Практическая работа 1. Рассеивание выбросов в атмосфере.
Цель: Произвести расчет приземных концентраций вредных веществ при выбросе из одиночного нагретого источника.
Теоретические сведения
1. Распространение выбросов в атмосфере подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов оказывает влияние состояние атмосферы, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника выброса и пр. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра и распределением температур в вертикальном направлении.
При выбросах через высокие трубы в условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит в основном под действием вертикальных потоков, обусловленных более высокой температурой выбрасываемой газовоздушной смеси, чем температура окружающего воздуха. Наличие ветра усиливает разбавляющую роль атмосферы, что обеспечивает более низкие приземные концентрации вредных веществ. Повышение эффективности рассеивания вредных веществ в атмосфере пропорционально скорости ветра. Одновременно с увеличением скорости ветра происходит уменьшение высоты факела выброса над устьем трубы. Указанное фиксируется значением опасной скорости ветра, при которой приземные концентрации имеют максимальное значение.
В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения делятся на точечные, линейные, площадные.
Точечные источники – удаляемые вредные вещества сосредоточены в одном месте (трубы котельных, шахты, крышные вентиляторы, крышные трубы тепловозов и пр.).
Линейные источники – имеют значительную протяженность (аэрационные фонари, открытые фрамуги или окна, близко расположенные крышные вентиляторы и пр.).
Площадные источники – рассредоточенные на обширной территории источники неорганизованного выброса (негерметичность, отсутствие системы газоотвода) или группы однотипных источников организованного выброса (отвалы, резервуары, совокупность мелких вентиляционных источников).
В зависимости от высоты устья источников выброса над уровнем земной поверхности они могут быть четырех классов:
· высокие (высота выброса – 50 и более метров);
· средние (10–50 м);
· низкие (2–10 м);
· наземные (до 2 м).
2. Расчет приземных концентраций вредных веществ при выбросе из одиночного нагретого источника
Основным документом, регламентирующим расчеты рассеивания выбросов предприятий и определения приземных концентраций вредных веществ, является “Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86”.
В основу методики расчета положено следующее основное условие: рассчитывают максимальную концентрацию по каждому веществу в расчетной точке, которая соответствует наиболее неблагоприятным метеорологическим условиям (скорость ветра имеет опасное значение и наблюдается интенсивный вертикальный турбулентный обмен).
Нижеприведенная методика расчета приземных концентраций отвечает случаю выбросов из однотипного нагретого источника без учета влияния застройки на рассеивание вредных веществ в атмосфере.
2.1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См, мг/м3, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника при неблагоприятных метеорологических условиях определить по формуле
, (1)
Где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (распределение температуры воздуха по высоте) и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (принять по прил. 1 для региона проживания студента);
М (г/с) - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ F = 1);
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км =1);
m, n - коэффициенты. учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса
H (м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м);
Т - Разность между температурой выбрасываемой смеси и температурой окружающего воздуха, оС
Q - Объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, м3/с
(2)
D - диаметр устья трубы, м
w0 (м/с) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
2.2 Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, 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 южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Дальнего Востока и территории Сибири и Средней Азии;
в) 180 - для Европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов;
г) 160 - для Европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш.
д) 140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.
При определении значения Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам.
При отсутствии данных по Тв в СНиП 2.01.01-82 они запрашиваются в территориальном управлении Госкомгидромета (УГКС) по месту расположения предприятия.
Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси Q (м3/с) при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами.
Значение безразмерного коэффициента F принимается:
а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;
б) для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.
Значения коэффициентов m и n определить в зависимости от параметров f и vм, м/с:
;
Рассчитать среднюю скорость w0, м/с, выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса из формулы 2
;
Коэффициент m определить в зависимости от f по формуле:
;
Коэффициент n определить в зависимости от величины vм
При vм 2 n = 1;
При 0,5 vм < 2 n = 0,532 vм 2 - 2,13 vм + 3,13;
При vм < 0,5 n = 4,4 vм.
2.3. Расстояние Хм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См, определяется по формуле
Хм (56) Н, м.
2.4. Определим фактическую концентрацию вредного вещества у поверхности земли с учетом фонового загрязнения воздуха:
См = Сф + Сфакт,
См – максимальное значение приземной концентрации вредного вещества,
Сф – фоновая концентрация вредного вещества в приземном воздухе.
Тогда:
Сфакт = См – Сф,
2.5. В соответствии с ГОСТом для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается ПВД вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК.
См + Сфакт ≤ ПДК
Задача № 1
Рассчитать величину максимальной концентрации вредного вещества у земной поверхности, прилегающей к промышленному предприятию, расположенному на ровной местности, при выбросе из трубы нагретой газовоздушной смеси (принять вещество оксид азота).
Вариант исходных данных принять по предпоследней цифре учебного шифра (табл. 1).
Таблица 1
Исходные данные К задаче 1 |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Фоновая концентрация вредного вещества в приземном воздухе Сф, мг/м3 |
0,02 |
0,9 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
1,5 |
0,01 |
0,01 |
0,03 |
0,6 |
Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, М, г/с |
0,8 |
7,6 |
0,4 |
0,2 |
0,7 |
7,5 |
0,3 |
0,7 |
0,9 |
7,6 |
Объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, Q, м3/с |
2,4 |
2,7 |
3,1 |
3,3 |
2,9 |
2,4 |
2,8 |
2,9 |
3,2 |
2,4 |
Разность между температурой выбрасываемой смеси и температурой окружающего воздуха Т, оС |
12 |
14 |
16 |
18 |
13 |
15 |
17 |
12 |
16 |
14 |
Высота трубы Н, м |
21 |
23 |
25 |
22 |
24 |
21 |
23 |
24 |
25 |
21 |
Диаметр устья трубы D, м |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
1,0 |
Выбрасываемые вредные вещества |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2 |
Примечание. В таблице цифрами обозначены выбрасываемые вещества: 1 - оксид азота (NO); 2 - оксид углерода (CO); 3 - диоксид азота (NO2); 4 - диоксид серы (SO2).
УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ
1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См, мг/м3, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника при неблагоприятных метеорологических условиях определить по формуле
,
Где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (принять по прил. 1 для региона проживания студента);
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ F = 1);
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной местности =1);
m, n - безразмерные коэффициенты, вычисляемые согласно п.2.
2. Для определения См необходимо:
Рассчитать среднюю скорость w0, м/с, выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса
;
Значения коэффициентов m и n определить в зависимости от параметров f и vм, м/с:
;
Коэффициент m определить в зависимости от f по формуле:
;
Коэффициент n определить в зависимости от величины vм
При vм 2 n = 1;
При 0,5 vм < 2 n = 0,532 vм 2 - 2,13 vм + 3,13;
При vм < 0,5 n = 4,4 vм.
3. При неблагоприятных метеорологических условиях максимальная приземная концентрация вредных веществ достигается на расстоянии от источника выброса
Хм (56)•Н, м.
4. Определить фактическую концентрацию вредного вещества у поверхности земли с учетом фонового загрязнения воздуха.
Сфакт = См – Сф,
5. Дать оценку рассчитанного уровня загрязнения воздуха в приземном слое промышленными выбросами путем сравнения со среднесуточной предельно допустимой концентрацией (ПДК).
Таблица 2
Предельно допустимая концентрация вредного вещества
Наименование вещества |
Класс опасности |
ПДК, мг/м3 |
|
максимальная разовая |
среднесуточная |
||
Азота диоксид NO2 |
2 |
0,085 |
0,04 |
Азота оксид NO |
3 |
0,6 |
0,06 |
Пыль неорганическая |
3 |
0,5 |
0,15 |
Сажа |
3 |
0,15 |
0,05 |
Серы диоксид SO2 |
3 |
0,5 |
0,05 |
Углерода оксид CO |
4 |
5,0 |
3,0 |
Задача № 2
Определить величину предельно допустимого выброса (ПДВ) несгоревших мелких частиц топлива (сажи), выбрасываемых из трубы котельной. Рассчитать максимально допустимую концентрацию сажи около устья трубы.
Вариант исходных данных принять по предпоследней цифре учебного шифра (табл.3).
Таблица 3
Исходные данные к задаче 2 |
Варианты |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Фоновая концентрация сажи в приземном воздухе Сф, мг/м3 |
0,01 |
0,008 |
0,006 |
0,004 |
0,01 |
0,008 |
0,006 |
0,005 |
0,01 |
0,007 |
Масса сажи, выбрасываемой в атмосферу, М, г/с |
2,5 |
1,8 |
1,2 |
2,6 |
1,4 |
0,9 |
1,3 |
2,7 |
1,1 |
1,5 |
Объем газовоз-душной смеси, выбрасываемой из трубы, Q, м3/с |
5,2 |
5,4 |
5,6 |
5,8 |
5,1 |
5,3 |
5,5 |
5,7 |
5,2 |
5,4 |
Разность между температурой выбрасываемой смеси и температурой окружающего воздуха Т, ос |
42 |
44 |
50 |
58 |
61 |
53 |
49 |
52 |
54 |
48 |
Высота трубы Н, м |
26 |
18 |
24 |
17 |
15 |
23 |
14 |
27 |
28 |
26 |
Диаметр устья трубы D, м |
0,9 |
1,0 |
0,8 |
1,1 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
1,0 |
1,1 |
0,9 |