РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.
В зависимости от высоты устья источника выброса вредного вещества над уровнем земли (Н) 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.
При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ (n), обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q, или значения концентраций n вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводится условно к значению концентрации (с) одного из них.
Безразмерная концентрация q определяется по формуле
(1)
где с1, с2 … сn (мг/м3) – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности;
ПДК1, ПДК2 … ПДКn (мг/м3) – соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.
Приведенная концентрация (с) рассчитывается по формуле
(2)
где с1 – концентрация вещества, к которому осуществляется приведение; ПДК1 – его ПДК; с2 … сn и ПДК2 … ПДКn – концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.
1. Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника
1.1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества см (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии хм (м) от источника и определяется по формуле
(3)
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М (г/с) – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н (м) – высота источника выброса над уровнем земли; - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, = 1; Т (0С) – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой воздуха Тв; V1 (м3/с) – расход газовоздушной смеси.
1.1.1. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:
- 250 – для районов Средней Азии южнее 400 с.ш., Бурятской АССР и Читинской области;
- 200 – для Европейской территории РФ; для районов южнее 500 с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории; для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;
- 180 – для Европейской территории и Урала от 50 до 520 с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше территорий и Украины;
- 160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 520 с.ш. (за исключением центра ЕТ РФ), а также Украины;
- 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.
Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов со сходными климатическими условиями.
1.1.2. Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V1 (м3/с) при проектировании предприятий определяется расчетом в технологической части проекта или принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами. Расход газовоздушной смеси определяется по формуле
(4)
где D (м) – диаметр устья источника выброса; w0 (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
1.1.3. При определении Т (0С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (0С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (0С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам.
Значение безразмерного коэффициента F принимается:
- для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) равной 1;
- для мелкодисперных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.
1.1.5. Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, Vм, V’м и fe:
(5)
(6)
(7)
(8)
Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:
при f 100; (9)
при f 100. (10)
Коэффициент n при f 100 определяется в зависимости от Vм по формулам:
n = 1 при Vм 2; (11)
при 0,5 Vм 2; (12)
n = 4,4Vм при Vм 0,5. (13)
При f 100 (или Т 0) и V’м 0,5 (холодные выбросы) коэффициент n вычисляется по формулам (11) – (13) при Vм = V'м, а при расчете максимального значения приземной концентрации вредного вещества см вместо формулы (3) используется формула
(14)
Аналогично при f 100 и Vм 0,5 или f 100 и V’м 0,5 (случаи предельно малых скоростей ветра) расчет максимального значения приземной концентрации вредного вещества см производится по формуле
, (15)
где m' = 2,86m при f 100 и Vм 0,5; (16)
m' = 0,9 при f 100 и V’м 0,5. (17)
1.2. Расстояние хм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения см, определяется по формуле
, (18)
где безразмерный коэффициент d при f 100 находится по формулам:
при Vм 0,5; (19)
при 0,5 Vм 2; (20)
при Vм 2. (21)
При f 100 или Т 0 значение d находится по формулам:
d = 5,7 при V'м 0,5; (22)
d = 11,4V'м при 0,5 V'м 2; (23)
при V'м 2. (24)
1.3. Значение опасной скорости uм (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ см, в случае f 100 определяется по формулам:
uм = 0,5 при Vм 0,5; (25)
uм = Vм при 0,5 Vм 2; (26)
uм = Vм(1+0,12 ) при Vм 2. (27)
При f 100 или Т 0 значение uм вычисляется по формулам:
uм = 0,5 V'м 0,5; (28)
uм = V'м при 0,5 V'м 2; (29)
uм = 2,2V'м при V'м 2. (30)
1.4. При опасной скорости ветра uм приземная концентрация вредных веществ с (мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выброса определяется по формуле:
с = S1см, (31)
где S1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения и коэффициента F по формулам:
при 1; (32)
при 1 8; (33)
при F 1,5 и 8; (34)
при F 1,5 и 8. (35)
Задание 1
Для котельной, расположенной на ровной открытой местности в Архангельской области, рассчитайте:
- максимальное значение приземной концентрации вредных веществ (диоксида серы, золы, оксидов азота) в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях);
- расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация достигает максимального значения;
- значение опасной скорости ветра, при которой достигается максимальное значение приземной концентрации вредных веществ;
- рассеивание выбросов вредных веществ (концентрацию на расстоянии 50, 100, 200, 400, 1000, 3000 м).
Исходные данные приведены в таблице 1.
Пример расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях.
Пример: Котельная (ровная открытая местность, Архангельская область), золоочистка отсутствует.
№ п/п |
Характеристика, обозначения, расчет |
Единица |
Значение |
1. |
Число дымовых труб, N |
шт. |
1 |
2. |
Высота дымовых труб, Н |
м |
35 |
3. |
Диаметр устья трубы, D |
м |
1,4 |
4. |
Скорость выхода газовоздушной смеси, w0 |
м/с |
7 |
5. |
Температура газовоздушной смеси, Тг |
0С |
26 |
6. |
Температура окружающего воздуха, Тв |
0С |
25 |
7. |
Выброс диоксида серы, |
г/с |
12 |
8. |
Выброс золы, |
г/с |
2,6 |
9. |
Выброс оксидов азота (в перерасчете на диоксид азота), |
г/с |
0,2 |
10. |
Коэффициенты А |
- - |
160 1 |
11. |
Максимально разовые ПДК диоксида серы золы оксидов азота |
мг/м3 мг/м3 мг/м3 |
0,5 0,5 0,085 |
12. |
Объем газовоздушной смеси (по формуле (4))
|
м3/с |
10,77 |
13. |
Перегрев газовоздушной смеси, Т Т = Тг – Тв = 26 - 25 |
0С |
1 |
14. |
Параметр f (по формуле (5))
|
- |
0,06 |
15. |
Параметр Vм (по формуле (6))
|
м/с |
0,44 |
16. |
Параметр V’м (по формуле (7))
|
- |
0,36 |
17. |
Параметр fe (по формуле (8))
|
- |
37,32 |
18. |
Параметр m (по формуле (9))
|
- |
1,03 |
19. |
Параметр n (по формуле (11)) |
- |
1,94 |
20. |
Опасная скорость ветра uм (по формуле (27)) uм = 0,5 при Vм 0,5 |
м/с |
0,5 |
21. |
Параметр d (по формуле (21))
|
- |
4,80 |
Расчет концентрации двуокиси серы |
|||
22. |
Максимальная концентрация SO2 (по формуле (3))
|
мг/м3 |
1,42 |
23. |
Расстояние (по формуле (18))
|
м |
168 |
24. |
Коэффициент S1 для расстояния х (по формулам (32, 33)) х = 50 м, х/хм = 0,298 х = 100 м, х/хм = 0,595 х = 200 м, х/хм = 1,19 х = 400 м, х/хм = 2,38 х = 1000 м, х/хм = 5,95 х = 3000 м, х/хм = 17,85 |
- - - - - - |
0,342 0,811 0,96 0,65 0,2 0,028 |
25. |
Концентрация на расстоянии х (по формуле (31)) х = 50 м, с = 1,42 0,342 х = 100 м, с = 1,42 0,811 х = 200 м, с = 1,42 0,96 х = 400 м, с = 1,42 0,65 х = 1000 м, с = 1,42 0,2 х = 3000 м, с = 1,42 0,028 |
мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 |
0,486 1,152 1,363 0,923 0,284 0,039 |
Расчет концентрации окислов азота |
|||
26. |
Расчет производится аналогично расчету Концентрация и связаны соотношением
|
|
0,0237 |
27. |
Расстояние (по формуле (18))
|
м |
168 |
28. |
Коэффициент S1 для расстояния х (по формулам (32, 33)) х = 50 м, х/хм = 0,298 х = 100 м, х/хм = 0,595 х = 200 м, х/хм = 1,19 х = 400 м, х/хм = 2,38 х = 1000 м, х/хм = 5,95 х = 3000 м, х/хм = 17,85 |
- - - - - - |
0,342 0,811 0,96 0,65 0,2 0,028 |
29. |
Концентрация на расстоянии х (по формуле (31)) х = 50 м, с = 0,0237 0,342 х = 100 м, с = 0,0237 0,811 х = 200 м, с = 0,0237 0,96 х = 400 м, с = 0,0237 0,65 х = 1000 м, с = 0,0237 0,2 х = 3000 м, с = 0,0237 0,028 |
мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3
мг/м3 мг/м3 |
0,0081 0,019 0,023 0,015
0,0047 0,00066 |
|
|||
Расчет концентрации золы |
|||
30. |
Золоочистка отсутствует. Коэффициент F (согласно п. 1.1.4) Максимальная концентрация золы (по формуле (3) или по соотношению)
|
-
мг/м3 |
3
0,923 |
31. |
Расстояние (по формуле (18) или по соотношению)
|
м |
84 |
32. |
Коэффициент S1 для расстояния х (по формулам (32, 33)) х = 50 м, х/хм = 0,595 х = 100 м, х/хм = 1,19 х = 200 м, х/хм = 2,381 х = 400 м, х/хм = 4,762 х = 1000 м, х/хм = 11,90 х = 3000 м, х/хм = 35,71 |
- - - - - - |
0,815 0,954 0,651 0,286 0,039 0,005 |
33. |
Концентрация на расстоянии х (по формуле (31)) х = 50 м, с = 0,923 0,815 х = 100 м, с = 0,923 0,954 х = 200 м, с = 0,923 0,651 х = 400 м, с = 0,923 0,286 х = 1000 м, с = 0,923 0,039 х = 3000 м, с = 0,923 0,005 |
мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/м3 |
0,752 0,881 0,601 0,264 0,036 0,005 |