Расчет концентраций в атмосферном воздухе вредных примесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

1. Рассчитать при заданных условиях (см. приложение 1) концентрации загрязняющих веществ (ЗВ).

2. Определить комплексный показатель загрязнения атмосферы указанными ЗВ.

3. Рассчитать величину предельно-допустимых выбросов ЗВ. Сделать вывод о необходимости строительства очистных сооружений.

4. Рассчитать платежи за загрязнение атмосферного воздуха (при расчете принять, что временно согласованный выброс составляет 1,2 от величины предельно допустимого выброса).

5. Коэффициент температурной стратификации атмосферы А принять одинаковым, как для Челябинска.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных примесей, содержащихся в выбросах предприятий

Приведенная методика представляет собой выдержки из общесоюзного нормативного документа ОНД-86, разработанного Государственным комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидрометом).



1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие нормы устанавливают методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Нормы должны соблюдаться при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий.

1.2. Нормы предназначены для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распределения концентраций.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра. Нормы не распространяются на расчет концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источников выброса.

1.3. При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких (n) веществ, обладающих в соответствии с перечнем, утвержденным Минздравом, суммацией вредного действия, для каждой группы указанных веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q или значения концентраций п вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводятся условно к значению концентрации с одного из них.

Безразмерную концентрацию q определяют по формуле

q = c₁/ПДК₁ + c₂/ПДК₂ +... + c_п/ПДК_п, (1.1)

где с₁, с₂,,с_п - расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂,,ПДК_п - соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м³.

Приведенная концентрация с рассчитывается по формуле, мг/м³:

c = c₁ +с₂(ПДК₁/ПДК₂) + + c_п (ПДК₁/ПДК_п), (1.2)

где c₁ - концентрация вещества, к которому осуществляется приведение, мг/м³; ПДК₁ - его ПДК, мг/м³; с₂... c_п и ПДК₂... ПДК_п - концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации мг/м³.

Для расчета по ур. (1.1) и (1.2) необходимо знание величин c_i.

К вредным веществам однонаправленного действия, как правило, относят вещества близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека. Ниже приведены некоторые сочетания веществ однонаправленною действия: ацетон и фенол; ацетон, акролеин и фталевый ангидрид; ацетон и ацетофенон, ацетон, фурфурол, формальдегид и фенол; ацетальдегид и винилацетат; аэрозоли пятиоксида ванадия и оксидов марганца; аэрозоли пятиоксида ванадия и трехокси да хрома; бензол и ацетофенон; мышьяковистый ангидрид и ацетат свинца; мышьяковистый ангидрид и германий; озон, диоксид азота и формальдегид; оксид углерода и диоксид азота; диоксид серы и аэрозоль серной кислоты; диоксид серы и никель металлический; диоксид серы и сероводород; диоксид серы и диоксид азота; диоксид серы, оксид углерода, фенол и пыль конвертерного производства; диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота и фенол; диоксид серы и фтористый водород, сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная); оксид углерода и пыль цементного производства.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха загрязняющими веществами, относящимися к различным классам опасности и разнонаправленного действия определяют по величине индекса загрязненности атмосферы или комплексного показателя загрязненности атмосферы.

1.4. Расчет концентрации вредных веществ, претерпевающих полностью или частично химические превращения (трансформацию) в более вредные вещества, проводится по каждому исходному и образующемуся веществу отдельно. При этом мощность источников для каждого вещества устанавливается с учетом максимально возможной трансформации исходных веществ в более токсичные. Степень указанной трансформации устанавливается по согласованию с Госкомгидрометом и Минздравом.

1.5. Расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20 - 30-минутному интервалу осреднения.



2. РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА

2.1 Исходные данные для расчета

2.1.1. Коэффициент А, величина которого зависит от температурной стратификации атмосферы (распределения температуры по высоте).

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

а) 250 - для районов южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;

б) 200 - на европейской части РФ для районов южнее 50° с. ш. и для остальных районов Нижнего Поволжья и Кавказа; на азиатской территории РФ для Дальнего Востока и остальной территории Сибири;

в) 180 - для европейской территории РФ и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов;

г) 160 - для европейской территории РФ и Урала севернее 52° с. ш.;

д) 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской и Ивановской областей.

Примечание.

Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов РФ со сходными климатическими условиями турбулентного обмена.

2.1.2. Безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение безразмерного коэффициента F принимается:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы, аэрозоли конденсации, например, сварочные и т. п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю F = 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п. 2.1.2.а) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% F = 2, от 75 до 90% F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки F = 3.

Примечания.

1. При наличии данных о распределении на выбросе частиц аэрозолей по размерам определяются диаметр d_g, так что масса всех частиц диаметром больше d_g составляет 5% общей массы частиц, и соответствующая d_g скорость оседания v_g (м/с). Значение коэффициента F устанавливается в зависимости от безразмерного отношения v_g/U_max, где U_max - опасная скорость ветра (см. п. 2.6). При этом F = 1 в случае v_g/U_max < 0,015 и F = 1,5 в случае 0,015 < v_g/U_max < 0,030. Для остальных значений v_g/U_max коэффициент F устанавливается согласно п. 2.1.2б.

2. Вне зависимости от эффективности очистки значение коэффициента F принимается равным 3 при расчетах концентраций пыли в атмосферном воздухе для производств, в которых содержание водяного пара в выбросах достаточно для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в атмосферу, а также коагуляция влажных пылевых частиц (например, при производстве глинозема мокрым способом).

2.1.3. Безразмерный коэффициент з, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, з = 1. Методика определения коэффициента з при других формах рельефа приведена в приложении к ОНД-86. Ориентировочно поправку на рельеф можно определить, исходя из следующих соображений:

при уклонах до 0,1-0,15° и перепадах до 100 м поправка составляет 1,3-1,5;

при расположении предприятия вблизи горной гряды с уклонами местности 0,15-0,25° поправка равна 2;

если предприятие расположено в котловине или ущелье глубиной 100-200 м с уклоном 0,2-0,3° и более поправка на рельеф равна 3.

С увеличением высоты трубы, начиная с Н = 100 м, поправки на рельеф несколько уменьшаются.

2.1.4. Мощность выброса М_i - масса i-го загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с и расход газовоздушной смеси V₁ при температуре на выходе из трубы, м³/с. Мощность выброса может быть найдена по соотношению

М _i = V₁С_{выбр i},

где С_{выбр, i} - концентрация i-го загрязняющего вещества в газовоздушной смеси при выходе из трубы, г/м³.

Значения мощности выброса М _i и расхода газовоздушной смеси V₁ при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания М _i и V₁, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества С_{мax, i}.

Примечания.

1. Значение М _i следует относить к 20-30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин;

2. Измерительные приборы показывают расход газа при нормальных условиях V₁⁰ (1 атм. и 0 °С). При расчетах выброса результат также приводят к нормальным условиям. Пересчет расхода газа к фактической температуре Т_ф проводят по формуле V₁ = V₁⁰ ·Т_ф/273 (здесь величину Т_ф.выражают в кельвинах)

2.1.5. Разность ДT между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г, и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, °С. При определении значения ДT (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в(°С),равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 23.01 - 99, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам. Для «холодных» выбросов ДT ? 0 (на практике принимают ДT < 10 °С.

Наиболее распространены в промышленности и на транспорте горячие выбросы. В частности, на металлургических предприятиях температура выброса колеблется от 200 до 1200 °С, выбросы тепловых электростанций имеют температуру 100-200 °С, нефтеперерабатывающих заводов ? 180-540 °С на разных установках, предприятий химической промышленности,? в основном, 30-50 °С. Температура выброса из источника имеет большое значение для формирования газовоздушной струи. Чем выше температура, тем на большую высоту может подниматься факел. При слабом ветре факел может достигать большой высоты. Например, при скорости ветра 5 м/с при температуре газов от 100 до 200 °С разница температуры газов и окружающего воздуха в 1 °С дает приращение высоты выброса на 1,5 м. Однако, установка котлов-утилизаторов и организация очистки газа приводят к понижению температуры газовоздушной смеси вплоть до достижения ДT ? 0.

Примечания.

1. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т_в, равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 23.01 - 99.

2. При отсутствии данных по Т_в в СНиП 23.01 - 99 они запрашиваются в территориальном управлении Госкомгидромета (УГКС) по месту расположения предприятия.

2.1.6. Высота источника выброса над уровнем земли Н (м).. В зависимости от высоты Н устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности 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. Размеры дымовых труб ТЭС унифицированы. Высоту дымовых труб следует назначать по следующему унифицированному ряду: 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 м и далее через 30 м и принимать для кирпичных, армокирпичных и стальных свободно стоящих (бескаркасных) труб не более 120. Высота вентиляционных труб может быть меньше указанной.

В случае горячих выбросов и использовании естественной тяги высоту трубы определяют гидравлическим расчетом, а расчет приземной концентрации загрязняющих веществ является поверочным. При холодных выбросах для отвода газов используют дутьевые устройства, поэтому и расчет высоты трубы проводят из условия выполнения экологических требований.

2.1.7. Диаметр устья источника выброса D (м). Диаметры выходных отверстий и высоту дымовых труб следует определять на основании аэродинамических, теплотехнических и санитарно-гигиенических расчетов.

Диаметры кирпичных и бетонных труб большого диаметра надлежит принимать по следующему унифицированному ряду: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6 м и далее через 0,6 м до 13,8 м.

Минимальные диаметры труб следует назначать с учетом оборудования, применяемого при возведении труб, но не менее 1,2 м - для кирпичных труб (в свету по футеровке) и 3,6 м - для монолитных железобетонных. Диаметры стальных труб допускается уменьшать до 0,4 м при высоте их до 45 м.

2.1.8. Средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса щ₀(м/с). Расход газовоздушной смеси, диаметр устья выброса и средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса связаны соотношением, м³/с:

V₁ = (рD²/4)щ₀.

При проектировании трубы диаметр устья выбирают так, чтобы обеспечить величину линейной скорости

щ₀ = V₁/(рD²/4) = 1,274 V₁/D²

в пределах 10…30 м/с. Большие значения задают для труб большего диаметра или при принудительной тяге. Сначала рассчитывают приблизительное значение диаметра трубы D_ПРИБЛ, обеспечивающее заданную величину скорости щ₀, по сосоотношению

D_ПРИБЛ = (1,274 V₁/щ₀)^0,5.

Полученную величину диаметра округляют до стандартного значения и вычисляют действительное значение скорости. При изготовлении стальных труб можно принимать стандартные значения диаметра.

При сильных ветрах за трубой могут образовываться завихрения, из-за чего загрязняющие вещества забрасываются в зону аэродинамической тени примыкающих зданий. Кроме того, возможно опускание загрязнений непосредственно до поверхности земли. С подветренной стороны трубы при наличии ветра создается зона пониженного давления. Здесь накапливаются и перемещаются вредные выбросы. Для того,чтобы устранить наблюдающееся снижение высоты факела при этом явлении, рекомендуют создавать такую скорость выброса газов, чтобы она в 2-2,5 раза превышала скорость ветра (но не менее, чем в 1,5 раза).

2.1.9. Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производится как для источника с круглым устьем при подстановке в них значений средней скорости щ_0,ср, D = D_э (м) и V₁ = V_1,э (м /с).

Средняя скорость выхода в атмосферу газовоздушной смеси щ₀ (м/с) определяется по формуле:

щ_0,ср = V₁/(Lb),

где L и b длина и ширина устья соответственно, м.

Эффективный диаметр устья составляет, м:

D_э = 2Lb/(L + b).

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V_1,э (м³/c) определяется по формуле

V_1,э = щ₀ рD_э²/4.

Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D_э равняется длине стороны квадрата. В остальном расчет проводят как для источника с круглым устьем.

2.2 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.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника: X_max - расстояние по оси факела от источника выброса, на котором при опасной скорости ветра U_max достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества С_max.

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, v_м, v?_м и f_e 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 С_max и вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_max на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра U_max, расстояние X_max по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная концентрация при опасной скорости ветра U_max и величину опасной скорости ветра U_max;

- вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_max,U на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ? U_max, а также расстояние X_max,U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

- вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_U,X на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ? U_max на расстояние X ? X_max,U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

- вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_U,X,Y при заданной скорости ветра U ? U_max в точке с координатами (X, Y).

2.3 Критерием необходимости проведения расчета приземной концентрации какого-либо из выбрасываемых вредных веществ является выполнение условия

Ф? = A·з·М_У/(H_ср.вз.·ПДК) > 1 (2.1)

H_ср.вз = У(H_i·М_i)/М_У (2.2)

Здесь М_У = УМ_i - суммарный выброс загрязняющего вещества от всех источников предприятия, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; H_ср.вз - средневзвешенная по предприятию высота источника выброса, м; H_i - высота i-го источника выброса, м; М_i - мощность i-го источника выброса, г/с; ПДК_м.р. - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³. Очевидно, что если труба одна, то для неё H_ср.вз = H_тр.

2.4 Вспомогательные параметры вычисляют по формулам

f = 1000 щ₀²D/(H²ДT) (2.3)

v_м = 0,65(V₁ДT/H)^1/3 (2.4)

v?_м = 1,3 щ₀D/H (2.5)

f_e = 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.

2.5 Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества

С_max при выбросе «горячей» (ДT > 0; f < 100, v_м ? 0,5) газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U = U_max на расстояния X_max метров от источника и составляет, мг/м³:

С_max = A·з·F·m·n·М/[H²(V₁·ДT)^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 < f_e

m = 1/[0,67 + 0,1f^1/2 + 0,34 f^1/3](2.8)

при f_e < f < 100

m = 1/[0,67 + 0,1f_e^1/2 + 0,34f_e^1/3](2.9)

при v_м > 2

n = 1(2.10)

при 0,5< v_м < 2

n = 0,532 v²_м - 2,13 v_м + 3,13(2.11)

2.6 При f ? 100 (или ДT ? 0) и v?_м > 0,5 («холодные» выбросы) для расчета С_max используется формула

С_max = AMFnзК/Н^4/3,(2.12)

где

К = D/(8V₁) = 1/[7,1(щ₀V₁)^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)

При f < 100 и v_м < 0,5 или f ? 100 и v?_м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет С_max производят по формуле

С_max = AMFm?зК/Н^7/3,(2.16)

Здесь

при f < f_e, v_м < 0,5

m? = 2,86/[0,67 + 0,1f^1/2 + 0,34 f^1/3](2.17)

при f_e < f < 100, v_м < 0,5

m? = 2,86/[0,67 + 0,1f_e^1/2 + 0,34f_e^1/3](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).

Расстояние X_max от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_max определяют по формуле, м:

X_max = (5 - F)d·H/4(2.19)

Безразмерный коэффициент d при f < 100 находят по формулам:

при v_м < 0,5;

d = 2,48(1 + 0,28 f_e ^1/3)(2.20)

при v_м < 0,5 < 2;

d = 4,95v_м(1 + 0,28 f ^1/3)(2.21)

при v_м > 2.

d = 7v_м^1/2(1 + 0,28 f ^1/3)(2.22)

При f ? 100 или ДT ? 0 значение d находят по формулам:

при v?_м < 0,5;

d = 5,7(2.23)

при 0,5 < v?_м <2v_м

d = 11,4 v?_м(2.24)

при v?_м > 2.

d = 16(v?_м)^1/2 (2.25)

Величину опасной скорости ветра U_max на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_max, в случае f < 100 определяют по формулам, м/с:

при v_м < 0,5;

U_max = 0,5(2.26)

при 0,5 < v_м < 2;

U_max = v_м(2.27)

при v_м > 2.

U_max = v_м(1 + 0,12f^1/2)(2.28)

При f > 100 или ДT ? 0 величину U_max вычисляют по формулам, м/с:

при v?_м < 0,5;

U_max = 0,5(2.29)

при 0,5 < v?_м <2v_м

U_max = v?_м(2.30)

при v?_м > 2.

U_max =2,2 v?_м (2.31)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U, отличающейся от опасной U_max, рассчитывают по формуле, мг/м³:

С_max,U = r С_max(2.32)

где r - безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U/U_max по формулам:

при U/U_max < 1;

r = 0,67(U/U_max) + 1,67(U/U_max)² -1,34(U/U_max)³(2.33)

при U/U_max > 1.

r = 3(U/U_max)/[2(U/U_max)² - (U/U_max) + 2](2.34)

Здесь U_max 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.

Расстояние по оси факела от источника выброса,на котором при скорости ветра U и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения С_max,U, определяется по формуле, м:

X_max,U = р X_max,(2.35)

где р - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U/U_max по формулам:

при U/U_max < 0,25;

р = 3(2.36)

при 0,25 < U/U_max < 1;

р = 8,43(1 - U/U_max)⁵ + 1(2.37)

при U/U_max > 1.

р = 0,32 U/U_max + 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

При опасной скорости ветра U_max приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X от источника выброса определяется по формуле, мг/м³:

С_max,,X, = s₁·С_max,(2.39)

где s₁ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/X_max, и коэффициента F по формулам:

при X/X_max < 1;

s₁ = 3(X/X_max)⁴ - 8(X/X_max)³ + 6(X/X_max)²(2.40)

при 1 < X/X_max < 8;

s₁ = 1,13/[0,13(X/X_max)² + 1](2.41)

при F< 1,5 и X/X_max > 8;

s₁ = (X/X_max)/[3,58(X/X_max)² + 35,2(X/X_max) 120](2.41)

при F > 1,5 и (X/X_max) > 8.

s₁ =1/[0,1(X/X_max)² + 2,47(X/X_max) - 17,8](2.43)

Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях X/X_max < 1 величина s₁ в (2.39) заменяется на величину s₁^н, определяемую в зависимости от X/X_max и Н по формуле:

при 2< H < 10

s₁^н = 0,125(10 - H) + 0,125(H - 2)s₁(2.44)

загрязняющее вещество атмосферный воздух

Примечание.

Аналогично определяют значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра U ? U_max и в неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.32), (2.35) находят значения величин С_max,U и X_max,U. В зависимости от отношения X/X_max,U вычисляют значение s₁ по формулам (2.40)… (2.44). Искомое значение концентрации вредного вещества С_{,X, U} определяют путем умножения С_max,U на s₁.

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_U,X,Y при заданной скорости ветра U ? U_max 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:

С_U,X,Y = s₂С_U,X,(2.44)

где s₂ - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра U,м/с и аргумента t_Y, который может быть найден по величине отношения Y/Х:

при U <5

t_Y = U(Y/Х)²;(2.45)

при U >5

t_Y = 5(Y/Х)².(2.46)

После нахождения величины t_Y значение s₂ может быть найдено по формуле:

s₂ = 1/(1 + 5 t_Y + 12,8 t_Y² + 17 t_Y³ + 45,1t_Y⁴)².(2.47)



3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ

3.1 Определение предельно-допустимого выброса (ПДВ)

ПДВ для данного источника (группы источников) - это максимальное количество вредного вещества, допустимое к выбросу из источника в единицу времени при соблюдении условия, что этот выброс от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта, с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, не создаст приземную концентрацию, превышающую его предельно допустимую концентрацию для населения, растительного и животного мира.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источников загрязнения атмосферы являются максимальные разовые ПДК_м.р.. При этом должно выполняться условие: отношение максимальной расчетной концентрации С_м вредного вещества в приземном слое воздуха к величине ПДК_м.р. данного вещества не должно превышать единицы:

С_max /ПДК_м.р. ? 1(3.1)

При установлении ПДВ учитывают значения фоновых концентраций С_ф вредных веществ в воздухе (суммарное загрязнение атмосферы от остальных источников города или другого населенного пункта, в том числе и от автотранспорта, за исключением рассматриваемого источника).

Таким образом, величина ПДВ,г/с, из источника для каждого вещества устанавливается, исходя из условия:

(С_max + С_ф)_. ? ПДК_м.р(3.2)

или

(С_max + С_ф)_./ ПДК_м.р. ? 1(3.3)

При одновременном присутствии в атмосфере некоторых вредных веществ они могут обладать суммацией вредного действия

Величину ПДВ для групп суммации устанавливают, исходя из условия:

(3.4)

При прочих фиксированных параметрах величина мощности выброса, соответствующая заданному значению максимальной концентрации

С_max = ПДК_м.р - С_фон, создаваемой одиночным источником с круглым устьем составляет, г/с:

f < 100, ДТ > 0

ПДВ = (ПДК_м.р. - С_фон)Н²(V₁ДТ)^1/3/(AFmnз);(3.5)

f > 100 или ДТ ? 0

ПДВ = 8(ПДК _м.р. - С_фон)Н^4/3V₁/(AFnзD).(3.6)

Здесь ПДК _м.р - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³; С_фон - фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/м^3.

3.2 Определение минимальной высоты источника выброса

Минимальную высоту источника выброса Н, соответствующую заданному значению С_max = ПДК _м.р. - С_фон в случае ДТ ? 0 определяют по формуле, м:



Н = [AМFзD/(8С_max,·V₁)]^3/4.(3.7)

Если вычисленному по формуле (3.7) значению Н соответствует величина v?_м < 2 м/с, то Н уточняют методом последовательных приближений по формуле:

Н _{i + 1} = Н _i (n_i/n_{i - 1})^3/4,(3.8)

где n_i и n_{i - 1} - значения n, полученные по уравнениям (2.14 - 2.15а) с использованием величин v?_м, рассчитанных по значениям Н_i и H_i -₁ соответственно (см. формулу (2.5). При i = 1 в формуле (3.8) принимается n₀ = n_{i - 1} = 1, а значение Н₁ определяется по (3.7).

Формулу (3.7) используют также для определения Н при ДТ > 0. Если при этом выполняется условие Н < щ₀(10D/ ДТ)^1/2,то найденное Н является точным. В противном случае для определения предварительного значения высоты Н используют формулу, м:

Н = {AМFз/[с_м(V₁ДТ)^1/3]}^1/2(3.9)

По найденному значению Н определяются по формулам (2.3) - (2.6) величины f, v_м, v?_м и f_e и устанавливают в первом приближении произведение коэффициентов m и n. Дальнейшие уточнения значения Н выполняют по формуле

Н _{i + 1} = Н _i [m_in_i/(m_{i - 1}n_{i -1})]^1/2,(3.10)

где m_i,n_i соответствуют Н _i, а m_{i - 1,}n_{i -1} - Н_{i - 1} (при i =1 принимают m₀ = n ₀ =1, а Н₀ определяют по (3.9)).

Уточнение значения Н по формулам (3.8) и (3.10) производят до тех пор, пока два последовательно найденных значения Н (Н _i и Н _{i + 1}) не будут различаться менее чем на 1 м.

Если из трубы выбрасывается несколько загрязняющих веществ, то высоту трубы принимают по наибольшему из значений, рассчитанных для индивидуальных загрязняющих веществ.

Высота трубы должна превышать высоту расположенных вблизи зданий не менее, чем в 2,5 раза.

3.3 Определение условий достижения максимальной концентрации загрязняющего вещества в заданной точки на оси факела

Максимальная концентрация С_max,зад., достигающаяся на заданном расстоянии Х_зад. от источника выброса на оси факела при скорости ветра U_max,зад., может быть рассчитана по формуле, мг/м³:

С_max,зад = s?₁ С_max,(3.11)

Безразмерный коэффициент s?₁ находят в зависимости от отношения Х_зад./Х _max, по формулам:

при Х_зад./Х _max, < 1

s?₁ = 3(Х_зад./Х _max,)⁴ - 8(Х_зад./Х _max,)³ +

+ 6(Х_зад./Х _max,)² (3.12)

при 1 < Х_зад./Х _max, < 8

s?₁ = 1,1/[0,1(Х_зад./Х _max,)² + 1](3.13)

при 8 < Х_зад./Х _max, < 24

s?₁ = 2,55/[0,13(Х_зад./Х _max,)² + 9](3.14)

при 24 < Х_зад./Х _max < 80;

F < 1;5

s?₁ = (Х_зад./Х _max,)/[4,75(Х_зад./Х _max,)² -

- 140(Х_зад./Х _max,)+ 143,5](3.15)

24 < Х_зад./Х _max, < 80;

F > 1,5;

s?₁ = 2,26/[0,1(Х_зад./Х _max,)² +

+ 7,41(Х_зад./Х _max,) - 160](3.16)

при Х_зад./Х _max, > 80;

F < 1;5;

s?₁ = (Х_зад./Х _max,)/[3,58(Х_зад./Х _max,)² -

-35,2(Х_зад./Х _max,)+ 120](3.17)

при Х_зад./Х _max, > 80;

F > 1,5.

s?₁ = 1/[0,1(Х_зад./Х _max,)² +

+ 2,47(Х_зад./Х _max,) - 178](3.18)

Скорость ветра U_max,зад при этом рассчитывают по формуле, м/с:

U_max,зад = f₁U_max(3.19)

где безразмерный коэффициент f₁ определяют в зависимости от отношения Х_зад./Х_max по формулам:

при Х_зад./Х _max < 1

f₁ = 1(3.20)

при 1 < (Х_зад./Х _max) < 8

f₁ = [0,75 + 0,25(Х_зад./Х _max)]/

/[1 + (Х_зад./Х _max)⁹](3.21)

при 8 < Х_зад./Х _max < 80

f₁ = 0,25(3.22)

при Х_зад./Х _max >80

f₁ =1,0(3.23)

Примечание.

В приведенных формулах Х _max расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра U_max достигает максимального значения С_max. Эти значения находят по уравнениям 2.19 и 2.26-2.31 соответственно.

Если рассчитанная по формуле (3.19) скорость ветра U_max,зад < 0,5 м/с или U_max,зад. > U* (см. п. 2.7), то величина С_max,зад определяется как максимальное значение из концентраций на расстоянии х, рассчитанных при трех скоростях ветра: 0,5 м/с, U_max,зад, U*, соответствующая С_max,зад скорость ветра принимается за U_max,зад.



4. ПРИМЕР РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В ЗАДАННОМ МЕСТЕ ПРИ ОДИНОЧНОМ ИСТОЧНИКЕ «ГОРЯЧЕГО» ВЫБРОСА И ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОГО ВЫБРОСА

Исходные данные:

- загрязняющее вещество - сернистый ангидрид SO₂;.

- расход газовоздушной смеси (ГВС) V₁ = 90000 м³/ч = 25 м³/с;

- концентрация SO₂ в ГВС С_выбр = 2000 мг/м³ = 2 г/м³;

- высота трубы Н = 90 м;

- диаметр устья трубы D = 1,4 м;

- город Хабаровск, в котором А = 200 с^2/3мг град^1/3 /г;

- примем з = 1;

- разность температур ГВС и окружающего воздуха T = 80 °С;

- скорость ветра U = 9 м/с;

- предельно допустимые концентраци ПДК _м.р. =0,5 мг/м^3, ПДК _с.с. = 0,05 мг/м³.

Найти максимальную концентрацию SO₂ и концентрацию в точке с координатами X = 2,5 км и Y = 0,2 км при заданной скорости ветра.

Найти величину предельно допустимого выброса. Принять, что фоновая концентрация загрязняющего вещества составляет 0,3·ПДК_с.с.

РЕШЕНИЕ

1. Мощность выброса М = С_выбр V₁ = 2·25 = 50 г/с.

2. Линейная скорость ГВС в устье трубы

щ₀ = V₁/(рD²/4) = 4·25/(р·1,4²) = 16,2 м/с

3. Вспомогательные коэффициенты находим по уравнениям:

f = 1000 щ₀²D/(H²ДT) = 1000·16,2²·1,4/(90²·80) = 0,567;

v_м = 0,65(V₁ДT/H)^1/3 = 0,65(25·80/90)^1/3 = 1,8;

v?_м = 1,3 щ₀D/H = 1,3·16,2·1,4/90 = 0,3276;

f_e = 800(v?_м)³ = 28,13.

4. Поскольку f = 0,567 < 100, выброс «горячий» и максимальную концентрацию загрязняющего вещества при неблагоприятных погодных условиях находим по формуле С_max = A·з·F·m·n·М/[H²(V₁·ДT)^1/3].

5. Т. к. f < f_e, то

m = 1/[0,67 + 0,1f^1/2 + 0,34 f^1/3] = 1/[0,67 + 0,1·0,567^1/2 + 0,34·0,567^1/3] = 0,98,

а величина параметра n при 0,5< v_м = 1,8 < 2

n = 0,532 v²_м - 2,13 v_м + 3,13 = 0,532 1,8² - 2,13·1,8 + 3,13 = 1,02 ? 1.

6. Подстановка значений величин в формулу для нахождения С_max дает, мг/м³:

С_max = 200·1·1·0,98·1·50/[90²(25·80)^1/3] = 0,098

7. Безразмерный коэффициент d при f < 100 и v_м < 0,5 < 2

d = 4,95v_м(1 + 0,28 f ^1/3).

Подставляя в это уравнение значения величин, получаем

.

8. Расстояние по оси факела от трубы до точки, в которой при неблагоприятных погодных условиях достигается С_max, составляет,м:

X_max = (5 - F)d·H/4 = (5 - 1)·11·90/4 = 990.

9. Величина опасной скорости ветра при f < 100 и 0,5< v_м < 2, м/с:

U_max = v_м = 1,8.

10. Для заданной скорости ветра U/U_max = 9/1,8 = 5 > 1.

Вспомогательные величины r и р находим по уравнениям

r = 3(U/U_max)/[2(U/U_max)² - (U/U_max) + 2] = 3·5/[2·5² -5 + 2] = 0,682;

р = 0,32 U/U_max + 0,68 = 0,32·5 + 0,68 = 2,28.

Максимальная концентрация загрязняющего вещества при скорости ветра 9 м/с составляет, мг/м³

С_max,U = r· С_max = 0,682·0,098 = 0,067

и достигается на расстоянии по оси факела от трубы,м

X_max,U = р·X_max = 2,28·990 = 2257

11. Для расстояния до точки с Х = 2,5 км

Х /X_max,U = 2500/2257 = 1,11.

Поскольку 1 < X/X_max < 8,

s_1,2500 = 1,13/[0,13(X/X_max)² + 1] = 1,13/[0,13·1,11² + 1] = 0,97

и концентрация в этой точке при скорости ветра 9 м/с составляет, мг/м³:

С_{2500, U} = С_max,U s_1(2500) = 0,067·0,97 = 0,065.

12. Для X = 2,5 км, Y = 0,2 км и U = 9 м/с > 5 м/с

t_Y = U·(U/Y)² = 5·(0,2/2,5)² = 0,032

и коэффициент

s_{2, 2500, 200} = 1/(1 + 5 t_Y + 12,8 t_Y² + 17 t_Y³ + 45,1t_Y⁴)² =

= 1/(1 + 5 0,032 + 12,8 0,032² + 17 0,032³ + 45,1·0,032⁴)² = 0,85.

13. Концентрация загрязняющего вещества при скорости ветра 9 м/с в точке, находящейся на расстоянии 2,5 км от трубы по оси факела выброса и 0,2 км на от оси факела, составляет мг/м³:

С_{2500, 200, U} = С_{2500, U} · s_{2, 2500, 200} = 0,065·0,85 = 0,055.

14. Фоновая концентрация SO₂ C_фон = 0,3·0,05 = 0,015 мг/м³ (по условию).

15. Величина предельно допустимого выброса при f < 100 составляет, г/с:

ПДВ = (ПДК_м.р. - С_фон)Н²(V₁ДТ)^1/3/(AFmnз) =

= (0,5 - 0,015)·90²·(25·80)^1/3/(200·1·0,98·1·1) = 252,5;

Поскольку предельно допустимый выброс значительно превышает фактическую мощность выброса, установка какого-либо защитного оборудования не требуется.



5. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПО КОМПЛЕКСНОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ

Такая оценка может быть произведена по максимально разовым, среднесуточным или среднегодовым концентрациям. Самая надежная оценка получается по среднегодовым данным.

Степень загрязненности рассчитывается с учетом кратности превышения ПДК (максимальной разовой ПДК _м.р, среднесуточной ПДК_с.с. или среднегодовой ПДК_г) веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентрации заданного уровня, количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициентов их комбинированного действия. Выбор ПДК определяется тем, за какой период усреднения получены фактические концентрации загрязняющих веществ.

При этом значения ПДК_м.р. и ПДК_с.с приведены в гигиенических нормативах ГН 2.1.6.1338-03, а.среднегодовые ПДК_г могут быть выражены через среднесуточные значения ПДК_сс

Числовые значения ПДК_г могут быть найдены по уравнению

(5.1)

Значения коэффициента а приведены в табл. 5.1.

Степень загрязнения воздуха веществами разных классов опасности определяется “приведением” их концентрации (С_ф), нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3-го класса опасности

(5.2)

где

K_i,_j = C_{i, факт}/ПДК_i (5.3)

- нормированная по ПДК концентрация компонента i, относящегося к классу опасности J;

C_i,факт и ПДК_i - соответствующие фактическая и предельно допустимая концентрации (разовая, с усреднением за 20 мин, среднесуточная или среднегодовая), мг/м³;

n - коэффициент изоэффективности, равный для 1, 2 и 4 классов опасности, соответственно 2,3; 1,3 и 0,87.

При величине нормированных по ПДК концентраций выше 2,5 (1 класс); 5 (2 класс) и 11 (4 класс), “приведение” к 3-му классу осуществляется путем умножения значений, нормированных по ПДК концентраций на 3,2; 1,6и 0,7, соответственно.

Комплексный показатель загрязнения атмосферного воздуха веществами разного класса опасности

(5.4)

где K_i,j - нормированная по ПДК концентрация i-го компонента, приведенная к концентрациям веществ 3-го класса опасности.

Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха и выявления зон ЧС и ЭБ производится по данным табл. 5.2. При этом если в комплексном показателе любое из веществ будет иметь значение, превышающее величину показателя для одного вещества, то оценка степени загрязнения осуществляется по этому веществу.

Таблица 5.1 - Значения коэффициентов а для различных веществ

Вещества	Коэффициент а
Аммиак, азота оксид, азота диоксид, бензол, бенз(а)пирен, марганца диоксид, озон, серы диоксид, сероуглерод, синтетические жирные кислоты, фенол, формальдегид, хлоропрен	1
Трихлорэтилен	0,4
Амины, анилин, взвешенные вещества (пыль), углерода оксид, хлор	0,34
Сажа, серная кислота, фосфорный ангидрид, фториды (твердые)	0,3
Ацетальдегид, ацетон, диэтиламин, толуол, фтористый водород, хлористый водород, этилбензол	0,2
Акролеин	0,1

Таблица 5.2 - Критерии оценки среднегодового загрязнения атмосферного воздуха

Показатели	Параметры
	экологическое бедствие	чрезвычайная экологичская ситуация	Относительно удовлетворительная ситуация
Комплексный показатель среднегодового загрязнения воздуха: 1 вещество	более 16	8 - 16	менее 8
2 - 4 вещества	более 32	16 - 32	менее 16
5 - 9 веществ	более 48	32 - 48	менее 32
10 - 15 веществ	более 64	48 - 64	менее 48
16 - 25 веществ	более 80	64 - 80	менее 64

Решение типовой задачи

Среднегодовая концентрация в воздухе города Ч. составляет (мг/м³): бенз(а)пирен - 0,7810-⁵; аммиак - 0,06; SO₂ - 0,065; формальдегид - 0,0069. Среднесуточные ПДК_сс: бенз(а)пирен - 10-⁶ мг/м³; формальдегид - 0,003; SO₂ - 0,05; NH₃ - 0,04. Класс опасности: бенз(а)пирен - 1; формальдегид - 2; аммиак - 4; SO₂ - 3. Рассчитать комплексный показатель загрязненности атмосферного воздуха и оценить экологическую обстановку в районе.

Решение

Рассчитаем кратность превышения ПДК для анализируемых веществ (нормирование по ПДК) по уравнению (4.3)

Бенз(а)пирен:

формальдегид: < 5;

SO₂:

аммиак:

Приведем эти значения к нормированным показателям III класса опасности

Комплексный показатель загрязненности атмосферного воздуха

По табл.2.5 для 4-х элементов (Р = 16...32) ситуацию следует отнести к чрезвычайной.



6. РАСЧЕТ ПЛАТЫ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Законом РФ «Об охране окружающей среды» установлен порядок платности природопользования, который включает плату за природные ресурсы и плату за загрязнение окружающей природной среды.

Основные положения платы за загрязнение природной среды определены Постановлением правительства РФ от 28.08.92 г. № 632 “Об утверждении порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды воздействия”, в котором утверждены порядок расчета размеров платежей и порядок перечисления природопользователями платежей за загрязнение окружающей природной среды.

С экономической точки зрения система платежей за загрязнение строится по принципу компенсации ущерба, причиняемого загрязнением природной среды. Плата за загрязнение окружающей природной среды - это форма частичного возмещения экономического ущерба, возникающего при осуществлении природопользователем хозяйственной, управленческой и иной деятельности в пределах установленных нормативов (лимитов) негативного воздействия на качество окружающей природной среды, а также при их несоблюдении, если оно не привело к значительным экологическим последствиям, требующим специального расследования.

Основными показателями, от которых зависит абсолютный размер платы, являются фактическая масса ЗВ, попадающих в природную среду и норматив платы за выброс 1 тонны конкретного ЗВ.

Установлено два вида базовых нормативов платы:

а) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов, другие виды вредного воздействия в пределах допустимых нормативов;

б) за выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов, другие виды вредного воздействия в пределах установленных лимитов (временно согласованных нормативов).

При этом второй норматив в пять раз превышает первый. В настоящее время действуют базовые нормативы платы за загрязнение окружающей среды, которые утвердило Правительство Российской Федерации Постановлением от 12 июня 2003 года № 344, с учетом изменений, внесенных Постановлением Правительства РФ от 1 июля 2005 года № 410. Для пересчета базовых нормативов платы в цены расчетного года применяются коэффициенты индексации платы (К_инд), устанавливаемые Правительством РФ ежегодно в зависимости от уровня инфляции.

Для учета различий в экологическом состоянии регионов введены специальные коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости территории (К_экол), которые учитывают состояние атмосферного воздуха, почвы и водных объектов и зависят от степени загрязнения и деградации природной среды в каждом регионе. Коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости некоторых территорий приведены в таблице

Для особо охраняемых природных территорий, в том числе лечебно-оздоровительных местностей и курортов, а также для Байкальской природной территории и зон экологического бедствия, районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий вводится дополнительный коэффициент для особых территорий К_{ОСОБ,ТЕРР.} = 2. (для остальных территорий этот коэффициент равен 1).

Плата за загрязнение окружающей среды представляет собой произведение соответствующего норматива плата на массу загрязняющих веществ и на корректирующие коэффициенты.

В общем случае сумма платы за выбросы в атмосферу от стационарных источников (и сбросы в водные объекты) загрязняющих веществ складывается из трёх частей

П = (П_ДОП + П_ВСВ + П_СВ.ЛИМ)· Кинд·К_ЭКОЛ К_ГОР К_{ОСОБ,ТЕРР},(6.1)

где П_ДОП - плата за массу загрязняющих веществ в размерах, не превышающих предельно допустимую; П_ВСВ - плата за массу загрязняющих веществ в размерах, больших, чем предельно допустимая, но не превышающих временно согласованный норматив; П_СВ.ЛИМ - плата за сверхлимитную массу загрязняющих веществ.