ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

401

р.105Па

Рис. 4.28. Схема форсунки (а) и график для подбора диаметра форсунки при гидрообеспыливании (б)

1 – корпус; 2 – гайка сопла; λ и L – соответственно угол раскрытия и длина струи распыления

Для систем увлажнения материала в отделениях дробления рекомендуется применять форсунки с отверстиями диаметром 2–3 мм (рис. 4.28). Рабочее давление воды перед форсунками должно быть не менее 105 Па, так как при меньшем давлении распыление получается неудовлетворительным.

Устройства для увлажнения материала располагают на таком расстоянии от аспирационных воронок, чтобы исключить унос капельной влаги воздухом, удаляемым от укрытий. Ширина зоны увлажнения материала на конвейере не должна превышать ширину слоя материала на ленте.

4.8. Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере

После выброса дальнейшее распространение загрязняющих веществ в атмосфере происходит путем рассеивания в результате ветрового переноса и

402

турбулентной диффузии. Ветровой перенос приводит к тому, что при непрерывном истечении загрязняющего вещества в атмосферу образуется струя выброса. При слабом ветре или при его полном отсутствии (штиле) диффузионный перенос в воздухе может превалировать над ветровым переносом, и тогда вокруг источника непрерывных выбросов образуется штилевое облако. Турбулентность – это явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течения образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их характеристики (скорость, температура, давление, плотность) испытывают хаотические колебания (флуктуации) и поэтому изменяются от точки к точке и во времени нерегулярно. Источниками возникновения вихрей являются силы трения при взаимодействии ветрового потока с землей и вертикальных потоков воздуха над нагретой поверхностью. При увеличении высоты влияние поверхности земли на степень турбулентности атмосферы уменьшается. Вертикальные размеры вихрей в атмосфере ограничены и составляют порядка несколько сот метров. По горизонтали же они могут достигать нескольких сотен километров.

В атмосфере принято выделять так называемый пограничный слой. Он примыкает непосредственно к поверхности земли и характеризуется развитой вертикальной турбулентностью. Вышележащие слои воздуха называют свободной атмосферой. В ней вертикальная составляющая турбулентных колебаний скорости ветра уменьшается до малой величины.

Диффузия загрязняющего вещества в воздухе происходит в результате воздействия турбулентных вихрей на облако выброса. Характер их взаимодействия зависит от относительных размеров вихрей и облака. На рис. 4.44 показаны идеализированные схемы рассеивания, иллюстрирующие этот процесс.

Согласно ГОСТ 17.2.1.03–84 приземная концентрация примеси в атмосфере – это концентрация примеси в атмосфере, измеренная на высоте 1,5–2,5 м от поверхности земли.

Максимальное значение приземной концентрации примеси в атмосфере СМ, мг/м3, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии ХМ от источника и определяется по формуле

CМ АHМ2 3FV1m nТ ,

где М – масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу,

г/с.

Смысл других величин, входящих в формулу, описан ранее.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе максимальна принимается равным:

а) 250 для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятия, Читинская область;

403

б) 200 – для Европейской территории России: для районов южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Азиатской территории России, для Казахстана, Дальнего Востока и остальной части Сибири и Средней Азии;

в) 180 – для Европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш., г) 160 – для Европейской территории России и Урала севернее 52° с.

ш.,

д) 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значения мощности выброса М, г/с и расхода газовоздушной смеси, м3/с, при проектировании предприятий определяют расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами.

Для упрощения и ускорения расчетов приземных концентраций на каждом предприятии рассматриваются те из выбросов загрязняющих веществ, для которых

М/ПДК > Ф,

Ф 0,01 Н при Н 10 м Ф 0,01 Н при Н 10 м,

где М – суммарное значение выброса от всех источников предприятия, соответствующее наиболее неблагоприятным из установленных условий выброса, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; Н – средняя по предприятию высота источников выброса, м.

При определении T , °С, следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха ТВ, °C, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года в 13 часов по СНиП 2.01.01–82 «Строительная климатология и геофизика», а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси ТГ, °С, – по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения ТВ равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 2.01.01–82.

Значения безразмерного коэффициента F принимают:

а) для газообразных вредных и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п. скорость оседания которых практически равна 0) – 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п. а) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 %–2; то 75 до 90 %–2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.

Значения безразмерных коэффициентов m и n , учитывающих условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, определяются в

зависимости от параметров f ,Vm ,Vm' , fe ;

404

m 0,65 3 VY1 HT ,

m' 1,3 0НД ; fe 800 m' 3 .

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:

Для fe < f < 100 значения коэффициента m вычисляются при f = fe. Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от m по фор-

мулам:

где

405

причем n определяют по вышеописанным формулам при М М' .

Расстояние ХМ, м, от источника выброса, на котором приземная концентрация С, мг/м3, при неблагоприятных метеорологиче-

ских условиях достигает максимального значения СМ, определяют по формуле

X М 5 4F d H ,

где безразмерный коэффициент d при f 100 находят по формулам:

расстояниях Х, м, от источника выброса определяют по формуле

C S1 CМ ,

где S1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношений Х/ХМ и коэффициента F по формулам:

S1 3 X / X М 4 8 X / X М 3 6 X / X М 2 при X / X М 1;

Для низких и наземных источников (высокой Н не более 10 метров) при значениях Х / ХМ 1 величину S1 в формуле C S1 CМ

Задача 4.8

Через вентиляционную трубу высотой Н = 8 м и диаметром Д = = 0,6 м выбрасывается в атмосферу V1 12000м3/ч (3,33 м3/с) загрязненного воздуха.

Скорость выхода воздуха из трубы 0 12 м/с. Температура вентиляционных

выбросов tГ = 25 °С. Температура наружного воздуха: летом t0 = +25 °С. Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с вентиляционным воздухом М, г/с: аэрозоли масла – 24,5 г/ч, пары уайт-спирита – 6090 г/ч = 1,69 г/с, пыль нетоксичная – 3924 г/ч = 1,09 г/с, пары хромового ангидрида – 3,8 г/ч = 0,001 г/с. Фоновое загрязнение по пыли СФ = 1,0 мг/м3, по хромовому ангид-

риду СФ = 0,0002 мг/м3.

Определить: содержание загрязняющих веществ в приземном слое после рассеивания; расстояние от цеха, где концентрация достигает максимальной величины; предельно допустимые выбросы; высоту трубы для обеспечения рассеивания выбросов до ПДКС. С.

Решение

Для зимнего периода года содержание примеси в приземном слое рассчитываем по ОНД–86.

Максимальная концентрация примеси для «горячих» выбросов, мг/м3,

где А – коэффициент температурной стратификации (определяет Гидрометцентр для каждого района страны), для Красноярска А = 200; m – коэффициент, зависящий от характера истечения газов из трубы, определяется по параметру f:

Т tr to 25 41 66 oC ,

так как f 100, выброс считают «горячим»;

n – коэффициент, зависящий от параметра f и условий скорости истечения газа М ;

– безразмерный коэффициент учета рельефа местности, определяют

по графику в зависимости от соотношения высот и расстояний гор и источников выбросов; для спокойной слабопересеченной местности 1.

Для господствующего направления ветров в Красноярске – западного – местность вдоль Енисея спокойная, коэффициент можно принять равным 1; f – безразмерный коэффициент оседания загрязняющих веществ в атмосфере, для газов и мелких аэрозолей (оседание) f = 1, для пылей после

Максимальная концентрация паров масла (оседание = 0. f = 1)

CМ 0,26 f М 0,26 1 0,007 0,002 мг/м3,

ПДКС.С. = 0,01 мг/м3, что допустимо.

Максимальная концентрация паров уайт-сприта (соединение f = 1)

CМ 0,26 1 1,69 0,44 мг/м3,

ПДКС.С. = 1,5 мг/м3, что допустимо.

Максимальная концентрация пыли (выбросы без очистки f = 3)

408

C М 0,26 3 1,09 0,85 мг/м3,

ПДКС.С. = 0,15 мг/м3.

Оценка загрязнения

СМ / ПДКС.С. 0,85 / 0,15 5,67 ПДКС.С. .

Максимальная концентрация паров хромового ангидрида (оседание 0, f

= 1)

СМ 0,26 1 0,001 0,00026 мг/м3,

ПДКС.С. = 0,0005 мг/м3, что допустимо.

Рассеяние от цеха (от вентиляционной трубы) до места наибольшей концентрации загрязняющих веществ в приземном слое, м,

для пыли без очистки f = 3, Н = 8 м, тогда

X М 5 3 17,04 8 68,16 4

Если выбрасывать загрязняющие вещества без очистки, то должна быть установлена санитарно-защитная зона величиной 100 м от цеха в восточном направлении.

409

Для «горячих» выбросов (при f 0 и T 0 предельно допустимый валовый выброс загрязняющих веществ определяют по формуле

М СМ Н2 3 V1 T ,

A f m n

где СМ – максимально допустимая концентрация загрязняющих веществ с учетом фоновых концентраций,

CМ ПДКС.С СФ .

Так как по углеводородам (масло и уайт-спирит) измерения фоновых концентраций произведем суммарно, определим приведенную концентрацию этих веществ. Приведение произведем к уайт-спириту:

СМ ПДКуайт спирит СФ 1,5 0,05 1,45 мг/м3.

Так как Спр СМ 0,74 1,45 , то можно не применять средств очистки

от масла и уайт-спирита. Выброс этих веществ можно считать допустимым: масло – 0,007 г/с, уайт-спирит – 1,69 г/с.

CМ(хром.ангидрид) ПДКхром.ангидрид СФ 0,0005 0,0002 0,0003 мг/м3.

Фактическое загрязнение составляет 0,00026 мг/м3, следовательно, выброс хромовогоангидридавколичествеМ= 0,001 г/сследуетсчитатьдопустимым.

По пыли

CМ ПДК СФ 0,15 0,1 0,05 мг/м3.

Фактическое загрязнение составляет 0,85 мг/м3. Предельно допустимый выброс, г/с,

М 0,05 82 3 3,33 66 0,064 . 200 3 0,5 1 1

Необходимо сократить выбросы на

1,09 0,064 1,026 .

410

Следует установить установки очистки воздуха от пыли эффективностью пылеулавливания или сделать выше трубу, чтобы загрязнение воздуха в приземном слое не превышало ПДК с учетом фона, т. е для цеха загрязнение не превышало СМ = 0,05 мг/м3.

1,026 /1,09 100 % 94 %.

Необходимая высота трубы для рассеивания примесей до ПДК с учетом фоновых концентраций загрязняющих веществ для условий f 100

или T 0 («горячий выброс»), м,

Труба такой высоты нереальна, поэтому необходимо применять установки очистки газа.

4.9. Гигиенические требования к качеству атмосферного воздуха населенных мест

Основой регулирования качества атмосферного воздуха населенных мест согласно СанПиН 2.1.6.983–00 «Гигиенические требования к обеспече-

нию качества атмосферного воздуха населенных мест»» являются гигиенические нормативы – ПДК атмосферных примесей в атмосфере. В соответствии

с ГОСТ 17.2.1.06–77 примесь в атмосфере – это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе. Примесями в атмосфере

являются загрязнения химическими и биологическими веществами.

Согласно ГОСТ 17.2.1.06–77 ПДК – это максимальная концентрация примеси в атмосфере (мг/м3), отнесенная к определенному времени осредне-

ния, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом. ПДК регламентируют ГН

2.1.6.1338–03.

В жилой зоне и на других территориях проживания должны соблюдаться ПДК и 0,8 ПДК – в местах массового отдыха населения, на территориях размещения лечебно-профи-лактических учреждений длительного пребывания больных и центров реабилитации. К местам массового отдыха населения относят территории, выделенные в генпланах городов, схемах районной планировки и развития пригородной зоны, решениях органов местного самоуправления для организации курортных зон, размещения санаториев, домов отдыха, пансионатов, баз туризма, дачных и садово-огородных участков, ор-

ганизованного отдыха населения (городские пляжи, парки, спортивные базы и их сооружения на открытом воздухе).

Соблюдение для жилых территорий ПДК, а для зон массового отдыха 0,8 ПДК, обеспечивается с учетом суммации биологического действия ве-