В атмосферном воздухе населенных мест

Вопрос Для каких вредных веществ вредное воздействие суммируют?

Ответ Воздействие суммируется для веществ, оказывающих аналогичное биологическое действие, например, разрушение живых тканей кислотами. Аналогичное воздействие производят, например, такие вещества, как:

• диоксиды азота и серы, сероводород;
• сильные минеральные кислоты (серная, соляная, азотная);
• этилен, пропилен, бутилен, анилен;
• озон, диоксид азота, формальдегид.

О процессе рассеивания выбросов

Вопрос Каковы основные способы уменьшения антропогенного загрязнения атмосферы?

ОтветУменьшить загрязнение атмосферы можно следующими способами:

• совершенствовать процессы, технологии, оборудование для уменьшения массы выбросов;
• выполнять очистку выбросов;
• снижать концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха за счет рассеивания выбросов.

Последний способ наименее эффективен, т.к. вредные вещества в конечном счете неорганизованно попадают в воду, почву и загрязняют их.

Вопрос Существуют ли ограничения на концентрацию пыли в газах, подвергаемых рассеиванию?

ОтветВеличина предельно допустимой концентрации пыли с_п (мг/м³), подвергаемой рассеиванию, ограничена СНиП 2.04.05-86 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха". Значение с_п зависит от расхода выбросов V_г и предельно допустимой концентрации пыли в воздухе рабочей зоны ПДК_рз.

с_п = 100´ k , V_г ³ 15000 м³/ч,

с_п = k´ (160 – 4V_г), V_г < 15000 м³/ч, (3.3)

k = 0,3 при ПДК_рз £ 2,

k = 0,6 ПДК_рз £ 4,

k = 0,8 ПДК_рз £ 6,

k = 1 ПДК_рз ³ 6.

Газы следует подвергать очистке, если концентрация пыли в выбросах превышает с_п или размеры частиц пыли превышают 20 мкм.

Вопрос Как классифицируются источники выбросов?

Ответ Все источники подразделяют на точечные и линейные, затененные и незатененные. Точечными считают трубы, шахты, когда их поля рассеивания не накладываются друг на друга на расстоянии двух высот здания с заветренной стороны.

Линейными считаются источники, имеющие значительную протяженность в направлении, перпендикулярном ветру.

Незатененные, или высокие, источники располагаются в недеформируемом потоке ветра (в 2,5 раза выше высоты здания Н_зд).

Затененные, или низкие, источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени; их высота не превышает Н_зд.

В зависимости от высоты Н устья источника над уровнем земной поверхности их подразделяют на следующие классы:

а) высокие, Н³ 50 м;

б) средней высоты, Н=10…50 м;

в) низкие, Н=2…10 м;

г) наземные, Н£ 2 м.

Вопрос Что влияет на процесс рассеивания выбросов?

Ответ На процесс рассеивания вредных выбросов из труб и вентиляционных устройств оказывают влияние: расположение предприятий и источников выбросов (наличие других зданий в зоне рассеивания), характер местности (впадины, возвышения), состояние атмосферы, высота источника и скорость выброса, диаметр устья трубы, физико-химические свойства выбрасываемых веществ (плотность, размер частиц), температура газов и др.

Вопрос От чего зависит вертикальное и горизонтальное перемещение примесей?

Ответ Распространение промышленных выбросов в атмосфере подчиняется законам турбулентной диффузии. Горизонтальное перемещение примесей зависит в основном от скорости ветра, а вертикальное – от температуры и плотности газов, распределения температур по высоте (инверсия dТ_в/dh > 0, изотермия dT_в/dh = 0 и конвекция dТ_в/dh < 0, где Т_в – температура воздуха, h – высота).

Скорость ветра оказывает неоднозначное влияние на рассеивание вредных веществ. С одной стороны, ее увеличение способствует турбулентному перемешиванию загрязнений с окружающим воздухом и снижению их концентраций. С другой стороны, ветер уменьшает высоту факела над устьем трубы, пригибая его к поверхности земли и способствуя повышению концентраций в приземном слое атмосферы. Скорость ветра, при которой приземные концентрации при прочих равных условиях имеют наибольшие значения, называется опасной скоростью ветра.

Для предотвращения отклонения струи вблизи горловины трубы скорость выбрасываемых газов должна вдвое превышать опасную скорость ветра на уровне горловины трубы.

Вопрос Как распределяются концентрации вредных веществ под факелом организованного источника выбросов?

Ответ Характер распределения концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного источника показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Распределение концентрации вредного вещества в атмосфере от организованного источника выбросов при наличии фонового загрязнения

Пространство под факелом по мере удаления от источника выброса можно условно разделить на три зоны:

• зону переброса факела, характеризующуюся сравнительно невысоким содержанием вредных веществ;
• зону задымления с максимальным содержанием вредных веществ, которая распространяется на расстоянии 10…49 высот трубы (эта зона исключается из селитебной застройки);
• зону постепенного снижения концентрации вредных веществ.

Вопрос Как в расчётах процесса рассеивания учитывается направление ветра?

Ответ При оценке воздействия на атмосферу в задачах проектирования расчёты проводятся для опасного направления ветра в сторону наибольших фоновых концентраций вредных веществ селитебной территории или на центр города.

Вопрос Какого вида задачи возникают при расчетах процесса рассеивания выбросов?

Ответ Задачи расчета рассеивания можно разделить на две группы:

• прямые, заключающиеся в расчете концентраций веществ в приземном слое атмосферы при различных условиях рассеивания;
• обратные, заключающиеся в определении минимальной высоты источника выбросов или величины предельно допустимых выбросов, при которых максимальная концентрация загрязнений не превысит заданной величины ПДК – с_ф, где с_ф – фоновая концентрация вещества.

Вопрос Какие основные задачи решаются при расчете загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника?

Ответ Расчет заключается в решении следующих задач [3.4]:

1. Определение максимального значения концентрации вредного вещества с_м и расстояния по оси факела х_м, на котором будет наблюдаться значение с_м (рис. 3.1) при неблагоприятных метеоусловиях.
2. Расчет опасной скорости ветра u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли).
3. Распределение приземных концентраций вредных веществ с при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра u_м в зависимости от расстояний х и y, где х – расстояние по оси факела х, а y – расстояние по перпендикуляру к оси факела.

Дополнительно можно рассчитать распределение концентраций при произвольных скоростях ветра u, определить скорости ветра, при которых на заданном расстоянии от источника выброса концентрации будут максимальны, а также определить размер зоны рассеивания (зоны влияния).

Вопрос Можно ли с помощью известных методик решать более сложные задачи, связанные с рассеиванием выбросов в атмосфере?

Ответ Методика [3.4] позволяет рассчитывать загрязнение атмосферы выбросами точечного, линейного, площадного источников, с учетом следующих усложняющих расчет факторов: сложного рельефа или застройки местности, наличия группы источников, суммации действия нескольких вредных веществ, фоновых концентраций, а также определять минимально допустимые высоты источников выбросов и величины предельно допустимых выбросов ПДВ, г/с.

Расчет концентраций вредных веществ в атмосфере

от одиночного источника выбросов

Вопрос Как рассчитывается максимальное значение концентрации вредного вещества с_м и расстояние х_м, на котором будет достигнуто значение с_м при неблагоприятных метеоусловиях?

Ответ Расчет заключается в решении следующей задачи: определение максимального значения концентрации вредного вещества с_м и расстояния х_м, на котором будет достигнуто значение с_м (рис. 3.1) при неблагоприятных метеоусловиях.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м на расстоянии х_м от источника с круглым отверстием при неблагоприятных метеоусловиях определяется по формуле:

, (3.4)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации (расслоения) атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из устья источника;

h – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (при перепаде высот менее 50 м на 1 км длины h =1);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников Н = 2 м);

D Т – разность температур между температурой выбрасываемых газов Т_г и температурой окружающего воздуха Т_в, ° С, D Т = Т_г - Т_в;

V_г – расход газов,

, (3.5)

где D – диаметр устья источника выбросов, м;

w₀ – средняя скорость выхода газов из устья источника, м/с.

Поясним методику определения параметров, входящих в формулу (3.4).

Коэффициент А принимается для неблагоприятных метеоусловий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна. Для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Ивановской, Калужской областей А =140.

Величины М, V_г, Т_г определяются расчетом в технологической части проекта или по паспорту установки. Для изменяющихся во времени значений М, V_г, Т_г принимаются такие их величины (усредненные в 20¸ 30-минутном), при которых с_м максимально.

Температура воздуха Т_в принимается равной средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца по СНиП 2.01.01–82 или средней температуре самого холодного месяца для отопительных котельных.

Значение коэффициента F для вредных газообразных веществ принимается равным единице (F = 1), а для пыли и золы в зависимости от степени предварительной их очистки m (F = 2 при m ³ 90 , F = 2,5 при 75 £ m < 90 и F = 3 при m < 7 5 % ) .

Напомним, степенью очистки называют отношение в процентах уловленной массы пыли и золы к поступившей.

Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, v_М, v и f_e:

, (3.6)

,(3.7)

, (3.8)

. (3.9)

Коэффициент m (m = 0,4...1,6) определяется в зависимости от f по рис. 3.2 (приближенно) или по формуле:

(3.10)

Для f_e < f < 100 коэффициент m вычисляется по формуле (3.10) при f = f_е.

Рис. 3.2. Коэффициент m в зависимости от f или f_e

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v_м по рис. 3.3 (приближенно) или по формуле:

;

;

. (3.11)

Для f³ 100 (или D Т» 0, холодные выбросы) при расчете с_м вместо формулы (3.4) используется формула

, (3.12)

где .(3.13)

Рис. 3.3. Коэффициент n в зависимости от v_м и v

Причем n рассчитывается по формулам (3.11) при v_м=v.

В случае предельно малых опасных скоростей ветра при f < 100 и v_м<0,5 или f ³ 100 и v < 0,5 расчет с_м выполняется по другой формуле:

,(3.14)

где m_н = 2,86 ´ m при f < 100, v_м < 0,5;

m_н = 0,9 при f ³ 100, v < 0,5 . (3.15)

Расстояние x_м от источника выбросов, при котором достигается максимальное значение концентрации с_м, определяется по выражению

, (3.16)

где безразмерный коэффициент d находится по формуле

при vм 0,5 , при 0,5 < vм 2, при vм > 2. (3.17)

При f >100 или D Т» 0 значение d находится по-другому:

d = 5,7 d = 11,4´ v d = 16 ´

при v 0,5 , при 0,5 < v 2 , при v > 2 . (3.18)

Значение опасной скорости u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение с_м, в случае f < 100 определяется по формуле:

uм = 0,5 uм = vм

при vм 0,5; при 0,5 < vм 2; при vм > 2. (3.19)

При f ³ 100 или D Т» 0 значение u_м находится по другим выражениям:

uм = 0,5 uм = v uм = 2,2

при v < 0,5 , при 0,5 v 2, при v > 2 . (3.20)

Вопрос Как рассчитать распределение приземных концентраций под факелом выбросов для ортогональной координатной сетки [х, у]?

Ответ При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ с в атмосфере на различных расстояниях х от источника выброса определяется по формуле

c = s_{1 ´} c_м, (3.21)

где s₁ – безразмерный коэффициент, зависящий от X = x/x_м и коэффициента F, определяется по рис. 3.4 (приближенно) или по формуле:

s 1 = 3X4 - 8X3 + 6X2	при X 1 ,
s 1 =	при 1 < X 8,
s 1 =	при F 1,5 и X > 8,
s 1 =	при F > 1,5 и X > 8 . (3.22)

Рис. 3.4. Коэффициент s₁в зависимости от Х=х/х_м и F

При низких источниках выброса H 10 м при X < 1 величина s₁ в (3.21) заменяется на s₁^н, которая рассчитывается по формуле

s₁^н= 0,125´ (10-H)+0,125´ (H-2) ´ s₁ при 2 Н<10. (3.23)

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере c_у на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по концентрации с

с_у = s_{2 ´} с, (3.24)

где s₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра u, м/c и отношения x/y , определяется по рис. 3.5 (приближённо) или по формуле:

s₂ = (1 + 5 ´ t_y + 12,8 ´ t_y² + 17 ´ t_у³ + 45,1 ´ t_у⁴)^-2, (3.25)

где t_y = u ´ y²/x² при u 5,

t_y = 5 ´ y²/x² при u > 5. (3.26)

Рис. 3.5. Коэффициент s₂ в зависимости от комплекса t_y

ЗадачаОпределить максимальное значение концентрации c_м газа SO₂ и расстояние х_м при неблагоприятных метеоусловиях для следующих исходных данных: А=240, V=10,8 м³/с, = 100 ° С, М=12 г/с, Н=35 м, D=1,4 м, h =1. Наименования параметров приведены выше.

Решение Средняя скорость выхода газов из устья истечения выбросов определяется из формулы (3.5):

w₀ = 10,8/(0,785´ 1,4²)=7,02 м/с.

Коэффициент F для газовых выбросов равен единице

F = 1.

Вспомогательные параметры f, v_м , v, f_e найдутся по (3.6) … (3.9):

f=1000´ 7,02^2´ 1,4/(35^2´ 100)=0,563;

v_м

v ;

f_e .

Коэффициент m рассчитается по формуле (3.10) при f <100 и f<f_e (0,563<38,8):

m

Коэффициент n определится по формуле (3.11) при f<100:

n=1, т.к. v_м³ 2.

Максимальная концентрация SO₂ в приземном слое воздуха найдется по (3.4):

c_м .

Безразмерный коэффициент d вычислим по формуле (3.17) при v_м>2

d .

Расстояние x_м определим по формуле (3.16)

x_м .

ЗадачаПри какой опасной скорости ветра будет достигнута концентрация c_м=0,223 мг/м³? (Исходные данные из предыдущего решения.)

РешениеОпасная скорость ветра u_м при f>100 определится по формуле (3.19) при v_м>2 и составит:

u_м .

ЗадачаКак распределяются приземные концентрации с по оси факела при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра? (Исходные данные из предыдущих ответов, если с_м=0,223 мг/м³, x_м=430 м).

РешениеРасчет концентраций на различных расстояниях х выполняется по формуле (3.21) с учетом (3.22) при F<1,5. Результаты расчета приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Распределение концентрации вредного вещества (SO₂)