Практикум к решению задач Основы экологии 2004

3

Практическое занятие № 1

Расчет приземных концентраций промышленных выбросов из организованных высоких источников

1 Теоретическая часть

К организованным промышленным источникам относят трубы, аэрационные фонари, фрамуги и т.п. Их разделяют на высокие, низкие и промежуточные.

Через высокие источники осуществляется выброс в атмосферу технологических газов и загрязненного вентиляционного воздуха. К ним относятся трубы, выбросы из которых производятся в верхние слои атмосферы, что обеспечивает их хорошее рассеивание.

Низкие источники являются наиболее распространенными для сброса вентиляционного воздуха и технологических сдувов в атмосферу. Выбросы из таких источников производятся непосредственно в зону аэродинамической тени, создаваемой зданиями и сооружениями, и загрязняют в основном территорию около этих зданий и сооружений.

Критерием оценки влияния выбросов предприятий на атмосферный воздух является сравнение фактических концентраций (примесей в атмосфере), полученных в результате рассеивания выбросов, с предельно допустимыми.

Для атмосферного воздуха установлены следующие значения предельно допустимых концентраций (ПДК):

-максимально разовая ПДКм.р. – такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не вызывает рефлекторных реакций в организме человека (изменение биоэлектрической активности головного мозга, ощущение запаха, световой чувствительности глаза и др.);

-среднесуточная ПДКс.с. – такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенных мест, которая не оказывает прямого или вредного косвенного воздействия в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания с целью предупреждения резорбционного действия (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и других влияний).

Значения предельно допустимых концентраций вредных веществ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Предельно-допустимые концентрации, мг/м3, некоторых вредных веществ в воздушной среде

4

Продолжение таблицы 1.1

В основу методики расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вредного вещества в атмосферном воздухе, т.е.

где См – максимальная концентрация загрязняющих веществ в приземном воздухе, создаваемая источниками выбросов, мг/м3;

Сф – фоновая концентрация одинаковых или вредных однонаправленных веществ, характерная для данной местности (принимается по данным санэпидемслужбы).

При совместном присутствии в атмосфере нескольких (п) вредных веществ, обладающих суммирующим действием (например, IO2. NO2, HF, H2SO4, фенол) критерием качества воздуха служит соотношение

где i означает i-ю примесь.

Расчет нормативов выбросов производится по формулам отдельно для холодных и нагретых выбросов.

Выбор формулы расчета производят по параметру f, м/с2∙град

5

где W0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с;

Н – высота источника над уровнем земли, м/с;

∆t – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси tг и температурой окружающего атмосферного воздуха, tB, °С;

Д – диаметр устья источника выброса, м.

При расчете источников выбросов с прямоугольным устьем определяют эквивалентный диаметр устья Дэ:

где l – длина устья, м; b – ширина устья, м.

Выбросы, для которых f≥100, относятся к холодным; выбросы при f<100 относятся к нагретым.

1.1Нагретые выбросы из одиночного (точечного) источника

Величину максимальной приземной концентрации вредных веществ для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точечного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм, м, от источника определяют по формуле

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации (распределения температуры воздуха по вертикали) атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания примесей в атмосферном воздухе, С⅔∙мг∙град⅓/г;

М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу из источника, т.е. мощность выброса, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n – безмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа

местности на рассеивание примеси;

∆t – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси tг и температурой окружающего атмосферного воздуха, ºС;

V1 – объем выбрасываемой газо-воздушной смеси.

6

Величину коэффициента А принимают для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации выбрасываемых вредных веществ в атмосферном воздухе достигают максимальных значений:

-для субтропической зоны Средней Азии – 240;

-для Урала, Украины, Белоруссии – 160;

-для центральной части Европейской части России – 120.

Величины М и V1, м3/с, определяют технологическими расчетами или в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами.

Величину ∆t определяют, принимая температуру окружающего атмосферного воздуха tb равной его средней температуре в 13 часов наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01.-82., а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси tг определяют по технологическому расчету или принимают в соответствии с действующими для данного производства нормативами.

Величины безразмерного коэффициента F принимают:

а) для вредных газообразных веществ и малодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания наиболее крупных фракций которых не превышает 0,05 м/с, F=1;

б) для крупнодисперсной пыли и золы при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки ≥ 90% F=2; в пределах 70-90% - F=2,5; менее 75% или при отсутствии очистки F=3.

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание примесей. Принимают равным 1, если в радиусе высот труб Н от источника перепад от меток местности не превышает 50м на 1км (уклон менее

0,05). При уклонах 0,05-1 η=0,8; при уклонах0-0,15 η=0,7; при уклонах 0,15-0,25 и

если предприятие расположено в котловине глубиной 100-200м η=0,4.

Величину безразмерного коэффициента m определяют в зависимости от величины вспомогательного параметра f по формуле

1

m . (1.7) 0,67 0,1 f 0,343 f

Величину безразмерного коэффициента n определяют по формулам в зависимости от величины параметра Vм:

7

Расстояние Хм, м, по оси факела выброса (в направлении среднего ветра за рассматриваемый период) от источника выброса, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации вредных веществ См при неблагоприятных метеорологических условиях определяют по формуле

где d – безразмерная величина, определяемая по формулам:

Во всех случаях следует принимать d≥8.

В случаях, когда безразмерный коэффициент F≥2, величину Хм, м, определяют по формуле

(5 F)

Xм d H. (1.15)

4

Величины приземных концентраций примесей С, мг/м3, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях Х, м, от источника выброса должны определяться по формуле

где S1 – безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от соотношения Х/Хм по формулам:

Величины приземных концентраций примесей в атмосфере Су, мг/м3, на расстоянии У, м, по перпендикуляру от оси факела выброса должны определяться по формуле

8

где S2 – безразмерная величина, определяемая в зависимости от скорости ветра, м/с, в приземном слое воздуха и отношения У/Х по формуле

правило, 10м от уровня земли), при которой имеет место наибольшее значение приземной концентрации примеси в атмосферном воздухе. См принимают:

Приземную концентрацию примеси от высокого источника выброса в любой точке с координатами (х, у) определяют по формуле

Сху=См∙S1∙S2 . (1.23)

Приравнивая максимальные концентрации в приземном слое воздуха к предельно допустимым, возможно решение обратной задачи – расчета минимальной высоты трубы при фиксированном объеме выброса.

Согласно действующей методике, минимальная высота Нmin одноствольной трубы для рассеивания нагретых газовоздушных выбросов определяется по формуле

Если имеется один источник выброса нескольких различных примесей, то за высоту выброса должна приниматься наибольшая из величин Н, которая определена для каждого вредного вещества в отдельности.

1.2Выбросы из группы высоких источников

Приземную концентрацию С вредного вещества в любой точке местности при наличии N источников определяют как сумму концентраций вредных веществ в этой точке от отдельных источников.

где Сi – концентрация вредного вещества, выбрасываемого i-м источником, мг/м3;

N – общее число источников загрязнения.

9

Величину максимальной суммарной концентрации примеси в приземном слое воздуха См от N одинаковых источников равной высоты, близко расположенных на площадке друг от друга с одинаковыми диаметрами устьев, одинаковыми скоростями выхода в атмосферу газообразной смеси определяют по формуле

где Мс – суммарное количество примеси, выбрасываемое всеми источниками в атмосферу, г/с;

N – общее число источников загрязнения;

Vc – суммарный объем выбрасываемой всеми источниками газовоздушной смеси, м3/с.

Величину вспомогательного параметра Vмс для определения коэффициента n рассчитывают по формуле

В остальном расчет не отличается от расчета рассеивания нагретых выбросов из одинакового источника.

1.3Холодные выбросы из одиночного (точечного) источника

Величину максимальной приземной концентрации примеси См, мг/м3, для выброса холодной газовоздушной смеси, когда значение параметра f≥100м/с2∙град из одиночного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм, м, от источника определяют по формуле

где А – коэффициент имеющий размерность мг∙м∙⅓/г и определяемый так же, как и для формулы (1.5);

М – количество примеси, выбрасываемой в атмосферу из источника,

г/с;

F – безразмерный коэффициент, определяемый так же, как для формулы (1.5);

n – безразмерный коэффициент, определяемый по формулам (1.8 – 1.10) в зависимости от величины параметра Vм, м/с, вычисляемого по формуле

(1.28);

10

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание примеси;

Wо – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с;

D – диаметр устья источника выброса, м;

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м; К – величина, с/м2, определяемая по формуле (1.28).

где V1 – объем выбрасываемой из источника газовоздушной смеси, м3/с. Опасную скорость ветра Им, м/с, на уровне флюгера, при которой имеет место наибольшее значение приземной концентрации примеси в атмосферном

воздухе для холодных выбросов, принимают:

Расстояние Хм по оси факела выброса (в направлении среднего ветра за рассматриваемый период) от источника выброса, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации вредных веществ См при неблагоприятных метеорологических условиях, определяют по формуле (1,12), а безразмерный коэффициент d составляет:

В остальном расчет рассеивания вредных веществ для холодных выбросов производят как для нагретых.

2 Решение задач

Задача №1 Тепловая электростанция выбрасывает М, т, сернистого ангидрида в час.

Объем отходящих газов V1, м3/ч, с температурой t, °С. Высота трубы Н, м. Диаметр устья Д, м. Электростанция расположена в центральной части европейской территории России. Перепад высот в радиусе 10 км от трубы не превышает 50 м на 1 км. Фоновая концентрация SO2 в районе расположения станции Сф. Требуется рассчитать максимальную приземную концентрацию См SO2 и расстояние Хм по оси факела, на котором она достигается.