Расчет рассеяния выбросов загрязняющих веществ

ВВЕДЕНИЕ

 

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившегося 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 свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы – самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химического агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы, литосферы.

В настоящее время среди компонентов воздействия человека на окружающую среду химическое загрязнение выдвигается на первый план. До изобретения человечеством технологий, процессов и веществ, загрязняющих биосферу, ее загрязнение происходило за счет естественных процессов (извержение вулканов, пожаров и т.д.).

Кроме круговоротов углерода и азота, человек своей деятельностью нарушил и круговорот серы. Причиной образования диоксида серы является сжигание ископаемого топлива. Диоксид серы воздействует на живые организмы, выпадая в виде кислотных дождей, на почву и растения и, попадая в организм человека и животных через органы дыхания.

Начиная с 70-х годов во многих странах используются различные достаточно эффективные способы улавливания диоксида серы. Это привело к значительному сокращению выбросов в атмосферу.

Опасность массового загрязнения атмосферы связана не только с усилением «парникового эффекта» и отрицательным влиянием на здоровье человека, но также и с тем, что они способствуют снижению продуктивности естественных экосистем, в результате чего снижается устойчивость биосферы к вредным воздействиям.

Таким образом хозяйственная деятельность человека обусловила значительное увеличение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, а поступление отдельных соединений даже превысило естественное.

Загрязнение вод зависит от интенсивности их использования, сброса загрязняющих стоков, смыва химических соединений с территорий водосборов.

Одним из загрязнителей водных экосистем и подземных грунтовых вод является сельское хозяйство. Превышение национальных норм по содержанию нитратов в поверхностных и грунтовых водах в начале 90-х годов составляло от 3 % в Великобритании до 32 % в Румынии.

Следовательно, водные объекты Западной и Центральной Европы в той или иной степени загрязнены различными соединениями, происхождение которых обусловлено деятельностью человека.

 

РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ

 

Общие положения

 

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.

В зависимости от высоты устья источника выброса вредного вещества над уровнем земли (Н) указанный источник относится к одному из следующих четырех классов:

- высокие источники, Н 50 м;

- источники средней высоты, Н = 10 … 50 м;

- низкие источники, Н = 2 … 10 м;

- наземные источники, Н 2 м.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ (n), обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q, или значения концентраций n вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводится условно к значению концентрации (с) одного из них.

Безразмерная концентрация q определяется по формуле

 

, (1)

где с₁, с₂ … с_n – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м³;

ПДК₁, ПДК₂ … ПДК_n – соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³.

Приведенная концентрация (с) рассчитывается по формуле

 

, (2)

где с₁ – концентрация вещества, к которому осуществляется приведение;

ПДК₁ – разовая предельно допустимая концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе;

с₂ … с_n и ПДК₂ … ПДК_n – концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

 

Расчет рассеяния выбросов загрязняющих веществ

 

1.2.1 Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле

(3)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

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

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

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

Н (м) – высота источника выброса над уровнем земли;

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, h = 1; DТ (⁰С) – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой воздуха Т_в; V₁ (м³/с) – расход газовоздушной смеси.

 

1.2.1.1 Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

- 250 – для районов Средней Азии южнее 40⁰ с.ш., Бурятской АССР и Читинской области;

- 200 – для Европейской территории РФ; для районов южнее 50⁰ с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории; для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

- 180 – для Европейской территории и Урала от 50 до 52⁰ с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше территорий и Украины;

- 160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 52⁰ с.ш. (за исключением центра ЕТ РФ), а также Украины;

- 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов со сходными климатическими условиями.

 

1.2.1.2 Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V₁ (м³/с) при проектировании предприятий определяется расчетом в технологической части проекта или принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами. Расход газовоздушной смеси определяется по формуле

(4)

где D (м) – диаметр устья источника выброса; w₀ (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

 

1.2.1.3 При определении DТ (⁰С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в (⁰С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г (⁰С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам.

 

1.2.1.4 Значение безразмерного коэффициента F принимается:

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

- для мелкодисперных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.

 

1.2.1.5 Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, V_м, V’_м и f_e:

(5)

 

(6)

 

(7)

 

(8)

 

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:

при f < 100; (9)

 

при f 100. (10)

 

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от V_м по формулам:

n = 1 при V_м 2; (11)

при 0,5 V_м < 2; (12)

n = 4,4×V_м при V_м < 0,5. (13)

При f 100 (или DТ » 0) и V^’_м 0,5 (холодные выбросы) коэффициент n вычисляется по формулам (11) – (13) при V_м = V'_м, а при расчете максимального значения приземной концентрации вредного вещества с_м вместо формулы (3) используется формула

 

(14)

 

Аналогично при f < 100 и V_м < 0,5 или f 100 и V^’_м < 0,5 (случаи предельно малых скоростей ветра) расчет максимального значения приземной концентрации вредного вещества с_м производится по формуле

, (15)

где m' = 2,86×m при f < 100 и V_м < 0,5; (16)

m' = 0,9 при f 100 и V^’_м < 0,5. (17)

 

1.2.2 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

, (18)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

при V_м 0,5; (19)

 

при 0,5 <V_м 2; (20)

 

при V_м > 2. (21)

 

При f 100 или DТ » 0 значение d находится по формулам:

 

d = 5,7 при V'_м 0,5; (22)

 

d = 11,4×V'_м при 0,5 < V'_м 2; (23)

 

при V'_м > 2. (24)

 

1.2.3 Значение опасной скорости 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:

u_м = 0,5 при V_м 0,5; (25)

 

u_м = V_м при 0,5 < V_м 2; (26)

 

u_м = V_м×(1+0,12× ) при V_м > 2. (27)

 

При f 100 или DТ » 0 значение u_м вычисляется по формулам:

 

u_м = 0,5 V'_м 0,5; (28)

 

u_м = V'_м при 0,5 < V'_м 2; (29)

 

u_м = 2,2×V'_м при V'_м > 2. (30)

 

1.2.4 При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выброса определяется по формуле:

с = S₁×с_м, (31)

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

при 1; (32)

 

при 1 < 8; (33)

 

при F 1,5 и > 8; (34)

 

при F > 1,5 и > 8. (35)