29

РАССЕИВАНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

В АТМОСФЕРЕ

методические указания

1. Нормирование загрязнений атмосферы

Для каждого вещества, загрязняющего воздух, установлены два нор­матива: максимально разовая и среднесуточная предельно допустимые концентрации (ПДК).

Максимально разовая ПДК устанавливается для предупреждения реф­лекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз) при кратковременном воздействии (до 20 мин) атмосферных загрязнений.

Среднесуточная ПДК устанавливается с целью предупреждения пря­мого или косвенного токсического (канцерогенного, мутагенного) влияния загрязнителей. Если в воздухе присутствуют вещества однонаправленного действия, то допустимая концентрация каждого из них определяется из соотношения

Σ(C_i / ПДК_i) ≤ 1, (1.1)

где C_i и ПДК_i – соответственно концентрация и ПДК i-го вещества.

По степени воздействия на организм человека все вредные вещества делятся на 4 класса опасности: 1 - чрезвычайно опасные; 2 - высокоопасные; 3 - умеренно опасные; 4 - малоопасные. Класс опасности устанавливается в зависимости от средней концентрации CL₅₀ вещества в воздухе, приводящей к смертельному исходу с вероятностью 0,5. В табл. 1.1 приведена классификация загрязняющих веществ по степени опасности. Значения ПДК для некоторых загрязнителей атмосферы приведены в табл. 1.2.

2. Расчет промышленных выбросов через дымовые трубы

Не все виды производств работают по безотходной технологии, и не для всех загрязняющих веществ разработаны достаточно эффективные способы очистки. Поэтому часто загрязненные выбросы отводят на большую высоту. При этом выбрасываемые вредные вещества, достигая приземного пространства, рассеи­ваются, их концентрация снижается до предельно допустимого значения.

Наиболее распространено отведение на большую высоту загрязняющих веществ с помощью дымовых труб, которые в отдельных случаях достигают высоты 350 м и более. Максимальная приземная концентрация C_max вредных веществ для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника (трубы) с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях равна

(2.1)

а для холодных источников (ΔT = 0)

(2.2)

где A - коэффициент, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе; M - ко­личество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере; m и n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H - высота источника выброса над уровнем земли, м; V – объемный расход газовоздушной смеси, м³/с; ΔT - разность между температурой выбрасывае­мой газовоздушной смеси T и температурой окружающего атмосферно­го воздуха T, ^oС; k = D/(8V) - параметр, учитывающий скорость газовоздушной смеси в устье трубы, с/м².

Таблица 1.1.

Классификация вредных веществ

CL50, мг/м3	Класс опасности вещества
Менее 500	1
500-5000	2
5001-50000	3
Более 50000	4

Таблица 1.2.

ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

	ПДК, мг/м3
Вещество	максимально разовая	средне­ суточная	Класс опасности
Азота двуокись	0,085	0,04	2
Азота окись	0,6	0,06	3
Аммиак	0,2	0,04	3
Ангидрид сернистый	0,5	0,05	3
Ацетон	0,35	0,35	4
Белок пыли белкововитаминного концентрата		0,001	2
	-
Бенз(а)пирен	-	10-7	1
Бензин нефтяной в пересчете	5	1,5	4
на углерод
Бензол	1,5	0,1	2
Водород хлористый	0,2	0,2	2
Дихлорэтан	3	1	2
Железа окись	-	0,04	3
Железа хлорид	-	0,004	2
Кадмия окись	-	0,001	2
Кислота азотная	0,4	0,15	2
Кислота серная	0,3	0,1	2
Магния окись	0,4	0,05	3
Марганец и его соединения	0,01	0,001	2
Меди окись	-	0,002	2
Медь хлористая	-	0,002	2
Никель металлический	-	0,001	2
Озон	0,16	0,03	1
Пыль неорганическая, содержа­
щая двуокись кремния, %:
выше 70	0,15	0,05	3
70-20 (шамот, цемент)	0,3	0,1	3
ниже 20	0,5	0,15	3
Сажа	0,15	0,05	3
Свинец и его соединения	-	0,0003	1
Сероводород	0,008	-	2
Сероуглерод	0,03	0,005	2
Спирт метиловый	1,0	0,5	3
Углерода окись	5	3	4
Фенол	0,01	0,003	2
Флюс канифольный	0,3	0,3	4
активированный
Фтористые соединения	0,035	0,003	2
Фтористый водород	0,02	0,005	2
Хлор	0,1	0,03	2
Цинка окись	-	0,05	3

Значение коэффициента A изменяется в зависимости от географи­ческого района: для Центральной части Европейской территории России - 120, для Севера и Северо-Запада – 160, для Кавказа, Средней Азии, Сибири, Нижнего Поволжья и Дальнего Востока – 200.

Величины M и V определяются характером технологического процесса и при выполнении задания входят в исходные данные.

Величина ΔT определяется характером технологического процесса и температурой окружающего атмосферного воздуха, при выполнении задания входит в исходные данные.

Величину безразмерного коэффициента F принимают:

F = 1 - для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозо­лей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю; F = 2 - для пыли и золы, если эффективность очистки η > 0,9 ( M₁, M₂ – содержание примеси до и после очистки);

F = 2,5 - для пыли и золы, если 0,75 < η < 0,9;

F = 3 - для пыли и золы, если η < 0,75.

Безразмерный коэффициент m находят по графику (рис. 2.1) в зависимости от параметра

(2.3)

где w = V/(πD²/4) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы, м/с; D - диаметр устья трубы, м, или вычисляют по формулам

при f < 100;

при f > 100.

Рис. 2.1. График для определения безразмерного коэффициента m

Безразмерный коэффициент n находят по графику (рис. 2.2) в зависимости от параметра v_M, вычисляемого по формулам:

- для нагретых выбросов

(2.4)

- для холодных выбросов (ΔТ =0)

(2.5)

wD H '

или определяют из соотношений

n = 1 при v_M ≥ 2;

n = 0,532v_M² – 2,13v_M + 3,13 при 0,5 ≤ v_M < 2;

n = 4,4v_M при v_M < 0,5.

При f > 100 или ΔT ≈ 0 коэффициент n вычисляется по формуле

При v_M < 0,5 расчет максимальной приземной концентрации C_max вместо формулы (2.2) проводится по формуле

(2.6)

где

Рис. 2.2. График для определения безразмерного коэффициента n

Максимальная приземная концентрация вредных веществ отмечается на оси факела выброса (по направлению ветра) на расстоянии x_m от источника выброса, который в зависимости от значения безразмерного коэффициента F определяется по формулам

x_m = dH при F < 2; (2.7)

x_m = 1,25FdH при F ≥ 2, (2.8)

где d - безразмерный коэффициент при f ≤ 100, определяемый по гра­фику (рис. 2.3).

При f > 100 или ΔT ≈ 0 значения d находятся по условиям

d = 5,7 при v_M ≤ 0,5;

d = 11,4v_M при 0,5 < v_M < 2;

Значение C_max не должно превышать установленное значение ПДК. Если происходит одновременное загрязнение атмосферы несколькими веществами, то в любой точке территории жилой застройки должно выполняться условие (1.1). Так как в общем случае максимальные концентрации разных веществ наблюдаются в разных точках, то для проверки выполнения этого условия необходимо знать не только C_maxi но и распределение концентраций по территории. При опасной скорости ветра, направленного от источника к жилой застройке, приземная концентрация вредного вещества в любой точке по оси выброса определяется по формуле

C = S C_max (2.9)

где S - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения x/x_m.

Рис. 2.3. График для определения значений коэффициента d

График зависимости S от соотношения x/x_m приведен на рис. 2.4. Регламентация выбросов в атмосферу осуществляется на основе установления так называемых предельно допустимых выбросов (ПДВ). Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77, ПДВ вредных веществ в атмосферу - это норматив, предусматривающий, что концентрация веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышает нормативную концентрацию этих веществ.

В соответствии с «Указаниями по расчету рассеяния в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74» расчет ПДВ, г/с, проводится по формулам:

- для нагретых выбросов

(2.10)

Рис. 2.4. Значения безразмерного коэффициента S по оси выброса

- для холодных выбросов

(2.11)

Должно быть использовано дополнительное оборудование для очистки выбросов, эффективность которого должна быть не меньше

(2.12)

если количество загрязняющего вещества М, выбрасываемое через устье трубы в единицу времени, превышает ПДВ.