Основні теоретичні відомості та методичні рекомендації

Основними джерелами забруднення атмосферного повітря є промислові підприємства та транспортні засоби. Значна частина забруднень потрапляє в повітря з територій, що зайняті промисловими та побутовими залишками, надходять від систем опалення, тваринницьких комплексів та інших антропогенних об’єктів, пов’язаних з діяльністю людини. Характерними особливостями забруднень є їх підвищений вміст у місцях зі значною концентрацією населення. Крім того ці речовини, як правило, накопичуються переважно в нижніх шарах атмосферного повітря, в зоні життєдіяльності людини.

Ступінь шкідливості речовини визначається здатністю її (чи сполук, які вона утворює) негативно впливати на здоров’я людини та на природу в цілому. Тільки при розсіюванні шкідливих речовин, що викидаються в атмосферу промисловими підприємствами, до концентрації, яка не перевищує науково обгрунтованих норм, їх присутність в атмосфері практично не впливає на живу природу та на людину зокрема.

При проведені екологічно-технічних дослідів, основна увага приділяється визначенню концентрації токсичних речовин, що викидаються підприємствами в атмосферу.

Гранично допустима концентрація (ГДК) – показник безпечного рівня вмісту шкідливих речовин в навколишньому середовищі. Відповідає максимальній кількості шкідливої речовини в одиниці об'єму або маси, яка при щоденному впливі протягом необмеженого часу не викликає будь-яких змін в організмі людини і несприятливих спадкових змін у потомства, а також не призводить до порушення нормального відтворення основних ланок екологічної системи природного об'єкта.

Сучасна методика розрахунку забруднення атмосфери токсичними речовинами від одиночного джерела дозволяє визначити максимальне значення приземної концентрації та відстань від джерела забруднення, де вона спостерігається.

Найбільша концентрація токсичної речовини в приземному шарі атмосфери не повинна перевищувати гранично допустимої концентрації її в атмосфері повітря

(5.1)

Методика розрахунку розсіювання шкідливої речовини проводиться при умовах, коли швидкість вітру досягає небезпечного значення. Небезпечна швидкість вітру – це така швидкість, коли для заданого стану атмосфери концентрація шкідливої речовини на рівні дихання досягає свого максимального значення. Величина максимальної приземної концентрації шкідливої речовини при викиді нагрітої газоповітряної суміші з одиночного джерела з круглим січенням при несприятливих метеорологічних умовах на відстані х_М визначається за формулою

(5.2)

де А – коефіцієнт, який залежить від температурної стратифікації атмосфери.

М – (масовий викид токсичної речовини ) сумарна кількість шкідливої речовини, що викидається в атмосферу за одиницю часу, г/с.

V₁ – об’ємна витрата газу, що викидається з джерела, м³/с.

Об’ємна витрата газу V₁ обчислюється за допомогою таких параметрів: – середньої швидкості виходу газоподібної суміші з устя труби та D₀ – діаметра устя димової труби:

(5.3)

Значення потужності викиду М (г/с) i витрати газоповітряної суміші V₁ (м³/с) при проектуванні підприємств визначаються розрахунком у технологічній частині проекту або приймаються відповідно до діючих для даного виробництва (процесу) нормативів. При розрахунках приймаються поєднання М и V₁, що реально існують протягом року при встановлених (звичайних) умовах експлуатації підприємства, при яких досягається максимальне значення С_max.

η – безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу місцевості, у випадку рівної або слабопересіченої місцевості з перепадом висот, що не перевищує 50 м на 1 км,  =1

F – безрозмірний коефіцієнт, який враховує швидкість осідання токсичних речовин в атмосфері.(Значення безрозмірного коефіцієнта F приймається:

а) для газоподібних шкідливих речовин і дрібнодисперсних аерозолей (пилу, золи й т. ін., швидкість упорядкованого осідання яких практично дорівнює нулю) – 1;

б) для дрібнодисперсних аерозолей при середньому експлуатаційному коефіцієнті очищення викидів не менше 90% – 2; від 75 до 90% – 2,5; менше 75% і при відсутності очистки – 3).

h – геометрична висота труби, м.

Т – різниця між температурою газу, що викидається t₁, і середньою температурою повітря (під якою розуміють середню температуру найтеплішого місяця року) t₂, С.

m, n – безрозмірні коефіцієнти, що враховують вихід газоповітряної суміші з устя джерела викиду

Значення коефіцієнтів m та n визначаються в залежності від наступних параметрів

; (5.4)

(5.5)

. (5.6)

V_м , V'_м f – коефіцієнти, які залежать від швидкості руху вихлопного газу.

Коефіцієнт m:

при f<100 ; (5.7 а)

при f 100 , (5.7 б)

Коефіцієнт n :

при (5.8 а)

при (5.8 б)

при (5.8 в)

Для f  100 (або Т  0) і Vм' 0,5 (холодні викиди) при розрахунку С_max замість формули (5.2) використовується формула:

(5.9)

де

. (5.10)

При цьому n визначається за формулами (1.8а) - (1.8в) при V_м= V'_м.

Аналогічно при f <100 і V_М <0,5 або f 100 і V'_М<0,5 (випадки гранично малих небезпечних швидкостей вітру) розрахунок С_max замість (5.2) здійснюється за формулою: 

(5.11)

де

(5.12 а)

(5.12 б)

Формули (5.9), (5.11) є окремими випадками загальної формули (5.2).

Відстань x_м (м) від джерела викиду, на якій приземна концентрація С (мг/м³) при несприятливих метеорологічних умовах досягає максимального значення С_max, визначається за формулою:

, (5.13)

де – безрозмірний коефіцієнт, який при f < 100 визначається за формулами:

при ; (5.14 а)

при ; (5.14 б)

при . (5.14 в)

При f > 100 або T  0 значення визначається за формулами:

(5.15 а)

(5.15 б)

(5.15 в)

Значення небезпечної швидкості U_М (м/с) на рівні флюгера (зазвичай 10 м від рівня землі), при якій досягається найбільше значення приземної концентрації шкідливих речовин С_max, у разі f <100 визначається за формулами:

(5.16 а)

(5.16 б)

(5.16 в)

При f> 100 або T  0 значення U_М обчислюється за формулами:

(5.17 а)

(5.17 б)

(5.17 в)

При небезпечній швидкості вітру U_м приземна концентрація шкідливих речовин С (мг/м³) в атмосфері по осі факела викиду на різних відстанях х (м) від джерела викиду визначається за формулою:

, (5.18)

де s₁ – безрозмірний коефіцієнт, який визначається в залежності від відношення (х/х_м) та коефіцієнта F:

(5.19 а)

(5.19 б)

(5.19 в)

(5.19 г)

Значенння приземної концентрації шкідливих речовин в атмосфері с_y (мг/м³) на віддалі у (м) по перпендикуляру до вісі факела викиду визначається за формулою:

С_y = s₂ С, (5.20)

де s₂ - безрозмірний коефіцієнт, який визначається в залежності від швидкості вітру и (м/с) та відношення у/х за значенням аргумента t_y:

(5.21)

(5.22)

за формулою:

(5.23)

Таким чином, визначивши максимальну приземну концентрацію шкідливих речовин, необхідно порівняти отримане значення зі значенням ГДК для даної речовини. Якщо отримане значення перевищує ГДК, необхідно розробити заходи із зниження значення максимальної приземної концентрації. Одним з ефективних методів є встановлення очисних споруд. Також за допомогою наведеної методики проводять розрахунок мінімальної висоти димової труби для даного промислового підприємства.

Приклад розрахунку (для варіанту 10)

Зведемо усі вихідні дані, проміжні розрахунки та кінцеві результати у таблицю 5.4.

Таблиця 5.4 – Розрахунок концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі в районі джерел їх викиду при несприятливих метеорологічних умовах

№ п/п	Характеристики, позначення, розрахунки	Одиниця вимірювання	Значе-ння
1	Висота димових труб, h	м	35
2	Діаметр устя труби, D	м	1,4
3	Швидкість виходу газоповітряної суміші, 0	м/с	7
4	Температура газоповітряної суміші, Тг	°С	125
5	Температура навколишнього повітря, Тп	°С	25
6	Викид двоокису сірки,	г/с	12
7	Коефіцієнти у формулі (5.2)
	А	-	200
		-	1
8	Максимальна разова гранично допустима концентрація (ГДК):
	діоксиду сірки	мг/м3	0,5
9	Об’єм газоповітряної суміші (за формулою (5.3)):
		м3/с	10,8
10	Перегрів газоповітряної суміші, Т:
	Т = Тг - Тв = 125 – 25	°С	100
11	Параметр f (за формулою (5.6)):
		-	0,56
12	Параметр Vм (за формулою (5.4)):
		м/с	2,04
13	Параметр V'м (за формулою (5.5)):
		-	0,36
14	Параметр m (за формулою (5.7 а))	-	0,98
15	Параметр n (за формулою (5.8 а))	-	1
16	Небезпечна швидкість UМ (м/с) (за формулою (5.16в)):
		м/с	2,2
17	Параметр φ (за формулою (5.14в)):
		-	12,3
18	Максимальна концентрація SO2 (за формулою (5.2)):
		мг/м3	0,19
19	Максимальна приземна концентрація шкідливої речовини (діоксиду сірки) (Сmax =0,19 мг/м3), не перевищує ГДК для цієї ж речовини 0,5 мг/м3.
20	Відстань (за формулою (5.13)):
		м	430
21	Коефіцієнт s1 для відстані х (за формулами (5.19 а), (5.19 б) :
	х = 50 м, х/хм = 0,116	-	0,069
	х = 100 м, х/хм = 0,256	-	0,232
	х = 200 м, х/хм = 0,465	-	0,633
	х = 400 м, х/хм = 0,93	-	1
	х = 1000 м, х/хм = 2,32	-	0,664
	х = 3000 м, х/хм = 6,97	-	0,154
22	Концентрація на відстані х (за формулою (5.18))
	х = 50 м, с = 0,19 · 0,069	мг/м3	0,01
	х = 100 м, с = 0,19 · 0,232	мг/м3	0,04
	х = 200 м, с = 0,19 · 0,633	мг/м3	0,12
	х = 400 м, с = 0,19 · 1	мг/м3	0,19
	х = 1000 м, с = 0,19 · 0,664	мг/м3	0,13
	х = 3000 м, с = 0,19 · 0,154	мг/м3	0,03

Рисунок 5.1 - Графік залежності концентрації шкідливої речовини в атмосфері по вісі факела викиду від відстані від джерела викиду