ВПЛИВ ОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ

При одночасній присутності оксиду вуглецю та кисню у повітрі, що вдихається, в крові встановлюється рівноважне відношення концентрацій карбоксигемоглобіну (СОНb) і оксигемоглобіну (О₂Нb), які підпорядковуються закону діючих мас і пропорційні відношенню парціальних тисків газів:

(4.1)

де і – парціальні тиски СО і О₂ у повітрі, що вдихається;

К – коефіцієнт пропорційності, який показує у скільки разів спорідненість Нb до СО вище, ніж спорідненість до О₂. Величина К для крові людини вимірюється в діапазоні 200-300.

Таким чином, парціальний тиск СО, необхідний для повного насичення гемоглобіну, складає від до парціального тиску О₂, необхідного для тієї ж мети.

Підставляємо у рівняння (4.1) однакові концентрації [СОНb] і [О₂Нb],

і отримуємо:

(4.2)

Так як об’ємна концентрація О₂ в повітрі складає 21%, із рівняння (4.2) визначаємо р_СО :

(4.3)

Це означає, що концентрації СО в атмосфері близько 0,07 % вистачає для того, щоб зв’язати в крові людини половину гемоглобіну. При цьому швидкість зв’язування [Hb] залежить також і від частоти дихання. При концентрації [COHb] у крові, що дорівнює 10 %, з’являється головна біль, послаблюється зір і порушується легенева діяльність. При вмісті [COHb] у крові 50 % виникають судоми, зупиняється дихання, настає кома.

І, хоча утворення карбоксигемоглобіну є зворотнім процесом, дисоціація [COHb] відбувається в 3500 разів повільніше, ніж дисоціація [O₂Hb]. Якщо у газі, що вдихається, відсутній СО, то концентрація СО у крові зменшується в 2 рази за кожні 3-4 години.

Приклад 4.1 Вміст СО в сигаретному димі становить 455 ррm. Який вміст карбоксигемоглобіну може спостерігатися у крові курця, якщо концентрація кисню в димі дорівнює 20,3 %?

Розв’язання. 1. Парціальний тиск СО в димі визначається за рівнянням:

, (4.4)

де Р – загальний тиск суміші, тобто 101,3 кПа;

– об’ємна частка СО в димі, тобто 455∙10^-6

кПа

2. Знаходимо парціальний тиск О₂ в димі без урахування вмісту водяних парів:

кПа

3. Визначаємо відношення концентрацій карбокси- і оксигемоглобіну у крові курця згідно рівняння (4.1) при К=300:

4. Прийнявши вміст COHb у крові курця за х %, визначимо його значення із відношення:

звідки х=40,1 %

При такій концентрації спостерігається тахікардія, нудота, блювання, непритомність.

Приклад 4.2. В організмі людини знаходиться 5 л крові з концентрацією кисню 20 % об. Швидкість дихання становить 4,4 л/хв, а повітря, що вдихається, містить СО з концентрацією 600 ppm. Визначити час, необхідний для насичення крові чадним газом до 40 %, якщо початковий рівень СО в крові дорівнював 2 %. Прийняти, що весь СО, що надходить у легені, поглинається кров’ю.

Розв’язання. 1. Визначаємо кількість О₂ у крові:

2. Перераховуємо кількість СО у повітрі в % об. (розділ 1):

3. Знаходимо вміст СО в 1л вдихуваного повітря:

4. Визначаємо швидкість надходження СО в організм

5. Щоб підвищити вміст СО у крові до 40 %, вона має поглинути 380 мл СО (40%-2%=38%). Тоді час, необхідний для цього, складе:

4.1 Задачі для самостійного розв’язання

Задача 1. Тютюновий дим містить СО з концентрацією 750 ррm. Яка концентрація карбоксигемоглобіну буде досягнута у крові курця, якщо вміст кисню у вдихуваному димі дорівнює 19 % об.?

Задача 2. У крові робітника, який отруївся у каналізаційній шахті оксидом вуглецю, виявлено 80% карбоксигемоглобіну. Визначити орієнтовну концентрацію СО в шахті, прийнявши концентрацію кисню рівною 20 %,

а К=300.

Задача 3. Після включення двигуна машини водій відлучився із гаража "на хвилинку", але повернувся лише через 2 години. Як виявилось, із-за несправності двигуна вихлопні гази, що поступали в гараж зі швидкістю 62 л/хв, містили СО у кількості 9 % об.

Якою виявилася концентрація СО у гаражі до моменту повернення водія, якщо розміри гаража складають 7×3,5×2 м?

Який час треба було для того, щоб кров водія виявилася насиченою оксидом вуглецю до 40 % і він втратив свідомість, якщо його організм містив 4,6 л крові з 20 % кисню і 4 % СО (по об’єму)? Швидкість дихання прийняти рівною 4,5 л/хв.

РОЗРАХУНКИ ЗАБРУДНЕННЯ

ПРИЗЕМНОГО ШАРУ АТМОСФЕРИ

Поширення в атмосфері промислових викидів із труб і вентиляційних пристроїв підпорядковується законам турбулентної дифузії. На процес розсіювання викидів суттєвий вплив надає стан атмосфери, розташування підприємств та джерел викиду, характер місцевості, хімічні властивості речовин, що викидаються, висота джерела, діаметр труби і т. ін. Горизонтальне переміщення домішок визначається в основному швидкістю і напрямком вітру, а вертикальне – розподілом температур в атмосфері по висоті.

Так як наявність шкідливих речовин в димових газах у сотні і тисячі разів перевищує ГДК, необхідно забезпечити розсіювання димових газів в приземному шарі атмосфери, а також описати математичне рівняння залежності концентрації речовини на виході з димової труби і в атмосферному повітрі після розсіювання.

5.1 Розрахунок максимальної приземної концентрації

При проведенні розрахунків враховують такі фактори:

1. С_м≤ГДК;

2. при одночасній присутності в димових газах декількох шкідливих компонентів, які мають односпрямовану дію, враховують ефект сумації;

3. при викидах шкідливих речовин, які частково або повністю хімічно перетворюються з утворенням більш токсичних речовин, розрахунок (зокрема ГДВ) проводять з урахуванням утворення нових сполук.

Величина максимальної приземної концентрації шкідливих речовин С_м (мг/м³) для викиду нагрітоїгазоповітряної суміші від одиночного джерела з колоподібним устям на відстані х_м від джерела проводять за формулою:

(5.1)

де М – маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферне повітря, г/с. При встановленні тимчасового погоджених викидів М=ТПВ;

А – коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери та визначає умови горизонтального розсіювання атмосферних домішок;

F – безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосфері;

Н – висота джерела викиду над рівнем землі, м;

ΔТ – різниця між температурою газоповітряної суміші та температурою навколишнього повітря, ^оС;

m, n – безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з отвору джерела викиду;

- безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості у випадку рівної або слабо пересіченої місцевості, =1;

V₁ – об’єм газоповітряної суміші, м³/с:

(5.2)

де D – діаметр отвору джерела викиду, м;

– середня швидкість виходу газоповітряної суміші з отвору джерела викиду, м/с.

Коефіцієнт А є табличною величиною і для різних регіонів має різне значення:

- для України, Уралу – 160;

- для центральної Європейської частини, частини Росії – 120;

- для Донбасу, Кавказу, Молдови – 200.

Безрозмірний коефіцієнт F набуває таких значень:

- для газоподібних шкідливих речовин та дрібнодисперсних аерозолів, швидкість осідання найбільш крупних фракцій яких не перевищує 3-5 см/с – 1,0;

- для крупнодисперсного пилу та золи при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення не менше 90% – 2,0; 75 – 90% – 2,5; менше 75% або за відсутності очищення – 3,0.

Значення безрозмірного коефіцієнта m визначається в залежності від параметра f за формулою:

(5.3)

де f розраховується за залежністю:

(5.4)

Значення безрозмірного коефіцієнта n визначається таким рівняннями в залежності від параметра V_м:

якщо V_м≤0,3; n=3;

якщо 0,3≤ V_м ≤2 (5.5)

якщо V_м>2; n=1;

При цьому V_м визначається за виразом:

. (5.6)

Відстань х_м від джерела викидів, на якому приземна концентрація за несприятливих метеорологічних умов досягає максимального значення C_м, визначається за формулою:

(5.7)

де d – безрозмірний коефіцієнт при f<100 встановлюється за формулами:

при V_м≤0,5 (5.8)

при 0,2<V_м≤2 (5.9)

при V_м>2 (5.10)

При f>100 або ΔТ≈0 значення d знаходиться за формулами:

при ≤0,5 d=5,75, (5.11)

при 0,5< ≤2 (5.12)

при >2 (5.13)

При цьому визначається за формулою:

(5.14)

Величина небезпечної швидкості вітру U_м (м/с) на рівні флюгера (10 м від рівня землі), при якій має місце найбільше значення величини С_м, визначають за умов:

при V_м≤0,5 U_м=0,5 (5.15)

при 0,2<V_м≤2 U_м= V_м (5.16)

при V_м>2 (5.17)

Концентрація шкідливих речовин С в приземному шарі атмосфери

на відстані х від джерела викиду, що відрізняється від х_М, визначається за формулою:

(5.18)

S₁ – безрозмірна величина, що описує зміну концентрації вздовж осі факела, розраховується в залежності від відношення х/х_м за виразами:

при х/х_м≤1

; (5.19)

при 1<х/х_м≤8

; (5.20)

при х/х_м>8 і F≤1,5

; (5.21)

при х/х_м>8 і F>1,5

; (5.22)

Якщо С_м визначається для джерел з прямокутним устям, то D=D_С та V=V_1С. При цьому ефективний діаметр устя джерела D_С розраховується за формулою:

(5.23)

де L – довжина устя, м; b – ширина устя, м.

Ефективний об’єм V_1С в цьому випадку визначається за формулою:

(5.24)

Для джерела з квадратним устям (L=b) ефективний діаметр D_С дорівнює довжині сторони квадрата.

Максимальна приземна концентрація шкідливих речовин С_м при викиданні холодноїгазоповітряної суміші з круглого устя одиночного джерела при несприятливих метеорологічних умовах визначається залежністю:

. (5.25)

Всі необхідні для розрахунку за виразом (5.25) позначення та співвідношення наведено вище.

Безрозмірний коефіцієнт d (5.7) при холодних викидах визначається за формулами (5.11-5.13).

Інші розрахунки виконуються аналогічно розрахункам для нагрітої газоповітряної суміші.

Визначивши С_м від джерела, находять сумарну концентрацію забруднюючих речовин в приземному шарі атмосфери, враховуючи його фонові концентрації:

С_м+С_ф=С_сум (5.26)

Для шкідливих викидів односпрямованої дії проводиться перевірка за величиною їх сумарної відносної концентрації відповідно рівнянню (5.26). Якщо величина сумарної концентрації будь-якого із розглянутих шкідливих викидів перевищує відповідне значення ГДК або умова (2.2) не виконується,

то необхідно визначити максимально допустиму величину масового викиду М для даної шкідливої речовини.

Приклад 5.1.1. Визначити максимальну приземну концентрацію SO₂ із димової труби котельні в Дніпропетровську: Н=40 м, D=1,4 м. Потужність викиду SO₂ М=12 г/с, швидкість виходу димових газів із труби ⍵_о=7 м/с, температура димових газів – 120⁰С, температура навколишнього середовища – 20⁰С, =1, ГДК(SO₂) – 0,5 мг/м³.

Розв’язання. 1. Визначення коефіцієнта f відповідно рівнянню (5.4):

2. При значенні f<100 визначаємо коефіцієнт m згідно (5.3):

3. Виконуємо розрахунок V₁ і V_м згідно (5.2) та (5.6) відповідно:

м³/с,

м/с

4. При 0,3<V_м≤2 визначаємо величину n згідно (5.5):

5. Розраховуємо згідно рівнянню (5.1):

Необхідне розсіювання SO₂ досягається, так як С_м<ГДК.

Приклад 5.1.2. Розрахувати приземну концентрацію пилу в точці, розташованої на відстані х=1500 м від джерела забруднення, яке знаходиться на вітровій осі, при наступних параметрах джерела: Н=50 м, D=0,6 м,

V₁=4,24 м³/с, температура викиду – 40^оС; М=40 г/с; F=2.

Розв’язання. 1. Із виразу для V₁ (5.2) розраховуємо ⍵_о=15 м/с.

2. Згідно рівнянню (5.4) визначаємо f:

3. Згідно значенню f розраховуємо m за рівнянням (5.3):

4. Згідно рівнянню (5.6) визначаємо V_м:

5. Знаходимо безрозмірний коефіцієнт n за рівнянням (5.5):

6. За рівнянням (5.1) визначаємо концентрацію :

мг/м³

7. Так як V_М=0,775, значення d визначаємо за рівнянням (5.9):

тоді згідно (5.7):

м

Таким чином, відношення

8. Згідно відношення х/х_м розрахунок S₁ здійснюємо за рівнянням (5.22):

9. Приземну концентрацію пилу на відстані 1500 м від джерела викиду розраховуємо за рівнянням (5.18):

С=1,814×0,157=0,285 мг/м³.

Приклад 5.1.3. Визначити максимальне значення приземної концентрації при викиді газоповітряної суміші із точкового джерела і відстані х_м, на якому вона досягається при несприятливих метеорологічних умовах. Порівняти і ГДК.

Параметри джерела: А=160; Н=30м; D=1м; ω₀=7,06м/с; V₁=5,54 м³/с; Т₁=160⁰С; Т₀=25,3⁰С; =1; діоксид азоту – М=4,1 г/с; С_ф=0,0007 мг/м³; оксид вуглецю – М=11,4 г/с; С_ф=0,009 мг/м³

Розв’язання:1. Визначаємо коефіцієнт f згідно формулі (5.4):

.

2. Коефіцієнт m визначаємо за рівнянням (5.3):

3. Коефіцієнт n приймаємо рівним 1, так як V_м=3,2 (згідно умові 5.5)

4. Знаходимо для NO згідно (5.1):

.

Згідно (5.17):

5. Визначаємо для СО згідно (5.1):

=0,221+0,009=0,23 мг/м³.

Таким чином, для NO та СО < ГДК.

6. Визначаємо безрозмірний коефіцієнт d за рівнянням (5.10), так як =3,2:

7. Відстань визначаємо за формулою (5.7):

Значення С_М та розраховані згідно рівнянню (5.17) для небезпечної швидкості вітру = 3,5 м/с.

5.1.1 Задачі для самостійного розв'язання

Задача 1. Розрахувати величину СО біля земної поверхні, прилеглій до заводу, розташованому на рівній місцевості ( =1) в районі м. Кривий Ріг, при викиді з труби нагрітої газоповітряної суміші. Дані джерела: М = 8 г/с, Н = 30 м, D = 1м, V = 4 м /с, ΔТ = 15°С, фонова концентрація СО С_ф= 0,9 мг/м³. Визначити сумарну концентрацію СО і порівняти її з = 5мг/м³.

Задача 2. Розрахувати величину NO біля земної поверхні поблизу ТЕС в Донецькій обл. ( =1) при викиді з труби (Н=25м) нагрітої газоповітряної суміші. Дані джерела: М = 0,5 г/с, D = 0,8 м, V = 3м /с, ΔТ = 20°С, фонова концентрація NO С_ф= 0,01мг/м³. Визначити сумарну концентрацію NO

і порівняти її з ГДК = 0,085мг/м³.

Задача 3. Розрахувати величину NO біля земної поверхні, прилеглій до промислового підприємства при викиді з труби нагрітої газоповітряної суміші. Параметри джерела: А = 160; =1; М = 0,8 г/с; Н = 25 м; D = 1 м; ΔТ = 15°С; V = 2,4 м /с; С_ф = 0,02 мг/м³. Порівняти С_сум з для NO (0,4 мг/м³).

Задача 4. Розрахувати величину С_М неорганічного пилу при викиді холодного запиленого повітря із вентиляційної шахти з прямокутним гирлом. Дані джерела: А = 160; =1; М = 0,6 г/с; Н = 35 м; F = 2,5; L = 2 м; b = 1,5 м; V = 7,8 м /с; С_ф = 5 мг/м³. Порівняти з для пилу (10 мг/м³).

Задача 5. Розрахувати величину для H S при викиді нагрітої газоповітряної суміші без урахування і з урахуванням ступеню очистки (95%).

Параметри джерела: А = 160; =0,9; М = 10 г/с; Н = 40 м; D = 0,8 м; V = 4 м /с; ΔТ = 25°С. Порівняти з (0,008 мг/м³).

Задача 6. Максимальна приземна концентрація NO , що дорівнює 0,35 мг/м³, зафіксована на відстані = 450 м от джерела викиду по повітряній осі. Якою буде приземна концентрація на віддаленні х = 200 м?

Задача 7. Із димової труби викидаються в одиницю часу рівні кількості NO₂ і летючого попелу. Як будуть відрізнятися величини для цих речовин?

Задача 8. Визначити величину пилу, що викидається з димовими газами із вапняної печі. Дані джерела: А = 160; F = 2; =1; М = 1 г/с; Н = 60 м; D = 1 м; V = 10 м /с; ΔТ = 100°С; = 10 мг/м³. Розрахувати відстань .

Задача 9. Для розрахунку викидів від точкового джерела:

а) визначити величину за несприятливих погодних умов;

б) знайти положення точки з максимальною приземною концентрацією;

в) розрахувати небезпечну швидкість вітру .

Параметри джерела: А = 160; =0,8; М = 1,1 г/с; Н = 90 м; D = 1,6 м; V = 6 м /с; ΔТ = 96°С; = 0,02 мг/м³.

Задача 10. Максимальна приземна концентрація SO₂ зафіксована на відстані 570 м від джерела викидів за вітрової осі. На якій відстані слід очікувати максимальну приземну концентрацію летючого попелу, що викидається тим же джерелом?

Задача 11. Максимальна приземна концентрація летючого попелу зафіксована на відстані 270 м від джерела викидів по вітровій осі. На якій відстані слід очікувати максимальну приземну концентрацію NO₂, що викидається тим самим джерелом.

Задача 12. Максимальну приземну концентрацію, що дорівнює 0,63 мг/м³, зафіксовано на відстані 660 м від джерела викиду по вітровій осі. Якою буде приземна концентрація на віддалені 450 м?

Задача 13. Максимальну приземну концентрацію, що дорівнює 0,34 мг/м³, зафіксовано на відстані 400 м від джерела викиду по вітровій осі. Якою буде приземна концентрація на віддалені 500 м?

5.2 Розрахунок гранично допустимого викиду

Гранично допустимий викид (ГДВ) - це маса шкідливої речовини, яка не повинна перевищуватися під час викиду в атмосферу за одиницю часу. При цьому М = ГДВ (або ТПВ), а максимальна приземна концентрація забруднювача = - , якщо встановлена як незалежна від швидкості та напрямку вітру і постійна на території міста.

Значення ГДВ установлюються для всіх видів проектної документації на будівництво нових і реконструкцію діючих підприємств. Величина ГДВ

є основним показником екологічної безпеки підприємств.

Гранично допустимий нагрітийвикид (г/с) із одиничного джерела з круглим отвором або групи близько розташованих один біля одного одиночних джерел, визначається за формулою:

(5.27)

де умовні позначення наведені в підрозділі 5.1.

Гранично допустимий холодний викид (г/с) шкідливої речовини визначають за формулою:

(5.28)

ГДВ для викидів з джерела з прямокутним устям визначається за формулами для нагрітих газоповітряних сумішей із зауваженнями, що наведені в підрозділі 5.1.

Величина сумарного ГДВ для груп N одинарних джерел різної висоти, розташованих поряд, також визначається за вищенаведеними рівняннями, якщо V =V/N, де V – загальний об’єм газоповітряної суміші, що викидається з усіх джерел.

Якщо в повітрі присутня група речовин, що володіють ефектом сумації, то значення концентрацій усіх таких речовин зводять умовно до концентрації однієї з них:

(5.29)

де – зведена сумарна концентрація; С₁ і ГДК₁ – концентрація і гранично допустима концентрація речовини, до якої здійснюється зведення; С₂…С_n і ГДК₂…ГДК_n – концентрації та ГДК інших речовин, що входять до групи сумації.

Відповідно для них розраховують сумарний зведений ГДВ згідно рівняння (5.27) з обліком сумарної зведеної фонової концентрації цих речовин (рівняння (5.29)).

Розраховане значення сумарного зведеного ГДВ має наступний склад:

де ГДВ₁ – гранично допустимий викид речовини, до якої здійснюється зведення; , - гранично допустимі викиди інших речовин, що зведені до тієї ж речовини.

Для розрахунку істинних значень ГДВ інших речовин необхідно величину трансформувати, тобто виконати операцію у зворотному порядку по відношенню до зведення:

де і - ГДB і ГДК n-ої речовини із групи сумації; - гранично допустимий викид n-ої речовини, що зведений до однієї з речовин; ГДК₁ – ГДК речовини, до якої здійснюється зведення.

Якщо за результатами розрахунків + С_ф , то величину викиду затверджують як ГДВ і нових повітряохоронних заходів не планують.

Приклад 5.2.1Розрахувати ГДВ для забруднюючих речовин котельні (СО, NO₂) і зробити відповідні висновки. Вихідні дані джерела: А = 200; Н = 50 м; D=0,6 м; ω_о = 5,5 м/с; ΔТ = 115°С; =1; СО: = 5 мг/м³, С_ф= 0,07 мг/м³; NO₂: = 0,085 мг/м³, С_ф= 0,05 мг/м³.

Розв’язання. 1. Визначаємо об’єм газоповітряної суміші згідно рівняння:

2. Визначаємо коефіцієнт m згідно рівняння (5.4):

3. Визначаємо параметр згідно рівняння (5.6):

Якщо 2> >0,3, то n визначається згідно рівняння (5.5):

4. Визначаємо ГДВ для інгредієнтів СО та NO₂:

Одним з впливових факторів на величину ГДВ є висота труби. Якщо у повітрі населених пунктів С_ф>ГДК, а значення ГДВ за об’єктивними причинами не можуть бути досягнуті, вводиться поетапне зниження викидів шкідливих речовин до ГДК.

Приклад 5.2.2.Розрахувати норматив ГДВ сірководню в атмосфері та ступінь необхідної очистки викидів для дотримання нормативу ГДВ H₂S в умовах будівництва, що передбачається, хімічного комбінату в Україні: Н = 80 м; М=45 г/с; m=0,9; n=1,2; =1; V =50 м³/с; ΔТ = 120°С; = 0,008 мг/м³, С_ф= 0,0003 мг/м³.

Розв’язання. 1. Визначаємо ГДВ H₂S згідно рівняння (5.27):

2. Оскільки M>ГДВ, виконуємо розрахунок ступеня необхідної очистки викидів для дотримання нормативу ГДВ H₂S згідно рівняння:

3. Визначаємо C_м до впровадження нормативу ГДВ та після впровадження повітряохоронних заходів для дотримання нормативу ГДВ для H₂S на виробництві:

до впровадження ГДВ:

після впровадження повітряохоронних заходів:

(рівень ГДК)

Таким чином, отримані результати свідчать, що при досягненні ГДВ H₂S 5,18 г/с в об’ємі газоповітряної суміші 50 м³/с на виході з гирла у атмосферу будуть забезпечені умови, при яких концентрація H₂S С_м буде на рівні ГДК при впровадженні комплексу заходів:

а) встановлення очисних споруд із ступенем очистки від H₂S на рівні 88,5 %;

б) впровадження і дотримання ГДВ H₂S на виробництві.

Приклад 5.2.3Визначити ГДВ сажі, що викидається з труби котельні, і максимально допустиму концентрацію сажі біля гирла труби ( ). Дані котельні: А = 160; Н = 45 м; D=2; M=2 г/с; V =5,8 м³/с; ΔТ = 0; F=3; =1; = 0,15 мг/м³, С_ф= 0,02 мг/м³.

Розв’язання. 1. Визначаємо величину згідно рівняння ( 5.2 ):

2. Знаходимо для холодного викиду за рівнянням:

Так як <0,5, то n=4,4 =4,4×0,11=0,48.

3. Розрахунок ГДВ для холодного викиду виконуємо по рівнянню (5.28):

Так як ГДВ>М, викиди сажі не перевищують норматив ГДВ.

4. Для можливості порівняння з фактичною (що вимірюється приладами) визначаємо величину максимально допустимої концентрації сажі у викидах біля гирла труби за рівнянням:

Оскільки > , робота котельні потребує впровадження технічних рішень щодо зниження викидів сажі.

5.2.1 Задачі для самостійного розв’язання

Задача 1. Розрахувати ГДВ і річний викид забруднювачів для гарячих джерел в умовах України: F=1; =1; n=2.

№ варіанту	H, м	D, м	ωo, м/с	ΔТ, ºС	Забруднювач
Вид		Сф
		1,5			SO	0,5	0,02
		1,8			CO		0,02
		0,9			NH	0,2	0,01
		2,0			NO	0,085	0,005
		1,4			HCl	0,2	0,02
		1,0			Ацетон	0,35	0,03

Задача 2. Визначити величину ГДВ сажі, що викидається з трубі котельні, і максимально допустиму концентрацію сажі біля гирла труби в умовах України: F=3; =1; = 0,15 мг/м³. Порівняти ГДВ з викидами сажі М і зробити висновки щодо можливості роботи котельні.

№ варіанту	Н, м	D, м	М, г/с	V , м³/с	ΔТ, ºС	Сф
		0,9	2,5	5,2		0,01
		0,9	1,5	5,3		0,01
		1,2	1,4	5,4		0,01
		1,0	2,7	5,7
		1,5	1,8	5,5

Задача 3.Розрахувати ГДВ неорганічного пилу в атмосферу з вентиляційної шахти і максимально допустиму концентрацію у викидах біля гирлу шахти в умовах Донбасу: F=3; =1; ΔТ=0; = 0,5мг/м³. Порівняти ГДВ з величиною викиду пилу М і дати оцінку відповідності вимогам санітарних норм.

№ варіанту	Н, м	Ефективний діаметр D, м	М, г/с	V1, м³/с	Сф
		1,5	2,0	8,2	0,06
		1,9	2,2	5,8	0,07
		2,0	2,4	6,7	0,05
		1,8	2,6	6,3	0,08

Задача 4. Розрахувати ГДВ SO₂ для ТЕС, розташованої на околиці Москви (А=140, =1), якщо висота труби – 200 м, її діаметр – 6 м, =15 м/с, ΔТ =140^оС, = 0,5 мг/м³, С_ф = 0,002 мг/м³.

Задача 5. Визначити ГДВ SO₂ і його максимальну приземну концентрацію із труби котельні в Дніпропетровську висотою Н = 40 м, D = 1,4 м. Дані джерела: =1; М = 12 г/с; =7 м/с; ΔТ = 100ºС; = 0,5 мг/м³, С_ф = 0,03 мг/м³.

Задача 6. Визначити ГДВ для SO₂ і NО₂, які планується викидати без очистки через трубу Н=50 м, D=2 м в районі м. Кривий Ріг. Параметри джерела: =1; V =45 м³/с; масові долі: SO - 70 %, NO - 30 %; =15 м/с; ΔТ=90ºС; : SO₂- 0,5 мг/м³, NО₂ - 0,085 мг/м³; С_ф : SO₂ - 0,01 мг/м³, NО₂ - 0,004 мг/м³.

Задача 7. Визначити очікувану максимальну концентрацію шкідливих речовин в приземному шарі повітря житлового району, ГДВ хімічних забруднювачів і необхідну ефективність газоочищення для забезпечення нешкідливості атмосфери в житловій зоні при наступних умовах: =1; А=120; Н=36 м; D=1,5 м; =12 м/с; ΔТ = 155ºС; маса викиду: М(СО) - 106 г/с; М(NО₂) – 25,4 г/с; : СO- 5 мг/м³, NО₂- 0,085 мг/м³; С_ф : СO- 0,1 мг/м³, NО₂ - 0,02 мг/м³. Відстань Х від джерела викиду до житлового району 850 м.

Задача 8. На околиці міста розташований завод, що викидає в повітря пари стиролу при наступних умовах: А=160; Н=100 м; D=1,9 м; =9 м/с; ΔТ = 50ºС; М=20 г/с; =1; =0,04 мг/м³; С_ф =0,001 мг/м³.

Розрахувати максимальну концентрацію стиролу на кордоні житлового району (700м), ГДВ і, у випадку необхідності, потрібну ефективність газоочищення для забезпечення чистоти приземного шару атмосфери.

Задача 9. Розрахувати ГДВ діоксиду азоту для підприємства в м. Дніпродзержинськ і, у випадку необхідності, потрібну ефективність газоочищення для забезпечення чистоти атмосфери. Дані джерела: Н=70 м; D=1,6 м; =1; =8 м/с; ΔТ = 90ºС; =0,085 мг/м³; С_ф =0,003 мг/м³.

5.3 Визначення потужності викиду та висоти труби

Необхідні приземні концентрації можуть бути досягнуті скороченням потужності викидів М або збільшенням висоти димової труби Н.

Потужність гарячого викиду (г/с), який відповідає заданому значенню максимальної концентрації С_м, визначаються за рівнянням:

(5.30)

У випадку або (холодні викиди):

(5.31)

Розрахунок висоти труби, яка забезпечує дотримання ГДК при даній потужності викиду, проводиться після того, як передбачено застосування усіх можливих способів зниження викидів.

Спочатку викид розглядається як «холодний», і Н знаходять в першому наближенні за формулою, отриманою із (5.28):

(5.32)

Якщо розрахованому за цією формулою значенню Н відповідає величина V_м 2, де V_м визначається за формулою (5.6) і, крім того, , то отримане значення Н є шуканою мінімальною висотою викиду, не потребуючої подальшого уточнення. Якщо знайденому в першому наближенні значенню Н відповідає величина V_м<2 м/с, то необхідно уточнити отримане значення Н. Для цього потрібно визначити за величиною V_м безрозмірний коефіцієнт n за формулами. Потім уточнення мінімальної висоти викиду виконується методом послідовних наближень за рівнянням:

, (5.33)

де n_i, n_i-1 – значення коефіцієнта n, знайдені відповідно до значень H_i і H_i-1, практично не будуть відрізнятися один від одного. Якщо при цьому знайдене значення Н менше або дорівнює , то воно визначає шукану величину висоти труби.

Уточнення значення Н необхідно до тих пір, доки розходження результатів останнього і минулого розрахунків висоти труби не буде перевищувати 4-5 %.

Рівняння (5.32), (5.33) використовують також для визначення Н при ΔТ>0. Якщо при цьому знайдене значення , то воно є кінцевим. Якщо знайдене значення , то попереднє значення максимальної висоти труби визначається за формулою:

(5.34)

За знайденим значенням Н визначаються величини f та V_м і уточнюється в першому наближенні добуток безрозмірних коефіцієнтів m, n.

Подальші уточнення значення Н виконуються за формулою:

(5.35)

де та відповідають , а , - (при і=1 приймається m₀=n₀=1, а Н₀ визначається за формулою (5.34)).

Якщо з джерела викидається декілька різних шкідливих речовин, то за висоту викиду потрібно приймати найбільше із значень Н, які визначені для кожної речовини окремо і для груп речовин з сумарною шкідливою дією. Зокрема, якщо при відсутності фону з труби викидається дві шкідливих речовини, для першої з яких значення М і F відповідно рівні М₁ і F₁, а для другого – М₂ і F₂, то значення Н при F₁M₁>F₂M₂ визначається за викидом першої шкідливої речовини, а при F₁M₁<F₂M₂ – за викидом другої шкідливої речовини.

Приклад 5.3.1 З одиночної труби висотою 80 м з діаметром устя 1 м викидається 3 м³/с димових газів, які містять SO₂ з концентрацією С=1,64 г/м³.

Параметри джерела: А=160; =1; ΔТ = 45ºС; =0,05 мг/м³; С_ф=0,001 мг/м³.

Розрахувати ГДВ для SO₂, концентрацію SO₂ у викидах біля устя труби, кількість викидів SO₂ М (г/с) і визначити мінімальну необхідну висоту труби.

Розв’язання. 1. Знаходимо , знаючи об’ємні витрати газів і площу гирла труби:

2. Розраховуємо значення коефіцієнтів f і m згідно (5.4), (5.3):

3. Розраховуємо значення V_м і n згідно (5.6), (5.5):

при 0,3<V_м≤2

4. Визначаємо ГДВ згідно рівняння (5.27):

г/с

5. Для розрахунку висоти труби необхідно уточнити кількість SO₂, що викидається в атмосферу М, а для цього необхідно розрахувати концентрацію SO₂ у викидах біля устя труби :

г/с

6. Розраховуємо величину згідно (5.32):

Для цього значення Н визначаємо величину згідно (5.6):

оскільки 0,3<V_м≤2

7. Розраховуємо значення Н_і+1 згідно (5.33):

8. Знову уточнюємо висоту труби і для цього визначаємо величини і n₂:

Отже, мінімальна висота викиду складає 140 м, яка дозволяє суттєво підвищити величину ГДВ у порівнянні з розрахунковим.

5.3.1 Задачі для самостійної роботи

Задача 1. Визначити мінімальну висоту димової труби в умовах наведених в таблиці (Для всіх варіантів: А=160; =1; С_ф=0.) ^*)

№ варіанта	Значення параметрів
М, г/с	, м/с	D, м	ΔТ, 0С	Тип викиду	, мг/м3
			1,2		H2S	0,008
	6,5		1,3		HF	0,02
			1,5		HCl	0,2

^*) Для всіх варіантів даної і наступних задач при попередньому розрахунку Н прийняти: m=1, n=1.

Задача 2. Розрахувати оптимальну висоту труби для ТЕС в Харківській області, якщо потужність викиду SO₂ становить М=2100 г/с.

Характеристика джерела: =1; D=6 м; =15 м/с; ΔТ=100 ⁰С; =0,5 мг/м³; С_ф=0,002 мг/м³.

Задача 3. Розрахувати мінімальну висоту труби для ТЕС в Дніпропетровській області, якщо потужність викиду SO₂ становить М=60 г/с.

Параметри джерела: =1; D=1,4 м; =10 м/с; ΔТ=80 ⁰С; =0,5 мг/м³; С_ф=0,005 мг/м³.

Задача 4. Визначити мінімальну висоту труби при викиді в атмосферу димових газів, що містять СО, від теплоенергетичної установки в Одеській області.

Характеристика джерела: =1; V₁=12 м³/с; =12 м/с; М=20 г/с; ΔТ=130⁰С; =5 мг/м³; С_ф=0,05 мг/м³.

Задача 5. Визначити мінімальну висоту труби при викиді в атмосферу димових газів, що містять золу: М₁=14 г/с; =0,5 мг/м³; С_ф=0,06 мг/м³ і сірчистий ангідрид: М₂=3 г/с; =0,5 мг/м³ ; С_ф=0,05 мг/м³.