Порядок расчета концентрации вредного вещества
В атмосферном воздухе
На рис. 1 показано распределение приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника, а на рис. 2 – схема расположения расчетных точек при определении приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом выброса из точечного источника.
Рис. 1. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества
в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника: Xmax – расстояние по оси факела от источника выброса , на котором при опасной скорости ветра Umax достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества Сmax.
Рис. 2. Схема расположения расчетных точек при определении приземной
концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом
выброса из точечного источника
Расчет концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе проводят в следующей последовательности:
– задают исходные данные;
– устанавливают целесообразность проведения расчета;
–вычисляют вспомогательные параметры f, vм, v′м и fe и зависящие от условий выхода газовоздушной смеси из трубы коэффициенты m (m′) и n;
– в зависимости от величин вспомогательных параметров выбирают расчетную формулу для нахождения Сmax и вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества Сmax на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра Umax , расстояние Xmax по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная концентрация при опасной скорости ветра Umax и величину опасной скорости ветра Umax;
– вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества Сmax,U на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ Umax , а также расстояние Xmax,U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;
– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества СU,X на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ Umax на расстояние X ≠ Xmax,U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;
– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества СU ,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ Umax в точке с координатами (X, Y).
2.2. Критерием необходимости проведения расчета приземной концентрации какого-либо из выбрасываемых вредных веществ является выполнение условия:
| Ф′ = A·η·МΣ/(Hср.вз.·ПДК) > 1 | (2.1) |
| Hср.вз = Σ(Hi·Мi)/МΣ | (2.2) |
Здесь МΣ = ΣМi – суммарный выброс загрязняющего вещества от всех источников предприятия, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; Hср.вз – средневзвешенная по предприятию высота источника выброса, м; Hi – высота i-го источника выброса, м; Мi – мощность i-го источника выброса, г/с; ПДКм.р. – предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3. Очевидно, что если труба одна, то для неё Hср.вз = Hтр.
2.3. Вспомогательные параметры вычисляют по формулам:
| f = 1000 ω02D/(H2ΔT ) | (2.3) |
| vм = 0,65(V1ΔT/H)1/3 | (2.4) |
| v′м = 1,3 ω0D/H | (2.5) |
| fe = 800(v′м )3 | (2.6) |
В зависимости от величины вспомогательных параметров выбросы разделяют на 3 группы, для которых расчет концентрации примеси в приземном слое проводят по различным формулам.
2.4. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества Сmax при выбросе «горячей» (ΔT > 0; f < 100, vм ≥ 0,5) газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U = Umax на расстояния Xmax метров от источника и составляет, мг/м3:
| Сmax = A·η·F·m·n·М/[H2(V1·ΔT)1/3] | (2.7) |
При этом значения зависящих от условий выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса коэффициентов m и n находят по формулам:
| при f < fe | m = 1/[0,67 + 0,1f1/2 + 0,34 f1/3] | (2.8) |
| при fe < f < 100 | m = 1/[0,67 + 0,1fe1/2 + 0,34fe1/3] | (2.9) |
| при vм > 2 | n = 1 | (2.10) |
| при 0,5< vм < 2 | n = 0,532 v2м – 2,13 vм + 3,13 | (2.11) |
2.5. При f ≥ 100 (или ΔT ≈ 0) и v′м > 0,5 («холодные» выбросы) для расчета Сmax используется формула
| Сmax = AMFnηК/Н4/3, | (2.12) |
где
| К = D/(8V1) = 1/[7,1(ω0V1)1/2]. | (2.13) |
Величину коэффициента n в этом случае находят по формулам
| при v′м > 2 | n = 1 | (2.14) |
| при 0,5< v′м < 2 | n = 0,532(v′м)2 – 2,13v′м + 3,13 | (2.15) |
| при v′м < 0,5 | n = 4,4v′м | (2.15а) |
2.6. При f < 100 и vм < 0,5 или f ≥ 100 и v′м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет Сmax производят по формуле
| Сmax = AMFm′ηК/Н7/3, | (2.16) |
Здесь
| при f < fe , vм < 0,5 | m′ = 2,86/[0,67 + 0,1f1/2 + 0,34 f1/3] | (2.17) |
| при fe < f < 100, vм < 0,5 | m′ = 2,86/[0,67 + 0,1fe1/2 + 0,34fe1/3] | (2.18) |
| при f ≥ 100, v′м < 0,5 | m′ = 0,9 | (2.19) |
Примечание.
Формулы (2.12), (2.16) являются частными случаями общей формулы (2.7).
2.5. Расстояние Xmax от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения Сmax определяют по формуле, м:
| Xmax = (5 – F)d·H/4 | (2.19) |
Безразмерный коэффициент d при f < 100 находят по формулам:
| при vм < 0,5; | d = 2,48(1 + 0,28 fe 1/3) | (2.20) |
| при vм < 0,5 < 2; | d = 4,95vм(1 + 0,28 f 1/3) | (2.21) |
| при vм > 2. | d = 7vм1/2(1 + 0,28 f 1/3) | (2.22) |
При f ≥ 100 или ΔT ≈ 0 значение d находят по формулам:
| при v′м < 0,5; | d = 5,7 | (2.23) |
| при 0,5 < v′м <2vм | d = 11,4 v′м | (2.24) |
| при v′м > 2. | d = 16(v′м)1/2 | (2.25) |
2.6. Величину опасной скорости ветра Umax на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ Сmax , в случае f < 100 определяют по формулам, м/с:
| при vм < 0,5; | Umax = 0,5 | (2.26) |
| при 0,5 < vм < 2; | Umax = vм | (2.27) |
| при vм > 2. | Umax = vм(1 + 0,12f1/2) | (2.28) |
При f > 100 или ΔT ≈ 0 величину Umax вычисляют по формулам, м/с:
| при v′м < 0,5; | Umax = 0,5 | (2.29) |
| при 0,5 < v′м <2vм | Umax = v′м | (2.30) |
| при v′м > 2. | Umax =2,2 v′м | (2.31) |
2.7. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U, отличающейся от опасной Umax, рассчитывают по формуле, мг/м3:
| Сmax,U = r Сmax | (2.32) |
где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U/Umax по формулам:
| при U/Umax < 1; | r = 0,67(U/Umax) + 1,67(U/Umax)2 –1,34(U/Umax)3 | (2.33) |
| при U/Umax > 1. | r = 3(U/Umax)/[2(U/Umax)2 – (U/Umax) + 2] | (2.34) |
Здесь Umax и U – опасная и фактическая скорости ветра, соответственно, м/с.
Примечание.
При проведении расчетов не используют значения скорости ветра U < 0,5 м/с, а также скорости ветра U > U*, где U* – значение скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме не более, чем в 5% случаев. Это значение запрашивают в УГКС Госкомгидромета, на территории которого располагается предприятие, или определяют по климатическому справочнику.
2.8. Расстояние по оси факела от источника выброса,на котором при скорости ветра U и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения Сmax,U , определяется по формуле, м:
| Xmax,U = р Xmax, | (2.35) |
где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U/Umax по формулам:
| при U/Umax < 0,25; | р = 3 | (2.36) |
| при 0,25 < U/Umax < 1; | р = 8,43(1 – U/Umax)5 + 1 | (2.37) |
| при U/Umax > 1. | р = 0,32 U/Umax + 0,68 | (2.38) |
Значения r и р можно также определить по графику, приведенному на рис. 3.
 |
Рис. 3. График для определения вспомогательных величин r и р
2.9. При опасной скорости ветра Umax приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X от источника выброса определяется по формуле, мг/м3:
| Сmax,,X, = s1·Сmax, | (2.39) |
где s1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/Xmax, и коэффициента F по формулам:
| при X/Xmax < 1; | s1 = 3(X/Xmax)4 – 8(X/Xmax)3 + 6(X/Xmax)2 | (2.40) |
| при 1 < X/Xmax < 8; | s1 = 1,13/[0,13(X/Xmax)2 + 1] | (2.41) |
| при F< 1,5 и X/Xmax > 8; | s1 = (X/Xmax)/[3,58(X/Xmax)2 + 35,2(X/Xmax) 120] | (2.41) |
| при F > 1,5 и (X/Xmax) > 8. | s1 =1/[0,1(X/Xmax)2 + 2,47(X/Xmax) – 17,8] | (2.43) |
Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях X/Xmax < 1 величина s1 в (2.39) заменяется на величину s1н , определяемую в зависимости от X/Xmax и Н по формуле:
| при 2< H < 10 | s1н = 0,125(10 – H) + 0,125(H – 2)s1 | (2.44) |
Примечание.
Аналогично определяют значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра U ≠ Umax и в неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.32), (2.35) находят значения величин Сmax,U и Xmax,U . В зависимости от отношения X/Xmax,U вычисляют значение s1 по формулам (2.40)… (2.44). Искомое значение концентрации вредного вещества С,X, U определяют путем умножения Сmax,U на s1.
2.10. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере СU,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ Umax в точке с координатами (X, Y) на расстоянии Y м по перпендикуляру к оси факела выброса в точке на оси с координатой Х м определяют по формуле, мг/м3:
| СU,X,Y = s2СU,X , | (2.44) |
где s2 – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра U,м/си аргумента tY , который может быть найден по величине отношения Y/Х:
| при U <5 | tY = U(Y/Х)2; | (2.45) |
| при U >5 | tY = 5(Y/Х)2. | (2.46) |
После нахождения величины tY значение s2 может быть найдено по формуле:
| s2 = 1/(1 + 5 tY + 12,8 tY2 + 17 tY3 + 45,1tY4)2. | (2.47) |
3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ