Определение максимальной приземной концентрации примеси и зоны ее рассеивания

Цель работы:изучить методику расчета максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ, расстояния и опасной скорости ветра, при которой она наблюдается; выполнить расчет максимальной концентрации примеси, расстояния и опасной скорости ветра от одиночного источника загрязнений с круглым сечением.

Загрязнением атмосферы считается изменение ее состава в результате поступления газообразных, жидких и твердых примесей. За относительно чистый можно принимать такой воздух, в котором количество вредных примесей не превышает предельно допустимые концентрации (ПДК)и который не оказывает существенного отрицательного влияния на растительные и животные организмы.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются:

1) природные (естественные) – естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относятся извержения вулканов, лесные и степные пожары, пыль, пыльца растений, выделения животных и др.;

2) искусственные (антропогенные), которые можно разделить на несколько групп:

– бытовые – загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилом секторе и переработкой бытовых отходов;

– производственные – загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отопления;

– транспортные – загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта.

По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы можно разделить на несколько групп:

1) механические загрязнители – пыль цементных заводов, дым от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, истирающиеся автопокрышки и т. д.;

2) химические загрязнители – пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;

3) радиоактивные загрязнители.

В настоящее время одна из основных мер предотвращения загрязнения атмосферы – строительство газоочистных сооружений и устройств. При этом каждое такое очистное сооружение характеризуется определенной степенью очистки газовоздушной смеси от вредных веществ. Определение степени очистки газовоздушной смеси (т. е. допустимой интенсивности выброса загрязняющего вещества при условии сохранения качества воздуха за пределами санитарно-защитной зоны) является важной производственной задачей.

Для решения этой задачи каждым предприятием осуществляется расчёт предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу. При расчёте ПДВ определяется максимальная приземная концентрация загрязняющего вещества С_maxи расстояние от трубы завода X_max, на которой она будет наблюдаться. Затем рассчитанные величины С_max сравниваются с ПДК. Если С_max >ПДК, тогда в технологические характеристики выброса вносятся коррективы и выполняются мероприятия по снижению значения С_max.

Расчет ПДВ базируется на следующих положениях:

– на рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере влияют метеорологические параметры: скорость и направление ветра, температурная стратификация атмосферы, температура атмосферного воздуха;

– максимальная приземная концентрация от данного источника загрязнения, возникающая при неблагоприятных метеорологических условиях (при опасной скорости и направлении ветра, высокой температуре атмосферы) не должна превышать ПДК за границей санитарно-защитной зоны;

– приземная концентрация загрязняющих веществ зависит от параметров источника выброса и состава пылегазовоздушной смеси.

Разработанные ПДВ, нормативы выбросов утверждаются в городском комитете или областной инспекции природных ресурсов и охраны окружающей среды на срок от 1 до 7 лет в зависимости от категории воздействия объекта на окружающую среду.

Мероприятия по снижению значений С_max зависят от многих факторов и могут быть самыми разнообразными. Приведём некоторые из них:

– уменьшение массовых выбросов вещества М, г/с, путём установки новых или наладки существующих пылегазоулавливающих установок;

– увеличение высоты Н, м источников загрязнения атмосферы;

– увеличение скорости выхода газовоздушной смеси ω₀, м/с, из устья источника загрязнения атмосферы до проектной величины;

– преобразование линейных, плоских и неорганизованных источников загрязнения атмосферы в точечные организованные;

– гидрообеспыливание для открытых складов и узлов пересыпки (песок, щебень, гравий и др.);

– корректировка размеров санитарно-защитных зон в соответствии с результатами расчётов рассеивания;

– перенос источников загрязнения атмосферы вглубь территории предприятия;

– уменьшение одновременности работы оборудования при его неполной загрузке, распределение разовых технологических операций по определённому графику.

При исчерпании всех возможных мероприятий необходима смена технологического процесса или ликвидация источника загрязнения атмосферы.

Расчёт максимальной концентрации вредного вещества C_max при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем производится по формуле

, (3.1)

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

M – масса загрязняющего вещества (ЗВ), выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, мг/с;

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

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

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

H – высота источника выброса над уровнем земли, м;

– разность между температурой газовоздушной смеси T₁ и температурой окружающего воздуха T₂, ⁰С;

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с.

Значения коэффициентов A, F, и η определяются из следующих условий:

– для Беларуси и центральной части Европейской территории России A = 140;

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

– для равнинной либо слабопересечённой местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км η = 1.

Расход газовоздушной смеси определяется по формуле

, (3.2)

где D – диаметр источника выброса, м;

ω₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Разность между температурой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха определяется по формуле

. (3.3)

Значения коэффициентов m и nопределяются в зависимости от параметров , :

; (3.4)

; (3.5)

при < 100

; (3.6)

при > 2

n = 1; (3.7)

при 0,5 < < 2

; (3.8)

при < 0,5

. (3.9)

Расстояние X_max, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация ЗВ достигает максимального значения С_max, мг/м³, определяется по формуле

, (3.10)

где безразмерный коэффициент d находится по формулам:

при < 0,5

; (3.11)

при 0,5 < < 2

; (3.12)

при > 2

. (3.13)

В формулу расчёта С_max в скрытой форме входит скорость ветра. Ветер оказывает двоякое влияние на рассеивание примесей: чем больше скорость ветра, тем интенсивнее перемешивание атмосферы и тем интенсивнее распространяется ЗВ в окружающей среде; в то же время с увеличением скорости ветра уменьшается высота факела выброса над устьем трубы.

Значение опасной скорости ветра u_max, м/с, при которой достигается максимальная приземная концентрация ЗВ (С_max), определяется по формулам:

при < 0,5

; (3.14)

при 0,5 < < 2

; (3.15)

при > 2

. (3.16)

Опасность загрязнения атмосферы оценивается показателем j:

. (3.17)

Если j ≥ 1 по какому-либо из трех веществ, то необходимо рассчитать интенсивность выброса газовоздушной смеси М, мг/с, при которой не будет существовать опасности загрязнения атмосферы, по формуле

. (3.18)

Практическая часть

Задача 1. Определите максимальную приземную концентрацию ЗВ (С_max, мг/м ³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем; расстояние (Х_max, м), на котором С_max достигается, и опасную скорость ветра (u_max, м/с), при которой С_max возникает. Сравните с ПДК, при необходимости предложите мероприятия по снижению значения С_max.

Исходными данными для расчета являются соответствующие вашему варианту параметры выброса (таблица 3.1).

По итогам расчета сделайте выводы об уровне загрязнения и предложите мероприятия по его снижению в случае необходимости.

ПДК(SO₂) = 0,5 мг/м ³; ПДК(зола) = 0,5 мг/м ³; ПДК(NO_x) = 0,085 мг/м ³.

Таблица 3.1 – Параметры выброса газовоздушной смеси

Вариант	H, м	D, м	wo, м/с	T1, 0С	Т2, 0С	M (SO2), мг/с	M (зола), мг/с	M (NOx), мг/с
		1,4					15,5	15,2
		1,0					14,5	3,8
		1,5					70,6	12,1
		0,7					15,0	1,0
		0,8					14,0	4,6
		0,9					34,0	3,2
		1,0					62,0	5,8
		1,5					18,9	7,8
		1,2					14,1	10,2
		1,5					27,2	11,4
		1,7					34,5	2,0
		2,0					56,7	2,2
		1,3					59,4	12,8
	1 9	1,0					62,1	14,4
		0,7					65,3	16,6
		2,0					50,0	7,4
		2,6					24,0	21,0
		2,5					32,0	16,6
		1,8					12,8	21,8
		0,8					5,6	15,4

Контрольные вопросы

1 Что понимается под загрязнением атмосферного воздуха? Какой воздух считается относительно чистым?

2 Назовите виды и источники загрязнения атмосферы.

3 На каких положениях основывается расчет ПДВ?

4 Перечислите мероприятия по снижению опасности загрязнения атмосферы.

5 Дайте определение максимальной концентрации примеси. От каких параметров она зависит?

6 Что такое опасная скорость ветра?