Математические модели переноса и расчет концентраций загрязнений от точечного источника

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт экологии и природопользования Кафедра моделирования экологических систем Направление подготовки: 05.03.06 – Экология и природопользование

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на соискание степени бакалавра

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПЕРЕНОСА И РАСЧЕТ
КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОТ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА






Работа завершена:
«___»________ 2018 г.	___________________(Коростылева М.И.)



Работа рекомендуется к защите:
Научный руководитель,

профессор, д.ф.-м.н.
«___»________ 2018 г.	___________________(Зарипов Ш.Х.)



Работа допускается к защите:
Заведующий кафедрой,

профессор, д.ф.-м.н.
«___»________ 2018 г.	___________________(Зарипов Ш.Х.)













Казань – 2018

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………..............

2. Обзор литературы……………………………………………………………

2.1. Обзор математических моделей переноса воздушных загрязнений…

2.2. Характеристика мусоросжигательного завода………………………..

2.2.1. Морфологический состав твердых бытовых отходов …………..

2.2.2.Состав выбросов……………………………………………………

2.2.3. Влияние на окружающую среду и здоровье населения

2.2.4. МСЗ в России…………………………………………………..

3. Модель рассеяния…………………………………………………………

3.1. Характеристика климатических и метеорологических условий месторасположения МСЗ.………………………………………………

3.2. Вывод уравнения конвективно-диффузионного переноса от стационарного точечного источника ………………………………..

4. Результаты моделирования…………………………………………….

Выводы…………………………………………………………………….

Список литературы…………………………………………………………

Приложения………………………………………………………………..















2

1. Введение

      Загрязнение окружающей среды является важнейшей проблемой экологии. Используя математические модели можно рассчитать распространение загрязнений от предприятий и других источников выброса загрязнений, в том числе аварийного, выбрать наиболее подходящее место для расположения новых предприятий с возможными источниками выбросов. С помощью математического моделирования можно оценить уровень загрязнение атмосферы, гидросферы, почвы, а также спрогнозировать динамику загрязнений. Результатом прогнозирования может стать разработка защитных мероприятий, оптимальный выбор промышленных площадок и т.п.

      При помощи математических моделей можно изучать распространение взвешенных примесей от точечного источника и их осаждение в водотоке; процессы рассеивания тяжелого газа в атмосфере; распространение тяжелых металлов в зоне движения автотранспорта; процессы распространения вредных веществ в пограничном слое атмосферы с учетом рельефа местности

и характеристик подстилающей поверхности; динамику переноса загрязнений по поверхности воды и еще многие задачи экологии.

      Моделирование процесса дегазации помещения после аварии рассмотрено в работе [2]. Задача исследования - это поиск максимально быстрого снижения концентрации загрязняющего вещества в помещении после аварии. Дегазация может быть выполнена за счет работы аварийной

вентиляции, так и с применением нейтрализующего раствора. Используя математическую модель трехмерного уравнения миграции примеси, автор приходит к выводу, что подача нейтрализующего раствора значительно ускоряет процесс дегазации помещения при достаточно малом воздухообмене, что в свою очередь позволяет значительно снизить вероятность вторичной аварии и токсичного поражения обслуживающего персонала.

      Н. Н. Беляев, Л. В. Покутнева в работе «Численное моделирование загрязнения акватории реки» [3] рассматривают одну из важных задач в

3

области экологической безопасности - прогноз загрязнения поверхностных вод (реки, водохранилища и т.д.) при аварийных сбросах различных загрязняющих веществ. Особо важным является такой прогноз для водоемов, которые служат источниками водоснабжения. Авторы рассматривают процесс распространения загрязнителя в русле реки в двухмерной постановке (плановая модель). В результате работы была рассмотрена численная модель

и алгоритм моделирования процесса загрязнения водотока при поступлении сточных вод из хранилища, расположенного на острове. Применяемый в модели метод маркирования расчетной области позволяет формировать любую геометрическую форму русла реки с учетом островов и других особенностей. Это дает возможность пользователю учитывать при проведении прогнозных расчетов ряд существенных факторов, влияющих на процесс переноса примеси по руслу.

     К 2021 году в г. Казань планируется построить завод по термическому обезвреживанию твердых коммунальных отходов мощностью 550 000 тонн ТКО в год [18, Пояснительная записка ОВОС Предварительный вариант]. В

периодической печати появляются публикации с различными точками зрения о целесообразности строительства завода, и особенно о месте его расположения.

      В настоящей работе дан обзор ряда научных статей, посвященных технологиям сжигания мусора, содержании выбросов продуктов сгорания.

Целью данной работы является также моделирование распространения выбросов загрязняющих веществ от точечного источника - трубы будущего завода и оценка концентрации загрязнений в окрестности завода.














4

2.1. Обзор математических моделей переноса воздушных загрязнений

     Математические модели рассеяния атмосферных примесей используются в самых различных целях[1,16]:

- определение соотношений источник – рецептор;

     - определение вклада различных источников в суммарные концентрации;

     - оценка пространственного распределения концентрации и экспозиции населения;

- оптимизация стратегий снижения объема выбросов и анализ сценариев,

связанных с выбросами;

- прогнозирование изменения концентраций загрязнителей во времени;

     - анализ репрезентативности станций мониторинга; и использование моделей как инструментов научных исследований.

     Для применения моделей следует располагать метеорологической и географической информацией, а также данными об источниках загрязнения и выбросах.

     Модели рассеивания примесей описывают процессы турбулентной диффузии в атмосфере и представляются следующей классификацией:

     1. Эйлеровы модели, основанные на численном решении уравнений атмосферной диффузии.

     2. Гауссовы модели, в соответствии с которыми распределение концентраций от источника характеризуется как гауссово в горизонтальном и вертикальном направлениях.

     3. Лагранжевы модели, в которых либо отслеживаются процессы в движущихся массах воздуха, либо используются условные частицы для имитации процессов рассеивания;

     К моделям загрязнения атмосферного воздуха также можно отнести полуэмпирические модели, базирующиеся, главным образом, на


5

эмпирической параметризации. Кроме того, все модели классифицируются, по масштабам атмосферных процессов, а именно:

     - макромасштаб (масштаб протяженности > 1000 км), при котором атмосферный поток ассоциируется с синоптическими явлениями;

     - мезомасштаб (1 км < масштаб протяженности < 1000 км), при котором воздушный поток отчасти находится в зависимости от синоптических явлений

и отчасти от гидродинамических эффектов (например, от шероховатости подстилающей поверхности и препятствий) и от неоднородностей энергетического баланса;

     - микромасштаб (масштаб протяженности < 1 км), при котором воздушный поток в основном зависит от характеристик поверхности.

     С другой стороны, по данным из [15], классификацию моделей рассеивания можно представить и иным образом, разделив их на локальные

(при масштабе времени менее нескольких минут), от локальных до региональных (несколько часов), от региональных до континентальных (несколько дней) и от континентальных до глобальных (недели или более).

Согласно [4,6] можно выделить основные модели, используемые для оценки загрязнения атмосферы:

     1. Штатные модели служб ГО. Стандартная методика основана на эмпирических моделях и позволяет определить максимально возможную зону поражения при выбросах ядовитых веществ. Модель указывает не реальное положение облака выбросов в тот или иной момент времени, а обозначает границы, в пределах которых концентрация ядовитых веществ может достичь опасных для здоровья человека значений при неблагоприятных метеоусловиях. Модель проста и быстро работает

     2. Стандартные модели загрязнения атмосферы стационарными источниками, основанные на методике ОНД-86. Модели могут быть использованы для анализа квазистационарных процессов, когда характерные времена выбросов токсичных веществ превышают характерные времена

перемещения	воздушных	масс	в	экспертируемой	области	пространства

6

(например, случаи пожаров или утечек на продуктопроводах). Модель эмпирическая и позволяет рассчитать установившееся распределение концентраций токсиканта при заданном ветре и максимально неблагоприятном с точки зрения рассеяния примесей состоянии атмосферы.

     3. Модели МАГАТЭ (международный стандарт) для расчетов загрязнений атмосферы, создаваемых стационарными источниками примесей.

Это наиболее полные из существующих в настоящее время эмпирических моделей. Характер их детализации позволяет учитывать особенности местных метеорологических условий и производить расчеты распределений концентрации примесей в текущих метеоусловиях. Модели требуют значительных работ по привязке к местным условиям. Время вычислений по моделям 2 и 3 практически одинаково.

     4. Простейшие нестационарные модели для расчета распространения облака загрязняющих веществ, предназначенные для эксресс-прогноза.

Модели строятся на основе методик и моделей МАГАТЭ и позволяют рассчитать траекторию и время движения облака выбросов до потери токсичности или в интересующей области в текущих метеоусловиях. Установившихся стандартов на такие модели нет.

     5. Нестационарные модели загрязнения, учитывающие неоднородность подстилающей поверхности. Квазитрехмерные модели, основанные на использовании полуэмпирических моделей МАГАТЭ с решением уравнения переноса-диффузии примесей в приземном слое. Для повышения скорости и точности вычислений использованы высокоэффективные численные методы

и учтена специфика решаемой задачи. Используются в случаях, когда необходимо учесть неоднородность подстилающей поверхности, а вычислительные ресурсы и/или недостаток информации не позволяют использовать модели 6.

     6. Наиболее полные и совершенные нестационарные модели распространения загрязняющих веществ в атмосфере, в которые включены

расчеты	мезометеорологических	характеристик	атмосферы	с	учетом

7

орографии (рельеф местности). Модели основаны на решении задач мезометеорологического прогноза и решении трехмерного уравнения переноса диффузии примеси. Требуют значительных вычислительных ресурсов и подробного задания больших объемов входной и начальной информации. Использование моделей этого класса оправдано, когда от результатов экспертизы зависят жизнь и судьбы людей, а специфика метеоусловий и орография местности таковы, что перечисленные выше модели неприменимы. Это случаи крупных аварий, имевших тяжелые последствия, или экспертиза проектов с прогнозом возможных событий, чреватых такими последствиями.

     7. Модели, позволяющие прогнозировать загрязнение при штилевых условиях разных типов. Характеристики распространения и диффузии примесей в штилевых условиях и во время ветра различаются настолько, что для их описания требуются разные модели. Характер распространения загрязнения во время штиля существенно зависит от состояния атмосферы,

орографии местности и начальных условий.

     8. Блок моделей, позволяющих учесть процессы химической трансформации примесей. В случае необходимости его подключают к моделям 4–7. Используется в тех случаях, когда для анализа события существенным является учет химических реакций, протекающих в облаке выбросов, например, в случаях возможности значительного повышения или уменьшения токсичности. Подключение блока может значительно, в несколько раз, замедлить время работы расчетной модели.

     9. Специальные модели для районирования территорий по вероятности аварий и по степени угрозы промышленным объектам и населению, которые строят на основе среднестатистических моделей с использованием информации о розе ветров данной местности. Существенным моментом при построении моделей этого класса является необходимость учета реакции объекта, подвергающегося воздействию облака выбросов. Характер реакции

объекта зависит от его свойств, типа и концентрации токсичного вещества и

8

продолжительности его воздействия. Объектом может быть и человек, и промышленное предприятие. Модели для оценки загрязнения территории или объектов строятся на основе моделей 1–8. Выбор модели определяется характером необходимой оценки. Например, для оценки влияния на здоровье населения в случае выброса ядовитых газов можно использовать модель 1, в случае безвредных примесей вообще не требуется расчетов, а промежуточные случаи как всегда сложны для моделирования.

     10. Комплекс синоптико-статистических моделей и автоматизированного прогнозирования неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), предназначенный для оценки и прогнозирования уровней загрязнения атмосферного воздуха, а также принятия решения по атмосфероохранной деятельности как в краткосрочном, так и в долгосрочном аспектах. Для получения методик с высоким качеством прогнозирования необходимы исследования по диагностике погодных процессов синоптического масштаба, приводящих к реализации НМУ, и на основе этих исследований создание классификации синоптических процессов. Разработка расчетных моделей базируется на многомерном статистическом аппарате. Построение прогностических зависимостей основано на теории решения некорректных задач, что позволяет получать устойчивые решения при наличии коррелированности параметров, описывающих синоптическую ситуацию. Прогностическая система включает в себя: прием и обработку метеорологической информации из каналов связи, контроль и корректировку данных, архивирование и собственно прогноз.
















9

2.2 Характеристика мусоросжигательного завода

      Одним из современных методов переработки бытовых отходов является технология сжигания, реализуемая на соответствующем мусоросжигательном заводе (МСЗ). Мусоросжигательный завод — предприятие, использующее технологию утилизации промышленных

и твёрдых коммунальных отходов (ТКО), посредством термического разложения (сжигания) в котлах или печах [17]. Общая технологическая схема МСЗ проекта советского периода приведена на рис.1.1. (1 - разгрузочная площадка мусоровозов; 2 - площадка для транспорта вывоза остатков; 3 -

приемный бункер; 4 - мостовой кран с грейферным ковшом; 5 - приемная воронка котла с течкой; 6 - питатель; 7 - валковая колосниковая решетка; 8 - парогенератор; 9 - система шлакозолоудаления; 10 - бункер шлака и золы; 11

- кран для погрузки шлакозолоотходов; 12 - помещение баков охлаждающей воды и отстоя; 13 - электростатический фильтр; 14 - турбогенератор; 15 -

дымовая труба; 16 - воздушный конденсатор).






















Рис. 1.1. Общая технологическая схема мусоросжигательного завода по советским стандартам [21]


     В настоящее время принято решение строительства нескольких МСЗ нового типа (рис.1.2) в московской области. Принято также решение строительства МСЗ нового типа в Казани в районе поселка Осиново. Проект

10

по строительству завода в Республике Татарстан называется "Энергия из отходов". Важной характеристикой новых заводов является использование тепла, выделяемого от сжигания мусора, для производства электроэнергии. Сжигание отходов при высокой температуре 1260 градусов не только уничтожает вредные продукты горения, но и производит большое количество тепла, которое нагревает пар для турбогенератора. Таким образом, отходы становятся источником энергии[19].





























Рис.1.2. Процесс термической переработки отходов в энергию на мусоросжигательном заводе [19]


В практике высокотемпературного обезвреживания отходов, содержащих органические вещества, нашли широкое применение три основных метода [8]:

а) высокотемпературный окислительный метод (сжигание), б) пиролиз, в) газификация.

     Сущность высокотемпературного окислительного метода (сжигание) заключается в сжигании горючих отходов или термической (огневой) обработке негорючих отходов высокотемпературным теплоносителем (продуктами сгорания топлива, плазменной струей, расплавом и др.). При
11

использовании этого метода токсичные компоненты подвергаются термическому разложению, окислению и другим химическим превращениям с образованием газов и твердых продуктов или расплава (оксидов металлов, солей и др.).

     Пиролиз — процесс термического разложения отходов, содержащих органические вещества, при недостатке или отсутствии окислителя, в результате чего образуются твердый углеподобный остаток и пиролизный газ, содержащий высококипящие смолообразные вещества. При низких температурах пиролиза (~400 °C — 600 °C) больше доля образующихся жидких смолообразных продуктов, а при высоких (~700 °C — 1050 °C) — больше доля газообразных продуктов. Окислительный пиролиз — это процесс термического разложения отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Газообразные продукты разложения отходов смешиваются с продуктами сгорания топлива или части отходов, поэтому на выходе из реактора они имеют низкую теплоту сгорания, но повышенную температуру. Затем смесь газов сжигают в обычных топочных устройствах. В процессе окислительного пиролиза образуется твердый углеродистый остаток (кокс). В дальнейшем кокс можно использовать в качестве твердого топлива или в других целях. Под сухим пиролизом понимают процесс термического разложения отходов, твердого и жидкого топлива без доступа окислителя. В результате сухого пиролиза отходов образуются пиролизный газ с высокой теплотой сгорания, жидкие продукты и твердый углеродистый остаток. Количество и качество продуктов сухого пиролиза зависят от состава отходов и температуры процесса.

     Газификация — процесс термической обработки отходов, содержащих органические вещества, окислителем (воздухом, кислородом, водяным паром, углекислым газом или их смесью) с расходом ниже стехиометрического, с получением генераторного газа (синтез-газа) и твердого или расплавленного минерального продукта. Переработка отходов газификацией имеет следующие преимущества по сравнению с методом сжигания: получаемые
12

горючие газы могут быть использованы в качестве энергетического и технологического топлива, в то время как при сжигании практически возможно только энергетическое использование теплоты отходов (получение водяного пара или горячей воды); получаемая смола может быть использована как жидкое топливо и как химическое сырье; сокращаются выбросы золы и сернистых соединений в атмосферу.

     Использование цепочки превращения энергии сжигания отходов в электроэнергию предполагает определенные требования к виду технологии сжигания. Не так много работ посвященных анализу и сравнению существующих технологий WtE (отходы-в-энергию). В работе [13] проведено исследование технологии “отходы-в-энергию” с использованием двух наборов данных: теоретического анализа и практических исследований крупномасштабных коммерческих предприятий. Были смоделированы семь систем, включающих термическое преобразование (пиролиз, газификация, сжигание) и использование энергии (паровой цикл, газовая турбина / комбинированный цикл, двигатель внутреннего сгорания). Результаты теоретического анализа показали, что пиролиз и газификация, в частности в сочетании с газовой турбиной / комбинированным циклом, могут снизить экологические нагрузки Преимущества обусловлены повышением энергоэффективности, что приводит к меньшему потреблению энергии на основе ископаемого топлива и сокращению выбросов в результате сжигания синтез-газа. Сравнение четырех действующих установок (сжигание, пиролиз, газификация, газификация - плавка) подтверждает предпочтительные характеристики установки газификации, связанной с очисткой синтез-газа.

     Однако результаты тематических исследований, основанных на нынешних крупномасштабных предприятиях, показывают, что современные технологии сжигания могут обеспечить экологически безопасную технологию, которая работает лучше, чем выбранные установки для пиролиза и газификации


13




























Рис. 1.3. Схема переработки отходов в энергию с использованием различных технологий


     В работе [11] на основе многоэтапного подхода были проанализированы как экологические, так и экономические аспекты для определения наиболее выгодной для реализации мусоросжигательного завода технологии на примере МСЗ в Турине. Т.е. целью было найти такую комбинацию технологии сжигания мусора и генерации энергии, которая давала бы как экологические преимущества, так и экономические преимущества. Были проанализированы две различные схемы регенерации энергии: только электричество и когенерация (когенерация— процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии). Полученные результаты после применения многоступенчатого подхода показывают экологическое преимущество для когенеративной конфигурации и экономическое преимущество для

электрической конфигурации. Результаты показали высокую энергоэффективность производства для комбинированного производства тепловой и электрической энергии (ТЭЦ), а также возможность минимизации воздействия на окружающую среду. Однако результаты экономического

14

анализа показывают, что конфигурация только для электроэнергии, а не для ТЭЦ, является наилучшей конфигурацией из-за разницы в ценах между распределением тепловой и электрической энергии.

































































15

2.2.1 Морфологический состав твердых коммунальных отходов,

подвергаемых термическому обезвреживанию

Согласно [20] , твердые коммунальные отходы(ТКО),состоят из:

24% — пищевые отходы 21% — бумага, картон 13% — полимеры 13% — стекло 4% — ПЭТФ

25% — другое (например, текстиль, дерево, кожа, металлы)



2.2.2. Состав выбросов МСЗ

     Сжиганием называется контролируемый процесс окисления твердых, пастообразных или жидких горючих отходов, содержащих органические вещества [9]. При горении в основном образуются диоксид углерода, вода и зола. Сера и азот, содержащиеся в отходах, образуют при сжигании различные оксиды, а хлор восстанавливается до хлороводорода. Помимо газообразных продуктов при сжигании отходов образуются и твердые частицы — металлы, стекло, шлаки и др., которые требуют дальнейшей утилизации или захоронения. При сжигании молекулы органических соединений разрушаются, а неорганические соединения превращаются в оксиды и карбонаты, которые выводятся вместе со шлаками и золой. Мелкодисперсные частицы оксидов и карбонатов, содержащиеся в топочных газах, улавливаются в «мокрых» скрубберах или барботажных аппаратах.

     Термическое обезвреживание отходов на современном уровне развития науки и техники обеспечивает практически полное разрушение находящихся

в отходах органических вредных веществ, что достигается с помощью высоких температур (более 1000 °C). Это относится и к диоксинам и фуранам,

которые разрушаются более чем на 90 %. При температуре 850 °C диоксины расщепляются на их составные части. При охлаждении дымовых газов существует возможность того, что очень небольшая часть образовавшихся
16

фрагментов снова соединится. Для их надежного отделения применяются рукавные фильтры в системе очистки дымовых газов с возможностью дополнительной подачи порошкообразного активированного угля и, тем самым, эффективной сепарации всех диоксинов и фуранов. Эти технологические решения закладываются при создании целого ряда установок термического обезвреживания отходов методом сжигания и непосредственно реализуются на современных МСЗ. Для очистки дымовых газов на МСЗ по термическому обезвреживанию твердых бытовых отходов в России применяется оборудование с трехступенчатой системой очистки отходящих дымовых газов, приспособленной к использованию химических реагентов российского производства. На первой ступени очистки в абсорбере происходит нейтрализация кислых компонентов дымовых газов известью в присутствии мелкодисперсных водяных капель. На второй ступени в рукавном фильтре осуществляется глубокая очистка от летучей золы и сорбция тяжелых металлов и диоксинов в процессе фильтрования дымовых газов через слой извести и активированного угля на фильтровальной ткани. На третьей ступени очистки осуществляется восстановление содержащихся в дымовых газах оксидов азота до молекулярного азота с использованием аммиачной воды. Неорганические вредные вещества, такие как тяжелые металлы, которые не обезвреживаются даже при высоких температурах, в многоступенчатой установке для очистки дымовых газов и при переработке остатков от сжигания должны выделяться в концентрированном виде, извлекаться и связываться. После этого обращение с ними должно осуществляться экологически безопасным способом. Образующиеся при сжигании малоопасные шлаки, похожие на горную породу, могут быть безопасно утилизированы. В Германии, Голландии и других странах они используются в качестве заменителя дорожного щебня или для звукоизоляции стен.

     Технологии термического обезвреживания отходов методами пиролиза и газификации не получили широкого распространения по сравнению со сжиганием. Термическое обезвреживание отходов по технологии пиролиза
17

заключается в их необратимом химическом изменении под действием повышенной температуры без доступа или с ограниченным доступом кислорода с выделением горючего пиролизного газа (пирогаза). Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов: подготовка отходов; переработка подготовленных отходов в реакторе для получения пирогаза и побочных химических соединений хлора, азота, фтора; охлаждение и очистка пирогаза от загрязняющих веществ (соединений хлора, фтора, серы, цианидов) с целью повышения его экологических показателей и энергоемкости; сжигание очищенного пирогаза в топке котла-утилизатора для получения пара, горячей воды или электроэнергии. Термическая переработка без использования кислорода или с большим недостатком кислорода в условиях эндотермического процесса протекает с использованием внешней энергии, получаемой за счет сжигания пирогаза, который используется для поддержания процесса. Образующийся при этом коксовый остаток имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем образующихся отходов.

Диоксины	и	фураны.	При	сжигании	отходов	содержащих

хлорированный	пластик,	например поливинилхлорид,	выделяются

высокотоксичные	вещества	—	полихлордибензофураны	и

полихлордибензодиоксины (фураны и диоксины). Согласно данным Агентства охраны окружающей среды США, при сжигании одного килограмма отходов, содержащих хлорированный пластик (он входит в состав таких продуктов как упаковка, пластиковые бутылки, линолеум и прочих), выделяется около 40 мкг диоксинов.

     CO2. В результате сжигания одной тонны твёрдых отходов, выделяется примерно такое же количество углекислого газа.

     Другие выбросы. На сжигаемую тонну отходов приходится от 4 до 8 м? газообразных выбросов, которые содержат также оксиды азота, серы(IV), серы(VI), соляную кислоту, тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец и другие) и дисперсионную пыль [23].
18




ПРО ЗОНДИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ?


































































19

2.2.3. Влияние на окружающую среду и здоровье населения

     При термическом обезвреживании отходов к экологическим аспектам, оказывающим прямое воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся: выбросы в атмосферу; сбросы сточных вод; образование отходов; сбор и хранение (накопление) обезвреживаемых отходов и реагентов,
в том числе опасных [9].

     К экологическим аспектам, оказывающим косвенное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, относятся: эффективность системы управления охраной окружающей среды; компетентность персонала в вопросах охраны окружающей среды; контроль и мониторинг воздействия на окружающую среду (наличие, достаточность, качество измерительного и контролирующего оборудования); потребление сырья и материалов;

потребление энергоресурсов и др.

     На данный момент существует большое количество научных исследований[23], подтверждающих как безопасность мусоросжигательных заводов для населения, при строгом соблюдении технологий сжигания, а также исследований подтверждающих опасность выбросов таких заводов.

     В 2015-м году вышло исследование [12], подтверждающее, что мусоросжигательные заводы выбрасывают в воздух только 0,09% (3,4 г. в год)

диоксинов от общего количества в воздухе. Наиболее опасными оказались полигоны ТБО, при несоблюдении технологии захоронения неразделенных фракций отходов и незаконные свалки, производящие в атмосферу 1300 грамм диоксинов в год.

     В работе [10] показано, что при анализе шести заводов по сжиганию отходов в Великобритании можно сделать вывод, что наличие заводов по термической переработке отходов не приводит к повышению концентраций тяжелых металлов взвешенных частиц и в радиусе 10 км.

     При проведении систематического обзора эпидемиологических исследований, оценивающих взаимосвязь между сжиганием отходов и риском неблагоприятных родов и появлений врожденных аномалий в
20

Великобритании [Danielle C.Ashworth.Waste incineration and adverse birth and neonatal outcomes: a systematic review./Danielle C.Ashworth,Paul Elliott,Mireille B.Toledano.//Environment International.?2014.?69.?с.120-132], было выявлено, что зависимости между сжиганием отходов и риском неблагоприятных родов, а также появлением врожденных аномалий нет.

     Независимое научное исследование от UK Environmental Services Association показало, что заводы по сжиганию отходов, работающие в Великобритании, не оказывают значимого обнаружимого эффекта на вероятность онкологических заболеваний, младенческой смертности и заболеваний респираторной системы[14].

При анализе трех заводов по сжиганию отходов в Нидерландах в течение

10 лет (2004-2013) в [22] доказано, что концентрация ртути, диоксинов и тяжелых металлов в молоке и растениях, выращенных непосредственно рядом с заводами, аналогична среднему уровню в Нидерландах. Близость заводов по сжиганию отходов не снижает качество сельскохозяйственной продукции.



































21

2.2.4 МСЗ в России

     Существующие мусоросжигательные заводы в Российской Федерации по своей технологии утилизации отходов устарели и находятся на границе соблюдения норм безопасности. Подразумевается реализация пилотного проекта по строительству 4-х заводов в Московской области и 1 завода в Республике Татарстан. По завершению данного проекта строительство таких заводов планируется в каждом регионе [23].

     Краткая характеристика места эксплуатации будущего завода в п.Осиново. Осиново— село в Зеленодольском районе республики Татарстан. Административный центр Осиновского сельского поселения[24].
































Рис.1.4. Схема расположения будущего завода.[источник?]














22

3.Модель рассеяния.






































































23

3.1.Характеристика климатических и метеорологических условий месторасположения МСЗ.

Климат региона характеризуется как умеренно континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой [5].

Самым теплым месяцем является июль, средняя температура его равна плюс 19,7-20,5 °С. Январь наиболее холодный месяц со средней температурой около минус 10,7-11,0 °С. Период с положительными средними месячными температурами длится с апреля по октябрь (семь месяцев); период с отрицательными среднемесячными температурами – с ноября по март (пять месяцев). Абсолютный максимум температуры воздуха наблюдается в июле и может достигать +38 °С и выше. Абсолютный минимум наблюдался в январе

– минус 46,8 °С. По абсолютному минимуму температуры воздуха лишь два месяца бывают без отрицательных температур – июль и август.

Средние месячные значения относительной влажности изменяются от 61 % в мае до 86 % в ноябре. Суточный ход ее достаточно резко выражен весной и летом. Зимой суточный ход относительной влажности незначительный.

Местный климат, несмотря на большое удаление от океанов и морей, характеризуется высокой повторяемостью значительной и сплошной облачности. С сентября по май включительно повторяемость пасмурного состояния неба составляет свыше 50 %, а с октября по январь – свыше 70 %. Сравнительно высокая повторяемость ясной погоды наблюдается с февраля по август, при этом апрель, июнь и август являются месяцами с наибольшей в году повторяемостью ясного состояния неба (более 30 %).

По количеству осадков район относится к зоне умеренного увлажнения, их годовое количество, в среднем, составляет 565,1-566,6 мм. Весенний сезон характеризуется минимальными значениями количества осадков за год. В летний период из-за увеличения абсолютного влагосодержания воздушных масс и повторяемости циклонических процессов усиливается влагооборот. Осенью месячная сумма осадков уменьшается до 48,3-54,1 мм в октябре. За зимний период количество атмосферных осадков изменяется от 47,1-49,3 мм в
24

ноябре до 37,3-37,4 мм в марте. Максимальной месячной суммой осадков характеризуется декабрь (48,7-61,0 мм). Наблюденный суточный максимум осадков составляет 75 мм.

Господствующими направлениями ветра за год являются южное, западное, юго-западное и юго-восточное, характеризуемые наибольшими скоростями ветра (2,8-4,8 м/с). В весенний период (апрель-май) господствующими направлениями ветра являются западное, южное. Осенью господствуют южные и западные ветра, уменьшается повторяемость ветров северо-восточного, восточного и юго-восточного направлений. В течение всего зимнего периода (ноябрь-март) заметно ниже повторяемость ветров северного, северо-восточного, восточного направлений. Среднемесячная скорость ветра варьирует от 2,1-3,8 м/с в ноябре до 1,8-3,4 м/с в марте.











































25

3.2. Вывод уравнения конвективно-диффузионного переноса от стационарного точечного источника.

     Как было отмечено ранее, для описания процессов распространения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе используются различные модели, основанные на решении уравнения.......................