Расчёт пдв для одиночного источника

Значение ПДВ, г/с, от одиночного источника с круглым устьем определяется по формуле:

, (25)

где С_ф – фоновая концентрация ЗВ (определяется как 20 % от ПДК).

Определение опасной скорости ветра

Опасной называется скорость ветра, при которой концентрация загрязняющих примесей на уровне дыхания достигает максимальных значений.

Для горячих источников

при <100 и 0,5<_M2 U_M = 0,5 м/c.

Для холодных выбросов

при _M  0,5 U_M = 0,5 м/c.

Определение расстояния X_M

Расстояние X_M, м, от источника до точки, в которой приземная концентрация достигает максимального значения C_м, мг/м³, при неблагоприятных метеоусловиях рассчитывается по формуле:

, (26)

где d – безразмерный коэффициент, который находится для горячих источников по формуле:

, (27)

Таким образом, концентрации C_M представляют собой максимумы, наблюдаемые под осью факела на расстоянии X_M от источника при опасной скорости ветра U_M.

Расчёт распределения концентраций загрязняющих веществ.

Ближе или дальше X_M при скорости ветра, отличной от опасной, и при удалении от оси факела концентрация загрязняющих веществ снижается.

При опасной скорости ветра приземная концентрация ЗВ С, мг/м³, по оси факела на разных расстояниях от источника определяется по формуле:

, (28)

где S₁ – безразмерный коэффициент, учитывающий изменения концентрации вдоль факела.

При  1

, (29)

при 1   8

, (30)

при F  1,5 и  8

, (31)

где X – расстояние от источника до рассматриваемой точки.

Лекция № 10. Метеорологические условия переноса и рассеивания примесей в атмосфере

Вредные вещества, поступающие в атмосферу от техногенных источников, постепенно оседают на поверхности земли, вымываются атмосферными осадками и переносятся на значительные расстояния от места выброса. Все указанные процессы зависят от температур воздуха, влажности, скорости и направления ветра, наличия атмосферных осадков, интенсивности солнечного сияния.

Климатические условия, определяющие характер самоочищения атмосферы, называются потенциалом загрязнения атмосферы.

1. Температура – один из первых параметров, который влияет на рассеивание и перенос ЗВ. Известно, что при высоких температурах увеличивается скорость разложения вредных химических веществ в атмосфере, поэтому в летний период времени экологическая обстановка в промышленных регионах зачастую лучше, чем в зимний, когда низкие температуры препятствуют трансформации токсикантов и способствуют их длительному сохранению и присутствию в приземных слоях воздуха. Кроме того, в зимнее время года промышленные предприятия и предприятия теплоэнергетики работают на полные мощности, обуславливая более значительные объемы выбросов ЗВ в воздух, чем летом.

Чаще всего выбросы промышленных предприятий, предприятий теплоэнергетики, автотранспорта являются более теплыми, чем окружающий воздух. Известно, что теплые газовые массы поднимаются в атмосфере вверх. Перенос примесей в верхние слои атмосферы определяется характером распределения температур в атмосфере с высотой, т.е.е вертикальным градиентом температуры на единицу высоты (обычно на 100 м). Обычно в атмосфере с высотой происходит снижение температуры. Считается, что если градиент или перепад температуры в сухой атмосфере равен 1 С на 100 м высоты, то воздух на любой поверхности находится в равновесии. При вертикальном градиенте значительно большем, чем 1 С на 100 м в приземном слое атмосферы создаются неупорядоченные движения воздуха, т.е. атмосферная турбулентность. Явление возрастания температуры с высотой называется инверсией температуры. Инверсия температуры может наблюдаться как у поверхности земли (приземная инверсия), так и не некоторой высоте (высотная инверсия). Инверсии на небольшой высоте от земли (20 – 100 м) называются приподнятыми.

Инверсии характеризуются вертикальной протяженностью или мощностью, т.е. разностью высот от верхней до нижней границы инверсии. Приземные инверсии возникают в результате выхолаживания воздуха над почвой.

Инверсии в свободной атмосфере развиваются в результате атмосферных циркуляционных процессов: циклонов и антициклонов, холодных и теплых атмосферных фронтов.

Влияние температурной инверсии на характер переноса ЗВ и их рассеивание может быть как положительным, так и негативным. Чем больше разность температуры между выбрасываемыми из источника ЗВ и окружающим воздухом, тем стремительней и выше поднимаются ЗВ, а значит, при постепенном выравнивании температур происходит их постепенное разбавление огромной массой атмосферного воздуха и при достижении поверхности земли концентрации ЗВ минимальны.

2. Скорость и направление ветра. На содержание вредных веществ в атмосфере оказывает значительное влияние их рассеивание турбулентными потоками воздуха. Высокие скорости ветра увеличивают разбавляющую роль атмосферы, способствуя очищению приземного слоя. В условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит в непосредственной близости от источника выбросов.

Из практики известно, что максимальная концентрация загрязняющих веществ регистрируется на расстоянии равным 10 – 20 м высотам источника выброса. Поэтому при проектировании и размещении промышленных предприятий и жилых кварталов учитывается это расстояние и повторяемость различных направлений ветра, то есть среднегодовая роза ветров.

Необходимо принимать во внимание не только направление, но и скорость ветра. Выбросы низких и неорганизованных источников скапливаются в приземном слое при слабых ветрах 0 – 1 м/с. Однако существует явление, так называемой, опасной скорости ветра, при которой возможен «прижим» факела выброса к поверхности земли. При сильных ветрах (более 4 м/с) наблюдается перенос примесей на значительные расстояния от места выброса. Сильный ветер способствует лучшему рассеиванию загрязняющих веществ, но существует промежуточная скорость ветра, при которой факел опускается к земле, наблюдается эффект задымления

Эта скорость ветра является крайне опасной. Ее значение зависит от высоты, скорости и температуры выбросов из источников. На практике наиболее часто такая скорость соответствует 4 – 6 м/с.

Большое значение имеет сочетание неблагоприятных температурных условий, скорости и направления ветра (например, температурная инверсия располагается выше источника + опасная скорость ветра).

3. Осадки (дождь, снег, туман, мгла). На формировании уровня загрязнения атмосферы влияет также вид и количество осадков. Так, например, при туманах загрязнения воздуха усиливаются, капли тумана поглощают вредные вещества, как вблизи поверхности, так и в вышележащих слоях воздуха. Концентрация примесей в тумане значительно возрастает, что связано с различными фотохимическими процессами, протекающими в атмосфере. Например, при растворении в каплях тумана оксидов серы образуются аэрозоли серной и сернистых кислот. Таким образом, увеличивается не только масса ЗВ в результате химической реакции, но и возрастает его токсичность. Аналогичным образом происходит переход кислых газов в кислоты при их взаимодействии с атмосферными осадками, что является одной из причин кислых дождей. Попадая в открытые водоемы кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они так же могут вызывать повреждения листвы, гибель растений, ускорять коррозию металлов и разрушение зданий. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленностью.

Туманы, содержащие частицы дыма и твердых вредных веществ, получили название смогов. С наличием смогов связывают периоды особо высокого загрязнения атмосферы. В этой связи, отметим, что атмосферные осадки являются важным фактором самоочищения атмосферы, так как капли дождя (снежинки) захватывают частицы пыли и несут их к поверхности земли. Процесс самоочищения происходит и в облаках, где облачные капли также захватывают пылинки, частицы сажи и дыма. Чем больше количество выпавших осадков, тем чище атмосфера, но сами осадки выступают в этом случае источниками загрязнения поверхности почвы и воды открытых водоемов.

4. Солнечная радиация. Установлено, что высокая интенсивность солнечного сияния способствует усилению процессов фотохимических превращений в атмосфере (в частности, переход SO₂ в более токсичный SO₃ с образованием сульфатных аэрозолей). При наличии в атмосфере окислов азота и органических веществ в ясные солнечные дни возможны фотохимические процессы с образованием фотохимического смога, при котором в атмосфере образуется вредные продукты перокиацетилнитрат. Фотохимический смог раздражающе действует на слизистые оболочки органов обоняния и зрения человека, неблагоприятно влияет на растительный и животный мир.

В реальной атмосфере выбросы промышленных предприятий подвергаются действию всего рассматриваемого комплекса метеорологических факторов, который определяет тот или иной уровень загрязнения. Сочетание метеорологических условий, обуславливающих накопление примесей в атмосфере, называют метеорологическим потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА). Влияние различных составляющих ПЗА зависит от расположения источников, параметров выбросов и повторяемости сочетающих ПЗА. Чем больше повторяемость неблагоприятных условий, тем чаще происходит накопление примесей. В настоящее время метеорологические параметры являются обязательными характеристиками, участвующими в расчетах ПДВ. Определение необходимой высоты источника выброса, моделировании концентрации ЗВ, в приземном слое атмосферы при проектировании или реконструкции предприятий промышленности, теплоэнергетики, трасс магистралей и других объектов, имеющих значительный объем выбросов в атмосферу.