Расчет загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами одиночного точечного источника

2.2.1. Расчет загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха для нагретых источников

Рассматривается одиночный точечный источник (заводская труба) с круглым устьем, выбрасывающий нагретую газовоздушную смесь, содержащую вредные примеси (рис. 2.2). При неблагоприятных метеорологических условиях на некотором расстоянии Х_М (м) от источника достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_М (мг/м³), которое определяется по формуле:

(2.2)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмос-
феры (табл. 2.4);

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю), при F = 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше, при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % – F = 2; от 75 до 90 % – F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – F = 3;

т и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м);

h – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности,  если в радиусе 50 высот труб Н от источника перепад отметок местности не превышает 50 м на 1 км (уклон менее 0,05), h = 1. В других случаях величину h определяют, исходя из анализа картографического материала;

DТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в,°С;

V₁  – расход газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле:

(2.3)

где D – диаметр устья источника выброса, м;

w₀  – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Таблица 2.4

Значение коэффицинта А [1]

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, определяется для территории России по таблице 2.4 [1].

Рис. 2.2. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества
в атмосфере на оси факела выброса одиночного точечного источника

При определении значения DТ (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С) равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т_в равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц. Температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г определяется по технологическим расчетам и действующим для данного производства нормативам.

Величину безразмерного коэффициента m определяют в зависимости от параметров f и f_е.

			(2.4)
			(2.5)
При f < 100		(2.6)
При f ≥ 100		(2.7)
При f е < f < 100		(2.8)

Величину безразмерного коэффициента n определяют в зависимости от параметра v _м.

(2.9)

При f < 100

При v м ³ 2	n = 1.	(2.10)
При 0,5≤ v м <2		(2.11)
При v м< 0,5	n = 4,4v м.	(2.12)

Расстояние Х_М (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_М, определяется по формуле:

(2.13)

где d – безразмерный коэффициент. При f < 100 он находится по формулам:

	(2.14)
	(2.15)
	(2.16)

Значение опасной скорости ветра u _м (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_М, в случае f < 100 определяется по формулам:

	(2.17)
	(2.18)
	(2.19)

При опасной скорости ветра u _м приземная концентрация вредных веществ С (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (м) от источника выброса определяется по формуле:

где S₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/X_M и коэффициента F по формулам:

	(2.21)
	(2.22)
	(2.23)
	(2.24)

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере
C_Y (мг/м³) на расстоянии Y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

где S₂ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и (м/с) и отношения Y/X по значению аргумента t_Y:

	(2.26)
	(2.27)
	(2.28)

Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производятся по приведенным выше формулам при средней скорости w₀ и значениях D = D₀ (м)
и V₁ = V_1Э (м³/с).

Средняя скорость выхода в атмосферу газовоздушной смеси w ₀ (м/с) определяется по формуле:

(2.29)

где L – длина устья, м;

b – ширина устья, м.

Эффективный диаметр устья D _Э (м) определяется по формуле:

(2.30)

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V_1Э (м³/с) определяется по формуле:

(2.31)

Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D _Э равняется длине стороны квадрата. В остальном расчет рассеивания вредных веществ производится как для выбросов из источника с круглым устьем.

Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем определяется по формуле:

(2.32)

где С_Ф – фоновая концентрация вредного вещества, мг/м³.

Значение ПДВ для источника с прямоугольным и квадратным устьем определяется по тем же формулам, но при D = D _Э и V₁ = V_1Э.

Решение обратных задач по определению высоты H при применении высоких (51…500 м) труб, требуемую для данного источника загрязнения атмосферы высоту трубы H_ТР (м), легко рассчитать по преобразованной формуле (2.2), введя в нее ограничивающий фактор ПДК данного загрязняющего вещества. В этом случае:

(2.33)

Полученная высота Н_ТР может быть уточнена с введением в рас­четы новых значений m₁ и n₁, рассчитанных с учетом новой Н (т.е. для нового Н_ТР находят f и v _м, а с их учетом по формулам (2.4)-(2.12) рассчитывают окончательное значение Н⁰_ТР):

при m1n1  ≠ 1.

(2.34)

Качество природной среды оценивается путем сравнения максимальных разовых концентраций (С _i) с соответствующими разовыми предельно допустимыми концентрациями вредных веществ ПДК:

С i ≤ ПДК или

(2.35)

При наличии выбросов нескольких веществ из одного источника, обладающих эффектом суммации, условия санитарных норм будут выполнены, если:

или

(2.36)

При наличии нескольких источников выбросов, требование к качеству воздуха населенного пункта должно соответствовать следующему условию:

где С _i – фактическая концентрация i-го загрязняющего вещества,мг/м³;

С_{Ф i} – фоновая концентрация i-го загрязняющего вещества,мг/м³.

2.2.2. Расчет загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха для холодных источников

Величина максимальной приземной концентрации вредного вещества С_М (мг/м³) для выброса холодной газовоздушной смеси (выброс считается холодным, если DТ » 0 или при значениях параметра f ³ 100) из одиночного точечного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на некотором расстоянии Х_М (м) от источника определяется по формуле:

(2.38)

где

(2.39)

Коэффициенты А, F, h принимаются также, как и для нагретых источников.

Безразмерный коэффициент n зависит от вспомогательного параметра v ^/ _м и определяется по формулам (1.10)-(1.12) при v _м=v ^/ _м.

(2.40)

Безразмерный коэффициент d находится по формулам:

	(2.41)
	(2.42)
	(2.43)

Опасная скорость ветра u _м вычисляется по формулам:

	(2.44)
	(2.45)
	(2.46)

Значение ПДВ для холодных выбросов определяется по формуле:

(2.47)

Далее расчет рассеивания вредных веществ для холодных выбросов производится так же, как для нагретых.