Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленная экология. Практикум
.pdf
де газов. Наоборот, эта величина уменьшается с увеличением скорости ветра и понижением слоя приподнятой инверсии.
Между величиной мощности источника выбросов М и приземными концентрациями С наблюдается прямая пропорциональность.
2.3. Изменение концентрации
На рис. 1.6 показано распределение концентрации вредных
веществ в атмосфере над факелом высокого источника выброса.
Как видно, по мере удаления от трубы выделяют три зоны загрязнения атмосферы: зону переброса факела выбросов с относительно
невысоким содержанием вредных веществ; зону задымления с максимальным содержанием вредных веществ (это наиболее опасная
зона) и зону постепенного снижения уровня загрязнения.
Изменение концентрации загрязняющих веществ вдоль распространения оси струи на заветренной стороне трубы зависит от
ее высоты и турбулентного перемешивания. На некотором расстоянии от трубы Х
центрации С
всегда образуется область максимальной кон-
м
. Расстояние от основания трубы до этой области тем
м
меньше, чем сильнее турбулентность и чем ниже труба. По мере
удаления от трубы концентрация по оси факела уменьшается,
а размеры факела в перпендикулярном к оси направлении увеличиваются.
Начальная точка соприкосновения струи с поверхностью земли является началом зоны загрязнения. За началом зоны загрязне-
ния концентрация примесей над поверхностью земли начинает
нарастать, что обусловлено выпадением из факела примесей, достигающих поверхности земли в данный момент, а также примесями (газ, аэрозоль), ранее достигшими земной поверхности и продолжающими свое движение по направлению ветра.
На каком-то сравнительно близком от начальной зоны загрязнения расстоянии концентрация примесей на поверхности земли
достигает максимального значения, а затем сначала быстро, а потом медленно начинает уменьшаться. Это уменьшение концентрации на поверхности земли обратно пропорционально расстоянию
от источника.
Если загрязняющее вещество (газ, аэрозоль) выходит из высокого точечного источника непрерывного действия, то на любом
21
расстоянии от него концентрация на уровне земли будет меньше,
чем от наземного источника такой же мощности.
Максимальная концентрация прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его
высоты над землей. Быстрое уменьшение концентрации на оси факела характерно для слабых струй. Мощные струи не могут размываться с такой же интенсивностью, как слабые струи. При увеличении высоты источника над землей приземная концентрация
вблизи него значительно уменьшается, но по мере того, как струя
расширяется по вертикали, положительный эффект рассеивания от
такого источника постепенно снижается, и на соответствующем
расстоянии от него (в зависимости от его мощности) концентрация
на уровне земли может приближаться к концентрации от наземного источника.
Концентрация загрязняющих веществ в какой-либо точке воздушного пространства, расположенной в зоне действия нескольких
источников, равна арифметической сумме концентраций, создаваемых в этой точке пространства каждым источником в отдельности при их независимом действии.
Для конусной струи количество примесей, выбрасываемых
непрерывным точечным источником в любом сечении, будет равно
произведению средней концентрации по сечению на площадь этого
сечения. Турбулентное перемешивание приводит к рассеиванию
газовой струи или ее растворению в окружающем воздухе. Если
считать газовую струю симметричной относительно ее оси, то линии равных концентраций в поперечном сечении струи будут
представлять собой окружности с центром по оси струи. Расширяясь, струя на каком-то расстоянии от источника вдоль по направлению ветра касается своим краем земли.
Распространение загрязнений, удаляемых затененным точечным источником, имеет другой качественный характер. Если вблизи незатененного источника приземная концентрация имеет ничтожно малую величину, то при удалении на такой же высоте и с
такой же интенсивностью загрязнений через затененную трубу
вблизи здания концентрация будет в 30–40 раз больше, чем через
незатененную трубу.
Можно выделить три зоны:
22
1. Переброс факела выбросов с относительно невысоким со-
держанием вредных веществ.
2. Задымление с максимальным содержанием вредных ве-
ществ. Наиболее опасная зона.
3. Зона постепенного снижения уровня загрязнения.
Из рис. 1.9 видно, что наименьшие концентрации веществ
наблюдаются непосредственно в районе хозяйственного объекта.
Рис. 1.9. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере
над факелом высокого источника выброса
3. Устойчивость атмосферы
По характеру движения воздушных масс атмосферу делят на
два слоя:
1. Пограничный слой высотой 1000–1500 м, включающий
приземный слой высотой 50–100 м. Здесь турбулентность ограничена и зависит от рельефа и застройки.
23
2. Свободная атмосфера: зона выше 1500 м. Атмосфера более
устойчива, возмущения быстро гаснут, а рассеяние выбросов веществ происходит медленнее, дольше сохраняется шлейф газа.
В чистом воздухе происходит более быстрое рассеяние ЗВ.
В результате инверсии происходит охлаждение, и воздух быстро
теряет свою подъемную силу. Восходящий воздух, например, из
дымовой трубы не может при этом дальше подниматься вверх и
сносится ветром в горизонтальном направлении.
В дневное время приток солнечного тепла может стать причиной приподнятой инверсии и застоя в верхних слоях приземного
слоя. Если приподнятая инверсия находится выше устья дымовой
трубы, то дым может и не пробить слой ослабленного смешения, и
в таком случае выбросы прижимаются к земле. В ночное время
преобладающий тепловой поток – это тепловое излучение Земли,
которое приводит к охлаждению поверхности и прилегающего к
ней слоя воздуха. Это способствует успокоению воздушных течений. Утром поверхностный слой прогревается быстрее, чем верхние слои, и вновь появляется турбулентность.
Различие форм струй определяется устойчивостью атмосферы.
Для учета метеорологических условий и распространения выбросов из труб в процессе характеристики влияния предприятия на
окружающую среду используют шесть классов устойчивости атмосферы воздуха:
– класс 1 – сильная неустойчивость;
– класс 2 – умеренная неустойчивость;
– класс 3 – слабая неустойчивость;
– класс 4 – равновесное (безразличное) состояние;
– класс 5 – сильная устойчивость;
– класс 6 – умеренная устойчивость.
Каждому классу соответствует определенное значение скорости ветра, инсоляции (прогрев среды солнцем), времени суток
(табл. 1.2).
Поведение атмосферных потоков определяется метеорологическими условиями. К неблагоприятным метеоусловиям (НМУ)
относят инверсии, штиль, туман, смог.
Влияние туманов на содержание примесей сложное, т. к. при
этом изменяется профиль температуры (инверсии становятся приподнятыми) и прозрачность воздуха в сочетании с условиями его
24
прогревания. Туманы делятся на речные и радиационные. В газо-
Скорость
м, м/с
Облачность
ночью, баллы
Менее 2,0
1
1-2 2 -
-
от 2,0 до 3,0
1–2 2 3 5 6
от 3,0 до 5,0
2
2–3 3 4
5
от 5,0 до 6,0
3
3–4 4 4 4 Более 6,0
3 4 4 4 4
вой фазе туманов концентрация примесей резко уменьшается за
счет поглощения примесей капельками воды.
Таблица 1.2
Классы устойчивости атмосферы по Пасквиллу
ветра на
высоте 10
Степень инсоляции днем
сильная умеренная слабая общая нижняя
В связи с наличием массообмена с соседними слоями воздуха,
в которых нет капель тумана, а есть примеси, капли тумана обогащаются примесями до более высоких концентраций. Таким образом, приземные слои концентрируют в себе гораздо больше вред-
ных веществ при наличии тумана.
Смоги – это дымотуманное состояние приземных слоев атмосферы, характерное для больших индустриальных городов. Наиболее интенсивное загрязнение воздуха наблюдается в периоды зимних туманов при слабом ветре.
Свойство атмосферы рассеивать загрязнение количественно
определяется как потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА). Более
высокий ПЗА соответствует таким метеоусловиям, при которых
создаются более высокие концентрации примесей в приземном
слое атмосферы. Но даже при одинаковых метеоусловиях источники различной высоты будут создавать различное распределение
концентраций по высоте. Так, в случае высоких источников
наибольшие концентрации у земли достигаются при опасной скорости ветра, имеющей существенные турбулентные составляющие
сверху вниз (завихрение, рис. 1.10).
Важно при оценке воздействия предприятия учитывать скорости ветра как фактор, увеличивающий разбавляющую роль атмосферы и способствующий очищению приземного слоя. Так,
в условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит в
непосредственной близости от источника выброса.
25
Общеизвестно, что между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов существует четкая связь
(рис. 1.11).
Важно при оценке воздействия предприятия учитывать скорости ветра как фактор, увеличивающий разбавляющую роль атмосферы и способствующий очищению приземного слоя. Так,
в условиях безветрия рассеивание вредных веществ, происходит в
непосредственной близости от источника выброса.
Рис. 1.10. Типология рассеяния шлейфов выбросов
загрязняющих веществ (характер струи выброса)
26
Общеизвестно, что между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов существует четкая связь
(рис. 1.11).
Рис. 1.11. Схемы распространения атмосферных загрязнений отходов
производства
Рассмотрим механизм процесса рассеивания загрязняющих
веществ в атмосфере, т. е. характер струи выброса.
Исходные положения таковы. Имеется точечный источник
выброса, в начальный момент загрязняющее вещество имеет вид
клуба дыма. Если загрязняющее вещество тяжелее воздуха, оно
будет оседать на землю. В действительности вентиляционные и
промышленные выбросы представляют собой смесь воздуха с относительно малым количеством загрязняющих веществ, и это позволяет считать плотность выброса равной плотности воздуха.
В этом случае скорость и направление движения примесей будут
совпадать со скоростью и направлением перемещения воздуха,
и его перемещение в последующее время будет определяться положением этого объема воздуха. Наиболее типичным случаем рассеивания является движение газовой струи в подвижной среде, т. е.
при горизонтальном перемещении воздушных масс атмосферы.
Поток загрязняющих веществ от точечного источника непрерывного действия движется вместе с воздушными массами, перемеща-
27
емыми ветром; турбулентные вихри изгибают, разрывают поток и
перемешивают его с окружающими воздушными массами. Некоторые вихри вызывают диффузию струй выброса, другие заставляют
струю извиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Молекулярная диффузия в этом процессе практически не играет никакой
роли. При выбросах через высокие трубы или при факельном выбросе
в условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит главным образом под действием вертикальных потоков.
Форма струи, вытекающей из трубы, зависит в основном от
вертикального градиента температуры вблизи трубы. Температура
нижнего слоя атмосферы может колебаться в широких пределах по
высоте. Каждому типичному случаю температурной стратификации соответствует определенный характер формы струи, выбрасываемой из свободно стоящей трубы. Различают три основные формы струи: волнообразную, конусообразную и веерообразную (приподнятую и задымляющую). Зависит форма от вертикального
градиента температуры вблизи трубы. Типология ситуаций рассеяния шлейфов дымовых выбросов (виды факелов выбросов) приведена ранее на рис. 1.6.
С точки зрения рассеяния условия в коническом шлейфе (тип
4) удовлетворительные; с позиций безопасности населения следует
предпочесть условия 1 и 5. Случай 3 приводит к резким флуктуациям приземных концентраций вблизи источника и к появлению
переменной задымленности. В случае 2 создается устойчивое загрязнение приземных слоев вблизи источника, особенно опасное,
если здесь расположены селитебные зоны.
4. Критерии контроля предприятий
Важным этапом оценки влияния предприятия на окружающую
среду является установление соответствия качества выброса
экологическим стандартам.
ПДК – количество вредного вещества в окружающей среде,
отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента,
которое при постоянном контакте или при воздействии в
отдельный промежуток времени практически не оказывает
влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных
последствий у его потомства. При совместном присутствии
28
нескольких примесей наблюдается эффект суммации действия –
,1...
2
2
1
1
≤+++
п
п
ПДК
С
ПДК
С
ПДК
C
( )
{ }
( )
г
ПДВДnmFATVНПДК =∗∗∗∗∆∗∗∗ /
3/1
1
2
( )
{ }
( )
х
ПДВДnmFAНVНПДК =∗∗∗∗∗∗∗∗ /8
3/1
1
2
( )
{ }
( )
грс
ПДВДnmFATVНПДК =∗∗∗∗∆∗∗∗ /
3/1
2
nc
VVVV +++= ...
21
ПДКCC
ф
<+
усиление воздействия при совместном присутствии. Необходимо
соблюдать условие: выбросы опасны, если сумма больше 1.
(1.2)
где С – фактические концентрации.
Рекомендуются формулы ПДВ:
– для нагретого выброса:
;(1.3)
– для холодного выброса:
;(1.4)
– для группы источников:
;(1.5)
, (1.6)
где Н – высота источника выброса над землей, м; V
выбрасываемого первым источником (расход газо-воздушной
смеси), м
3
м
/с; Vn – объем газа, выбрасываемого n-м источником, м3/с; Vс –
суммарный объем газовой смеси, м
3
/с; V2 – объем газа, выбрасываемого вторым источником,
3
/с; ∆Т – разность температур
– объем газа,
1
выбрасываемых газов и воздуха, С°; А – коэффициент
распределения температуры воздуха (коэффициент температурной
стратификации атмосферы); m и n – коэффициент условий выхода
газовой смеси из устья источника; Д – диаметр устья источника, м;
F – коэффициент скорости оседания вредных веществ в воздухе.
Методика расчета изложена в СН 369-74. При расчете
учитывается фоновая концентрация вредных веществ в воздухе С
и остальных источников загрязнения С, сумма которых должна
быть меньше или равна ПДК, т. е.
ф
. (1.7)
При совместном присутствии в воздухе нескольких веществ со
своими значениями ПДК с концентрацией С
(i = 1, 2, 3, …, m) их
i
суммарная концентрация должна удовлетворять условию:
29
∑
=
≤∗
m
I
i
ПДКC
1
1
1
. (1.8)
( )
{ }
( )
( )
{ }
( )
1/3
2
1
1/3
23
/
0,04 20 0,067 40 / 160 1 0,5 2 560 /160 3,5 / .
ПДВ ПДК Н V T A F m n Д
мг м
= ∗ ∗ ∗∆ ∗ ∗ ∗ ∗ =
= ∗ ∗ ∗ ∗∗ ∗ = =
Пример. Из трубы высотой Н=20 м выходит поток с
концентрацией 0,5 мг/м
воздушной смеси 240 м
3
диоксида азота. Объем – расход газо-
3
/час (0,067 м3/с). Температура окружающего
воздуха 20 °С, температура выброса 60 °С. Коэффициент
температурной стратификации атмосферы А = 160, коэффициент
скорости оседания вредных веществ в воздухе F=1; n = 2; m = 0,5;
ПДК (NО
) = 0,04 мг/м3; диаметр устья источника 0,53 м.
2
Известно, что значение Сi в воздухе рабочего помещения
неизбежно выше, чем на площадке предприятия и особенно за ее
пределами (рассеянные примеси). На рис. 1.12 приведено
вероятное значение ПДК
вдоль факела выброса. Реализуется
i
принцип раздельного нормирования загрязняющих веществ.
Классификация ПДК
ПДК
0,3 · ПДК
предприятия; ПДК
Бывает ПДК
0,8·ПДК
– максимальная разовая в рабочей зоне; ПДК
р.з.
– максимальная разовая на территории (площадке)
р.з.
– в атмосферном воздухе населенного пункта.
а.в.
(максимальная разовая); ПДКсс – (среднесуточная);
мр
(максимальная разовая для особо охраняемых эколого-
мр
пп
=
курортных территорий, в том числе для крупных городов с населением более 200 тысяч человек).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]