UA EN > ДонНТУ> Магистры ДонНТУ>

Магистр ДонНТУ Сергиенко Ульяна Васильевна

Сергиенко Ульяна Васильевна

Факультет экологии и химической технологии специальность: управление экологической безопасностью

группа ЭП-01

Тема магистерской работы: "Разработка системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха г. Донецка диоксидом серы"

Научный руководитель: Беляева Ирина Викторовна

gugik2006@ukr.net

Биография Эл.библиотека Отчет о результатах поиска Индивидуальное задание Ссылки

Автореферат

к магистерской работе по теме:
"Разработка системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха г. Донецка диоксидом серы"

Актуальность:
В настоящее время экология приобретает все большую актуальность в связи с постоянным ухудшением состояния окружающей природной среды. Для г. Донецка наиболее актуален экологический мониторинг загрязнения атмосферного воздуха, т.к. на территории города сосредоточено более 60 крупных промышленных предприятий, которые характеризуются как объекты повышенной экологической опасности. Среди них: около 30 предприятий угольной промышленности, около 10 предприятий металлургического и коксохимического комплекса, которые вносят значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха.

Цель:
Выявить основные источники загрязнения атмосферного воздуха г. Донецка диоксидом серы, проанализировать влияние антропогенных источников на состояние атмосферного воздуха.

Научная новизна состоит в том, что в процессе работы будет построена карта загрязнения атмосферного воздуха города диоксидом серы, с помощью которой можно будет проанализировать существующую систему мониторинга и дать реккомендации по ее улучшению.

Задачи исследования:
1. Определить предприятия, вносящие наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха диоксидом серы.
2. Построить для города карту загрязнения диоксидом серы.
3. Разработать схему расположения стационарных постов для наблюдения за концентрацией диоксида серы.
4. Рассчитать уравнения регрессии, учитывая изменившиеся за последние годы метеопараметры, для прогнозирования концентрации диоксида серы в дни с неблагоприятными метеорологическими условиями, с целью уменьшения выбросов от предприятий.

Донецкая область относится к наиболее экологически напряженным регионам Украины. В структуре промышленного потенциала региона 78% занимают экологически опасные производства. Наиболее крупные промпредприятия сосредоточены в Донецке, Горловке, Макеевке, Енакиево и других промышленно развитых городах.

В атмосферный воздух города Донецка выбрасывается более 70 загрязняющих веществ (ЗВ). Динамика выбросов ЗВ от стационарных источников по г. Донецку представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Динамика выбросов вредных веществ от стационарных источников

На графике видны колебания суммарных выбросов, которые объясняются изменением производительности крупнейших предприятий города, таких как ЗАТ ММЗ «Истил», ЗАО «Донецксталь», ОАО «Донецкий металлургический завод», ОАО «Донецккокс» (Рутченковский, Донецкий, Смоляниновский участки).

В таблице 1 представлены данные по мощности выбросов наиболее распространенных ЗВ в г. Донецке за 2004 год.

Таблица 1 – Данные по мощности выбросов ЗВ в г. Донецке

№ Наименование вещества Мощность выброса, т/год ПДК (ОБУВ), мг/м3 Техногенное число
1 Сажа 412,219 0,05 8244,38
2 Диоксид азота 5584,983 0,04 139624,6
3 Аммиак 202,517 0,04 5062,925
4 Азотная кислота 0,744 0,15 4,96
5 Диоксид серы 8037,262 0,05 160745,2
6 Сероводород 383,063 0,008 47882,88
7 Серная кислота 9,499 0,1 94,99
8 Оксид углерода 12041,5 3 4013,833
9 Бензол 243,307 0,1 2433,07
10 Пыль 8789,916 0,15 58599,4
11 Ксилол 24,016 0,2 120,08
12 Толуол 17,991 0,6 29,985
13 Медь 3,574 0,002 1787
14 Железо 19,807 0,04 495,175
15 Свинец 14,774 0,0003 49246,67
16 Цинк 1,511 0,005 302,2
17 Хлор и его соединения 5,359 0,03 178,6333
18 Фенол 16,548 0,003 5516
19 HF 1,621 0,005 324,2
20 Нафталин 46,505 0,003 15501,67
21 Бенз(а)пирен 0,02 0,000001 20000

Для определения ЗВ, которое является наиболее опасным для окружающей среды, были рассчитаны техногенные числа для каждого ЗВ, и построен техногенный спектр.

Техногенный спектр представляет собой последовательность техногенных чисел Ti для каждого ЗВ. Техногенное число определяется по формуле:

Ti = MTi * Ii

где Ii = СL1/CLi – безразмерный техногенный индекс i-того вещества, который характеризует относительную токсичность этого вещества в сравнении с условным (единичным или базовым) веществом, ПДК которого равна 1 мг/м3;
CLi – среднесуточная ПДК i-того вещества, мг/м3;
MTi – мощность выброса загрязняющего вещества.

На рисунке 2 представлен техногенный спектр для г. Донецка .

Рисунок 2 – Техногенный спектр для г. Донецка

Анализ рисунка 2 показывает, что наибольшее негативное влияние на окружающую среду оказывает диоксид серы, хотя его объемы меньше чем для пыли и оксида углерода. Это объясняется его большей токсичностью.

В связи с этим, для улучшения качества атмосферного воздуха, в первую очередь, необходимо разработать мероприятия по уменьшению выбросов диоксида серы. Для этого первоначально следует провести мониторинг атмосферного воздуха по диоксиду серы, где необходимо выявить основные источники выбросов, проанализировать тенденцию их изменения, рассмотреть возможные химические превращения диоксида серы в окружающей среде, уточнить места расположения стационарных постов контроля атмосферного воздуха по городу, разработать математические модели для прогнозирования концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе в зависимости от объемов выбросов и сложившихся метеорологических условий.

Диоксид серы в основном выбрасывается в атмосферный воздух стационарными источниками, вклад передвижных источников мал – составляет менее 0,5%.

Для того чтобы выделить периоды наиболее высокого загрязнения атмосферного воздуха г. Донецка диоксидом серы, построем графики годового хода концентрации диоксида серы (рисунок 3).

М – отношение среднемесячной концентрации SO2 к среднегодовой

Рисунок 3 – Годовой ход концентрации диоксида серы

Анализ графика показывает, что наибольшие уровни загрязнения атмосферного воздуха наблюдаются в зимний период. Это объясняется большим количеством туманов и дней с дымкой, которые пряпятствуют рассеиванию диоксида серы. Исходя из этого, для разработки математической модели зависимости концентрации диоксида серы (c) в атмосферном воздухе, от метеоусловий, были взяты данные зимнего и летнего периода 2004 года.

В качестве предикторов были выбраны: температура воздуха (t), скорость ветра (v), количество осадков (osad), комплексный показатель метеорологических условий загрязнения (muz), и инерционный фактор (P), в качестве которого взята концентрация диоксида серы за предидущий день.

Путем обработки данных по методу множественной регрессии с использованием программы Statgraphics были получены следующие математические модели. В окончательных уравнениях указаны не все предикторы, так как коэффициенты при них оказались не значимы, для заданной доверительной вероятности.

Для зимнего периода:

c = - 0,0114352 + 0,0156554* sqrt(osad) + 0,509046 * Р – 0,000728804 * t – 0,00109532 * osad * t

R2 = 70,45 %

Для летнего периода:

c = 0,00230653 – 0,000792889 * sqrt(osad) + 0,000315812 * v^2 – 0,0000515899 * v * t

R2 = 26,44 %

Анализ полученных математических моделей показывает, что в летний период наибольшее влияние оказывает количество осадков и температура воздуха, но в зимний период эти предикторы имеют более высокие веса.

В г. Донецке метеорологические показатели определяются лишь на одном посту №1, расположенном в районе аэропорта, и эти данные распространяются на другие стационарные посты отбора проб. При этом не учитывается, что в городе создается свой микроклимат, что связано с застройкой города и нагретыми выбросами предприятий. Это вносит существенную погрешность при разработке математических моделей по определению уровней загрязнения атмосферного воздуха.

Для анализа существующей системы мониторинга были расчитаны зоны влияния предприятий, выбрасывающих диоксид серы (таблица 3). Расчет выполнялся согласно ОНД-86 с помощью программы “ЭОЛ+”.

Зона влияния предприятия – это то расстояние от предприятия на котором концентрация вещества не более 0,05 ПДК.

Таблица 3 – Расчетные зоны влияния предприятий г. Донецка по диоксиду серы

Код промплощадки Наименование промплощадки Зона влияния, м
1 ЗАО ММЗ “Истил” 9000
2 ЗАО “Донецксталь” 8000
3 ОАО “Донецкий металлургический завод” 10000
4 АЗС ЧП "Стайер" 350
5 Донецкий завод минваты и конструкций 350
6 ЗАО Дом моделей 350
7 ЗАО Автотранспортник 400
8 ОАО Донецкгорнефтепродукт 400
9 ЗАО Донецкий комбинат хлебопродуктов 350
10 Донецкое СТО №1 350
11 ОАО Шахтостроймонтажное управление №1 350
12 ООО Обласная аптечная холдинговая компания 300
13 КЛПУ городской диспансер 350
14 АОЗТ АТП Донбассводстрой 300
15 ОАО АТП 11455 350
16 Донбассводремонт 350
17 АОЗТ Донмолпром 350
18 ОАО «Донецккокс» Донецкий участок 5000
19 ОАО «Донецккокс» Рутченковский участок 5500
20 ОАО «Донецккокс» Смоляниновский участок 10000

Из таблицы видно, что наибольшие зоны влияния имеют крупные промышленные предприятия: ОАО «Донецккокс», ЗАО ММЗ “Истил”, ЗАО “Донецксталь”, ОАО “Донецкий металлургический завод”. Расчетные зоны влияния крупных предприятий были нанесены на карту города (рис. 4).



1 – ЗАО ММЗ «Истил», 2 – ЗАО «Донецксталь», 3 – ОАО «ДМЗ», 18 – ОАО ДКХЗ Донецкий участок, 19 – ОАО ДКХЗ Рутченковский участок, 20 – ОАО ДКХЗ Смоляниновский участок

Рисунок (анимированный) 4 – Карта г. Донецка с зонами влияния предприятий по диоксиду серы

Отмечено, что зоны влияния этих предприятий перекрываются, что приводит к увеличению концентраций диоксида серы в дни с неблагоприятными метеорологическими условиями. В эту зону попадает практически весь г. Донецк, особенно центр города.

Наиболее эффективным способом защиты от действия диоксида серы следует считать значительное сокращение его выбросов. Этого можно достичь несколькими методами, но для г. Донецка наиболее подходящим методом является технологичесике решения, например регулирование процессов горения с помощью добавления известняка, который способствует связыванию диоксида серы в CaSO3.

В некоторых случаях возможно применение мокрого процесса - отходящие газы барботируют сквозь раствор известняка, в следствие этого получается сульфит или сульфат кальция. Таким образом удаляется большая часть серы.

Серы диоксид

Диоксид серы - бесцветный газ, растворяется в воде.

Содержится в выбросах производств серной кислоты, сульфата аммония, перерабатывающих твердое топливо, металлургических, керамических, тепловых электростанций, капролактама, линолеума, рубероида, толя, пергамина, пенопласта, минераловолокнистых плит, свеклосахарных, пищевых, текстильных, бумаги.

Токсичность: оказывает общетоксическое, раздражающее, эмбриотоксическое действие; раздражает глаза, дыхательные пути, кроветворные органы; вызывает слезотечение, кашель, головную боль, одышку, слабость, спазм бронхов, метгемоглоби-немию; вредно действует на растения, металлы, строительные материалы, краску, кожу, бумагу, текстильные ткани; в концентрации 1,0— 2,0 мг/м3 вызывает гибель растений.

ПДКм. р установлена 0,5 мг/м3, ПДКсс — 0,05 мг/м3; класс опасности III].

Извлечение: технологические методы; применение электрофильтров; адсорбция; сжигание.

Определение: колориметрия; нефелометрия; газовый анализ; фотометрия.

Перечень использованной литературы:

  1. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Справ. изд. - Л.: Химия, 1987 г.
  2. Земля тривоги нашої. За матеріалами доповіді про стан навколишнього природного середовища в Донецькій області у 2003 році. Під ред. С.В. Третякова. – Донецьк: „ЦЭПИ „ЭПИЦентр ЛТД”. – 2004. – 152 с.
  3. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД - 86). Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 345 с.
  4. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, ОАО „УкрНТЭК”, Донецк, 2002. – 131 с.

ДонНТУ> Магистры ДонНТУ> Биография Эл.библиотека Отчет о результатах поиска Индивидуальное задание Ссылки