Oxorona_atmosfernogo_povitria / Vetoshkun_Injhenernuy_zaxust_NS

Rim - среднее по высоте приземного слоя значение числа Ричардсона.

Профиль скорости ветра описывается формулой

Решение уравнения (3.127) с использованием соотношений (3.133), (3.134) возможнотолькочисленнымметодом. Аналитическоерешениеможетбыть

где α и β - безразмерные параметры, подобранные из условия наилучшегосоответствия фактических и расчетных профилей скорости ветра и коэффициента обмена (обычно α ≈ 1, β ≈ 0,15); l0 - характерный размер, которыйтакжеподбирается из условия соответствия опытным данным. Значение l0 составляет 0,1…1 м и зависит от степени устойчивости атмосферы. При неустойчивой стратификацииl0 = 0,5…1 м, приустойчивойстратификации l0 уменьшается.

3.15. Распространение загрязнений в атмосфере

На рис. 3.17 показана схема распространения загрязненной струи, истекающей из трубы при наличии сносящего ветрового потока. Действие последнего приводит к искривлению струи. На некоторой высоте (Н + Н) влияние сносящего потока становится преобладающим, струя разворачивается, ось ее становится горизонтальной. Факел далее приобретает форму параболоида с вершиной в точке Р, в которой размещают фиктивный источник. Таким образом, реальная картинараспространения загрязнений заменяется факеломотфиктивного источника, расположенным на высоте (Н + Н). Вершина параболоида не обязательно располагается над центром трубы, однако возможное смещение неучитывают, полагая, чтоисточникнаходитсявточке P(x = 0, y = 0), z = H + H).

Превышениегоризонтальнойосифакеланадустьемтрубызависитотусло-

Здесь w0 - скорость истечения, м/с; D0 - диаметр устья трубы, м; Т = (Т0 –Тат) - разность температур газовоздушной смеси на выходе из трубы и атмосферноговоздуха летом, К.

Факел, расширяясь, достигает земли (точка А), в некоторой точке М(хM) приземная концентрация достигает максимума СM, стремясь затем к нулю на удалении(кривая1).

171

Условия истечения газовоздушной смеси должны быть такими, чтобы максимальная приземная концентрация не превышала максимальной разовой ПДК.

Значение СM сложным образом зависит от скорости ветра. При увеличении последней уменьшается Н, то есть факел прижимается к земле, чтоспособствует возрастанию концентраций на ее поверхности. С другой стороны увеличениескоростиветраусиливаетпроцессрассеиванияфакелаввертикальномнаправлении, чтоприводиткуменьшениюконцентраций. Существует "опасная" скорость ветра uM , прикоторойСM максимальна.

Выбросы от низких источников попадают в область аэродинамической тени - зоны, возникающей около зданий и сооружений при обтекании их ветром и характеризующейся движением части воздушных потоков по замкнутому контуру, что увеличивает в ней загрязнение. Выше зоны аэродинамической тени создаётся область возмущенного потока (промежуточная зона), для которой характерна повышенная турбулентная диффузия.

Выбросы из промежуточных источников, попадающие в область возмущенных потоков над зоной аэродинамической тени, рассеиваются так же, как от высоких труб. Однако под действием более интенсивной вертикальной диффузии нижняя часть факела может при определенных условиях затягиваться внутрь аэродинамической тени, вызывая её дополнительное загрязнение, так же как и от низких источников.

По мере удаления от низкого источника концентрация примесей в атмосферном воздухе резко снижается.

Промежуточные источники, также как и высокие, создают максимальную приземную концентрацию на расстоянии 10…40 высот трубы и одновременно нижним шлейфом выбрасываемого факела загрязняют зону аэродинамической тени, где могут создаваться высокие концентрации загрязняющих веществ. Наиболее универсальным методом изучения закономерностей распространения примесей в атмосферном воздухе является математическое описание распространения с помощью решения уравнения турбулентной диффузии, которые позволяют вычислить уровень загрязнения в зависимости от характеристики метеорологических условий и режима выброса источника.

3.16. Изменение концентрации примесей в атмосфере

Распространение в атмосфере выбрасываемых из высоких источников (труб) загрязняющих веществ подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий, характер местности, физические свойства выбросов, высота трубы, диаметр ее устья и др. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном ско-

172

ростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

На рис. 3.18 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов. По мере удаления от тру6ы в направлении, совпадающим с направлением ветра, концентрация вредных примесей в приземном слое атмосферы сначала нарастает, достигает максимума на расстоянии 10…40 высот трубы и затем медленно убывает, что позволяет говорить о наличии трех зон неодинакового загрязнения атмосферы: зоны переброса факела выбросов, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы, зоны задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зоны постепенного снижения уровня загрязнения.

Для решения практических задач, пpежде всего расчета величин ПДB, наибольший интерес представляют случаи достижения при данных параметрах наиболее высоких уровней концентрации примеси в приземном слое воздуха, а также расчет соответствующих минимальных коэффициентов метеорологического разбавления. В основу расчета берутся эти уравнения в упрощенном виде.

СМ, мг/м3

Направление ветра

Дымовой факел

Нmin

Рис. 3.18. Изменение приземной концентрации примеси в атмосфере от организованного высокого источника выброса:

- область распространения загрязнения;

-зона аэродинамической тени (циркуляционная зона);

-верхняя граница промежуточной зоны.

173

Значения приземных концентраций в произвольных точках на оси Ох подсчитываютсяпоформуле

C = s1.CM, (3.145)

где s1 - безразмерный множитель, определяемый по рис. 3.22.

Рис. 3.22. Зависимость множителя s1 от соотношения x/XM .

Приземныеконцентрациивточкахскоординатами х, унаходятсяпофор-

где s2 - коэффициент, величина, которого находится по рис. 3.23, где t = u(y/x)2 при u ≤ 5 м/с; t = 5(y/x)2 при u ≥ 5м/с.

Рис. 3.23. Зависимость коэффициента s2 от параметра t.

Формулы (3.139), (3.142) дают возможность рассчитать необходимую высоту выброса Н, если известны интенсивность источника примеси и условия истечениягазовоздушнойсмеси. ПолагаяСм = ПДК, получаем:

- для T > 0 - нагретыевыбросы

путем последовательных приближений, то есть подбором ищутся значения Н, прикоторыхуравнения(3.147), (3.148) будутудовлетворяться.

177

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу также могут быть рассчитаны с помощью уравнений (3.139), (3.142). Полагая в них См = ПДК, М =

В формулах (3.147)-(3.150) фигурирует максимально разовое значение

ПДК.

Формула (3.144) позволяет определить границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятия. РазмерыСЗЗвычисляютсясучетомсреднегодовойповторяемо-

где Р0 - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров, %. Например, при восьмирумбовой розе ветров Р0 = 100/8 = 12,5%.

Изложенная методика расчета справедлива для неблагоприятных метеорологических условий, когда турбулентный перенос в вертикальном направлении максимален. Такая ситуация соответствует большим отрицательным (сверхадиабатическим) градиентам температур, способствующим развитию естественнойконвекции.

Максимальное значение приземной концентрации в этом случае выше, чем при равновесном состоянии атмосферы или при формировании инверсионногослоя.

Наличие местных аномалий давления и температуры, связанных с влиянием различных факторов (обтекание препятствий ветровым потоком, горизонтальные градиенты температуры, процессы испарения и др.) может существенновлиятьнаформуфакелаираспределениеконцентраций.

Совершенно иначе происходит распространение примеси от низких источников, которыенаходятсяввихревых(отрывных) зонах, образующихсяпри обтекании зданий и сооружений ветром. Примесь вовлекается в циркуляционное движение, концентрация ее увеличивается до того момента, когда турбулентный перенос через границу вихревой зоны уравновесит интенсивность источникапримеси. Далеераспределениеконцентрацийввихревойзонестационарно.

178

3.17. Разбавление примесей в гидросфере

Условия выпуска частично очищенных сточных вод в водоемы определяются их экономической и социально-хозяйственной значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако это не должно отражаться на его жизнеспособности и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для социальнобытового использования, для рыбохозяйственных целей.

Существующие Правила охраны водоемов устанавливают нормативы качества воды для водоемов. Приведенные в Правилах нормативы качества воды водоемов относятся к створам, расположенных на проточных водоемах на 1 км выше по течению пункта водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. При выпуске сточных вод в рыбохозяйственные водоемы предъявляются более высокие требования, чем при выпуске сточных вод в водоемы, используемые для питьевых и социально-бытовых нужд населения.

Нормативы состава и свойств воды водоемов включают такие показатели, как растворенный кислород, биохимическая потребность в кислороде, взвешенные вещества, запахи и привкусы, окраска, реакция воды водоема, ядовитые вещества, плавающие примеси, возбудители заболеваний, минеральный состав, температура воды, радиоактивные вещества.

Условия спуска сточных вод при совместном присутствии в них нескольких вредных веществ выражаются в том, что сумма концентраций всех веществ, выраженных в долях от соответствующих ПДК для каждого вещества в отдельности, не должна превышать 1,0 (единицы). Суммарный эффект воздействия на санитарное состояние водоема нескольких вредных веществ определяется по формуле

где C1, C2,…, Ci – концентрации вредных веществ в воде водоема; C1 п.д, C2 п.д,…, Ci п.д – ПДК, установленные для соответствующих вредных веществ в воде их источника.

Если это условие не соблюдается, то санитарное состояние водоема не удовлетворяет нормативным требованиям и необходимо осуществить мероприятия по повышению эффективности очистки сточных вод перед их спуском в водоем.

179

3.18. Разбавление сточных вод при спуске в водоемы

Взаимосвязь между санитарными требованиями к условиям спуска сточных вод в водоемы, т.е. соответствие состава и свойств воды водоема, который используется для водопользования, установленным нормативам, и необходимой степенью очистки сточных вод перед спуском их в водоем в общем виде выражается формулой

вод, поступающих в водоем; Cр – концентрация этого же вида загрязнения в воде водоема выше места выпуска рассматриваемого стока; α – коэффициент смешения, показывающий какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе; Q – расход воды в водоеме; Cпд – предельно допустимое содержание загрязнения (вредного вещества) в воде водоема.

Коэффициент смешения α зависит от многих факторов: конструкции выпуска, расстояния до расчетного створа, гидравлических и гидрологических параметров водоема. Его значение определяется по методу Фролова-

Родзиллера.

Преобразуя последнюю формулу, можно получить значение Cст, т.е. величину концентрации загрязнения (вредного вещества) в сточных водах, которая должна быть достигнута в результате их очистки и обезврежива-

При расчете необходимой степени очистки сточных вод, спускаемых в непроточные водоемы, в расчетные формулы вводится либо общее разбавление (для озер, водохранилищ и морей), либо наименьшее разбавление n:

(вредного вещества) в спускаемых сточных водах производится определение необходимой степени очистки по количеству взвешенных веществ, по БПКполн, по растворенному в воде водоема кислороду, по температуре воды водоема, по общесанитарному показателю вредности, по изменению

180