Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника
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:
а) высокие источники, Н 50 м;
б) источники средней высоты, Н = 10 … 50 м;
в) низкие источники, Н = 2 … 10 м;
г) 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 … сn (мг/м3) – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности;
ПДК1, ПДК2 … ПДКn (мг/м3) – соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.
Приведенная концентрация (с) рассчитывается по формуле
(2)
где с1 – концентрация вещества, к которому осуществляется приведение; ПДК1 – его ПДК; с2 … сn и ПДК2 … ПДКn – концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.
РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА
1.1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества см (мг/м3)при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии хм (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 Тг и температурой воздуха Тв; V1 (м3/с) – расход газовоздушной смеси.
1.1.1. 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.
1.1.2. 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.
1.1.3. При определении DТ (0С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (0С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (0С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам.
1.1.4. 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.
1.1.5. Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, Vм, V’м и fe:
(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 Vм по формулам:
n = 1 при Vм 2; (11)
при 0,5 Vм < 2; (12)
n = 4,4×Vм при Vм < 0,5. (13)
При f 100 (или DТ » 0) и V’м 0,5 (холодные выбросы) коэффициент n вычисляется по формулам (11) – (13) при Vм = V'м, а при расчете максимального значения приземной концентрации вредного вещества см вместо формулы (3) используется формула
(14)
Аналогично при f < 100 и Vм < 0,5 или f 100 и V’м < 0,5 (случаи предельно малых скоростей ветра) расчет максимального значения приземной концентрации вредного вещества см производится по формуле
, (15)
где m' = 2,86×m при f < 100 и Vм < 0,5; (16)
m' = 0,9 при f 100 и V’м < 0,5. (17)
1.2. Расстояние хм (м)от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения см, определяется по формуле
, (18)
где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:
при Vм 0,5; (19)
при 0,5 <Vм 2; (20)
при Vм > 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)
1.3. Значение опасной скорости uм (м/с)на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ см, в случае f < 100 определяется по формулам:
uм = 0,5 при Vм 0,5; (25)
uм = Vм при 0,5 < Vм 2; (26)
uм = Vм×(1+0,12× ) при Vм > 2. (27)
При f 100 или DТ » 0 значение uм вычисляется по формулам:
uм = 0,5 V'м 0,5; (28)
uм = V'м при 0,5 < V'м 2; (29)
uм = 2,2×V'м при V'м > 2. (30)
1.4. При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ с (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выбросаопределяется по формуле:
с = S1×см, (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)
********************
ЗАДАНИЕ
Для котельной, расположенной на ровной открытой местности в Московской области, рассчитайте:
- максимальное значение приземной концентрации вредных веществ (диоксида серы, золы, оксидов азота) в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях);
- расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация достигает максимального значения;
- значение опасной скорости ветра, при которой достигается максимальное значение приземной концентрации вредных веществ;
- рассеивание выбросов вредных веществ (концентрацию на расстоянии 50, 100, 200, 400, 1000, 3000 м).
Исходные данные приведены в таблице 1.
Пример расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях.
Пример: Котельная (ровная открытая местность, Архангельская область), золоочистка отсутствует.
| № п/п | Характеристика, обозначения, расчет | Единица | Значение |
| 1. | Число дымовых труб, N | шт. | |
| 2. | Высота дымовых труб, Н | м | |
| 3. | Диаметр устья трубы, D | м | 1,9 |
| 4. | Скорость выхода газовоздушной смеси, w0 | м/с | |
| 5. | Температура газовоздушной смеси, Тг | 0С | |
| 6. | Температура окружающего воздуха, Тв | 0С | |
| 7. | Выброс диоксида серы, | г/с | |
| 8. | Выброс золы, | г/с | 2,6 |
| 9. | Выброс оксидов азота (в перерасчете на диоксид азота), | г/с | 0,2 |
| 10. | Коэффициенты А h | - - | |
| 11. | Максимально разовые ПДК диоксида серы золы оксидов азота | мг/м3 мг/м3 мг/м3 | 0,5 0,5 0,085 |
| 12. | Объем газовоздушной смеси (по формуле (4)) | м3/с | 19,8 |
| 13. | Перегрев газовоздушной смеси, DТ DТ = Тг – Тв = 125 - 25 | 0С | |
| 14. | Параметр f (по формуле (5)) | - | 0,31 |
| 15. | Параметр Vм (по формуле (6)) | м/с | 2,15 |
| 16. | Параметр V’м (по формуле (7)) | - | 0,31 |
| 17. | Параметр fe (по формуле (8)) | - | 23,8 |
| 18. | Параметр m (по формуле (9)) | - | 1,05 |
| 19. | Параметр n (по формуле (11)) | - | |
| 20. | Опасная скорость ветра uм (по формуле (27)) uм = 2,15×(1+0,12× ) | м/с | 2,3 |
| 21. | Параметр d (по формуле (21)) | - | 12,2 |
| Расчет концентрации двуокиси серы | |||
| 22. | Максимальная концентрация SO2 (по формуле (3)) | мг/м3 | 0,05 |
| 23. | Расстояние (по формуле (18)) | м | |
| 24. | Коэффициент S1 для расстояния х (по формулам (32, 33)) х = 50 м, х/хм = 0,075 х = 100 м, х/хм = 0,150 х = 200 м, х/хм = 0,298 х = 400 м, х/хм = 0,596 х = 1000 м, х/хм = 1,490 х = 3000 м, х/хм = 4,471 | - - - - - - | 0,020 0,073 0,247 0,660 0,951 0,419 |
| 25. | Концентрация на расстоянии х (по формуле (31)) х = 50 м, с = 0,05 × 0,020 х = 100 м, с = 0,05 × 0,073 х = 200 м, с = 0,05 × 0,247 х = 400 м, с = 0,05 × 0,660 х = 1000 м, с = 0,05 × 0,951 х = 3000 м, с = 0,05 × 0,419 | мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 | 0,001 0,004 0,012 0,033 0,048 0,021 |
| Расчет концентрации окислов азота | |||
| 26. | Расчет производится аналогично расчету Концентрация и связаны соотношением | 0,000833 | |
| Расчет концентрации золы | |||
| 27. | Золоочистка отсутствует. Коэффициент F (согласно п. 1.1.4) Максимальная концентрация золы (по формуле (3) или по соотношению) | - мг/м3 | 0,03 |
| 28. | Расстояние (по формуле (18) или по соотношению) | м | 335,5 |
| 29. | Коэффициент S1 для расстояния х (по формулам (32, 33)) х = 50 м, х/хм = 0,149 х = 100 м, х/хм = 0,298 х = 200 м, х/хм = 0,596 х = 400 м, х/хм = 1,192 х = 1000 м, х/хм = 2,981 х = 3000 м, х/хм = 8,942 | - - - - - - | 0,073 0,247 0,660 1,000 0,644 0,145 |
| 30. | Концентрация на расстоянии х (по формуле (31)) х = 50 м, с = 0,03 × 0,073 х = 100 м, с = 0,03 × 0,247 х = 200 м, с = 0,03 × 0,660 х = 400 м, с = 0,03 × 1,000 х = 1000 м, с = 0,03 × 0,644 х = 3000 м, с = 0,03 × 0,145 | мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 | 0,002 0,007 0,020 0,030 0,019 0,004 |