Лабораторная работа № 3. Установление величины предельно допустимого выброса (пдв)

Цель работы: расширение знаний о нормировании выбросов загрязняющих веществ.

Задачи работы: ознакомление с методикой расчета ПДВ, определение нормативов ПДВ загрязняющих веществ.

Задания:

1. Изучить методику установления ПДВ (прил. 3)

2. Провести расчет ПДВ.

Обеспечивающие средства: материал данного пособия , данные по производственной практике, калькулятор.

Технология работы

1. Используя данные производственной практики (или условия задания 2 лаб. раб 4, приведенные) определить ПДВ для диоксида серы, азота и золы.

2. Сделать выводы по работе.

Дополнительные задания:

А) Определить максимальное значение концентрации C_м для SO₂, расстояние х_м при неблагоприятных метеоусловиях, установить величину ПДВ для следующих исходных данных: А=240, V₁=10,8 м³/с, ∆Т = 100 ° С, валовый выброс - 12 г/с, Н=35 м, D=1,4 м, h =1. При какой опасной скорости ветра будет достигнута концентрация c_м=0,223 мг/м³?

Б) В городе N Республики Коми работает котельная, время работы – 5760 час/год, высота трубы – 35 м, диаметр – 1,4 м. Объем выбросов газов (V₁) – 10,8 м³/с, ∆Т = 100 ° С. Валовый выброс золы – 2,6 г/сек. С_ф=0. Определите максимальную приземную концентрацию, расстояние на котором она достигается, значение опасной скорости ветра при заданных условиях, величину ПДВ.

Требования к отчету

1. Предоставить результаты работы в виде расчетов, вывода по работе.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (Методика онд-86)

При использовании «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86), расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20–30-минутному интервалу осреднения, что соответствует ПДК_мр. Для веществ, имеющих только среднесуточные предельно-допустимые концентрации ПДК_сс, обязательно их использование в соответствии с п. 8.1 ОНД-86: 0,1С ≤ ПДК_сс, где С – максимальное значение разовой концентрации. Методика ОНД-86 устанавливает требования в части расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе при размещении и проектировании предприятий, нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий, а также при проектировании воздухозаборных сооружений, предназначена для расчета приземных концентраций (в двухметровом слое над поверхностью земли), а также вертикального распределения концентраций вредных веществ. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра. Нормы не распространяются на расчет концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источников выброса. В зависимости от высоты Н устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из следующих четырех классов: а) высокие источники,Н  50 м; б) источники средней высоты, Н = 10 ... 50 м; в) низкие источники, Н = 2 ... 10 м; г) наземные источники, Н  2 м. Для источников всех указанных классов в расчетных формулах длина (высота) выражена в метрах, время - в секундах, масса вредных веществ - в граммах (г), их концентрация в атмосферном воздухе - в миллиграммах на кубический метр (мг/м³), концентрация на выходе из источника - в граммах на кубический метр (г/м³).

1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества ( , мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиноко стоящей дымовой трубы круглого сечения определяется по формуле:

А) для горячих источников (ΔT > 0)

(П2.1)

Б)  для источников, температура выбросов которых мало отличается от температуры воздуха (ΔT ≈ 0)

(П2.2)

где С_м – максимальное значение приземной концентрации вредного вещества от одиночного источника с устьем круглого сечения при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х (м) от источника (с учетом фоновой концентрации), мг/м³; M – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий горизонтальное и вертикальное рассеивание веществ в атмосферном воздухе в зависимости от географического положения (определяется согласно табл. П1.3); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере: для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, сажа) (скорость упорядоченного оседания практически равна нулю) принимается равным 1, для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % – 2, при коэффициенте от 75 до 90 % – 2,5, менее 75 % и при отсутствии очистки – 3; m, n – коэффициенты, зависящие от условий истечения газовоздушной смеси и формы устья источника; η – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (при ровной ли слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км от места выброса, η = 1???); H – высота источника (трубы) выброса над уровнем земли, м; V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с:

(П2.3)

где где D(м) - диаметр устья источника выброса; ₀ (м/с)  - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

ΔT – разность между температурой газовоздушной смеси (Т_г, ºС) и температурой окружающего атмосферного воздуха (Т_в, ºС).

При определении разности температур (ΔT, ºС) принимается температура атмосферного воздуха (Т_в, ºС) равной средней максимальной температуре наружного воздуха самого жаркого месяца, а температура газовоздушной смеси (Т_г, ºС) определяется согласно технологическим нормам для данного производства (для котельных, работающих по отопительному графику допускается принимать Т_в равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц):

ΔT = Т_г – Т_в. (П2.4)

Для определения расхода газовоздушной смеси (V₁, м³/с) необходимо найти часовой расход топлива (В_ч):

(П2.5)

(П2.6)

где Q_об – общая производительность (МДж/ч); Q_н – теплота сгорания топлива (МДж/кг); η_к.у – КПД установки.

Таблица П1.3. Значения коэффициента А

Географические районы бывшего СССР (в соответствии с ОНД–86)	Коэффициент А
1. Европейская территория бывшего СССР, районы РСФСР южнее 50º с. ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии, азиатская территория бывшего СССР, Казахстан, Дальний Восток и остальная территория Сибири и Средней Азии	200
2. Европейская территория бывшего СССР и Урал от 50 до 52º с. ш., за исключением попадающих в эту зону выше перечисленных районов Украины	180
3. Европейская территория бывшего СССР и Урал севернее 52º с. ш. (за исключением Центра европейской части), а также Украина (для расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52º с. ш. А = 180, а южнее 50º с. ш. А = 200)	160
4. Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области	140

Определение мощности выброса М (масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу), г/с)) определяется по формуле

М = V₁а, (П2.7)

где а – содержание вредного вещества в 1 м³, г/м³.

Если в выбросах содержится несколько загрязняющих веществ, попадающих в одну группу суммации, то M определяется по формуле

(П2.8)

Коэффициенты m и n, учитывающие подъем факела под трубой, определяются по вспомогательным величинам, вычисляемым по формулам:

(П2.9)	(П2.10)
(П2.11)	(П2.12)

Коэффициент m определяется по формуле в зависимости от параметров f и v_м или по рис. :

	при f < 100 (П2.13)
	при f ≥ 100 (П2.14)
если fe < f < 100	f = fe (П2.15)

Рис. Л1.1 Зависимость коэффициента m от f_e

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от ν_м   по рис. Л1.2. или формулам:

если f < 100
n = 1	при νм ≥ 2	(П2.16)
n = 0,532 – 2,13νм + 3,13	при 0,5 ≤ νм < 2	(П2.17)
n = 4,4νм	при νм < 0,5	(П2.18)

Рис. Л1.2. Зависимость коэффициента n от ν_м,

При f ≥ 100 или ∆Т ≈ 0 коэффициент n вычисляется по формуле П2.2, где

. А коэффициент n определяется по формулам П2.16-П2.18.

Аналогично при f < 100 и ν_м < 0,5  или f  100 и ν_м > 0,5     (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет C_м вместо формулы П2.1 используется:

(П2.19)

m/ = 2,86	при f < 100 и νм < 0,5	(П2.20)
m/ = 0,9	при f  100 и < 0,5	(П2.21)

2. Расстояние (X_м, м) от трубы в направлении среднего ветра при неблагоприятных метеоусловиях, на котором концентрация загрязняющего вещества достигает значения C_м (мг/м³), производится по формуле:

(П2.21)

где d – безразмерный коэффициент (зависит от ν_м, f, f_e), рассчитываемый по формулам:

если ν_м ≤ 0,5 d = 2,48(1 + 0,28 ) (П2.22)

если 0,5 < ν_м ≤ 2 d = 4,95ν_м(1 + 0,28 ) (П2.23)

если ν_м ≥ 2 (П2.24)

При f > 100 или T  0 значение d находится по формулам:

если ≤ 0,5 d = 5,7 (П2.25)

если 0,5 <  ≤ 2 d = 11,4 (П2.26)

если  > 2 (П2.27)

3. Значение опасной скорости и_м (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_м, определяется по формулам:

При f < 100			При f >100 или T  0
uм = 0,5	при νм ≤ 0,5	П2.28а	uм = 0,5	при ≤ 0,5	П2.28б
uм = νм	при 0,5 < νм ≤ 2	П2.29а	uм =	при 0,5 <  ≤ 2	П2.29б
uм=νм(1 + 0,12√ƒ)	при νм > 2	П2.30	uм=2,2	при  > 2	П2.30б

С наветренной стороны источника выброса (X < 0) значение концентрации примесей C принимается равным нулю.

4. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_ми (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра u_м (м/с), определяется по формуле:

с_ми=r П2.31

где r - безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения u/u_м по рис. П1.3по формулам:

r=0,67(u/ uм)+1,67(u/ uм)2-1,34(u/ uм)3	при u/uм ≤1	П2.32
	при u/uм >1	П2.33

Рис. П2.3. Значение безразмерной величины r 

 

5. Расстояние от источника выброса х_ми (м), на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения с_ми (мг/м³), определяется по формуле:

x_ми=pх_м П2.34

где р - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/u_м по рис. П2.3  или по формулам:

р=3	при u/uм ≤ 0,25	П2.35
	при 0,25< u/uм ≤ 1	П2.36
р=0,32 u/uм+0,68	при u/uм >1	П2.37

6. При проведении расчетов не используются значения скорости ветра u < 0,5 м/с, а также скорости ветра u > u*, где u* - значение скорости ветра, превышаемое для данной местности при среднем многолетнем режиме в 5% случаев.

7. При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выброса определяется по формулам:

c=s₁c_v П2.38

где s₁ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения x/x_м и коэффициента F по формулам:

s1=3(x/xм)4-8(x/xм)3+6(x/xм)2	при x/xм ≤ 1	П2.38а
	при 1< x/xм ≤ 8	П2.39
	F >15 и x/xм > 8	П2.40

Для низких и наземных источников (высотой Н не более 10 м) при значениях х/х_м < 1 определяется по формулам в ОНД-86.

8. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере с_y (мг/м³) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

c_y=s₂с П2.41

где s₂ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и (м/с) и отношения (у/х) по значению аргумента t_y

	при u ≤ 8	П2.42
	при u > 5	П2.43

по рис. П2.4 или по формуле

П2.44

Рис. П2.4.Значение безразмерного коэффициента s₂ 

9. Максимальная концентрация c_мx (мг/м³), достигающаяся на расстоянии x от источника выброса из оси факела при скорости ветра u_мx, определяется по формуле:

П2.45

где безразмерный коэффициент   находится в зависимости от отношения х/х_м по рис. П2.5 или по формулам:

=3(x/xм)4-8(x/xм)3+6(x/xм)2	при x/xм ≤ 1	П2.46
	при 1 < x/xм ≤ 8	П2.47
	при 8 < x/xм ≤ 24	П2.48
	при 24 < x/xм ≤ 80; F ≤ 1,5	П2.49
	при 24 < x/xм < 80; F > 1,5	П2.50
	при x/xм > 80; F ≤ 1,5	П2.51
	при x/xм > 80; F > 1,5	П2.52

Скорость ветра u_мx при этом рассчитывается по формуле:

u_мx = f₁ u_м, П2.53

где безразмерный коэффициент f₁ определяется в зависимости от отношения x/x_м  по формулам:

f1=1	при x/xм ≤ 1	П2.54
	при 1 < x/xм ≤ 8	П2.55
f1 = 0,25	при 8 < x/xм < 80	П2.56
f1 = 1,0	при x/xм  80	П2.57

Примечание.

Если рассчитанная по формуле П2.53 скорость ветра u_мx < 0,5 м/с или u_мx > u^* (см. П2.31), то величина с_мx определяетсяся как максимальное значение из концентраций на расстоянии x, рассчитанных при трех скоростях ветра: 0,5 м/с, u_м, u^*; соответствующая c_мx скорость ветра принимается за u_мx.

Рис. П2.5. Значение безразмерного коэффициента  

10. Распределения концентрации с_z (мг/м³) на разных высотах z (м) над подстилающей поверхностью при x < х_мu производятся по формуле:

с_z=rc_мs_xs₂ П2.57     

Значения с_м, r и s₂ вычисляются согласно П2.1, П2.2, П2.31, П.2.41, а коэффициент s_z определяется в зависимости от параметров b₁ и b₂ по рис. П2.6 или по формулам:

	при b1 ≤ 1	П2.58
sz =s1(b1)	при b1 > 1	П2.59

где: b₁ = x/x_мu П2.60

П2.61

П2.62

П2.63

Рис. П2.6. Значение коэффициента s_z 

    При f_e  f < 100 коэффициент d₂ вычисляется по формуле П2.62 при f = f_e ; при v_м < 0,5 или < 0,5   соответственно в П2.62и П2.63 принимается =0,5 или =0,5.

11. Опасная скорость ветра и_мz (м/с) на уровне флюгера, при которой на высоте z достигается максимальная концентрация, определяется по формуле:

u_мz=l₁u_м П2.64

Коэффициент l₁ определяется в зависимости от x/x_м по рис. П2.7.

Рис. П2.7. Значение коэффициента l₁

12. Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производятся по приведенным выше формулам при средней скорости ₀ и значениях D = D_э(м) и V₁ = V_1э (м³/с).

Средняя скорость выхода в атмосферу газовоздушной смеси ₀ (м/с) определяется по формуле:

П2.65

где L (м) - длина устья; b (м) - ширина устья.

Эффективный диаметр устья D_э (м) определяется по формуле:

П2.66

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V_1э (м³/с) определяется по формуле:

П2.67

Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D_э равняется длине стороны квадрата. В остальном расчет рассеивания вредных веществ производится как для выбросов из источника с круглым устьем.

13. Решение обратных задач (формулы П2.1 – П2.30 предназначены для решения прямой задачи расчета концентрации по заданным параметрам источника).

    1. Высота источника H, соответствующая заданному значению C_м, в случае D_T ≈ 0 определяется по формуле:

П2.68

2. Если вычисленному по формуле П2.68 значению Н соответствует < 2 м/с, то H уточняется методом последовательных приближений по формуле:

П2.69

где n_i и n_i-1 - значения определенного по рис. П2.3 или по формулам (2П2.16 - П2.18) коэффициента n, полученные соответственно по значениям Н_i и H_i-1,- (при i = 1 в формуле (П2.69) принимается n₀ = 1, а значение H_i определяется по (П2.38)).

3. Формулы П2.68 – П2.69 используются также для определения Н при T > 0.

Если при этом выполняется условие

П2.70

то найденное Н является точным.

Если же > П2.71

 

то для определения предварительного значения высоты Н используется формула

П2.72

4. По найденному значению H определяются на основании формул П2.9 – П2.12 величины f, ,  и f_c и устанавливается в первом приближении произведение коэффициентов m и n. Дальнейшие уточнения значения Н выполняются по формуле:

П2.73

где т_i, n_i соответствуют Н_i, а т_i-1, n_i-1 - H_i-1 (при i =1 принимается m₀ = n₀=1, а H₀ определяется по П2.70).

Примечания.

1. Уточнение значения H по формулам П2.69 и П2.73 производится до тех пор, пока два последовательно найденных значения H(H_i и H_i+1) будут различаться менее чем на 1 м.

2. При одновременной необходимости учета влияния рельефа местности и застройки в формулах П2.68 и П2.69 за величину  принимается произведение поправок к максимальной концентрации на рельеф и застройку, определенных согласно разделу 4 и Приложению 2 ОНД-86.

13.5. В случае выбросов в атмосферу, обусловленных сжиганием топлива, при фиксированных высоте и диаметре устья трубы соответствующий с_м расход топлива Р (т/ч) определяется по формуле:

П2.74

где d₃ (г/кг)-количество выбрасываемого в атмосферу вредного вещества на единицу массы топлива (в необходимых случаях с учетом пылегазоочистки); d₄ (м³/кг)-расход газовоздушной смеси, выделяющейся на единицу массы топлива.

Приложение 3

Расчет предельно-допустимого выброса (ПДВ)

Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их пдк для населения, растительного и животного мира.

При установлении ПДВ учитываются фоновые концентрации с_ф. При определении ПДВ для действующих производств с_ф заменяется на (это фоновая концентрация с_ф, из которой исключен вклад рассматриваемого источника (предприятия)). Значение   вычисляется по формуле:

при с ≤ 2 с_ф П3.1

=0,2 с_ф               при с > 2 с_ф        П3.2

                                   

где с - максимальная расчетная концентрация вещества от данного источника (предприятия) для точки размещения поста, на котором устанавливался фон, определенная по формулам разделов 2 - 6 при значениях параметров выброса, относящихся к периоду времени, по данным наблюдений за который определялась фоновая концентрация с_ф.

Для вновь строящегося источника (предприятия):

= с_ф П3.3

При отсутствии данных наблюдений за приземными концентрациями рассматриваемого вредного вещества или в случаях, когда в соответствии с нормативной методикой по установлению фоновой концентрации (см. п.7.2 ОНД-86) по данным наблюдений фоновая концентрация не определяется, учет последней основывается на использовании данных инвентаризации выбросов и результатов расчетов по формулам ОНД-86.

 Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглый устьем в случаях с_ф < ПДК определяется по формуле:

П3.4

В случае f  100 или T  0 ПДВ определяется по формуле:

П3.5

Значение ПДВ для источника с прямоугольным устьем определяется по тем же формулам, но при D = D_эи V₁ = V_1э (см. ОНД-86).

Примечание.

При необходимости одновременного учета влияния рельефа и застройки в формулах П3.4 и П3.5 за величину  принимается произведение поправок к максимальной концентрации на рельеф и застройку.