Задание №2

Расчет приземных концентраций в зоне выброса загрязняющих веществ

ЗАДАЧА. Оценить достаточность предусмотренных мероприятий для соблюдения санитарных норм в местах воздухозабора с координатами X и Y и опасность загрязнения атмосферы выбросами от источника, расположенного на территории РБ. Исходные данные для расчета приведены в табли­це 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры выброса газовоздушной смеси

Вар. №	Наимен. веществ	Н, м	D,м	ω0, м/с	ТГ, °С	TВ, °С	M, мг/с	Х, м	Y, м
9	зола	19	0,9	18	204	33	25,0	900	250

Содержание примесей в воздухе нормируется отдельно для рабочей зоны и для населенных мест. Для населенных мест устанавливаются два вида предельно допустимых концентраций: максимальная разовая (ПДК_м.р.) и среднесуточная (ПДК_с.с.).

ПДК_м.р. максимальная разовая (мг/м³) - максимальная концентрация вещества в воздухе населенных мест, которая при вдыхании в течение 20 мин не вызывает рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК_с.с. среднесуточная (мг/м³) - максимальная концентрация веще­ства в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании.

ПДК_с.с. и ПДК_м.р. загрязняющих веществ представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Допустимые значения концентраций

Наименование вещества	ПДКм.р., мг/м3	ПДКс.с., мг/м3
зола	0,5	0,15

В крупных промышленных центрах, где сосредоточено много предприятий, соблюдение лишь нормативов ПДК недостаточно для сохранения качества воздуха. Поэтому в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждо­го действующего или проектируемого источника загрязнения устанавли­ваются предельно-допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ в атмо­сферу.

ПДВ (г/с) - научно-технический норматив, который устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, чтобы выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников объекта, города и другого населенного пункта с учетом перспектив развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создавали приземную концентрацию, превышающую их ПДК в населенных пунктах.

Существует ряд мероприятий, направленных на уменьшение загрязнения воздушной среды в приземном слое и атмосферы в целом. Среди них выделяют:

• технологические мероприятия;

• контрольно-запретительные мероприятия;

• санитарно-технические мероприятия;

• архитектурно-планировочные мероприятия;

• рассеивание веществ в верхних слоях атмосферы путем отве­дения выбросов на большую высоту.

В современных условиях не все виды производств работают по безотходной технологии, и не для всех выбросов загрязняющих веществ разработаны рентабельные способы очистки. Поэтому для уменьшения воздействия вредного вещества на население выбросы отводят на большую высоту. При этом загрязняющие вещества рассеиваются, и их концентрации в приземном слое снижаются до предельно допустимых. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают: состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер выбросов, характер местности, химические и физические свойства выбрасываемых веществ и т.д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении. Схемы расположения факела выброса изображены на рисунке 2.1.

Для решения практических задач охраны окружающей среды нередко требуется знать концентрации загрязняющих веществ, создаваемых источником выброса в заданной точке местности. Расчёт рассеивания и определение приземных концентраций производится в соответствии с методикой расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий «ОНД-86».

Основой для выполнения расчета являются следующие положения:

- 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 опасных скорости и направлении ветра, высокой температуре ат­мосферы и ее безветренном состоянии), не должна превышать ПДК за гра­ницей санитарно-защитной зоны;

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

Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ в ат­мосфере от одиночного точечного источника выброса круглого сечения, выбрасывающего нагретую пылегазовоздушную смесь, рассчитывается по формуле

где С_max - максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ, мг/м³;

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмо­сферы (условий вертикального и горизонтального рассеивания примеси в атмосфере). Для условий Республики Беларусь значе­ние коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается рав­ным 160;

Н - высота источника выброса от земли, м;

М - масса загрязняющего вещества, выбрасываемого из источника в единицу времени, мг/с;

F - коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществ в атмосфере и зависящий от состояния загрязняющих веществ и эффективности пылеулавливания. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы, окислов азота и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F = 1; для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при коэффициенте очистки не менее 90 % F = 2,0; от 75 до 90 % F = 2,5; менее 75 % F = 3;

- коэффициент, учитывающий влияние аэродинамических нарушений. Для одиночного источника при отсутствии рядом стоя­щих препятствий (высоких зданий, сооружений) = 1;

V₁ - объемный расход выбрасываемой пылегазовоздушной смеси, м³/с;

ΔT - перепад температур, °С.

Объемный расход выбрасываемой пылегазовоздушной смеси опре­деляется по формуле

,

где ω₀ - скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса (трубы), м/с;

D - диаметр источника выброса, м.

Перепад температур ΔT определяется по формуле

,

где Т_Г - температура газовоздушной смеси, °С;

Т_В - температура атмосферного воздуха, принимаемая для района расположения предприятия в 13 часов самого жаркого месяца года, °С.

Условия метеорологического рассеяния газовоздушной смеси, выбрасываемой предприятием, в атмосфере в значительной степени зависят от того, являются ли выбросы «холодными» или «нагретыми». Критерием нагретости является вспомогательный фактор «f», определяемый по фор­муле

При f < 100 выбросы считаются к «нагретыми», а при f ≥ 100 выбросы считаются «холодными».

Из расчёта определяем, что выбросы «нагретые».

Безразмерные коэффициенты т и п учитывают условия выброса пылевоздушной смеси из устья источника.

Коэффициент т зависит от параметра f:

- при f < 100 параметр т определяется по формуле

Коэффициент п зависит от вспомогательного параметра υ_m, который определяется по формуле

При υ_m ≥ 2 коэффициент n = 1.

Таким образом, определены промежуточные значения всех необхо­димых параметров для расчета максимальной приземной концентрации за­грязняющего вещества в атмосфере от одиночного точечного источника выброса по формуле 2.1.

Опасность загрязнения атмосферы оценивается показателем j, опре­деляемым по формуле

Определяем максимальную приземную концентрацию загрязняющих веществ в ат­мосфере от одиночного точечного источника выброса круглого сечения, выбрасывающего нагретую пылегазовоздушную смесь по формуле

следовательно,

Из условия j >1 определяем, что загрязнение опасно, и рассчитываем опас­ность загрязнения в точке с заданными координатами Х и Y.

В этом случае расчет ведется следующим образом.

Расстояние от источника выброса до точки с максимальной призем­ной концентрацией:

Т.к. вспомогательный фактор f = 5,48 и υ_m = 2,57; то из условия

f ≤ 100 и υ_m > 2 принимаем

Отсюда

Величина опасной скорости ветра υ_max, при которой достигается наи­большее значение приземной концентрации вредного вещества С_max, также зависит от параметра υ_m и при υ_m = 2,63 из условия υ_m > 2 равна

Приземная концентрация (С_XY) в точке с координатами X и Y определяется по формуле

,

где S₁ - безразмерная величина, характеризующая изменение приземной концентрации по оси факела в зависимости от соотношения Х/Х_max и коэффициента F.

Найдём соотношение Х/Х_max

Следовательно, при Х/Х_max = 1,89 и F = 1 принимаем условие

1 ˂ Х/Х_max ≤ 8 и F ≤ 1,5, тогда

S₂ - безразмерная величина, зависящая от параметра t_y. Значение параметра t_y определяется в зависимости от опасной для данного источника скорости ветра υ_max:

Выбираем условие при υ_max ≤ 5 м/с

Безразмерная величина S₂ определяется по формуле