620
3945 0,0069 0,0152 0,0329 0,0017 0,9400 0,6951 0,9024 0,0128 2,5503
4592 0,0053 0,0117 0,0253 0,0013 0,7233 0,5348 0,6944 0,0099 1,9624
4180 0,0062 0,0138 0,0298 0,0016 0,8517 0,6297 0,8176 0,0116 2,3107
4475 0,0055 0,0123 0,0265 0,0014 0,7569 0,5596 0,7266 0,0103 2,0534
5483 0,0038 0,0084 0,0182 0,0010 0,5186 0,3834 0,4978 0,0071 1,4069

Для второго источника
труба на расстоянии 400 м от первого источника на север
высота 8 м; диаметр 0.5 м
температура ГВС -100 град. С
выбрасывает в атмосферу:
фенол 0.7 г/сек
хром 0.02 г/сек
Средняя температура воздуха самого жаркого месяца (июля) в городе равна 24.7 град С. Разность температур между температурой ГВС и окружающим воздухом равна dT = 100 – 24,7 = 75,3
Расход газовоздушной смеси равен

Рассчитаем параметры, необходимые для определения максимальной концентрации ВВ.


так как f < 100, то определим коэффициент m

Так как 0,5 < Vm < 2

Подставив все вычисленные параметры в основную формулу, получим значение максимальной концентрации ВВ в воздухе
. фенол
. хром

Определим расстояние от источника выбросов, на котором эта концентрация ВВ может возникнуть при неблагоприятных метеорологических условиях.
Так как 0,5 < Vm < 2, а f < 100 , то безразмерный коэффициент d определяется по формуле


Расстояние от источника выбросов до точки территории, в которой достигается максимальная концентрация, равна

Максимальная концентрация ВВ может возникнуть только при определенной скорости ветра, которая определяется по формуле
Um=Vm = 1,5256 м/с (Так как 0,5 < Vm < 2).
Построим график зависимости концентрации ВВ в воздухе от расстояния от источника выбросов.

График приведен на рис. 1
Таблица значений для фенола


x
x/Xm
S(x)
С(x)

0

0

0

0

20

0,2235

0,2178

0,0767

60

0,6704

0,8922

0,3142

100

1,1173

0,9722

0,3424

140

1,5642

0,8573

0,3019

220

2,458

0,6329

0,2229

300

3,3519

0,4592

0,1617

380

4,2457

0,338

0,119

460

5,1395

0,2549

0,0898

660

7,3741

0,14

0,0493

860

9,6087

0,0856

0,0301

1060

11,8433

0,0577

0,0203

1260

14,0778

0,0422

0,0148

1460

16,3124

0,0327

0,0115

1660

18,547

0,0265

0,0094

1860

20,7816

0,0222

0,0078

2060

23,0162

0,0191

0,0067

2260

25,2507

0,0167

0,0059

2460

27,4853

0,0148

0,0052

2660

29,7199

0,0133

0,0047


Таблица для хрома
x x/Xm S(x) С(x)
0,00 0,0000 0,0000 0,0000
20,00 0,2235 0,2178 0,0022
60,00 0,6704 0,8922 0,0090
100,00 1,1173 0,9722 0,0098
140,00 1,5642 0,8573 0,0086
220,00 2,4580 0,6329 0,0064
300,00 3,3519 0,4592 0,0046
380,00 4,2457 0,3380 0,0034
460,00 5,1395 0,2549 0,0026
660,00 7,3741 0,1400 0,0014
860,00 9,6087 0,0856 0,0009
1060,00 11,8433 0,0577 0,0006
1260,00 14,0778 0,0422 0,0004
1460,00 16,3124 0,0327 0,0003
1660,00 18,5470 0,0265 0,0003
1860,00 20,7816 0,0222 0,0002
2060,00 23,0162 0,0191 0,0002
2260,00 25,2507 0,0167 0,0002
2460,00 27,4853 0,0148 0,0001
2660,00 29,7199 0,0133 0,0001




По графику делаем следующие выводы:
1. Максимальная концентрация фенола в воздухе на расстоянии 89,5 м от трубы достигает 0,35 мг/куб. м, что выше ПДК в 35 раз. Концентрация хрома в раз превышает ПДК.
2. Максимальная концентрация достигается при скорости ветра около 1,5 м/с, что очень вероятно для метеорологических условий заданного города.
3. Предприятию рекомендуется срочно принять меры по снижению выбросов ВВ.

Таблица - Основные характеристики геоквантов для построения зон экотоксикологической опасности на карте города
x фенол хром Иза1 Иза2 ИЗА
3858 0,0029 0,0001 0,3958 0,0754 0,4712
4168 0,0026 0,0001 0,3598 0,0685 0,4284
2850 0,0043 0,0001 0,5844 0,1113 0,6957
2960 0,0041 0,0001 0,5557 0,1058 0,6615
6953 0,0014 0,0000 0,1974 0,0376 0,2350
8274 0,0012 0,0000 0,1624 0,0309 0,1934
3202 0,0037 0,0001 0,5015 0,0955 0,5970
4517 0,0024 0,0001 0,3264 0,0622 0,3885
1501 0,0110 0,0003 1,5084 0,2873 1,7957
4699 0,0023 0,0001 0,3112 0,0593 0,3705
6650 0,0015 0,0000 0,2076 0,0395 0,2472
2298 0,0057 0,0002 0,7858 0,1497 0,9355
3213 0,0036 0,0001 0,4992 0,0951 0,5943
3945 0,0028 0,0001 0,3851 0,0733 0,4584
4592 0,0023 0,0001 0,3200 0,0609 0,3809
4180 0,0026 0,0001 0,3586 0,0683 0,4269
4475 0,0024 0,0001 0,3301 0,0629 0,3929
5483 0,0019 0,0001 0,2593 0,0494 0,3087

Составим итоговую таблицу, учитывающие влияние первого и второго источников выброса ВВ.
x ИЗА1 ИЗА2 ИЗА
1 2,6472 0,4712 3,1184
2 2,3221 0,4284 2,7505
3 4,2743 0,6957 4,9700
4 4,0393 0,6615 4,7008
5 0,9009 0,2350 1,1359
6 0,6543 0,1934 0,8477
7 3,5817 0,5970 4,1787
8 2,0199 0,3885 2,4084
9 9,1628 1,7957 10,9585
10 1,8839 0,3705 2,2544
11 0,9797 0,2472 1,2269
12 5,7615 0,9355 6,6970
13 3,562 0,5943 4,1563
14 2,5503 0,4584 3,0087
15 1,9624 0,3809 2,3433
16 2,3107 0,4269 2,7376
17 2,0534 0,3929 2,4463
18 1,4069 0,3087 1,7156


Анализ таблицы показывает, что практически вся территория города является зоной экологической безопасности. Территории №6 присвоим первый класс загрязненности воздуха.
Если качество воздуха лежит в пределах 1 ¸ 5 ИЗА (1-5,7-8, 10-11, 13-18), то у людей, длительно (постоянно) пребывающих в таких условиях, могут наблюдаться изменения в здоровье функционального характера, проходящие бесследно при временном выходе из такой зоны. Поэтому на такой территории возможно размещение производственных объектов и, в виде исключения, жилого фонда. Класс загрязненности равен двум.
При качестве воздуха 5 ¸10 ИЗА (12) – территория считается сильно загрязненной. При проживании на такой территории возможны изменения здоровья патологического характера, приводящие к хроническим заболеваниям. На такой территории допустимо строительство лишь производственных объектов, на которых работники, как правило, снабжены дополнительными средствами защиты, имеют льготный режим работы. Такая территория принадлежит третьему классу загрязненности.
При ИЗА>10 (9) – территория является зоной экологической опасности (четвертый класс). На такой территории срочно должны быть приняты меры по улучшению экологической обстановки. Перейти к решению своей задачи