Розподіл концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері.

Розрахувати максимальні приземні концентрації забруднюючих речовин, що викидаються підприємством і відстані їх формування. Проаналізувати вплив забруднення на прилеглу до підприємства територію.

Розподіл концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері підпорядковується законам турбулентної дифузії. На розсіювання викидів суттєво впливає стан атмосфери, розміщення підприємства і характеристика джерел викидів (висота джерела, діаметр гирла тощо), особливості місцевості, фізичні та хімічні властивості речовин, що викидаються. Горизонтальне переміщення суміші визначається, як правило, швидкістю вітру, а вертикальне — розподілом температур у вертикальному напрямку.

З віддаленням від джерела викиду (труби) в напрямку розподілу промислових викидів виокремлюють три зони забруднення атмосфери:

1) зону перекиду факела викидів (вона характеризується невисоким вмістом шкідливих речовин у приземному шарі повітря);

2) зону задимлення з максимальним вмістом шкідливих речовин (ця зона найнебезпечніша для населення), яка залежить від метеорологічних умов і може бути розміщена у межах 10 - 49 висот джерела викиду (труби) від забудови;

3) зону поступового зниження рівня забруднення.

Значення максимальної приземної концентрації прямо пропорційне до обсягу викидів з джерела і обернено пропорційне квадрату висоти джерела викиду (труби) над землею. Підйом гарячих потоків майже повністю зумовлений підйомною силою газів, що мають вищу температуру, ніж навколишнє повітря.

Максимальне значення приземної концентрації шкідливої речовини С_м (мг/м³) при викиді газоповітряної суміші з одиничного джерела з круглим гирлом, яке досягається за несприятливих умов на відстані Х_м (м) від джерела, визначають за формулою:

, (6)

де А — коефіцієнт, що враховує частоту температурних інверсій; для розміщених в Україні джерел висотою менше 200 м у зоні від 50° до 52° п. ш. - 180 (Чернігівська, Сумська, Київська, Волинська, Рівненська, Житомирська області), а південніше 50° п. ш. — 200;

М — маса шкідливої речовини, викинутої в атмосферу за одиницю часу, г/с;

F — коефіцієнт швидкості осідання шкідливих речовин в атмосфері (для газів — 1, для пари — 2, для пилу — 3);

Н — висота джерела викиду, м (для наземних джерел Н = 2 м);

h — коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості. Якщо місцевість рівна або з перепадом висот, які не перевищують 50 м на 1 км, приймають h = 1;

∆Т(°С) — різниця між температурою, що викидається газоповітряною сумішшю Т_г і температурою навколишнього атмосферного повітря Т_п;

V₁ (м³/с) — витрата газоповітряної суміші, яку визначають за формулою:

, (7)

де D — діаметр гирла труби, м;

ω₀ — середня швидкість виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду, м/с;

т і п — коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду, їх визначають залежно від параметрів f; f_e; V_M; V_M':

; (8)

; (9)

; (10)

; (11)

де V_M — небезпечна швидкість вітру, V'_M — швидкість вітру, за якої приземні концентрації мають найбільші значення. Коефіцієнт т визначають залежно від f за формулою:

, при f < 100; (12)

, при f ≥ 100 (13)

Для f_e<f< 100 значення коефіцієнта т знаходять при f=f_e. Коефіцієнт п при f < 100 визначається залежно від V_м:

, при V_м<0,5 (а) (14)

, при 0,5 ≤ V_м <2 (15)

, при V_м ≤ 2 (б) (16)

При f ≥ 100 або ∆T ≈ 0 (V΄_м = 0,5 (холодні викиди)) коефіцієнт п обчислюється так:

; (17)

(18)

Коефіцієнт п розраховують за формулами (а) або (б) при V_M= V'_M . Обчислення за запропонованими вихідними даними для заводу з виробництва азбесту дає змогу отримати результати, які зводять у табл. 4.

Таблиця 4

Результати розрахунків максимальних приземних концентрацій

Назва забруд. речовини

Маса викиду, г/с

Висота джерела викиду, м

Витрата газової суміші, мг/м3

Коефіцієнти

Сmax мг/м3

СГДК макс. раз. мг/м3

СГДК сер. доб. мг/м3

Клас шкідливості реовин

А

F

h

m

n

f

Vм

V΄м

fe

Після цих розрахунків визначають відстань, на якій формується максимальна приземна концентрація.

Відстань Х_м (м) від джерела викидів, на яких приземна концентрація С за несприятливих метеорологічних умов досягає максимального значення С_м, визначають за формулами:

для газоподібних шкідливих речовин (F < 2):

, м (19)

для твердих речовин (F ≥ 2):

, м (20)

Значення безрозмірного параметру d знаходять за формулами (при f < 100):

, при V_м ≤ 0,5 (21)

, при 0,5 ≤ V_м ≤ 2 (22)

, при V_м > 2 (23)

Результати розрахунків відстані формування максимальних приземних концентрацій для заводу з виробництва з азбесту записують у таблиці (табл. 5).

Таблиця 5

d
Забруднююча речовина	Сірчаний газ	Сірко- водень	Оксид вуглецю	Пил нетоксичний	Сажа	Діоксид азоту
F
Xм (м)

Для речовин, концентрації яких перевищують гранично допустимі максимальні разові концентрації, розраховують відстань, на якій формується концентрація в межах ГДК. За небезпечної швидкості вітру V_M приземну концентрацію шкідливих речовин С (г/м³) в атмосфері по осі факела викиду на різних відстанях Х_м від джерела викиду визначають за формулою:

(24)

де S₁ - коефіцієнт, який визначається залежно від відношення Х/Х_м і коефіцієнта F.

, при Х/Х_м≤1 (25)

, при 1<Х/Х_м≤8 (26)

, при Х/Х_м>8, F≤1,5 (27)

, при Х/Х_м>8, F>1 (28)

Розрахунки записують у вигляді таблиці (табл. 6).

Таблиця 6

X	X/Xм	S1	C	CГДК макс.разове
X1			С1
X2			С2
Xм			См≤СГДК

Оскільки у газоповітряній суміші, що викидає завод, присутні речовини, концентрації яких перевищують ГДК, слід з'ясувати відстані, на яких ці концентрації досягають допустимих значень (табл. 7).

Таблиця 7

Приклад розрахунку по заводу з виробництва азбесту

	Сірчаний газ	Сірко- водень	Пил нетоксичний	Відстань, на якій встановлюється концентрація в межах ГДК
100/Хм=
S1=
Cx=
ГДК макс. разова
200/Хм=
S1=
Cx=
ГДК макс. разова
300/Хм=
S1=
Cx=
ГДК макс. разова
500/Хм=
S1=
Cx=
ГДК макс. разова
1100/Хм=
S1=
Cx=

Для проведення розрахунків щодо ефекту сумації враховують, що сума концентрацій речовин, наділених ефектом сумації, нормована на їх гранично допустимі рівні і не повинна перевищувати 1:

,

де С₁, С₂, ..., С_n — фактичні концентрації речовин в атмосфері;

ГДК₁, ГДК₂, .... ГДК_п — гранично допустимі концентрації тих самих речовин.

Речовини з ефектом сумації окремо можуть мати концентрації, що не перевищують ГДК, і бути нешкідливими, але разом вони діють, як і речовини, вміст яких перевищує ГДК. Ефект сумації мають такі групи речовин:

1) ацетон, акролеїн, фталевий ангідрид; 2) ацетон, фенол; 3) ацетон, ацетофенол; 4) ацетон, фурфурол, формальдегід, фенол; 5) ацетальдегід, вінілацетат; 6) аерозолі п'ятиокисного ванадію і окисли марганцю; 7) аерозолі п'ятиокисно-го ванадію і триоксидів хрому; 8) аерозолі п'ятиокисного ванадію і сірчистий ангідрид; 9) бензол і ацетофенол; 10) озон, діоксид азоту, формальдегід; 11) оксид вуглецю, діоксид азоту, формальдегід, гексан; 12) сірчистий ангідрид, аерозоль сірчаної кислоти; 13) сірчистий ангідрид і сірководень; 14) сірчистий ангідрид і діоксид азоту; 15) сірчистий ангідрид, оксид вуглецю, діоксид азоту і фенол; 16) сірчистий ангідрид, фенол.

Деякі інші, менш поширені, речовини теж характеризуються ефектом сумації.