close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Лебедев Сергей Владимирович. Изучение состава газообразных выбросов в атмосферу тепловыми электростанциями (на примере Орловской ТЭЦ)

код для вставки
2
ЗАДАНИЕ
3
.
.
4
АННОТАЦИЯ
Выпускная квалификационная работа (ВКР) изложена на 89 страницах,
иллюстрирована 20 таблицами и 25 рисунками. Работа состоит из введения
обзора литературы, главы посвящѐнной материалам и методам исследования,,
главы посвящѐнной результатам собственных исследований, выводов, списка
использованной литературы, включающего 56 источников, в том числе и
электронный ресурс.
Ключевые
слова:
ТЭЦ,
экологические
проблемы,
газообразные
выбросы, оксиды серы, азота, углерода, атмосферные загрязнения, ПДК,
метеоусловия.
Тема ВКР «Изучение состава газообразных выбросов в атмосферу
тепловыми электростанциями (на примере Орловской ТЭЦ)».
Актуальность темы заключена в том, что атмосферный воздух является
самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой
смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе
эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых,
производственных
и
иных
помещений.
Результаты
экологических
исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствует о
том, что загрязнение приземной атмосферы – самый мощный, постоянно
действующий фактор воздействия на человека, пищевые цепи и окружающую
среду. Поэтому охрана атмосферного воздуха является наиболее приоритетной
проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых
странах.
Цель
работы
–
проведение
качественных
и
количественных
исследований по содержанию химических компонентов дымовых газов,
выбрасываемых Орловской ТЭЦ и изучение влияния метеоусловий на
распределение их концентраций в атмосфере.
5
Предмет исследования: состав газообразных выбросов в атмосферу
тепловыми электростанциями.
Объект исследования: Орловская ТЭЦ
В работе показано, что основным крупномасштабным производителем
электрической и тепловой энергии в городе Орле является тепловая
электроцентраль (ТЭЦ).
Установлено, что использование природного газа в качестве экологически
чистого топлива и наличие высотной дымовой трубы не обеспечивают полной
защиты окружающей среды от токсикологических газообразных выбросов.
Было выявлено, что в дымовых газах содержатся оксиды серы, азота, углерода,
но во всех пробах уровень их концентрации не превышал ПДК. Кроме этого
отмечалось снижение уровней концентрации и суммарных выбросов токсичных
газов. Это связанно с переводом ТЭЦ на 100% природный газ, так как
предыдущие годы 12% рабочего времени предприятие работало на мазуте, а
88% на природном газе.
Концентрация вредных веществ, выбрасываемых с дымовыми газами из
высотных труб, зависит не только от технологических, но и в равной степени от
метеорологических факторов. Осадки снижают концентрации выбросов в
атмосфере,
а
ветер
является
основным
метеорологическим
фактором,
влияющим на распределение и рассеивание загрязняющих веществ. Поэтому
минимальные концентрации выбросов обнаруживаются в октябре, марте и
апреле. В августе восточные ветры повышают температуру, высока солнечная
радиация. При тихой, малооблачной, сухой погоде со скоростью ветра 2-3 м/с
фиксируются максимальные концентрации выбросов ТЭЦ токсичных газов.
При изучении процесса газоулавливания на ТЭЦ было выявлено, что
наиболее эффективным методом очистки дымовых газов от серы является
процесс орошения отходящих газов известковым молоком, но наиболее
6
радикальным способом снижения образования оксидов азота – двухстадийное
сжигание топлива.
Предложение: для уменьшения выбросов частиц в атмосферу наиболее
эффективно не является применение воздухоочистителей таких как установки
для дожигания частиц и применение электрофильтров.
7
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ .................................................................................................................... 2
АННОТАЦИЯ.............................................................................................................. 4
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 9
1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ .............................. 11
1.1 Источники загрязнения атмосферы............................................................... 11
1.2 Взаимодействие ТЭЦ с окружающей средой ............................................... 15
1.3 Состав и физическая характеристика продуктов сгорания природного газа
и мазута, содержащихся в отходящих газах ТЭЦ и их влияние на живые
организмы .............................................................................................................. 18
1.4 Влияние технологических и метеорологических факторов на рассеивание
газообразных промышленных выбросов ТЭЦ в атмосфере. ............................ 23
1.5 Изучение способов снижения концентрации химических веществ в
продуктах сгорания топлива на ТЭЦ .................................................................. 30
1.6 Система контроля уровня атмосферного загрязнения ................................ 36
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕЕДОВАНИЯ ................................................ 39
2.1 Методы анализа химических веществ в атмосферном воздухе ................. 39
2.2 Определение окиси углерода ......................................................................... 41
2.3 Определение двуокиси азота. Принцип и характеристика метода ............ 47
2.4 Определение двуокиси серы (метод с хлоридом бария) ............................. 52
2.5 Определение свинца (метод с хроматом калия). Принцип и
характеристика метода ......................................................................................... 57
2.6 Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в
атмосферном воздухе населенных мест ............................................................. 59
3. Изучение состава газообразных выбросов в атмосферу тепловыми
электростанциями (на примере Орловской ТЭЦ) .................................................. 64
8
3.1 Изучение выбросов в атмосферу сернистого ангидрида ............................ 64
3.2 Изучение выбросов в атмосферу оксидов углерода .................................... 69
3.3 Изучение выбросов в атмосферу оксидов азота .......................................... 74
3.4 Анализ показателей концентраций газообразных выбросов, содержащих
оксиды азота, углерода, серы в зависимости от погодных и климатических
явлений ................................................................................................................... 78
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 83
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 85
9
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Основным крупномасштабным производителем
электрической и тепловой энергии в городе Орле является тепловая
электроцентраль (ТЭЦ). Известно, что с предприятиями теплоэнергетики
связаны наиболее массовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, но
различные виды топлива содержат неодинаковое количество токсических
веществ. В предыдущие годы в качестве топлива на ТЭЦ использовался мазут,
в 2014 г. предприятие на 88% переведено на природный газ. Однако,
использование экологически чистого топлива и наличие высотной дымовой
трубы не обеспечивают полной защиты окружающей среды, а выпадение
вредных веществ вокруг ТЭЦ – это лишь небольшая часть выбросов, основная
масса
которых
оседает
на
больших
площадях.
В
зависимости
от
метеорологических условий (температуры, влажности воздуха, солнечной
радиации и др.) в атмосфере могут происходить самые различные химические
взаимодействия между основными компонентами дымовых газов - оксидами
серы, азота, углерода, твердыми частицами металлов. При этом могут
образоваться смеси серной и азотной кислот, определяться их большие
концентрации в осадках. При сильном же ветре многие вредные вещества
частично выводятся из атмосферного воздуха, рассеиваются. Поэтому, чтобы
предотвратить негативное влияние вредных компонентов дымовых газов ТЭЦ
на здоровье населения, флору и фауну, необходим строгий контроль уровня
атмосферного загрязнения с учетом влияния метеорологических условий на
распределение концентраций вредных веществ в атмосфере.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Проанализировать научную литературу по данной теме.
2. Изучить технологический процесс сгорания топлива и образования
дымовых газов.
10
3. Изучить систему очистки дымовых газов от оксидов серы, азота,
углерода и твердых частиц и дать оценку ее эффективности.
4. Изучить систему контроля уровня атмосферного загрязнения в городе
Орле.
5. Провести исследования содержания оксидов серы, азота, углерода в
уходящих газах.
6. Изучить воздействие метеорологических факторов на распределение
концентраций оксидов серы, азота, углерода в атмосфере при истечении
дымовых газов из высотной трубы.
Цель работы: проведение качественных и количественных исследований
по содержанию химических компонентов дымовых газов, выбрасываемых
Орловской ТЭЦ и изучение влияния метеоусловий на распределение их
концентраций в атмосфере.
Предмет исследования: состав газообразных выбросов в атмосферу
тепловыми электростанциями.
Объект исследования: Орловская ТЭЦ.
11
1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
1.1 Источники загрязнения атмосферы
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей
природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного
слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека
и находящуюся за пределами жилых, производственных иных помещений.
Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом,
однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека,
пищевые
цепи
и
окружающую
среду.
Атмосферный
воздух
имеет
неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически
агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности
компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.
В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения
биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых
ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км
тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.
Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и
биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую
среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана
атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной
проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых
странах.
Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи,
расстройство ЦНС, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у
новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется
присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным
12
воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований,
выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения
и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная связь.
К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов,
пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы
морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического
происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве
фонового,
который
мало
изменяется
со
временем.
Глобальное
и
долговременное загрязнение обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы
мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой
высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными
потоками и быстро разносятся по всему земному шару.
Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной
деятельностью человека. К ним следует отнести:
1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5
млрд. тонн углекислого газа в год. В результате за 100 лет (1860 - 1960 годах)
содержание СО2 увеличилось на 18% (с 0,027 до 0,032%). За последние три
десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к
2017 году количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.
2.
Работа
тепловых
электростанций,
когда
при
сжигании
высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута
образуются кислотные дожди.
3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и
газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к
повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).
4. Производственная деятельность.
13
5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и
загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при
сжигании мусора).
6. Выбросы предприятиями различных газов.
7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется
самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.
8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств,
сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.
9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).
10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из
помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые
источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3.В
больших количествах озон является высокотоксичным газом.
Высокая
опасность
химических
и
биохимических
производств
заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу
чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут
вызывать эпидемии среди населения и животных.
К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид
углерода, диоксиды азота и серы, а также малые газовые составляющие,
способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид
азота, фреоны, метан и тропосферный озон.
Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят
предприятия
черной
и
цветной
металлургии,
химии
и
нефтехимии,
стройиндустрии, энергетики (ТЭЦ), целлюлозно-бумажной промышленности, а
в некоторых городах и котельные. Вредные газы попадают в воздух в
результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ,
14
работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных
отходов.
15
1.2 Взаимодействие ТЭЦ с окружающей средой
Основными источниками энергии в крупных городах, где осуществляется
централизованное снабжение электрической и тепловой энергией, являются
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Теплофикация - высшая форма централизации теплоснабжения и
наиболее
рациональный
метод
снижения
расхода
топлива,
который
осуществляется путем подачи тепла группе потребителей от крупной
центральной
котельной.
При
источников,
повышается
этом
уменьшается
экономичность
количество
выработки
тепла,
тепловых
появляется
возможность сжигать низкосортные и местные виды топлива. За счет
использования эффективных методов очистки уходящих газов, значительно
сокращается
численность
обслуживающего
персонала,
исключается
внутригородская транспортировка топлива и золы, улучшаются санитарные
условия промышленных районов и жилищно-коммунального сектора.
До настоящего времени тепловые электрические станции являются
основными крупномасштабными производителями электрической энергии. В
обозримом будущем картина существенно не изменится. Следовательно,
именно ТЭЦ должны представлять основной объект для внимательного
изучения с целью выявления и снижения отрицательного воздействия
энергетики на окружающую среду.
Взаимодействие ТЭЦ с окружающей средой разнообразно. Это видно из
схемы на рисунке 1 [3].
Из рисунка видно, что в атмосферу идѐт выброс водяного пара, тепла,
оксидов азота, углерода, серы, а также сюда поступают твѐрдые частицы и
шумы.
В
литосферу
регенеративного
попадают
подогревателя
и
частицы
и
питательного
зола
из
насоса.
парогенератора,
В
гидросферу
поступают сливы и теплая вода из конденсатора и генератора, а также твердые
частицы.
16
Поэтому для сохранения и обеспечения нормального функционирования
природных
экосистем
необходимо
внимательное
взаимодействия ТЭЦ с окружающей средой.
изучение
результатов
насос; ТП – трансформаторная подстанция ; К – конденсатор.
Турбина; Г – генератор; РП – регенеративный подогреватель; ПН – питатель, ЦН - циркулярный
Рисунок 1 - Схема взаимодействий ТЭС с окружающей средой, ПГ- парогенератор; Т –
17
18
1.3 Состав и физическая характеристика продуктов сгорания
природного газа и мазута, содержащихся в отходящих газах ТЭЦ и их
влияние на живые организмы
Современная
энергетика
базируется
в
основном
на
первичных,
невозобновляемых энергоресурсах - угле, нефти, природном газе, древесном
топливе, уране. В настоящее время с предприятиями теплоэнергетики связаны
наиболее массовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, а также такие
глобальные экологические проблемы, как взаимодействие загрязнения и
населения, экосистемы и климат Земли. Взаимодействие ТЭЦ с внешней средой
определяется выбросами в атмосферу дымовых газов, тепловыми выбросами и
выбросами загрязненных сточных вод (рисунок 1).
Не все виды топлива, применяемые для получения пара и последующего
генерирования электрической энергии, содержат значительные количества
токсичных веществ. Например, среднее содержание серы в углях, идущих на
получение электроэнергии, составляет 2,5%. Разумеется, эта сера выделяется не
в элементарной форме, а главным образом в виде сернистого газа - двуокиси
серы. Она взаимодействует с кислородом, образуя трѐхокись серы, которая
сразу же реагирует с водяным паром. В результате взаимодействия образуется
серная кислота, которая присутствует в виде лѐгкого тумана (рисунок 3).
Выпадение кислотных дождей является серьѐзной экологической проблемой
[50].
Сера также содержится в сырой нефти, однако еѐ содержание не
превышает 1%. При перегонке нефти большая часть серы переходит в мазут самую тяжѐлую фракцию перегонки. В нем может содержаться от 0,5 до 5,0%
серы, хотя посредством дополнительных процедур перегонки содержание серы
в мазуте можно ещѐ уменьшит
19
В отличие от нефти и угля природный газ практически не содержит серы.
С этой точки зрения природный газ является экологически чистым топливом
(таблица 1).
Таблица 1
Количество вредных выбросов от ТЭЦ мощностью 1 млн. кВт
Показатель
Топливо
Мазут
Уголь
Газ
1,57 млн. тонн
2,3 млн. тонн
1,9 млрд. м
оксиды серы
52,56
139
0.012
оксиды азота
21.7
20,9
12,08
твердые частицы
0,73
4,49
0,46
СО
0,08
0,21
Минимальные
Расход топлива в
год
Выбросы, млн.
кг/год
Как видно из таблицы 1, по объѐму выбросов оксидов серы и летучей золы
угольные ТЭЦ значительно превосходят ТЭЦ на мазуте и природном газе,
исключения составляют только оксиды азота [14].
20
Таблица 2
Ингредиенты дымовых газов ТЭЦ и их влияние на живые организмы
Ингред
Физическая
Влияние на живые организмы
иенты
характеристика
СО
Бесцветный газ,
Сильный яд! Отравляющее действие
без запаха,
основывается на его способности образовывать
температура
с гемоглобином относительно устойчивое
плавления 2080С;
комплексное соединение светло-красного цвета
малорастворим в
– карбоксигемоглобин. При содержании
воде
последнего в крови более чем 10% создает
опасность для дыхательных путей. Образование
карбоксигемоглабина обратимо ( если его
содержание не превышает 2%); при
достаточном доступе воздуха в легких он снова
превращается в оксигемоглобин снова
превращается в оксигемоглобин.
СО2
температура
Для растений не вреден (при содержании
кипения -
растворимость менее 1%), способствует
78,500С;
повышенной ассимиляции и, следовательно,
растворимость в
усилению их роста. В атмосфере чистого СО2
воде: в 100 мл
наступает мгновенная смерть вследствие
воды
паралича дыхательного центра, концентрация
растворяется 88
60% и выше представляет собой большую
мл СО2
опасность для жизни. Удаление СО2 из
отходящих газов с целью уменьшения
загрязнения воздуха интереса не представляет.
NО2
бурый ядовитый
В концентрациях 20-50 мин-' вызывает
газ; температура
раздражение глаз, при 150 мин-1 - сильное
21
кипения 21° С,
местное раздражение, в первую очередь,
температура
органов дыхания. Через 3-8 часов после
замерзания
начальной фазы раздражения наступает отек
-11,2°С
легких, иногда оканчивающийся смертью. NO2
в концентрациях 30 мин-1 за 1 час не причиняет
никакого значительного ущерба растениям.
Поражение наблюдалось при концентрации
0,4мин-1 . Пары NO2 ядовиты.
бесцветный,
Оказывает вредное действие на гемоглобин
трудно
который превращается в нитрозогемоглобин
сжижаемый
или метгемоглобин. На воздухе быстро
температура
окисляется до NО2. Часто ядовитое действие NО
кипения -151,7°С
принимают равным 20°/о действия азота.
оксиды
температура
Сильно раздражающий газ. Растворяясь во влаге
серы
кипения -10° С,
слизистых оболочек рта и носа и в виде
растворимость в
аэрозоля, может проникать во все внутренние
воде - 154 мл
органы дыхания, где вызывает обострение
NО
заболеваний верхних дыхательных путей, что
ведет к увеличению смертности. При влиянии
на растения в концентрации 1-2 мин-1через
несколько часов вызывает серьезные
повреждения листьев. ПДК для растений - 0,15
мин-1.
свинец
металл,
Токсичный элемент, вызывает хронические
температура
заболевания. Действует на ферментные системы
плавления,
и обмена веществ в живых клетках,
327,4°С, при
накапливается в морских отложениях и в
температуре
пресной воде.
22
более 500°С,
испаряется,
образуя в воздухе
аэрозоли, не
растворим в воде.
А
известно,
что
загрязнение
окружающей
среды,
несмотря
на
относительно малые концентрации веществ, вследствие большой длительности
воздействия практически на протяжении всей жизни человека, может
приводить к серьѐзным нарушениям в состоянии здоровья населения, особенно
его малоустойчивых групп, таких как больные хроническими болезнями,
пожилые люди, беременные женщины [21].
Исследования показывают, что загрязнение воздуха города обуславливает
в среднем 20% общей заболеваемости населения. При этом вклад загрязнения
воздуха
в
заболеваемость
болезнями
органов
дыхания
колеблется
соответственно от 20 до 50%, а сердечно - сосудистыми болезнями - от 10,7 до
32,4%. Среди детского населения, на фоне увеличения уровней общей
заболеваемости, отмечается рост распространѐнности болезней эндокринной
системы, нарушений обмена и иммунитета, хронических болезней верхних
дыхательных путей, бронхиальной астмы.
Среди женщин детородного возраста отмечается высокий уровень
заболеваемости соматическими заболеваниями.
Наряду с ростом заболеваемости взрослого населения отмечается
синдром
преждевременного
распространѐнности
так
старения,
выражающийся
называемых
дегенеративных
в
высокой
заболеваний
(атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, цереброваскулярные болезни,
диабет и др.) [13].
23
1.4 Влияние технологических и метеорологических факторов на
рассеивание газообразных промышленных выбросов ТЭЦ в атмосфере.
Негативное влияние вредных компонентов дымовых газов ТЭЦ на
здоровье
населения,
флору
и
фауну,
строительные
объекты
и
народнохозяйственные сооружения не ограничивается близлежащей к ТЭЦ
территорией, а распространяется на сотни и тысячи километров. Поэтому, при
выборе места для размещения ТЭЦ, необходимо учитывать возможность
устранения или уменьшения вредного воздействия уходящих газов путѐм
увеличения расстояния между источниками выброса и жилой юной. С этой
целью строят дымовые трубы соответствующей высоты, которые обеспечивают
для нагретых газов дополнительного всасывание и перемешивание их с
атмосферным воздухом после выхода из трубы. В настоящее время на крупных
ТЭЦ сооружаются преимущественно одноствольные трубы в железобетонной
оболочке высотой до 280-320м и более. Диаметр устья труб составляет от 4 до
10м и зависит от мощности подключѐнных к трубе котлов, общего количества
дымовых труб на ТЭЦ и скорости движения дымовых газов [7].
Следует, однако, иметь в виду, что высотные дымовые трубы не
обеспечивают
полной
защиты
окружающей
среды
-
они
являются
паллиативным решением вопроса, так как локальное выпадение вредных
веществ вокруг ТЭЦ составляет лишь небольшую часть выбросов, а основная
их масса хотя и рассеивается в верхних слоях атмосферы, но затем оседает на
площадях, обусловливая довольно существенный общий фон загрязнения.
Концентрация вредных веществ, выбрасываемых с дымовыми газами из
высотных труб, зависит от многих метеорологических факторов [23].
Ветер, представляющий собой турбулентное движение воздуха над
поверхностью Земли, является основным метеорологическим фактором,
влияющим на распределение загрязняющих веществ. Ветер не является
устойчивым течением, направление и скорость движения ветра не остаются
24
постоянными.
Зависимость
концентрации
загрязняющих
веществ
от
направления ветра имеет важное значение при решении вопросов размещения
ТЭЦ в плане города и при выделении промышленной золы. При выборе
площадки для строительства необходимо учитывать среднегодовую и сезонную
дозу ветров, а также скорости движения ветров отдельных румбов.
Скорость ветра возрастает с увеличением перепада атмосферного
давления, а скорость воздушного потока падает у Земли до 22 м/с вследствие
трения о шероховатости постилающей поверхности. Обнаружено, что
наибольшие загрязнения воздуха от низких источников наблюдаются при
слабом ветре (в пределах от 0 до 1 м/с). При выбросах из высоких источников
максимальные концентрации загрязнения фиксируются при опасных скоростях
ветра (в пределах от 3 до 6 м/с в зависимости от скорости истечения газов из
устья дымовой трубы) [15].
Стратификация (слоистое строение) атмосфере также влияет на уровень
приземной
концентрации
термодинамической
вредных
системой.
веществ.
Инверсии
Атмосфера
температуры
является
способствуют
удержанию загрязнений в нижних слоях атмосферы, которые в обычных
условиях поднимаются вверх, рассеивая загрязнения. Иногда инверсии
повторяются в течение нескольких дней, и тогда уровень загрязнений
увеличивается до опасного уровня. Для разрушения устойчивого нижнего
холодного слоя необходимы сильные ветры. Инверсии имеют локальный
характер. В соответствии с этими данными об инверсии должна определяться
высота дымовых труб. В основном выброс загрязняющих веществ должен
проводиться выше инверсионного слоя [16].
Согласно результатам натурных исследований главной геофизической
обсерватории им. А. И. Войкова к наиболее опасным ситуациям относятся:
25
- приподнятая инверсия, низшая граница которой находится над
источником выбросов, увеличивая максимальную приземную концентрацию на
50-100°/о;
- штилевой слой, расположенный ниже источника выбросов, в случае,
когда на уровень выбросов скорость движения ветров в 1,5-2 раза превышает
величину скорости выброса. В соответствии с результатами расчѐтов при
наличии штилевого слоя, распространяющегося от земной поверхности до
высоты 30м, максимальная концентрация примеси от источника высотой 100150м увеличивается примерно на 70% по сравнению с концентрацией при
отсутствии штиля.
х1 - зона переброса факела;
х2 - зона задымления;
х3 - зона медленного
снижения уровня
загрязнения.
Рисунок 2 - Распределение концентраций вредных веществ в атмосфере
при истечении дымовых газов из высотной трубы.
В зависимости от существующих метеорологических условий (влажности
воздуха, солнечной радиации) в атмосфере происходят самые различные
реакции между загрязняющими воздух веществами. Частично многие вредные
вещества тем самым выводятся из атмосферного воздуха (например, SO2 ,NO2),
однако, при этом могут образовываться и вредные продукты. Там, где
выбрасываются содержащие сернистый газ дымовые газы вместе с золой и
сажей, следует учитывать возможность образования сернокислых поверхностей
на частицах сажи и золы. Оксиды серы и азота, попав в атмосферу, быстро
26
вступают в химические реакции. В результате образуется смесь кислот: серной
и азотной [8]. Кислотные дожди отрицательно воздействуют на живое.
При сжигании топлива образуются также окислы кальция и железа.
Попавшие в атмосферу окислы обычно вступают в реакцию с серной кислотой
с образованием частиц сульфатов кальция и железа. Полагают, что большая
часть двуокиси серы превращается в сульфаты и серную кислоту в течение
нескольких дней после еѐ выброса в атмосферу. За это время ветры могут
отнести эти загрязнения на сотни километров от места их выброса (рисунок
3,4).
27
Рисунок 3 - Химические реакции серы в атмосферном воздухе.
28
Рисунок 4 - Круговорот углерода в природе, измененный в результате
деятельности человека.
29
Фотохимические реакции с двуокисью азота.
При сжигании топлива фотохимические реакции с окислами азота NO2 и
NO могут протекать как с большой скоростью, так и довольно медленно, в
результате
чего
образуются
озон,
альдегиды,
вещества
типа
ПАН,
карбонильные соединения, аэрозоли и др. Фотохимические реакции с
двуокисью азота протекают по следующим стадиям:
NO2+YФ=NO+O;
О+О2=О3;
NO+O2=NOЗ;
NO3 + O2= NO2 + O3;
В результате этих реакций происходит непрерывное образование озона,
который в свою очередь, взаимодействуя с окисью озона, образует снова двуокись азота:
NО+О3=NО2+О2
В результате реакций количество NO2 в продуктах сгорания ТЭС
увеличивается по мере движения дымового факела в атмосфере до 60 -70% в
зоне максимальных концентраций, тогда как на выходе из дымовых труб
двуокись азота составляет 10 - 15% всех окислов азота, содержащихся в
дымовых газах, а Стальные 85 -90% составляет в основном окись азота.
Необходимо подчеркнуть, что данный факт приводит к усилению
отрицательного воздействия продуктов сгорания на природу и живые
организмы, так как двуокись азота более токсична (примерно в 3 - 3,5 раза) по
своему воздействию, чем окись азота [20].
30
1.5 Изучение способов снижения концентрации химических веществ
в продуктах сгорания топлива на ТЭЦ
В ближайшие десятилетия основой энергетики будут оставаться тепловые
электростанции, на которых сжигается топливо, а отсюда резко возрастают
объѐмы дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу. Данная ситуация требует
значительного
Современные
повышения
очистные
эффективности
установки
газоотчистных
позволяют
уменьшить
устройств.
содержание
токсогенов в промышленных выбросах. Однако при всех способах очистки
отходящих газов и применении экологически целесообразной технологии
некоторое количество токсогенов остаѐтся в указанных выбросах [3б].
Из более чем 50 испытанных процессов очистки дымовых газов от серы
единственным, прошедшим
все
проверки, признан
процесс орошения
отходящих газов известковым молоком. В этих устройствах выходящие из
топки газы пропускаются через разболтанную смесь известняка и извести с
водой. Диоксиды серы поглощаются этой смесью и реагируют с ней, образуя
сульфит и сульфат кальция. Дымовые газы не только очищаются от диоксида
серы на 80%, но и на 90% освобождаются от золы. Правда, при этом дымовые
газы настолько охлаждаются, что их приходится заново нагревать, чтобы
обеспечить тягу в дымовых трубах и выброс этих газов в атмосферу (рисунок 5)
[6].
31
Рисунок 5 - Схема очистки дымовых газов от SO2.
I - абсорбер; 2 - фильтр; 3 - отстойник; 4 - аэратор;
5 - шланговый насос; б - воздуходувка; 7 - речная вода;
8 - известковое молоко;
10 - сброс шлама; II - сброс очищенной воды в реку;
12 - ввод сернокислого марганца.
Одним из этапов перехода к безотходной технологии на ТЭЦ является
снижение выбросов в атмосферу токсичных окислов азота, образующихся в
топках, путѐм изменения режимов сжигания топлива [31].
Двухстадийное сжигание топлива - наиболее радикальный способ
снижения образования NОx. По этому методу в первичную зону горения
32
подаѐтся воздуха меньше, чем это теоретически необходимо для сжигания
топлива (11= 0,8 - 0,95).
В первичной зоне происходит горение топлива с частичной его
газификацией при пониженной температуре и, следовательно, сниженном
содержании NOx.
Во вторичную зону подаѐтся чистый воздух или обеднѐнная топливом
смесь для дожигания продуктов неполного сжигания. Теплоотвод в первичной
зоне горения снижает температуру газов настолько, что заключительная стадия
идѐт при более низкой температуре (рисунок 6) [31].
Рисунок 6 - Схема топки двухстадийного сжигания топлива.
1 - топочная камера;
2 - горелки, в которые подается все топливо и 85% теоретически
необходимого количества воздуха;
33
3 - шлицы, в которые подается 21% теоретически необходимого
количества воздуха.
При сопоставлении различных способов снижения концентрации NOx в
продуктах
сгорания
выявлено,
что
максимальный
эффект
(снижение
концентраций NOx в 2 - 2,5 раза) достигается в газовых топках, а минимальный
– в топках, работающих на угольной пыли.
Необходимо отметить, что подавление процесса образования 10Х
непосредственно в топках котлов экономически более целесообразно, чем
какая-либо очистка продуктов сгорания от уже образовавшихся в топке окислов
азота.
Частицы, взвешенные в воздухе,- ещѐ одно серьѐзное загрязнение
атмосферы. Они очень разнообразны по своему составу.- ПДК не должна
превышаться более одного раза в год [41].
Для уменьшения выбросов частиц в атмосферу применяется много
разнообразных устройств. В их числе - воздухоочистители, в которых оседает
пыль; установки для дожигания, в которых сгорают частицы, а также
электростатические
пылеуловители,
или
электрофильтры.
Действие
электрофильтра основано, во-первых, на способности частиц золы приобретать
электрические заряды в электрическом поле. По мере того, как отходящие
дымовые газы проходят мимо пластин фильтра, ионы или электроны,
образующиеся при высоковольтном разряде, бомбардируют частицы пыли и
передают им электрические заряды. Заряженные частицы пыли притягиваются
и оседают на заземлѐнных металлических листах- коллекторах. Эти листы
периодически очищаются путѐм механических вибраций или встряхиваний
(рисунок 8).
34
Такие установки способны собирать до 99% частиц, содержащихся в
дымовых газах и работать при малых расходах электроэнергии; кроме того,
обслуживание этих фильтров довольно просто [49].
Альтернативой электрофильтрам служат воздушные вакуумные фильтры
(рисунок 7) с мешком из ткани, наподобие мешка, используемого в пылесосах.
Принцип действия воздушного вакуумного фильтра несложен: большой
пылесос. Воздух всасывается через слой плотной ткани, которая задерживает
частицы и пропускает только чистый воздух. Эффективность работы свыше
99%.
Кроме того, вакуумные фильтры можно использовать для удаления
окислов серы. Применяя инжекцию сорбентов, можно превратить газообразную
двуокись серы в твѐрдые частицы сульфатов, которые эффективно удаляются
вакуумными фильтрами. Удаление и частиц, и окислов серы за один
технологический приѐм может значительно сократить расходы на очистку [50].
Различные методы борьбы с выбросами частиц в атмосферу уже нашли
достаточно широкое распространение и существенно улучшили качество
воздуха.
Рисунок 7 - Промышленный вакуумный фильтр для удаления частиц.
35
Установка высотой 11 м может включать до нескольких сотен отдельных
фильтров в виде цилиндров, имеющих диаметр 30 см. На крупных
предприятиях, например электростанциях, могут устанавливаться от 8 до 12
таких установок. Использование вакуумных фильтров перспективно, поскольку
они позволяют удалять как частицы, так и окислы серы) (С любезного
разрешения Electric Роwеr Research Institute.)
Рисунок 8 - Электростатический пылеуловитель (электрофильтр). ‚
грязненный воздух пропускается между отрицательно заряженной проволокой
и
заземленными
металлическими
пластинами-коллекторами.
Частицы,
увлекаемые потоком воздуха, приобретают электрические заряды и оседают на
пластинах, на которых и удерживаются. Периодически коллекторы очищаются
путем вcтряхивания, и пыль с коллекторов сбрасывается в бункеры-накопители.
Чистый воздух с помощью вентиляторов направляется в дымовые трубы (Из
Controlling Air Pollution American Ling Association, 1974) .
36
1.6 Система контроля уровня атмосферного загрязнения
В законе « Об охране атмосферного воздуха « подчѐркивается, что
атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов
окружающей природной среды. В указанном законе предусматриваются
необходимые меры по сохранению чистоты воздушного бассейна. Государство
проводит комплекс научно обоснованных технических, экономических,
социальных и иных мероприятий, направленных на предупреждение и
устранение загрязнения атмосферы, а также осуществляет международное
сотрудничество в этой области [46].
В реализации мер борьбы с загрязнением атмосферы исключительно
ответственные задачи по наблюдению и контролю за уровнем атмосферных
загрязнений
возложены
на
санитарно-эпидемиологическую
и
гидрометеорологическую службы страны. Создана Общегосударственная
служба наблюдения и контроля за загрязнением атмосферы. Развитие этой
службы наблюдений и контроля ведѐтся на базе существующих и вновь
создаваемых
наблюдательных
оперативных
и
научных
органов
Государственного Комитета России по гидрометеорологии и контролю
природной среды, Министерства здравоохранения и других ведомств.
Институты гигиенического профиля на основе экспериментальных
исследований устанавливают предельно допустимые концентрации вредных
веществ в атмосфере, соблюдение которых приобретает силу закона. Таким
образом, борьба за чистоту воздушного бассейна тесно связана с исследованием
состава, характера и источников вредных выделений [45].
Организация наблюдений и контроля за загрязнением атмосферы
предусматривает создание стационарных, маршрутных и передвижных постов.
Стационарные посты служат для проведения систематических наблюдений.
Они оборудованы специальными павильонами, оснащѐнными необходимой
37
аппаратурой для отбора проб воздуха и непрерывной регистрации содержания
вредных примесей в атмосфере [9].
В городе Орле развѐрнута сеть из 4 стационарных постов в центре жилой
застройки для отбора проб воздуха. Органами Минздрава исследуется
атмосферный воздух в районах жилой застройки, на границе санитарнозащитных
зон
лабораториями
промышленной
санитарии
предприятий
отбираются пробы воздуха на территории предприятий и в санитарнозащитных
зонах.
Однако
ежемесячной
оценки
степени
загрязнения
атмосферного воздуха с учѐтом всех отобранных проб и нанесением зон
различных концентраций вредных веществ на карте-схеме не имеется. Без
первичного учѐта степени загрязнения атмосферного воздуха города и области
невозможна оценка реальной обстановки в степени охраны внешней среды.
Как известно, индустрию города Орла и области составляют предприятия
машиностроения, металлообработки, приборостроения, чѐрной и цветной
металлурги. Всѐ большее развитие получают энергетика, деревообработка,
производство и пластмассовых изделий и строительных материалов. Ежегодно
увеличивается автомобильный парк. Многие из предприятий являются
интенсивными источниками загрязнения окружающей среды. Ликвидация или
сокращение выбросов вредных веществ - важная государственная задача.
Следует отметить, что город Орѐл относится к городам с умеренной
степенью загрязнения воздуха. Отмечаются незначительные превышения
концентраций вредных веществ на границе санитарно - защитных зон. В период
температурных инверсий при неблагоприятном ветре Орловской ТЭЦ
задымляется ряд районов. Концентрация вредных веществ от выхлопных газов
автотранспорта в районах, прилегающих к магистралям с интенсивным
движением, превышает норму в 2-3 раза.
Борьба за чистоту воздушной среды вызвала к жизни новую научную
дисциплину - химию атмосферы, цель которой - установление характера,
38
взаимодействия,
источников
и
уровня
выделений,
оказывающих
неблагоприятное воздействие на биосферу, на здоровье населения и
вызывающих при известных условиях опасные ситуации. Методической и
инструментальной основой новой развивающейся области микроанализа
является огромный арсенал высокочувствительных методов и приборов для
определения вредных веществ в воздушной производственной среде.
Однако атмосферный воздух как объект исследования имеет свои
отличительные особенности, главными из которых являются:
- рассеивание микропримесей в приземном слое атмосферы, а,
следовательно, гораздо более низкий уровень определяемых концентраций;
- влияние физико-химических и метеорологических факторов;
- необходимость временных (разовых и среднесуточных) показателей.
Это требует самостоятельного независимого подхода к проблеме
загрязнения атмосферы, к решению еѐ научных и практических задач [:
Стремясь к чистоте воздуха, мы должны настроиться на компромисс, который
выражается не словами «Воздух должен быть таким чистым, как это только
возможно», а словами «В воздухе должно быть мало посторонних веществ,
чтобы даже длительное его вдыхание не приводило к нарушениям здоровья и
хорошего самочувствия» [10, 48].
39
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕЕДОВАНИЯ
2.1 Методы анализа химических веществ в атмосферном воздухе
Аналитическому
контролю
содержания
вредного
вещества
в
атмосферном воздухе должна предшествовать экспериментальная разработка
метода
его
определения
или
приспособление
имеющегося
метода
к
интересующему объекту н условиям его выделения в окружающую воздушную
среду.
Экспериментальная разработка лабораторного метода предполагает поиск
чувствительной реакции, позволяющей количественно определять величину,
соответствующую установленной ПДК, а также являющуюся наиболее
специфичной в данной системе сопутствующих веществ.
Одним из наиболее удобных и распространѐнных методов микроанализа
органических и неорганических веществ является фотометрический метод. При
современном состоянии фотометрического анализа для всех элементов и
множества соединений можно найти цветную реакцию как основу для
разработки количественного метода. Многообразие чувствительных цветных
реакций позволяет в ряде случаев путѐм известного их сочетания производить
анализ сложных газовых смесей.
Из электрохимических методов наиболее перспективными для анализа
малых концентраций атмосферных загрязнений и создания автоматических
устройств
оказались
кулонометрический,
кондуктометрический
и
полярографический.
Кулонометрический метод анализа газов основывается на измерении
токов электродной реакции, в которую вступает определяемое вещество,
являющееся деполяризатором и непрерывно подаваемое в кулонометрическую
ячейку с потоком анализируемого воздуха. Достоинство этого метода принципиальная возможность протекания электродной реакции со 100%-ным
40
выходом по току, что позволяет вычислить измеряемую концентрацию по
закону Фарадея.
В основе полярографического анализа лежит зависимость между
характером поляризации рабочего электрода и составом раствора, в котором он
находится.
Достоинствами
метода являются простота, точность и
быстрота
определения в сочетании с высокой чувствительностью.
Принцип кондуктометрического анализа заключается в измерении
изменения
электрического
сопротивления
раствора
при
поглощении
компонента газовой смеси. Благодаря высокой чувствительности этот метод
применяется для определения ряда токсичных веществ в воздухе [4б].
Анализ атмосферного воздуха, загрязнѐнного выбросами промышленных
предприятий и т. п., представляет крайне сложную задачу. Даже при наличии
избирательных химических методов исследование многокомпонентных смесей
требует значительной затраты времени.
В конце 50-х годов появились сообщения о применении для анализа
воздушной среды хроматографического метода. В последующие годы этот
метод стал широко применяться в промышленно-санитарной химии, а затем и
при анализе вредных микропримесей в атмосферном воздухе. В настоящее
время
асе
основные
типы
хроматографии
-
жидкостную,
газовую,
тонкослойную и бумажную - используют при разработке лабораторных
методов анализа атмосферных загрязнений. Метод основан на разделении
смесей газов при их прохождении через колонку, заполненную сорбентом [45].
.
41
2.2 Определение окиси углерода
Метод основан на способности окиси углерода восстанавливать серебро
из его соединения с сульфаниловой кислотой.
Предел обнаружения в анализируемом объѐме 1 мкг, в воздухе 4 мг/м3
при отборе 250 мл воздуха. Определению мешают сероводород и спирты.
ПДК - 5,0 мг/м3 - в санитарной зоне. В рабочей зоне - 20 мг/м3.
Аппаратура.
Аспирационное устройство.
Пипетки газовые без кранов на 250 мл.
Трубки резиновые, предназначенные для газовых пипеток, подвергаются
обработке: трубку 1-1,5 ем промывают водой, заполняют реактивным
раствором и зарывают с двух сторон заглушками, через двое суток реактивный
раствор выливают из трубки, и из неѐ нарезают отрезки для газовых пипеток.
Отбор проб.
Десятикратный объѐм воздуха аспирируют через газовые пипетки. Перед
пипеткой помещают аллонж для улавливания пыли. При наличии в воздухе
сероводорода перед пипеткой помещают поглотительный сосуд с 0,1%
раствором едкого натра. Пробы воздуха хранятся не более 1-х суток.
Проведение анализа.
В пипетки вносят 40 мл реактивного раствора и встряхивают на аппарате
в течение 30 минут. Всѐ содержимое пипеток переводят в колбы и
фотометрируют в кюветках с толщиной 5 см при длине волны 508 нм.
Для построения градуировочного графика используют СО, получаемого
при взаимодействии муравьиной кислоты и концентрированной серной
кислоты.
42
В поглотители вносят по 0,1 мл каждого рабочего раствора и по 2 мл
концентрированной серной кислоты. Поглотитель закрывают с двух сторон
резиновыми трубочками с тугими зажимами Мора, содержимое перемешивают
и помещают в кипящую водяную баню. После внесения поглотителей
прекращают подогрев в бане и нагревают поглотители в течение 1 часа при 7580 градусах С. После охлаждения поглотителе СО переводят в газовые пипетки,
заполненные дистиллированной водой.
Расчѐт.
Х =А/(У - 40);
А - концентрация СО, найденная по графику;
У - объѐм пипетки.
Хроматографический анализ.
Газовая хроматография. Определение оксида углерода 2.
Сущность метода.
Метод основан на конверсии СО в метан в присутствии никелевого
катализатора
и
последующем
применении
пламенно-ионизационного
детектора. Углеводороды и другие органические вещества (кроме метана),
угольная кислота определению не мешают. Чувствительность определения
0,05мг/м3.
Аппаратура.
Серийный газовый хроматограф для определения СО в воздухе (рисунок
11); газовые пипетки 17-спаренные или пластиковые мешки; аспиратор; шприц
на 100мл.
43
Отбор проб.
Для отбора проб могут быть использованы газовые пипетки 17спаренные или пластиковые мешки. Перевод пробы в дозирующую петлю
возможен с помощью аспиратора 18 или шприца на 100 мл. Объѐм пробы
воздуха 12,5 мл.
Проведение анализа.
Пробу воздуха при помощи газового крана - дозатора вводят в газноситель (азот) и затем в форколонку 10 длиной 30 см с внутренним диаметром
2 мм, содержащую полисорб-1. После очистки от диоксида углерода, паров
воды и углеводородов она поступает в газохроматографическую колонку 11
длинной 3 м с внутренним диаметром 3 мм, заполненную молекулярными
ситами ;аА, где происходит разделение кислорода, метана и оксида углерода.
Газохроматографическая колонка находится вне термостата и имеет комнатную
температуру. Водород вводят в газовую линию после хроматографической
колонки и конвертора 12. Кислород на детекторе выходит отрицательным
пиком.
Конвертор установлен непосредственно в термостате и представляет
собой V¬образную трубку из нержавеющей стали длиной 25 ем, заполненную
катализатором (никель в количестве 10% на твѐрдом носителе).
Анализ продолжается около 10 минут [46].
44
Рисунок 11 - Схема работы газового хроматографа:
1-блок подготовки газов; 2-4 - штуцера выхода газов из блока подготовки;
5-7 - ротаметры для измерения расходов воздуха, водорода и газом - носителем
(азота) для пламенноионизационного детектора; 8-газовый кран-дозатор; 9 дозирующая петля; 10 -форколонка; 11 -газохроматографическая колонка; 12конвертер (метанатор); 13 -термостат; 14-пламенно-ионизационный детектор;
15-электрометрический усилитель; 16-
регистратор; 17 - надувной мешок
(газовал пипетка); 18-аспиратор (газовый шприц).
Методика определения концентрации оксида углерода
с использованием приборов ГХ-4 и ГХ СО-5.
45
Назначение методики.
Методика предназначена для экспрессного определения концентрации
оксида углерода в дымовых газах в диапазоне 6,25-62500 мг/м3.
Метод измерения.
Действие приборов основано на применении специфических "цветных"
реакций, протекающих в индикаторных трубках между определяемым газом и
реактивом,
нанесѐнным
на
твѐрдый
носитель-силикагель.
Длина
появляющегося при этом окрашенного слоя является и мерой концентрации
определяемого газа и объѐма воздуха, использованного для анализа. Отсчѐт
концентрации газа производится по шкале, имеющейся на футляре и на
поверхности трубок.
Приборы
могут
использоваться
при
относительной
влажности
анализируемого газа до 100 % и температуре от 0 до 350 С.
Аппаратура.
Индикаторные трубки ТИСО-0,2 ТУ 12.43.20 -7б и ТИСО-5 ТУ 12.43.6580;
меховой аспиратор АМ-5, ТУ 12.24.3-74;
газозаборная трубка;
фильтровальный патрон;
насос с всасывающим и нагнетающим штуцерами;
полиэтиленовый мешок или резиновая камера.
Отбор проб.
Отбор газа из газохода осуществляется в полиэтиленовый мешок. Газ
перед анализом выдерживается в ѐмкости до нужной температуры (0-350 С).
46
Проведение анализа.
Индикаторную трубку ТИСО- 0,2 газоопределителя ГХ-4 обламывают с
обоих концов с помощью отверстия в подвеске аспиратора АМ-5 так, чтобы не
нарушать положения фильтр-прокладки и слоя порошка, вставляют конец
трубки со стрелкой в гнездо аспиратора, другой конец трубки присоединяют к
полиэтиленовому мешку или резиновой камере с пробой и пропускают газ
через трубку одним ходом аспиратора. Если после одного хода аспиратора
окраска в трубке не появилась или не достигла одного деления, делают ещѐ 9
сжатий аспиратора для пропускания пробы газа объѐмом 1000 мл.
Если после одного хода аспиратора индикаторная масса трубки ТИСО-0,2
полностью
окрасилась,
используют
индикаторную
трубку
ТИСО-5
газоопределителя ГХ СО - 5.
По длине окрашенной зоны трубки определяют концентрацию оксида
углерода, совмещая шкалу со шкалой на футляре, соответствующей объѐму
протянутой пробы. Измерение производят не менее трѐх раз. Показания
снимают в объѐмных процентах (0,001 °/о = 12,5 мг/м3).
Расчѐт.
Рассчитывают
анализов[48].
среднее
арифметическое
значение
по
результатам
47
2.3 Определение двуокиси азота. Принцип и характеристика метода
Метод основан на взаимодействии двуокиси азота с сульфаниловой
кислотой с образованием диазосоединения, которое, реагируя с нафтиламином,
даѐт азоткраситель. Последний окрашивает раствор от бледно-розового до
красно-фиолетового цвета. По интенсивности окраски раствора определяют
количество двуокиси азота.
Озон
не
концентрациях,
мешает
определению
превышающих
содержания
концентрацию
NO2
двуокисей
в
3
раза.
азота
в
Метод
рекомендуется для определения разовых концентраций.
Чувствительность определения 0,1 мкг в анализируемом объѐме пробы.
Диапазон измеряемых концентраций составляет 0.03-0.64 мг/м3 при
отборе пробы воздуха объѐмом 5 л.
Отбор проб.
Для определения разовой концентрации двуокиси азота исследуемый
воздух протягивают через У-обрaзным поглотительный прибор с пористой
пластинкой N 1, наполненный 6 мл поглотительного раствора» со скоростью
0,25 л/мин в течение 20 мин. Во время отбора пробы избегают освещения
прибора прямыми солнечными лучами. Срок хранения отобранных проб не
более 2-х суток.
Ход анализа.
Уровень раствора в поглотительном приборе доводят дистиллированном
водой до метки б мл. Для анализа 5 мл раствора из каждой пробы
переносят в пробирку и добавляют по 0,5 мг составного реактива. Содержимое
пробирок тщательно встряхивают и через 20 мин (непосредственно перед
измерением) в пробирки приливают по 5 капель 0,06%- ного раствора
сернистокислого натрия и ещѐ раз встряхивают. Измеряют оптическую
48
плотность растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 540 нм
(светофильтр К6 для ФЭК-56) относительно воды.
Одновременно с анализируемой пробой проводят измерение оптической
плотности нулевой пробы, для чего 5 мл поглотительного раствора
анализируют аналогично пробам. Количество двуокиси азота находят по
калибровочному графику по разности результатов измерений оптической
плотности растворов пробы и нулевого.
Калибровочный график.
Для построения калибровочного графика готовят серию стандартных
растворов в мерных колбах емкостью 50 мл согласно таблице 3.
Таблица 3
Номера стандартных растворов
Раствор
Рабочий раствор (1мкг/мл),
мл
Поглотительный раствор,
мл
1
1
Номер стандартного раствора
2
3
4
5
6
2
4
6
8
10
7
20
до 50 мл в каждую колбу
Соответствует
содержанию NO2 в 5 мл
стандартного раствора, мкг
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2.0
Окиси азота в 5 мл
стандартного раствора, мкг
0,65
0,13
0,26
0,39
0,52
0,65
1,3
49
Методические указания на фотометрическое определение двуокиси азота
в воздухе.
1.
Определение
взаимодействии
основано
двуокиси
азота
на
с
образовании
реактивом
азокрасителя
Грисса-Илосвая
при
(0,5
г
сульфаниловой кислоты растворяют в 150 мл 10% уксусной кислоты, 0,1 г
альфанафтиламина растворяют в колбе 20 мл дистиллированной воды и
нагревают на водяной бане до образования на дне лиловой капли, оба раствора
смешивают только перед потреблением).
2. Предел обнаружения в воздухе 3 мг/м3
З. Предел обнаружения в анализируемом объѐме раствора - 0,3 мкг.
4. Определению мешают нитрозосоединения, легко отщепляющийся
нитрат-ион.
5. ПДК NO2 в воздухе - 5 мг/м3.
Применяемая посуда и приборы.
Аспирационное устройство.
Поглотительные приборы Зайцева.
Пробирки колориметрические плоскодонные, из бесцветного стекла,
высотой 120 мл и внутренним диаметром 15 мм.
Пипетки, ГОСТ 20292-74, вместимостью 1,5 и 10 мл с делением 0,01 и 0,1
мл.
Колбы мерные, ГОСТ 1770-74, вместимостью 100 мл. Отбор пробы
воздуха.
Воздух, со скоростью 0,2 л/мин аспирирует через два последовательно,
соединѐнных поглотительных прибора с 6 мл 8%-го раствора йодистого калия в
каждом. Для определения 1/2 ПДК достаточно собрать I л воздуха.
50
Описание определения.
1 мл и 5 мл пробы из каждого поглотительного прибора вносят в
калориметрические пробирки. Объѐм жидкости с 1 мл пробы доводят до 5 мл
8% раствором йодистого калия. Затем приливают по 1 мл реактива ГриссаИлосвая и взбалтывают. Через 20 мин. добавляют по 0,5 мл 0,01л раствора
сернокислого натрия, взбалтывают и фотометрируют в кюветах с толщиной
слоя 1 см при длине волны 520 нм по сравнению с контролем, который готовят
одновременно и аналогично пробам.
Содержание
двуокиси
в
анализируемом
объеме
определяют
по
предварительно построенному калибровочному графику.
Для его построения готовят шкалу стандартов согласно таблице 4.
Таблица 4
Шкала стандартных растворов
№
Стандартный
Йодистый калий
Содержание
стандарта
раствор №2, мл
8% раствор, мл
двуокиси азота, мкг
1
0
5,0
0
2
0,3
4,7
0,3
3
0,5
4,5
0,5
4
1,0
4,0
1,0
5
2,0
3,0
2,0
6
3,0
2,0
3,0
7
4,0
1,0
4,0
8
5,0
-
5,0
51
Концентрацию двуокиси азота в мг/м3 воздуха Х вычисляют по формуле:
Х=
 1
∗
 20
где G- количество двуокиси азота, найденное в анализируемом объеме
пробы, мкг;
V1 - общий объем пробы, мл;
V- объем пробы, взятой для анализа, мл;
V20 - объем воздуха, отобранный для анализа, приведенный к
стандартным условиям.
52
2.4 Определение двуокиси серы (метод с хлоридом бария)
Принцип, характеристика метода.
Метод основан на окислении сернистого газа в процессе его улавливания
из воздуха раствором хлората калия или перекиси водорода с последующим
тyрбидиметрическим определением образующегося сульфат-иона с хлоридом
бария.
Определению мешают сульфаты, серная кислота и сероводород. Влияние
сульфатов и серной кислоты устраняется улавливанием их на фильтр АФА-В10.
Метод
рекомендуется
для
определения
разовых
концентраций.
Чувствительность определения 5 мкг в анализируемом объѐме пробы.
Диапазон измеряемых концентраций 0,08 - 1,5 мг/мз при отборе пробы,
объѐмом 80 л.
Отбор проб.
Для определения разовой концентрации двуокиси серы исследуемые
воздух со скоростью 4 л/мин протягивают в течение 20 минут через
поглотительный, прибор Рихтера, содержащий б мл поглотительного раствора.
При использовании У-образных поглотительных приборов скорость аспирации
не должна превышать 2 л/мин. Для очистки воздуха от аэрозолей сульфатов и
серной кислоты, мешающих определению, перед поглотительным прибором
помещают пластмассовый патрон с фильтром АФА-В-10, присоединѐнный
встык. Смену фильтра производят один раз в сутки.
Ход анализа.
В лаборатории доводят уровень раствора в поглотительном приборе до б
мл дистиллированной водой.
53
Для анализа 5 мл раствора пробы переносят в пробирку и добавляют по 1
мл раствора хлорида бария. Содержимое пробирок тщательно встряхивают и
через 15 минут, предварительно встряхнув, определяют оптическую плотность
растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 400 нм (светофильтр №3
для ФЭК-5б) относительно воды. Одновременно проводят определение
"нулевой пробы", для чего 5 мл поглотительного раствора анализируют
аналогично пробам.
Количество двуокиси серы находят с помощью калибровочного графика
по разности результатов измерении оптическом плотности раствора пробы и
нулевого раствора.
Фотоколориметрический метод определения диоксида серы.
Принцип метода.
Диоксид серы улавливают из атмосферного воздуха путѐм просасывания
воздуха через поглотительный раствор тетрахлормеркурата натрия
(ТХМ); образовавшийся дихлорсульфатомеркурат натрия с кислым раствором
прозанилина и формальдегидом даѐт комплекс фиолетово-красного цвета,
интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации сернистого
газа.
Определению мешают оксиды азота при содержании их в воздухе более 4
мг/мз, соли тяжѐлых металлов, озон. Мешающее влияние этих соединений
устраняют в первом случае добавлением сульфаминовой кислоты, во втором добавлением
в
поглотительный
раствор
ТХМ
двунатриевой
соли
этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б), в третьем - выдерживанием
поглотительного
раствора
отобранной
пробой
Минимальная определяемая концентрация 0,03 мг/м3.
в
течение
20
минут.
54
Отбор проб.
Для определения разовой концентрации воздух со скоростью 2 л/мин
протягивают в течение 20 минут через поглотительный прибор с пористой
пластинкой, содержащей 10 мл поглотительного раствора ТХМ. Во время и
после отбора пробы воздуха нужно защищать поглотительный раствор от
прямого солнечного света. Если пробу не анализируют в день отбора, ее
следует поставить в холодильник; если в растворе появляется осадок, его
удаляют центрифугированием.
Ход определения.
Раствор в поглотительном приборе после отбора пробы воздуха доводят
дистиллированной водой до первоначального объема. Если предполагается
присутствие озона в пробе, ее оставляют на 20 минут для того, чтобы озон
разложился. Из поглотителя 8 мл раствора помещают в колориметрическую
пробирку, прибавляют 0,5 мл 0,6% раствора сульфаминовой кислоты и по 1 мл
парарозанилина и 0,2% раствора формальдегида; содержимое пробирки
тщательно перемешивают и через 25 минут измеряют оптическую плотность на
спектрофометре
в
кювете
с
толщиной
слоя
1
см
или
на
фотоэлектроколориметре с желто-зеленым светофильтром с максимумом
пропускания 570-580 нм. Не следует держать окрашенный раствор в кювете
продолжительное время. Концентрацию диоксида сера в пробе находят по
калибровочному графику, для построения которого готовят серию стандартных
растворов.
55
Таблица 5
Серия стандартных растворов для приготовления малых и больших
концентраций оксида серы
Для
малых
концентраций
номер стандарта
0
1
2
3
4
5
6
7
1.0
2,0
4,0
6,0
8,0
стандартный
раствор,
содержащий
2
мкг/мл
оксида серы IV. мл
поглотительный
0,25 0,5
до 8 мл во все пробирки
раствор ТХМ,
содержание
SO2, 0
0,5
1,0
2,0
4,0
8,0
12,0 16,0
0
1
2
3
4
5
6
7
оксида серы IV, мл
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
-
-
поглотительный
до 8 мл во все пробирки
50
-
-
мкг
Для
больших
концентраций
номер стандарта
стандартный
раствор,
содержащий
20
мкг/мл
раствор ТХМ
Содержание
мкг
SO2, 0
10
20
30
40
56
Приготовленные растворы обрабатывают и фотометрируют так, как
указано в ходе анализа. затем строят график зависимости оптической плотности
от концентрации диоксида серы.
Расчет.
Концентрацию (в мг/м3) диоксида серы в исследуемом воздухе
рассчитывают по формуле:
С = а*F/Vo,
где а - количество диоксида серы в пробе, мкг;
F- фактор разбавления;
V0 - объем исследуемого воздуха в н.у..
57
2.5 Определение свинца (метод с хроматом калия). Принцип и
характеристика метода
Соединения свинца растворяют в смеси кислот. При взаимодействии иона
свинца с хроматом калия, образуется нерастворимый хромат свинца,
количество которого определяют по интенсивности помутнения раствора.
Метод может быть использован для определения окиси, двуокиси,
сульфата, сульфита, сульфида, хлорида, ацетата, нитрата свинца, галенита и др.
Метод рекомендуется для определения разовых и среднесуточных
концентраций.
Чувствительность определений 4мкг в анализируемом объеме пробы.
Диапазон измеряемых концентраций 0,002- 0,008 мг/м3 при отборе 2 м3.
Отбор проб.
Для определения разовой концентрации соединения, свинца исследуемый
воздух притягивают через фильтр АФА-XII-18 со скоростью 50 л/мин или через
фильтр, площадью до 3б см2, со скоростью до 100 л/мин в течение 20 минут.
Для определения среднесуточных концентраций анализируемый воздух
протягивают через один и тот же фильтр 6 раз с перерывами 4 ч, с той же
скоростью, что и при отборе разовых проб, в течение 20-30 мин.
Срок хранения отобранных проб в герметичной упаковке неограничен.
Ход анализа.
Фильтр вынимают из пакета, обрезают опресованные края, помещают в
тигель, смачивают 2 мл смеси кислот и нагревают на песчаной бане до
образования твердого осадка. Пробу переносят в муфельную печь и проводят
озоление при температуре 450-500° С. По окончании озоления фильтр
вынимают из муфельной печи. После охлаждения пробу обрабатывают трижды
3%-ным раствором уксуснокислого аммония, добавляя по 0,5 мл. Раствор
58
фильтруют через воронку, в которую вложен тампон из волокон бумажного
фильтра. Тигель тщательно обмывают несколькими порциями 3% раствора
уксуснокислого аммония, растворы фильтруют. Доводят общий объѐм пробы
до 5 мл. К пробе с исследуемым раствором добавляют 0,2 мл 1% -го раствора
хромата калия, встряхивают и измеряют оптическую плотность в кюветах
шириной 10 мм и при длине волны 570-590 нм относительно воды.
Количество свинца в пробе определяют с помощью калибровочного
графика по разности результатов измерений оптической плотности растворов
пробы и нулевого.
Таблица 6
Шкала стандартных растворов для определения свинца
Раствор
Рабочий
Номер стандарта
1
2
3
4
5
6
0
0,4
0,6
0,8
1,0
1,5
0
4
6
8
10
15
стандартный
раствор (10
м к г/мл), мл
Содержание
свинца в
стандарте,
мг
59
2.6 Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в
атмосферном воздухе населенных мест
В таблице 7 приведены ПДК типичных для ТЭЦ вредных веществ,
утвержденные
Главным
санитарно-эпидемиологическим
управлением
Министерства здравоохранения СССР и Госстроем СССР (СН 245-71).
3а стандарт качества воздуха приняты ПДК для различных токсических
веществ.
Таблица 7
Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном
воздухе населенных мест
Вещества
Предельно допустимые
Класс опасности
концентрации, мг/м3
Максимально
Среднесуточная
разовая
Азота двуокись
0,85
0,085
2
Окись азота
6
0,24
-
Свинец и его
-
0,0003
1
Свинец сернистый
-
0,0017
1
Углерода окись
20
1
4
5
0,05
3
(азота диоксид)
соединения, кроме
тетраэтилсвинца
(углерода II оксид)
Ангидрид сернистый
(серы диоксид)
60
Предельно
устанавливаются
допустимые
в
двух
концентрации
показателях:
атмосферных
как
загрязнений
максимально-разовые
и
среднесуточные. Среднесуточные являются основными; их назначение - не
допустить неблагоприятного влияния в результате длительного воздействия.
Отбор среднесуточных проб проводят в стационарных и подвижных
точках; в зоне дыхания человека - на уровне 1,5 м от земли, на открытых
площадях, в удалении от строений и при отсутствии видимой пыли. Пробы
отбирают в течение суток в период наибольшего загрязнения воздуха по
условиям выброса загрязнений в атмосферу или метеорологическим данным.
Рекомендуется отбирать не менее 10-15 среднесуточных проб в сезон.
При этом допускаются следующие варианты отбора:
- аспирация исследуемого воздуха через поглотительную систему
непрерывно в течение суток;
- аспирация исследуемого воздуха через поглотительную систему с
перерывами в 2 или 4 ч без смены последней (пробы отбирают 6 или 12 раз в
течение суток по 20-З0мин).
При исследовании динамики загрязнении воздуха района в течение суток
пробы отбирают в раздельные поглотительные системы различное число раз (6,
12, 24) по 20-30 мин и каждую пробу анализируют отдельно.
Максимально-разовые
ПДК
в
дополнение
к
среднесуточным
устанавливаются для веществ, обладающих запахом или раздражающим
воздействием.
Отбор максимальных разовых проб проводят в зонах максимального
загрязнения, непосредственно в факеле выброса или в ряде намеченных планом
исследования зон на различных расстояниях, но обязательно с захватом факела.
Отбор проб осуществляют, как правило, в течение 20 мин (но не более 30 мин).
В каждой точке отбирают не менее 25 проб в течение нескольких дней на
61
уровне 1,5 м от земли (зона дыхания). В отдельных случаях отбирают разные
пробы в стационарных или подвижных точках без учета факела, также в
течение 30 мин, на уровне 1,5 м, то в утренние, то в вечерние часы суток, в
часы максимального загрязнения.
Рисунок 12 - Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере
при истечении дымовых газов из высотной трубы.
Х1 - зона переброса факела;
Х2- зона задымления;
Х3 - зона медленного снижения уровня загрязнения.
62
Рисунок 13 - Схема распространения выбросов в атмосфере через
дымовые трубы:
а. - при неустойчивом состоянии атмосферы;
б. - при безразличном состоянии атмосферы;
в. - при устойчивом состоянии атмосферы;
г. - при приподнятой инверсии;
д. - при глубокой приземной инверсии;
е. - при малых скоростях ветра, возрастающих с высотой.
63
При определении минимально допустимой высоты дымовой трубы Для
электростанций
принято
пользоваться
следующей
методикой.
Степень
максимальной концентрации вредных примесей (золы и сернистых газов),
которая может установиться на определенном расстоянии при неблагоприятных
метеорологических условиях, вычисляется по формуле:
См =
∗∗∗m 3

²
∗∆
, где
А. - коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы,
сек/град;
М. - суммарный выброс вредных примесей из всех труб, г/сек;
Н. - высота трубы, м;
V. - суммарный объем дымовых газов, выбрасываемых из труб, м/сек.; F безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости осаждения
примесей в атмосфере;
F. - безразмерный коэффициент, связанный с учетом влияния скорости
выхода дымовых газов из устья трубы;
m3- разность между температурой выходящих из трубы газов t r и
температурой окружающего воздуха t, ОС.
Значение коэффициента выбирают по таблице 8.
Таблица 8
Коэффициенты зависящие от температуры атмосферы
w0 м/сек
10-15
20-25
30-35
m
1,0
0,9
0,8
64
3. Изучение состава газообразных выбросов в атмосферу тепловыми
электростанциями (на примере Орловской ТЭЦ)
3.1 Изучение выбросов в атмосферу сернистого ангидрида
За период исследования отбор проб на сернистый ангидрид производился
в марте, апреле, июне, августе, октябре, декабре 2016 года и эти же месяцы
2017 года. Для сравнения были взяты результаты проб за эти же месяцы 2015
года.
Данные
исследований
предоставлены
климато-
аналитической
лабораторией Орловской ТЭЦ, но обработка результатов исследования, их
анализ, описание и выводы сделаны автором данной квалификационной
работы.
Результаты исследований представлены в таблицах 9,10, 11 и на рисунках
14, 15,16.
Из таблиц и рисунков видно, что выброс SO2 в марте 2015 года составлял
0,44 мг/м3, в 2016 году 0,18 мг/м3, а в марте 2017 года – 0,12 мг/м3. Разница в
величинах концентрации обусловлена различными погодными условиями
данного месяца в указанные годы, что влияет на показатели концентрации
химических веществ в выбросах ТЭЦ.
Выброс в апреле 2015 года составил 0,84 мг/3, ‘то не превышает ПДК (5
мг/м3), но больше чем в апреле 2016 года (0,21 мг/м3) и апреле 2017 года *0,11
мг/м). Сокращение концентрации SO2 в выбросах 2016-2017 годов является
следствием перехода ТЭЦ на топливо, состоящее на 100% из природного газа и
на 12% - из мазута.
В июне 2016 – 2017 годов величина концентрации SO2 была 0,95 мг/м3,
что выше, чем в августе 2016 года(0,25 мг/м3)и в августе 2017 года (0,18 мг/м3),
что так же связано с применяемым видом топлива и метеоусловиях.
65
В декабре 2016 и 2017 годов величина концентрации SO2 в дымовых
газах составила 0,22 и 0,23 мг/м3, что не превышает значения ПДК. В декабре
2015 года этот показатель составил 0,29 мг/м3. Суммарные выбросы SO2 за
2015 год составили 4,35 тонн в год, что превышает суммарные выбросы этого
года за 2016 (4,2 тонн) и 2017 (4,12 тонны) годы.
Анализ концентрации SO2 по сезонам года в дымовых газах ТЭЦ показал,
сто наибольшая концентрация выбросов SO2 наблюдалась в августе 2015 года, а
наименьшая в апреле 2017 года. Кроме этого, результаты исследований
показали, что величина концентрации SO2 в выбросах ТЭЦ зависит от качества
топлива и сезонных метеоусловий.
Таблица 9
Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2015 году
Дата отбора проб воздуха
Зона дымового факела
Концентрация мг/м3 (ПДК=5,0
мг/м3)
Март
0,44
Апрель
0,84
Июнь
0,33
Август
0,95
Октябрь
0,49
Декабрь
0,29
66
Концентрация мг/м³
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
Концентрация мг/м³
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 14 - Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2015
году.
Таблица 10
Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2016 году
Дата отбора проб воздуха
Зона дымового факела
Концентрация мг/м³ (ПДК=5,0
мг/м3)
Март
0,18
Апрель
0,21
Июнь
0,23
Август
0,25
Октябрь
0,19
Декабрь
0,22
67
Концентрация мг/м³
0.3
0.25
0.2
0.15
Концентрация мг/м³
0.1
0.05
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 15 - Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2016
году.
Таблица 11
Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2017 году
Дата отбора проб воздуха
Зона дымового факела
Концентрация мг/м³ (ПДК=5,0
мг/м3)
Март
0,12
Апрель
0,11
Июнь
0,21
Август
0,19
Октябрь
0,18
Декабрь
0,23
68
Концентрация мг/м³
0.25
0.2
0.15
Концентрация мг/м³
0.1
0.05
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 16 - Выбросы в атмосферу сернистого ангидрида ТЭЦ в 2017
году.
69
3.2 Изучение выбросов в атмосферу оксидов углерода
За период исследования отбор проб на оксиды углероды производился в
марте, апреле, июне, августе, октябре, декабре 2016 года и в те же месяцы 2017
года. Для сравнения были взяты результаты проб за эти же месяцы 2015 года,
предоставленные химико-аналитической лабораторией ТЭЦ.
Результаты исследования представлены в таблице 12, 13,14 и на рисунках
17, 18, 19.
Из таблиц и рисунков видно, что выброс СОх в марте 2015 года составил
4,6 мг/м3, в 2016 году составлял 3,4 мг/м3, а в марте 2017 года 3,5 мг/м3. Разница
в величинах концентрации обусловлена различными погодными условиями
данного месяца в указанные годы.
Выброс СОх в апреле 2015 года составил 4,0 мг/м3, что не превышает ПДК
(20 мг/м 3), но больше, чем в апреле 2016 года (3,9 мг/м3) и апреле 2017 года (3,2
мг/м3). Сокращение концентрации СОх в выбросах 2016-2017 годов является
следствием перехода работы ТЭЦ на топливо, состоящее на 100% из
природного газа, в отличие от 2015 года, когда топливо состояло на 88% из
природного газа и 12%-из мазута.
В июне 2016 и 2017 годов величина концентрации СОх в дымовых газах
была 4,2 мг/м3 и 4,0 мг/м3 соответственно, что также не превышает значения
ПДК.
В
2015
году
этот
показатель
составлял
5,7
мг/м3.
В августе 2015 года концентрация выбросов СОх составляла 4,5 мг/м3, что
больше, чем в августе 2016 года (4,4 мг/м3) и в 2017 году ( 3,8 мг/м3), что также,
связанной с качеством употребляемого ТЭЦ видом топлива.
В октябре 2015 года выбросы СОх составили 4,3 мг/м3, что больше, чем в
октябре 2016 года (3,5 мг/м3) и 2017 года ( 4,2 мг/м3) по причине, с
применением вида топлива и разные метеоусловия.
70
В декабре 2016 и 2017 годов, величина концентрации СОх в дымовых
газах составила 3,6 мг/м3 и 3,8 мг/м3 соответственно, что не превышает
значения ПДК.
Суммарные выбросы СОх за 2015 год по данным лаборатории составили
10,906 т/год, что превышает суммарные выбросы этого газа за 2016 год и 2017
годы : 10,420 т/год и 9,990 т/год соответственно.
В результате сравнения концентрации СОх по сезонам года выявлено, что
наибольшая концентрация выбросов СОх наблюдалась в июне и декабре 2015
года, а наименьшая - в апреле 2017 года и марте 2016.
Кроме этого установлено, что величина концентрации оксидов углеродов
зависит от сезонных метеоусловий и качестве топлива.
Таблица 12
Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2015 году
Дата отбора проб воздуха
Зона дымового факела
Концентрация, мг/м3 (ПДК =20
мг/м3)
Март
4,6
Апрель
4,0
Июнь
5,7
Август
4,5
Октябрь
4,3
Декабрь
6,2
71
Концентрация, мг/м³
7
6
5
4
Концентрация, мг/м³
3
2
1
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 17 Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2015 году.
Таблица 13
Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2016 году
Выбросы в атмосферу оксидов
Зона дымового факела
углерода
Концентрация, мг/м3 (ПДК =20
мг/м3)
Март
3,4
Апрель
3,9
Июнь
4,2
Август
4,4
Октябрь
3,5
Декабрь
3,6
72
Концентрация, мг/м³
5
4.5
4
3.5
3
2.5
Концентрация, мг/м³
2
1.5
1
0.5
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 18 - Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2016 году.
Таблица 14
Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2017 году
Выбросы в атмосферу оксидов
Зона дымового факела
углерода
Концентрация, мг/м³ (ПДК =20
мг/м3)
Март
3,5
Апрель
3,2
Июнь
4,0
Август
3,8
Октябрь
4,2
Декабрь
3,8
73
Концентрация, мг/м³
4.5
4
3.5
3
2.5
2
Концентрация, мг/м³
1.5
1
0.5
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 19 - Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2017 году.
74
3.3 Изучение выбросов в атмосферу оксидов азота
За период исследования отбор проб на оксиды азота производился в
марте, апреле, июне, августе, октябре, декабре 2016 года и в те же месяцы 2017
года. Для сравнения были взяты результаты проб за эти же месяцы 2015 года,
предоставленные химико-аналитической лабораторией ТЭЦ.
Результаты исследования представлены в таблице 15, 16,17 и на рисунках
20, 21, 22.
Из таблиц и рисунков видно, что выброс NOx в марте 2016 и 2017 годов
составлял 3,2 мг/м3.
Выброс NOx в апреле 2015 года составлял 3,9 мг/м3, что не превышает
ПДК (6 мг/м3), но больше, чем в апреле 2016 года (3,6 мг/м3) и в апреле 2017
годов (3,1 мг/м3). Сокращение концентраций NOx в выбросах 2016 – 2017 годов
является следствием перехода работы ТЭЦ на топливо, состоящее на 100% из
природного газа, в отличие от 2015 года, когда топливо состояло на 88% из
природного газа и 12% - из мазута.
В июне 2016 и 2017 годах, величина концентрации NOx в дымовых газах
была 3,9 мг/м3 и 3,8 мг/м3, что также не превышает значения ПДК.
В августе 2015 года выбросы NOx составили 4,0 мг/м3, что выше чем в
октябре 2016 и 2017 годов ( по 3,6 мг/м3)).
В декабре 2016 и 2017 годов, величина концентрации NOx в дымовых
газах составила 3,4 и 3,3 мг/м3, что не превышает значения ПДК.
Суммарные выбросы NOx за 2015 год составили 14,35 т/год, что
превышает суммарные выбросы этого заза за 2016 и 2017 годы: 14 и 13,6 т/год.
В результате сравнения концентрации NOx по сезонам года выявлено, что
наибольшая концентрация выбросов NOx наблюдалась в августе 2015 и 2016
годов, а наименьшая – в апреле 2016 года
75
Таблица 15
Выбросы в атмосферу оксидов азота ТЭЦ в 2015 году
Дата отбора проб воздуха
Зона дымового факела
Концентрация, мг/м3 (ПДК =6
мг/м3)
Апрель
3,9
Август
4,1
Октябрь
4,0
Концентрация, мг/м³
4.15
4.1
4.05
4
Концентрация, мг/м³
3.95
3.9
3.85
3.8
Апрель
Август
Октябрь
Рисунок 20 - Выбросы в атмосферу оксидов азота ТЭЦ в 2015 году.
76
Таблица 16
Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2016 году
Дата выбросов в атмосферу оксидов
Зона дымового факела
углерода
Концентрация, мг/м3 (ПДК =6
мг/м3)
Март
3,2
Апрель
3,6
Июнь
3,9
Август
4,0
Октябрь
3,2
Декабрь
3,4
Концентрация, мг/м³
4.5
4
3.5
3
2.5
Концентрация, мг/м³
2
1.5
1
0.5
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 21 - Выбросы в атмосферу оксидов азота ТЭЦ в 2016 году.
77
Таблица 17
Выбросы в атмосферу оксидов углерода ТЭЦ в 2017 году
Дата выбросов в атмосферу оксидов
Зона дымового факела
углерода
Концентрация, мг/м3 (ПДК =6
мг/м3),
Март
3,2
Апрель
3,1
Июнь
3,8
Август
4,0
Октябрь
3,6
Декабрь
3,3
Концентрация, мг/м³
4.5
4
3.5
3
2.5
Концентрация, мг/м³
2
1.5
1
0.5
0
Март
Апрель
Июнь
Август
Октябрь
Декабрь
Рисунок 22 - Выбросы в атмосферу оксидов азота ТЭЦ в 2017 году.
78
3.4 Анализ показателей концентраций газообразных выбросов,
содержащих оксиды азота, углерода, серы в зависимости от погодных и
климатических явлений
Термин «погода» используется для описания ежедневных измерений
температуры, осадков, ветра, влажности, давления воздуха, облачности. Климат
– это долговременное поведение тех же факторов и их предельных значений
для тех или иных регионов Земли. Человек воздействует на климат, увеличивая
содержание двуокиси углерода и пылевых частиц в атмосфере, используя
вещества, вызывающие кислотные дожди, формируя « теплые острова»
наземной поверхности вокруг городов[50].
Ветер является основным метеорологическим фактором, влияющим на
распределение
загрязнявших
веществ.
Зависимость
концентрации
загрязняющих веществ от направления ветра имеет важное значение при
решении вопросов размещения ТЭЦ в плане города и при выделении
промышленной зоны. При выборе площадки для строительства необходимо
учитывать среднегодовую и сезонную розу ветров, а также скорости движения
отдельных румбов. Обнаружено, что наибольшие загрязнения воздуха от
низких источников наблюдаются при слабом ветре (в пределах от 0 до 1 м/с).
При выбросах из высоких источников максимальные концентрации загрязнения
фиксируются при опасных скоростях ветра (в пределах от 3 до 6 м/с в
зависимости от скорости истечения газов из устья дымовой трубы). Климат
Орловского края умеренно теплый и влажный. Большое влияние оказывают
ветры, дующие с севера со стороны Северного Ледовитого океана - несут
похолодание, западные со стороны Атлантического океана - отепляют и
увлажняют воздух. Восточные - летом повышают температуру, а зимой
понижают. Осенью и зимой дуют северные ветры. Они несут дождь, дождь со
снегом, метели.
79
В зависимости от существующих метеорологических условии (влажность
воздуха, солнечная радиация) в атмосфере происходят самые различные
реакции между загрязняющими воздух веществами. Частично многие вредные
вещества тем самым выводятся из атмосферного воздуха, однако, при этом
могут вещества тем самым выводятся из атмосферного воздуха, однако, при
этом могут образовываться и вредные продукты, например, смесь серной и
азотной кислот. Осадки снижают концентрации выбросов в атмосфере. В такую
погоду брать пробы воздуха на анализ не имеет смысла, т. к. результаты не
будут достоверными.
Инверсия представляет собой специфическое состояние тропосферы,
когда отсутствует нормальное снижение температуры с высотой. Теплый слой
воздуха,
расположившийся
над
холодным,
способствует
удержанию
загрязнений в нижних слоях атмосферы, которые в обычных условиях
поднимаются
вверх,
рассеивая
загрязнения,
в
результате
инверсии
концентрации загрязняющих веществ в атмосфере увеличиваются, а это очень
опасно. Для разрушения устойчивого нижнего холодного слоя необходимы
сильные ветры. Инверсии имеют локальный характер [49].
Так для осени Орловского края характерны пасмурные дни, идет дождь, в
октябре - дождь со снегом. В середине ноября - выпадает снег. Зимой дни
короткие, солнце входит поздно, а заходит рано. В декабре - длинные ночи и
короткие дни, дуют северные ветры, морозы. Февраль - самый холодным месяц
с метелями и оттепелями. Весной бушуют метели, 22 марта день равен ночи.
Весна не всегда ровная, дружная. Иногда она начинается рано, но протекает
медленно. В мае, июне наблюдаются заморозки на почве. Летом солнце
поднимается рано, скрывается поздним вечером. С 17 июня по 26 июля самые
длинные дни и короткие ночи. Лето умеренно теплое. В этот период
устанавливается
дождями[57].
тихая,
малооблачная,
сухая
погода,
чередующаяся
с
80
Таблица 18
Динамика температуры воздуха
Дата
Время, час
Температура, оС
5.03.2016
12
-7,3
3.04.2016
14
-0,6
20.06.2016
13
22,3
13.08. 2016
13
23,1
01.10.2016
16
9,9
18.12.2016
11
-5,4
06.03.2017
10
10
01.04.2017
11
4,2
Температура, ᵒС
25
20
15
10
Температура, ᵒС
5
0
-5
-10
Рисунок 23 - Показатели измерения температуры воздуха.
81
Таблица19
Динамика скорости и направления ветра
Дата
Время, час
Ветер
Скорость, м/с
направление
5.03.2016
12
8
юго-западный
3.04.2016
14
4
юго-восточный
20.06.2016
13
4
юго-западный
13.08.2016
13
2
северозападный
1.10.2016
16
7
юго-западный
18.12.2016
11
6
западный
6.03.2017
10
6
северозападный
1.04.2017
11
6
юго-западный
Скорость, м/с
9
8
7
6
5
4
Скорость, м/с
3
2
1
0
Рисунок 24 - Показатели изменения скорости ветра.
82
Таблица 20
Динамика показателей влажности воздуха
Дата
Время, час
Влажность, %
Явления
погоды
5.03.2016
12
относительная
71
абсолютная
25
снег
3.04.2016
14
86
5,5
20.06.2016
13
61
16,5
13.08. 2016
13
50
14,2
01.10.2016
16
64
7,8
18.12.2016
11
77
3,2
06.02.2017
10
81
5,3
01.03.2017
11
69
5,7
дымка
снег
100
90
80
70
Абсолютная
влажность
60
50
40
30
Относитель
ная
влажнось
20
10
0
Рисунок 25 - Показатели изменения влажности воздуха.
83
ВЫВОДЫ
1. Основным крупномасштабным производителем электрической и
тепловой энергии в городе Орле является тепловая электроцентраль (ТЭЦ).
2. Использование природного газа в качестве экологически чистого
топлива и наличие высотной дымовой трубы не обеспечивает полной защиты
окружающей среды от токсических газообразных выбросов.
3. Исследования содержания оксидов серы, азота, углерода в дымовых
газах показали, что максимальная концентрация наблюдалась в августе,
минимальная в октябре исследуемых годов. Во всех случаях уровень
концентрации токсичных газов не превышал ПДК и составил ( мг/м3) для:
- сернистого ангидрида:
август; 2015 года – 0,95; 2016 года – 0,25; 2017 года – 0,19 ( максимальные
показатели);
октябрь 2015 года – 0,49; 2016 года – 0,19; 2017 – 0,18 (минимальные
показатели);
- Оксидов углерода:
август; 2015 год – 4,5; 2016 и 2017
годы – 4,4 и 3,8 соответственно
(максимальные показатели);
апрель 2015 год – 4,0; март 2016 и 2017 годы – 3,4 и 3,2 (минимальные
показатели);
- оксидов азота:
август: 2015 год – 4,1; 2016 и 2017 годы – 4,0 (максимальные показатели);
апрель: 2015 – 3,9; март 2016 – 3,2; 2017 3,1 (минимальные показатели);
4. Суммарные выбросы химических веществ в 2016 и 2017 годах были
меньше в связи с переходом ТЭЦ на газовое топливо с 2015 года и составили
(тонн/год):
84
- сернистого ангидрида: 2015 год – 4,35 т, 2016 год – 4,20 т; 2017 – 4,12 т;
- оксидов углерода: 2015 – 10,906 т; 2016 год -10,400 т; 2017 – 9,990 т;
- оксидов азота: 2015 год – 14,35 т; 2016 год – 14,0 т; 2017 год – 14,05 т.
5. Свинец в пробах во все годы исследования обнаруживался в следовых
количествах, а его суммарные выбросы, в среднем составили 6,5·10-5 т/год.
6. Достоверное снижение уровней концентрации и суммарных выбросов
токсичных газов в 2016 и 2017 годы по сравнению с 2015 годом связано с
переводом ТЭЦ на 100% природный газ, так как предыдущие годы 12%
рабочего времени предприятие работало на мазуте, а 88% - на природном газе.
7. Концентрация вредных веществ, выбрасываемых с дымовыми газами
из высотных труб, зависит не только от технологических, но и в равной степени
от метеорологических факторов. Осадки снижают концентрации выбросов в
атмосфере,
а
ветер
является
основным
метеорологическим
фактором,
влияющим на распределение и рассеивание загрязняющих веществ. Поэтому
минимальные концентрации выбросов обнаруживаются в октябре, марте и
апреле. В августе восточные ветры повышают температуру, высока солнечная
радиация. При тихой, малооблачной, сухой погоде со скоростью ветра 2-3 м/с
фиксируются максимальные концентрации выбросов ТЭЦ токсичных газов.
8. При изучении процесса газоулавливания на ТЭЦ было выявлено, что
наиболее эффективным методом очистки дымовых газов от серы является
процесс
орошения
отходящих
газов
известковым
молоком;
наиболее
радикальным способом снижения образования оксидов азота - двухстадийное
сжигание топлива.
9.Для уменьшения выбросов частиц в атмосферу наиболее эффективно
применение
воздухоочистителей:
электрофильтры.
установки
для
дожигания
частиц
и
85
ЛИТЕРАТУРА
1. Аронов, И.З. Использование тепла уходящих газов газифицированных
котельных / И.З. Аронов. - М.: Энергия, 1999.
2. Баландин, Ф.Н. Природа и цивилизация / Ф.Н. Баландин, Л.Ф.
Бондарев. - М.: Мысль, 1998.
3. Боголюбов, С.А. Зашита экологических прав: Пособие для граждан и
общественных организаций / С.А. Боголюбов. - М., 2000.
4. Борисов, П.А. Райкина А.Л. Газы - могучий источник энергии и
химического сырья / П.А. Борисов, А.Л. Райкина. - М.: Энергия, 1989.
5. Быстраков, Ю.И. Экономика и экология / Ю.И. Быстраков, А.В.
Колосков. - М.: ВО Агропромиздат, 1988.
6. Воздушный кодекс Российской Федерации: [федеральный закон принят
Гос. Думой 19.03.1997 г.]. M.: Консультант, 2009.
7. Гиршфельд, В Я. Тепловые электрические станции. Учебное пособие
для энергостроительных техникумов / В Я. Гиршфельд. - М.: Энергоатомиздат,
1986.
8. Дегтярев, В.В. Охрана окружающей среды / - М.: Транспорт, 1989.
9. Дмитриев, М Т. Санитарно-химическиий анализ загрязняющих веществ
в окружающей среде: Справочник / М Т. Дмитриев. - М.: Химия, 1989.
10. Левитов, В.И. Дымовые электрофильтры / В.И. Левитов. - М.:
Энергия, 2008.
11.
Елизаров,
А.Г.
Общая
теплоэнергетика:
теплотехника,
теплоснабжение и вентиляция. Учебник для вузов по специальности
сельскохозяйственное строительство / А.Г. Елизаров. - М.: Стройиздат, 1982.
86
12. Федеральный закон Российской Федерации «Об охране окружающей
среды»: [федеральный закон принят Гос. Думой 10 января 2002 г.: по
состоянию на 14 января 2002 г.]. M.: Собрание законодательства Российской
Федерации, 2003.
13. Захаров, И.В. Ремонт газоходов и дымовых труб электростанций /
И.В. Захаров. / - М.: Энергоатомиздат, 1991.
14. Израэлит, Г.Б. Энергетика и ее будущее / Г.Б. Израэлит. - М.: Энергии,
1999.
15. Канаев А.А. Взаимодействие энергетики и окружающей среды / А.А.
Канаев, И.З. Копп. - Л.: общество «Знание» РСФСР Ленингр. обл., 1990.
16. Клушин, Ю.А. Тепловые электрические станции. Введение в
специальность. Учебное пособие для теплоэнергетических спец. вузов / Ю.А.
Клушин. - М.: Энергоиздат, 1989.
17. Константинова, З.И. Защита воздушного бассейна от промышленных
выбросов / З.И. Константинова. - М.: Стройиздат, 1983.
18. Кремлевский, П.П. Расходомеры и счетчики кол-ва. Справочник / П.П.
Кремлевский.- Л.: Машиностроение, 1989.
19. Лейте В.К. Определение загрязнений воздуха в атмосфере и на
рабочем месте / В.К. Лейте. - Л.: Химия, 1985.
20. Мадоян, А.А. Сероулавливание на ТЭЦ / А.А. Мадоян, Г.В. Базаянц.
– К.: Техника, 1990.
21.
Методы
химического
анализа
минерального
сырья.
-
М.:
Госгеолтехиздат, 1987.
22. Михеев, А.В. Охрана природы / А.В. Михеев, К.В. Пашканг, Н.Н.
Родзевич.- М.: Просвещение, 1990.
87
23. Моисеев, Н.Н. Человек и ноосфера / Н.Н. Моисеев. - М.: Молодая
гвардия, 1990.
24. Муравьева, С.И. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе/
С.И. Муравьева, Н.И. Казнила, В.К. Прохорова, - М.: Химия, 1988.
25. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭЦ и АЭС. - М.:
Высшая школа, 1991.
2б. Немцев, З.Ф. Теплоэнергетические установки и теплоснабжение
Учебное пособие для вузов / З.Ф. Немцев, Г.В. Ареньев. - М.: Энергоиздат,
1982.
27. Носков, А.С. Технологические методы защиты атмосферы от вредных
выбросов на предприятиях энергетики / А.С. Носков, З.П. Пай. - М., 2001.
28. Ньюмен, А.А. Легкие нашей планеты / А.А. Ньюмен. - М., 1990.
29. Перегуд, Е. А. Горелик, Д. О, Инструментальные методы контроля
загрязнения атмосферы / Е. А. Перегуд, Д. О. Горелик. - Л.: Химия, 1981.
30. Прибытов, Б.П. Эксплуатация циркуляционных насосов ТЭЦ / Б.П.
Прибытов. -М: Энергоатомиздат, 1991.
31. Ревелль, П.Ч, Среда нашего обитания. 4 т / П.Ч. Ревелль. - М.: Мир,
1995.
32. Реймерс, Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник / Н.Ф.
Реймерс. - М.: Мысль, 1990.
33. Рихтер, Л.А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов /
Л.А. Рихтер. - М.: Мысль, 1993.
34. Рихтер, П.А. Охрана окружающей среды от шума ТЭЦ / П.А. Рихтер. М.: МЭИ, 1990.
88
35. Родзевич Н.Н. Охрана и преобразование природы / Н.Н. Родзевич,
К.В. Пашканг. - М.: Просвещение, 1986.
3б. Сазанов, Б.В, Тепловые электрические станции / Б.В. Сазанов. - М.:
Энергия, 1994.
37. Скалкин, Ф.В. Энергетика и окружающая среда / Ф.В. Скалкин. - М.:
Мир, 1996.
38. Смоленский, А.М. Паровые и газовые турбины / А.М. Смоленский. М.: Машиностроение, 1977.
39. Собрание законодательства РФ. Официальные издания. – М.: 2011.
40. Собственные нужды ТЭЦ. - М.: Энергия. 1991.
41. Собственные нужды электростанции / Под ред. Голоднова. - М.:
Энергоатомиздат, 1991.
42. Соколов, В.С. Газотрубные установки / В.С. Соколов. - М. Высшая
школа, 1986.
43. Соколов, В.З. Химические источники электрической энергии / В.З.
Соколов. -М.: Энергоатомиздат, 1985.
44. Соломина, С.Н. Взаимодействие общества и природы / С.Н.
Соломина. - М.: Мысль, 1983.
45.
Спейшер,
В.А.
Обезвреживание
промышленных
выбросов
дожиганием / В.А. Спейшер. - М.: Энергия, 1986.
4б. Справочник химика энергетика в 3 т. - М.: Энергия, 1992.
47. Стадницкий, Г.В. Экология Учебные пособия для химтехнолог. спец.
вузов / Г.В. Стадницкий. - М.: Высшая школа, 1988.
89
48. Сухорукова, С.М. Экономика и экология / С.М. Сухорукова. - М.:
Высшая школа, 1988.
49. Тарасов, А.О. Экология и охрана природы. Учеб. Пособие / А.О.
Тарасов. - Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1990.
50. Теплоэнергетика и теплотехника / Справочник. - М.: Энергия, 1987.
51. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция /
К.В. Тихомиров, Э.С. Сергиенко. - М: Стройиздат, 1991.
52. Федеральная
области:
служба государственной статистики по Орловской
[Электронный
ресурс].
–
Режим
доступа:
http://orel.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_ts/orel/ru/statistics/environment/ . – Дата
доступа: 02.03.2018.
53. Шанин, Б.В. Справочник оператора газовых установок / Б.В. Шанин. Горький. Волго-Вятское кн. изд-во, 1988.
54. Шляхин, П.Н. Паровые и газовые турбины / П.Н. Шляхин. - М.:
Энергия, 1974.
55.
Экономика
природопользования.
-
М.:
Изд-во
Московского
университета, 1991.
56. Козлов, В.Б. Энергетика и защита среды. В поисках «чистой» энергии
/ В.Б. Козлов. - М.: Знание, 1979.
57. Юдасин, Л.С. Энергетика: проблемы и надежды / Л.С. Юдасин. - М.:
Просвещение, 1990.
90
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа