Раздел 1

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ргр 1. Расчет концентрации загрязняющих веществ в районе выброса Теоретическая часть

Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющим веществом называют примесь в атмосфере, оказывающую неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.

При нормировании состояния воздушной среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК) [1]:

ПДК_р.з - это максимальная концентрация примеси в воздухе рабочей зоны производственных помещений, которая при ежедневной работе в течение 8 ч за все время рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений;

ПДК_м.р - это максимальная разовая концентрация примеси в атмосферном воздухе, воздействие которой на организм человека не вызывает рефлекторных реакций. Эта концентрация установлена для предупреждения вреда человеку при кратковременном воздействии атмосферных примесей;

ПДК_с.с - это максимальная среднесуточная концентрация примеси в атмосферном воздухе, которая в течение сколь угодно длительного времени не окажет прямого или косвенного влияния на организм человека.

Состояние воздушной среды оценивают по фактическим концентрациям примесей в данное время. Они изменяются в зависимости от метеорологических условий, характера выброса в атмосферу, вида и плотности жилой застройки и других факторов.

При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Она может определяться расчетным путем.

Расчетная часть

Цель работы: расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, определение расстояния от источников выброса, на котором концентрация вредного вещества становится максимальной.

Задание: рассчитать параметры максимального загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха источниками промышленных выбросов по варианту, заданному преподавателем (табл.1.1).

Т а б л и ц а 1.1

Исходные данные для расчета

	Характеристика источника, м						Параметры пылегазовоздушной среды в устье источника
	Координаты		Вы-сота Н	Дли-на L	Ширина b	Диа-метр D	Ско-рость w0, м/с	Загрязняющие вещества	Концен-трация С, мг/м3
	Х	У
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	6655	825	29	-	-	0,42	14,66	Пыль зерновая	16,2
2	6699	820	10	-	-	0,32	10,45	Пыль сахарная	25,0
О к о н ч а н и е т а б л. 1.1.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
3	6882	838	13	-	-	0,45	7,23	Пыль мучная	3,4
4	6800	844	19	-	-	0,45	12,06	Пыль сухого молока	19,1
5	6640	855	30	1,48	0,40	-	11,49	Углерода оксид	29,0
								Азота диоксид	6,14
6	6710	870	12	-	-	0,25	1,20	Пыль металлич.
								с содерж. диоксида кремния 70-20%	7,0
7	6690	875	11	0,40	0,45	-	15,32	Пыль органическая	56,6
8	6727	860	3	0,20	0,20	-	13,28	Марганца диоксид	1,4
9	6850	830	2	-	-	0,30	3,60	Серная кислота	0,7
10	6250	875	2	-	-	0,50	3,50	Натрия гидроксид (аэрозоль)	0,75
11	6190	807	15	-	-	0,45	10,50	Аммиак	30,0
12	6400	830	23	-	-	0,30	11,20	Сероводород	21,5
13	6240	840	29	-	-	0,32	8,30	Метан	10,2
14	6250	835	4	-	-	0,25	9,36	Метилмеркаптан	25,5
15	6130	810	12	0,45	0,45	-	3,45	Формальдегид	5,5
16	6200	835	12	0,40	0,45	-	9,20	Диоксид серы	18,2
17	6550	852	12	-	-	0,50	3,20	Сажа	32,0
18	6200	819	15	0,50	0,30	-	6,40	Винилацетат	86,0
19	6150	823	10	-	-	0,60	4,80	Пропанол	69,5
20	6708	810	6	-	-	0,50	6,50	Фреон ХФУ-12	80,5
21	6600	830	20	0,6	0,4	-	8,70	Этанол	20,8
22	6700	853	12	-	-	0,60	1,30	Уксусная кислота	40
23	6750	830	5	-	-	0,3	0,8	Пары парафина	5
24	6720	810	9	-	-	0.4	1,4	Фенол	1,5
25	6600	790	8	-	-	0,4	2,5	Метилэтилкетон	2,5
26	6650	820	6	-	-	0,3	1,8	Метиламин	0,8
27	6660	870	10	-	-	0,46	1,7	Ацетоальдегид	1,9
28	6500	890	12	0,5	0,5	-	2,4	Ацетон	12,2
29	6600	880	8	-	-	0,5	1,9	Масляная кислота	10,5
30	6200	840	7	-	-	0,4	2,9	Фурфурол	1,9

Для расчетов величину Δ t принять равной:

для вариантов 1-15 – 0 ˚С,

для вариантов 16-30 – 20 ˚С.

1.Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из источника, которое достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м (м) от источника, определяют по формуле

АМFmn

С_м = + С_ф, (1.1)

Н^{2 3}V₁t

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H - высота источника выброса над уровнем земли, м;  - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае слабопересеченной местности  = 1; t - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси t_г и температурой окружающего атмосферного воздуха t_в , ˚С; V_i - расход газовоздушной смеси, м³/c; С_ф – фоновая концентрация вещества, мг/м³ [3].

2. Объем газовоздушной смеси V_i (м³/с), выбрасываемой в единицу времени, вычисляют по формуле

V_i = D²w₀ / 4 , (1.2)

где D - диаметр устья источника выброса, м; w₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса, м/с.

Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газо-воздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производят по приведенным выше формулам при средней скорости w₀ (м/с) и значениях D = D_э (м) и V_i = V_iэ (м³/с).

Эффективный диаметр устья D_э (м) определяют по формуле

D_э = 2Lb / (L + b), (1.3)

где L - длина устья, м; b - ширина устья, м.

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V _iэ(м³/с) определяют по формуле

V _iэ = D_э² w₀ / 4 (1.4)

Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D_э равняется длине стороны квадрата. Остальные расчеты рассеивания загрязняющих веществ производят как для выбросов из источника с круглым устьем.

3. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимают по следующим данным.

Географическое положение объекта	Значение коэффициента А
Районы Бурятской АР и Читинской области	250
Европейская территории РФ: районы РФ южнее 50° с.ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа; Азиатской территории РФ; Дальний Восток и остальная территория Сибири	200
Европейская территория РФ и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов	180
Европейская территория РФ и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ЕТР)	160
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области	140

4. Массу вещества, выбрасываемого в единицу времени, М (г/с) определяют по формуле

М = СV_i10^-3. (1.5)

5. Значение безразмерного коэффициента F принимают:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю, равной 1;

б) для крупнодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п.) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.

6. Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, V_м, V_м и f_е :

f = 1000w₀²D / (H²t); (1.6)

V_м = 0,65³(V_it) / H; (1.7)

V_м = 1,3w₀D / H; (1.8)

f_е = 800(V_м)³. (1.9)

Коэффициент m зависит от f :

m = 1 / (0,67 + 0,1f + 0,34 ³ f ) при f < 100; (1.10)

m = 1,47 / ³ f при f  100. (1.11)

Для f_е < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f = f_е.

Коэффициент n при f < 100 зависит от параметра V_м :

n = 1 при V_м  2 ; (1.12)

n = 0,532V_м² - 2,13V_м + 3,13 при 0,5  V_м< 2; (1.13)

n = 4,4V_м при V_м < 0,5. (1.14)

При f  100 или t  0 коэффициент n определяется по формулам (1.12) – (1.14) при V_м = V_м.

7. Значение безразмерного коэффициента  устанавливают на основе анализа картографического материала, представляющего рельеф местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км,  = 1, в других случаях значение  выбирают из справочных таблиц.

8. При f  100 или t  0 и V_м  0,5 (холодные выбросы) значение максимальной приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) определяют по формуле

АМFn

С_м = К (1.15)

Н ³Н

где К = D / 8V_i = 1 / 7,1w₀V_i . (1.16)

9. Аналогично при f < 100 и V_м< 0,5 или f  100 и V_м< 0,5 (случаи предельно опасных скоростей ветра) максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) рассчитывают по формуле

АМFm

С_м = (1.17)

Н^{2 3}Н

где m - безразмерный параметр:

m = 2,86m при f < 100, V_м < 0,5;

m = 0,9 при f  100, V_м < 0,5.

10. Расстояние Х_м (м) от источника, на котором при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) определяют по формуле

Х_м = (5 - F)dH / 4, (1.18)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

d = 2,48(1 + 0,28 ³ f_е ) при V_м  0,5 , (1.19)

d = 4,95 V_м (1 + 0,28 ³f ) при 0,5 < V_м  2 , (1.20)

d = 7 ³V_м (1 + 0,28 ³f ) при V_м  2. (1.21)

При f > 100 или Т  0

d = 5,7 при V_м.  0,5; (1.22)

d = 11,4 V_м  при 0,5 <V_м  2; (1.23)

d = 16V_м  при V_м >2. (1.24)

11. Значение опасной скорости ветра U_м (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ, определяют в зависимости от параметра f:

U_м = 0,5 м/с при V_м  0,5 и f < 100; (1.25)

U_м = V_м при 0,5< V_м  2 и f < 100; (1.26)

U_м = V_м (1 + 0,12 f ) при V_м > 2 и f < 100. (1.27)

U_м = 0,5 при V_м < 0,5 и f  100 или t  0; (1.28)

U_м = V_м при 0,5 < V_м  2 и f  100 или t  0; (1.29)

U_м = 2,2 при V_м > 2 и f  100 или t  0. (1.30)

12. После выполнения расчетов проверяют следующее условие:

(С_м + С_ф ) / ПДК_м..р  1, (1.31)

где С_ф - фоновая концентрация вредного вещества (мг/м³), из которой исключен вклад рассматриваемого предприятия, С_ф = 0,3ПДК_м.р.

ПДК_м..р - предельно допустимая максимально разовая концентрация (мг/м³), определяемая из справочника 2.