От чего зависит коэффициент токсичности автомобилей

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации угарного газа СО)

Задание 1

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации угарного газа СО)

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м 3 . Исходными данными для работы служат показатели, собранные студентами самостоятельно на любой из улиц г. Казани с интенсивным движением автотранспорта. Пример оформления собранных данных: магистральная улица города с многоэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2°, скорость ветра 4 м/сек, относительная влажность воздуха – 70%, температура 20 °С. Расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях–- 500 автомашин в час (N). Состав автотранспорта: 10 % грузовых автомобилей с малой грузоподъемностью, 10 % со средней грузоподъемностью, 5% с большой грузоподъемностью с дизельными двигателями, 5% автобусов и 70% легковых автомобилей.

Ход работы:

Формула оценки концентрации окиси углерода (угарного газа) (Ксо) (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990):

0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхождения, мг/м 3 ;

N – суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, автомобилей/час,

Кт – коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода;

К_А – коэффициент, учитывающий аэрацию местности;

К_У – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона;

Кс – коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра;

К_В – то же в зависимости от относительной влажности воздуха;

Кп – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода у пересечений.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

Р₁ — состав автотранспорта в долях единицы,

K_Ti – определяется по табл. 1.1.

Тип автомобиля	Коэффициент K_Ti
Легкий грузовой	2,3
Средний грузовой	2,9
Тяжелый грузовой (дизельный)	0,2
Автобус	3,7
Легковой	1,0

Подставив значения согласно заданию (или собственные данные) получаем:

Кт = 0,1 × 2,3 + 0,1 × 2,9 + 0,05 × 0,2 + 0,05 × 3,7 + 0,7 × 1 = 1,415

Значение коэффициента К_А, учитывающего аэрацию местности, определяется по табл. 1.2.

Тип местности по степени аэрации	Коэффициент К_А
Транспортные тоннели	2,7
Транспортные галереи	1,5
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон	1,0
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке	0,6
Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи	0,4
Пешеходные тоннели	0,3

Для магистральной улицы с многоэтажной застройкой К_А = 1. Значение коэффициента Ку, учитывающего изменение загрязнения воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона, определяем по табл. 1.3.

Продольный уклон, °	Коэффициент Ку
1,00
1,06
1,07
1,18
1,55

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра Кс определяется по табл. 1.4.

Скорость ветра, м/с	Коэффициент Кс
2,70
2,00
1,50
1,20
1,05
1,00

Значение коэффициента Кв, определяющего изменение концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в табл. 1.5.

Относительная влажность	Коэффициент Кв
1,45
1,30
1,15
1,00
0,85
0,75

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода у пересечений приведен в табл. 1.6.

Тип пересечения	Коэффициент Кп
Регулируемое пересечение:
— со светофорами обычное	1,8
— со светофорами управляемое	2,1
— саморегулируемое	2,0
Нерегулируемое:
— со снижением скорости	1,9
— кольцевое	2,2
— с обязательной остановкой	3,0

Подставим значения коэффициентов, оценим уровень загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода:

Ксо = (0,5+ 0,01 × 500 × 1,4) × 1 × 1,06 × 1,20 × 1,00 = 9,54 мг/м 3

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5 мг/м 3 . Снижение уровня выбросов возможно следующими мероприятиями:

– запрещение движения автомобилей;

– ограничение интенсивности движения до 300 автомобилей/час;

– замена карбюраторных грузовых автомобилей дизельными;

Задание 2

Расчет зоны активного загрязнения выбросами в атмосферный воздух теплоэлектростанции

Исходные данные

В районе действует тепловая электростанция (ТЭС), работающая на кузнецком угле. В процессе эксплуатации ТЭС в атмосферный воздух попадают примеси аэрозолей и газообразных веществ. Массы годового поступления выбросов (m_j) по видам составляют:

а) группа аэрозолей: m₁ — зола угля, m₂ — пыль угля.

б) группа газообразных веществ: m₃ — сернистый ангидрид, m₄— серный ангидрид, m₅ – оксиды азота (по диоксиду азота NO₂), m₆ — оксид углерода (СО).

Характер выбросов по скорости оседания частиц различен:

а) примеси из группы аэрозолей имеют скорость оседания частиц от 1 до 20 см/сек.

б) примеси из группы газообразных веществ имеют скорость оседания менее 1 см/сек.

Зона активного загрязнения (ЗАЗ) ТЭС неоднородна и состоит из следующих типов территорий:

№ типа террит.	Тип территории	S_i	б_j
1.	Территория населенных мест с плотности населения 3 чел/га (β)	S₁	β x 0.1
2.	Территория промышленных предприятий	S₂
3.	Леса 2 группы	S₃	0.1
4.	Пашни	S₄	0,25
5.	Территории пригородных зон отдыха, садовых и дачных участков	S₅

Среднегодовое значение разности температур в устье источника выброса (трубы) и в окружающей среде составляет величину ΔТ. Среднегодовой модуль скорости ветра – у. Высота трубы – h(М).

2. Определить:

Зону активного загрязнения ТЭС.

М — приведенная масса годового выброса примесей данным источником (усл.т/год);

i — номер загрязняющего вещества (ЗВ);

N — общее число ЗВ;

А — показатель относительной опасности i-гo вещества, усл.т/т;

S_заз — общая площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ), га, тыс. м 2 ;

i — номер части ЗАЗ, относящийся к одному из типов территорий;

f — безразмерная величина, определяемая в зависимости от характера рассеивания примесей в атмосфере;

h — геометрическая высота устья источника по отношению к среднему

φ — поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосферу, безразмерная величина;

у — среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с;

∆Т — среднегодовое значение разности температур в устье источника (трубы) и в окружающей атмосфере, 0 С;

3. Методика расчета зоны активного загрязнения:

Источником загрязнения является труба ТЭС (согласно классификации — организованный источник). Для подобных источников ЗАЗ представляет собой кольцо, заключенное между окружностями с радиусами:

где h — высота источника, м (см. по варианту, табл. 1),

М – единицы измерения (метры);

φ — безразмерная поправка, вычисляемая по формуле

∆T — разность температур, град., (см. по варианту табл. 1).

Вычислив радиусы, находят площадь зоны активного загрязнения (S_заз.) по формуле:

Для определения ущерба от загрязнения атмосферы (u = γ*6*M*f) рассчитываются необходимые величины. Показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над зоной активного загрязнения (б) следует рассчитать, поскольку ЗАЗ неоднородна и состоит из территорий пяти типов (S₁, S₂, S₃, S₄, S₅). Каждому типу (S_i) соответствует табличное значение константы б_i. Усредненное значение б для всей ЗАЗ определяется по формуле:

где б — показатель относительной опасности загрязнения атмосферы над всей зоной активного загрязнения (безразмерная величина);

S_заз. — общая площадь ЗАЗ (га), величина вычисленная;

i — номер части ЗАЗ, относящийся к одному из типов территорий, указанных в задании, всего в ЗАЗ входят пять типов территорий;

S_i — площадь одного из типов территорий (га), все пять площадей необходимо рассчитать, исходя из данных своего варианта (таблица.1);[1]

б_i — показатель относительной опасности загрязнения атмосферы над i-м типом территории.[2]

Приведенная масса годового выброса 3В (М = M_общ.) рассчитывается как сумма газообразных и аэрозольных примесей:

а) значение приведенной массы годового выброса газообразных примесей (М_газ) определяется по формуле:

б) значение приведенной массы годового выброса аэрозольных примесей (М_аэр) определяется по аналогичной формуле:

где М_газ и М_аэр — приведенные массы годовых газообразных и аэрозольных выбросов (усл.т./год);

j — вид загрязняющего вещества (по условию задачи вещества j₁,j₂ — аэрозольные, j₃, j₄, j₅, j₆ – газообразные;

A_j — показатель относительной агрессивности примеси j-oгo вида (усл.т./т.). Значения Aj см. в табл. 2.

Значение множителя f-поправки, учитывающей характер рассеивания примесей в атмосфере, определяется следующим образом:

а) для газообразных примесей с очень малой скоростью оседания (менее 1 см/сек) принимается, что

б) для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 м/сек (в данной задаче группа аэрозольных примесей) принимается, что

где y — среднегодовое значение модуля скорости ветра (м/сек.),

φ — безразмерная поправка,

h — высота трубы (см. данные варианта, табл.1).

Значение f(газ.) и f(аэр.) при у = 3 м/сек. для некоторых значений ∆T и h приведены в таблице 2.

Если у ≠ 3 м/сек, то значения, приведенные в таблице 3 для заданных ∆T и h, следует умножить на поправку W, значение которой приведено в таблице 4.

Если у ≠ 3 м/сек и заданные в варианте величины ∆Т и h отсутствуют в таблице 3, величины f(газ.) и f(аэр.) следует рассчитывать по формулам.

Значение показателя относительной агрессивности вещества (A_j)

Загрязняющие вещества, выбрасываемые вещества	Значение параметра А_j (усл.т./т)
1 . Зола угля
2. Пыль угля (недожог)
3. Сернистый ангидрид SO₂
4. Серный ангидрид SO₂
5. Оксиды азота по NO₂	41,1
6. Оксид углерода

Значение функции (в числе) и функции

(в знаменателе) при некоторых значениях ∆Т(С°) и h(М)

Т(С°)	h(м)
1,0 4,08	0,91 3,76	0,83 3,54	0,67 3,02	0,5 2,5	0,4 2,18	0,33 1,96	0,29 1,8	0,25 1,67	0,22 1,55	0,20 1,47
1,33	1,0 4,08	0,88 3,69	0,79 3,4	0,6 2,81	0,43 2,28	0,33 1,96	0,27 1,75	0,23 1,6	0,2 1,48	0,18 1,38	0,16 1,3
1,67	1,0 4,08	0,86 3,61	0,75 3,27	0,55 2,64	0,38 2,10	0,29 1,79	0,23 1,59	0,19 1,45	0,17 1,34	0,15 1,25	0,13 1,17
2,0	1,0 4,08	0,83 3,54	0,71 3,16	0,5 2,5	0,33 1,96	0,25 1,67	0,2 1,47	0,17 1,34	0,14 1,23	0,13 1,15	0,11 1,08
2,33	1,0 4,08	0,81 3,46	0,68 3,06	0,46 2,38	0,3 1,85	0,23 1,57	0,18 1,38	0,15 1,25	0,13 1,15	0,11 1,07	0,1 0,01
2,67	1,0 4,08	0,79 3,39	0,65 2,97	0,43 2,27	0,27 1,76	0,2 1,48	0,16 1,3	0,13 1,18	0,11 1,08	0,1 1,01	0,9 0,95
3,0	1,0 4,08	0,77 3,33	0,63 2,89	0,0 2,18	0,25 1,67	0,18 1,4	0,14 1,23	0,12 1,11	0,1 1,02	0,09 1,95	0,08 0,89

при некоторых значениях у

у (м/сек)	1,5	3,5	4,5
W	2,0	1,6	1,33	1,0	0,89	0,8	0,73	0,67

Данные по вариантам для решения задания 2

Вариант	m₁, т/год	m₂ , т /год	m₃ , т /год	m₄ , т /год	m₅ , т /год	m₆ , т /год	% от S_заз	∆М, %	∆Т, 0 С	у, м/с	h, м
S₁	S₂	S₃	S₄	S₅
1.0
3,0
1,5
2.0
3.5
3.5
4.0
4.0
4.5
4..5
5,0
5.0
4,5
4.5
4.0
4.0
3.5
3,5
3,0
3.0
2,0
2.0
1.5
1.5
1.0

Задание 3