1.2. Загрязнение воздушного пространства выбросами из одиночных

источников

К числу стационарных одиночных источников загрязнения воздушного пространства относят промышленные предприятия:

• тепловые электростанции;

• конверторные, мартеновские и электроплавильные цехи;

• доменное производство;

• производство серной кислоты контактным способом;

• производство элементарной серы;

• асфальтобетонные, нефтеперерабатывающие и другие заводы;

• котельные;

• другие стационарные предприятия, оснащённые дымовыми трубами.

Высота дымовых труб предприятий должна обеспечивать такое рассеивание золы, пыли, химических соединений или других вредных примесей, при которых концентрации их у поверхности земли становятся меньше предельно допустимых значений.

При прочих равных значениях, дымовые трубы выбирают тем ниже, чем выше эффективность системы пылеулавливания, и наоборот.

Поэтому при проектировании промышленных электростанций, асфальтобетонных заводов, котельных и т.д. решается одна из двух задач:

• по известным концентрациям примесей в газах после системы газоочистки и ПДК у поверхности земли находят минимальную высоту дымовой трубы;

• по принятой высоте трубы и ПДК у поверхности земли находят концентрации вредных примесей, допущенные на выходе из газоочистки.

Для расчета рассеивания вредных примесей через дымовые трубы используют Общесоюзный нормативный документ (ОНД-86), разработанный Госкомгидрометом в 1987 году

В соответствии с нормами ОНД-86 источники выброса вредного вещества в зависимости от его высоты (Н) устья над уровнем земной поверхности подразделяются на четыре класса:

• высокие источники - Н > 50 м;

• источники средней высоты Н = 10... 50 м;

• низкие источники - Н = 2... 10 м;

• наземные источники - Н < 2 м.

В нормах применены следующие единицы измерения: метры, секунды, граммы, концентрация вредных веществ - в миллиграммах на м³, концентрация на выходе из источника - в граммах нам³.

Степень опасности загрязнения приземного слоя выбросами вредных веществ определяется по наибольшей величине приземной концентрации вредностей (с_м,) в двухметровом слое над поверхностью земли, которая может устанавливаться на некотором расстоянии от места выброса (х_м) при неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения и имеет место интенсивный вертикальный турбулентный обмен.

Нормы распространяются на расчёт концентраций загрязняющего вещества на расстоянии не более 100 км от источника выброса

По Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий принимают с_м < ПДК.

Разовые значения ПДК являются в настоящее время основной характеристикой веществ, не обладающих кумулятивным действием. Например, для сернистого газа и нетоксичной пыли величины разовых ПДК принимаются равными 0,5 мг/м³.

Ниже приведена методика, изложенная в ОНД-86 «Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». Л. Гидрометиоиздат.1987.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м ) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле:

c_M =AMFmnη/H²(V1ΔT)^1/3, мг/м³, (1.1)

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;

тип- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние и выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (трубы);

Н - высота трубы над уровнем земли (для наземных источников при расчётах принимается Н = 2 м), м;

η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (см. ниже); в случае ровной или слабопересечённой местности с перепадом

высот до 50 м на 1 км rj = 1;

ΔT — разность между температурой выходящей из трубы газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С).

V1- расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле, м³/с:

V 1=ώ0 π D²/4, (1.2)

где: D - диаметр устья источника выброса, м;

ώ0 - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника

выброса, м/с; п=3.14.

Коэффициент «А» принимается для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

а) 250 - для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятской АССР и Читинской области;

б) 200 - для Европейской территории России, для районов России южнее 50° с. ш., для районов Нижнего Поволжья, Кавказа, для Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

в) 180 - для Европейской территории России и Урала от 50° до 52° с. ш., за исключением перечисленных выше районов;

г) 160 - для Европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш., за исключением Центра ETC;

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

Для других территории России значение коэффициента А должны приниматься по аналогии с районами со сходными климатическими условиями турбулентного обмена.

Значения безразмерного коэффициента F в зависимости (1.1) от эффективности системы пылеулавливания ц, и для SO₂ приведены ниже:

- для газообразных веществ SO₂ и мелкодисперсных аэрозолей при скоростях упорядочного оседания пыли, золы и т.п. близкой к нулю - F=l;

- для золы, кроме вышеуказанных условий при эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - F=2;

• тоже при 70 ... 90 % - F=2,5;

• для крупнодисперсных аэрозолей и пыли, при коэффициенте очистки выбросов менее 75 % и при отсутствии очистки значение F= 3.

Значение коэффициентов тип при f < 100 (горячие выбросы) определяются в зависимости от параметров f и v_M

f = 1000 ώ0 ² D / (Н² ΔT), (1.3)

v_M = 0,65(V 1ΔT/H)^I/3 (1.4)

m = 1/(0,67 + 0,l f ^0,5 + 0,34f ^0,33) (1.5)

n = 1 при v_M > 2

n = 0,532 v_м ² -2,13 v_м + 3,13 при v_M = -0,5...2,0

n = 4,4 v_M при v_м < 0,5

Расстояние х_м (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м (мг/м³) определяется по формуле:

x_M = (5-F)dH/4, (1.6)

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

d = 7 v_M^0,5(1 +0,28 f ^1/3) при v_M > 2

d = 4,95 v_M (1 + 0,28 f ^1/3) при v_M = 0,5...2,0

d = 2,48 v_M (1 +0,28 f ^1/3) при v_M < 0,5

Значение опасной скорости u_M (м/с) на уровне флюгера (10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ c_M при f < 100 определяется по формулам:

u_M = 0,5 при v_M<0,5 (1.7)

u_M = v_M при v_M = 0,5...2,0 (1.8)

u_M = v_M(l + 0,12f ^0,5) при v_M > 2 ( 1.9)

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_ми (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра и (м/с) отличающейся от опасной скорости ветра и_м, определяется по формуле:

Сми=rС_м (1.10)

Безразмерный коэффициент г в зависимости от отношения и/и_м определяется по формулам:

г = 0,67 (и/и_м) + 1,67 (и/и_м)² -1,34 (и/и_м)³ при u/u_M < 1 r = 3(u/u_M)/(2(u/u_M2-(u/u_M) + 2) при u/u_M >1

Расстояние от источника выброса х_ми, на котором при скорости ветра и и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения с_ми, определяется по формуле:

Хми=рх_м, (4.11)

где р - безразмерный коэффициент определяемый в зависимости от отношения и/и_м по формулам:

р = 3 при u/u_M < 0,25;

р = 8,43(1- u/uм)⁵ +1 при u/u_M = 0,25... 1;

р = 0,32 и/и_м +0,68 при u/u_M > 1;

При опасной скорости ветра и_м приземная концентрация вредных веществ с_м (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выброса определяется по формуле:

c = s1 c_M; (4.12)

где s₍ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F по формулам:

s1 = 3(х/х_м)⁴ - 8(х/х_м)³ + 6(х/х_м)² при х/х_м < 1;

s1 = 1,13 / (0,13(х/х_м)² + 1) прих/х_м = 1...8;

s1 = х/х_м/(3,58(х/х_м)² - 35,2(х/х_м) + 120) при F < 1,5 и х/х_м >8;

s1 = 1 /(0,1 (х/х_м)² + 2,47(х/х_м) - 17,8) при F > 1,5 и х/х_м >8;

67

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере с_у (мг/м ) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

су =S2 c; (4-13)

где s₂ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и (м/с) и отношения у/х по значению аргумента t_y:

t_y = и y²/x² и<5;

t_y=5y²/x² u>5;

s₂ = 1 / (1 + 5 t_y + 12,8 t_y² + 17 ty³ + 45,1 ty⁴)²

«Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». (ОНД-86) Л. Гидрометиоиздат.1987, использованная выше, содержит также разделы и приложения, охватывающие: загрязнение атмосферы выбросами линейного источника, группы источников, учёт влияния рельефа местности, учёт застройки территории, учёт суммации вредного воздействия нескольких веществ, учёт фоновых концентраций загрязнений, определение границ санитарно-защитной зоны и др.

Пример 1. Определить параметры максимальных концентраций вредных веществ, создаваемые выбросом из высокого источника на примере ТЕЦ.

Дано. Из трубы высотой 90 м, диаметром 2,5 м вбрасываются в атмосферу дымовые газы с суммарным расходом 100 м³/сек; температура газа на выходе из устья трубы +150° С ; средняя температура воздуха в 13 ч самого жаркого месяца + 30° С; начальное содержание золы в дымовом газе 18,2 г/м³; выброс золы, М₃ = 18,2 100 = 1820 г/с;

из приложения 3, (ОНД-86) принимаем: выброс двуокиси серы, М₈ог =12 г/с; выброс окислов азота (в пересчёте на двуокись азота) M_N02 ⁼ 0,2 г/с; максимально разовые предельно допустимые концентрации (ПДК) двуокиси серы и золы в зоне дыхания не должна превышать - 0,5 мг/м³, окислов азота -0,085 мг/м³.

Решение: Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле:

c_M=AMFmnη /H²(V1ΔТ)^1/3 мг/м³,

68

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы равен 160

сек ^2/3*град ^1/3 для Самарской области;

М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (г/с) равна расход газ. х содерж. = 100 м³/сек х 18,2 г/м³ = 1820 г/с ; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. F = 2,5 при эффективности золоуловителя менее 90 %;

тип- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние и выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (трубы);

η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в

случае ровной или слабопересечённой местности с перепадом высот до 50 м

на 1 км ц = 1;

ΔT - разность между температурой выходящей из трубы газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С) AT = 150-30=120°(С).

V1 - расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле, м³/с:

V, = ώо 71D² / 4 = 20,38 3,14 2,5² /4 = 100 м³/сек, где D — диаметр устья источника выброса, м; ώо - скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса,

ώ₀ = 4 М/3,14 D² = 4 100 /3,14 2,5² = 20,38 м/с.

Значение коэффициентов тип при f < 100 (горячие выбросы) определяются в зависимости от параметров/и v^

f= 1000 Dώ₀² D / (Н² AT) = 1000 20,38² 2,5 / 90² 120 = 1,07

Vм = 0,65 (V1 АТ/Н)^т = 0,65 (100 120/90)^1/3 = 3,32м/с

m = 1/(0,67 + ОД/^0,5 + 0,34f^1/3) - 1 / (0,67 + 0,1 1,07^0,5+0,34 1,07^1/3) = 0,89 n = 1 при v_M> 2

Тогда максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³)

c_M=AMFmnη /Н² (V1 ΔТ)^1/3 = 160 1820 2,5 0,89 1 1 / 90² (100 120)^1/3 = 3,49 мг/м³,

Расстояние х_м (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м (мг/м³) определяется по формуле:

х_м = (5 -F) dH/ 4 = (5 - 2,5) 16,41 90 / 4 = 923,1 м. где безразмерный коэффициент d при f< 100 находится по формулам:

d=l v_M^0,5(l + 0,28 f^1/3) = 7 3,32^0,5 (1 + 0,28 1,07^1/3) = 16,41 при v_M > 2

Расчёт показал, что максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) несколько превышает предельно допустимую для населённых мест, равную 3 мг/м³

69

Значение опасной скорости и_м (м/с) на уровне флюгера (10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ с_Му при/< 100 определяется по формуле:

и_м = v_M (1 + 0,12 f^0,5) = 3,32 (1 + 0,12 1,07^0,5) - 3,73 м/с при v_M > 2