Расчет рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы

Задание№1

Расчет  рассеивания загрязняющих веществ в приземном  слое атмосферы

     Расчет  максимальной приземной  концентрации вредного вещества в приземном  слое атмосферы

      В нашей стране методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, определена Общесоюзным нормативным документом – ОНД-86.

     Максимальное  значение приземной концентрации вредного вещества С_м , мг/м³, при выбросе нагретой(ΔТ > 0°С) газовоздушной смеси  из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается на расстоянии х_м , м, от источника и определяется по формуле

,

где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (характеризует изменение температуры с высотой), различен на разных территориях России (Европейская территория А=200);

М- массовый расход выбрасываемого из источника вредного вещества, г/с;

F- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1, для мелкодисперсных аэрозолей  с диаметром частиц меньше 5 мкм и при среднем значении эксплутационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% F=2, при среднем значении эксплутационном коэффициенте очистки выбросов от75 до 90% F=2,5 , для крупнодисперсных с диаметром частиц более 20 мкм и при среднем значении эксплутационном коэффициенте очистки выбросов менее 75%  или при отсутствии очистки F=3) ;

m и n- безразмерные параметры, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

η- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности (перепад высот не более 50м на 1км) η=1;

Н- высота источника выброса над уровнем земли, м;

ΔT- разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси T_г и окружающего атмосферного воздуха Т_в, ºС;

V₁- расход газовоздушной смеси , м³/с, определяемый по формуле

,

здесь D– диаметр устья источника, м; ω₀- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья иcточника выброса, м/с.

      Значения  мощности выброса М и расхода газовоздушной смеси V₁ при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного процесса нормами. 

      Значения  коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, υ_м, υ_м ^′ , f_е (эти параметры характеризуют условия истечения газовой струи из устья трубы):

;       ;    ;   .

      Коэффициент m определяется в зависимости от f по следующим формулам:

      при f<100  ;      

      при f≥100  .               

      При f<100  коэффициент n определяется по следующим формулам:

      если  ≥2, то  ;               

      если 0,5≤ <2, то  ;            

      если <0,5, то  .              

      При f≥100  или ΔT≈0 °С, то есть для холодных выбросов, расчет максимальной концентрации ведется по формуле

       .     (2)

      Коэффициент n определяется так же, как в предыдущем случае, но при этом υ_м= υ_м ^′.

      По  расчетной концентрации С_м оценивается санитарно-экологическая ситуация, которая считается благополучной при С_м≤ .

      Если  в выбросах присутствуют несколько  вредных веществ, то оценивая санитарно-экологическую ситуацию, необходимо учитывать их функциональное действие на организм человека, при этом возможны следующие случаи:

1. Все вещества функционально-разнонаправленного действия, если при этом выполняется условие С_м≤ для каждого вещества – санитарно-экологическая ситуация соответствует гигиеническим нормативам.
2. Если все вещества функционально-однонаправленного действия (прил. 1), то сначала рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q по формуле

,

где С₁, С₂ … С_n – концентрации вредных веществ функционально-однонаправленного действия, присутствующих в выбросах, мг/м³; , , … – максимально разовые предельно допустимые концентрации веществ функционально однонаправленного действия, присутствующих в выбросах, мг/м³.

Если  при этом выполняется условие  q≤1 – санитарно-экологическая ситуация соответствует гигиеническим нормативам.

3. Если в выбросах имеется несколько групп функционального действия вредных веществ, то расчет ведется для каждой группы, как в п.2.

 

     Расчет  расстояния  от источника, на котором достигается  максимальная приземная концентрация вещества х_м

     Расстояние  х_м, м, от источника выбросов, на котором достигается максимальная концентрация вредного вещества С_м в приземном слое, определяется по формуле

,

где d- безразмерный параметр, который определяется в зависимости от параметров f, υ_м, υ_м ^′ , f_е.

      При f<100 (нагретые газы):

      если  ≤0.5, то  ;   

      если 0,5< ≤2, то  ;            

      если  >2, то  ;            

 при  f≥100   или ΔT≈0 °С:

     если  υ_м′≤0,5, то  ;              

      если 0,5<υ_м′≤2, то  ;      

      если  υ_м′>2, то  . 

     Определение концентрации вредных  веществ у поверхности  земли на различных  расстояниях от высотного источника выбросов

      Приземная концентрация вредного вещества С, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х, м, от источника определяется по формуле

,

где S₁- безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F по следующим формулам:

при ≤1  ;   

при 1< ≤8   ;             

при  F≤1,5 и  >8  ;          

при F>1,5 и  >8  .          

     Расчет минимальной высоты источника выброса Н_min

      Минимальная высота источника выброса, при которой  приземные максимальные концентрации выбрасываемых веществ будут соответствовать требованиям санитарно-экологических нормативов, рассчитывается для холодных выбросов (ΔT≈0 °С) по формуле

                   ,     (3)

где - максимально разовая предельно допустимая концентрация вещества для атмосферного воздуха населенных мест, мг/м³ (прил. 2);

С_ф- фоновая концентрация этого же вещества в приземном слое воздуха, мг/м³.

      Фоновые концентрации по каждому компоненту выдаются региональными комитетами по гидрометеорологии (в учебных  целях можно принимать С_ф=0,001 ).

      Для нагретых выбросов (ΔT>0 °С) сначала расчет ведется по формуле (3). Если при этом удовлетворяется неравенство ,то расчет закончен, иначе - определяется по формуле .

      Если  в выбросах присутствуют несколько  вредных веществ, то при расчете  максимальной высоты необходимо учитывать их функциональное действие на организм человека, при этом возможны следующие случаи:

1. Если все вещества функционально-разнонаправленного действия, тогда определяется для каждого вещества и к исполнению принимается наибольшая величина.
2. Если все вещества функционально-однонаправленного действия (прил. 1), то расчет проводят по одному из веществ данной группы, а величина валовых выбросов этих веществ приводится к мощности выброса М данного вещества по формуле

 .

Фоновая суммарная концентрация также приводится к концентрации вещества, к которому приводили валовый выброс по формуле

3. Если в  выбросах имеется несколько групп  функционального действия вредных веществ, то расчет ведется для каждой группы, как в п.2, и  к руководству принимается наибольшее значение .

     Увеличение  высоты трубы для обеспечения  рассеивания с целью соблюдения ПДК_мр в приземном слое атмосферы допускается только после полного использования всех доступных на современном уровне технологических средств по сокращению выбросов, но не более чем до 250 м для энергетических объектов и не более 200 м для других производств. 

     Расчет  предельно допустимых выбросов

      При установлении предельно допустимых выбросов (ПДВ) учитываются фоновые концентрации С_ф. Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случае С_ф<ПДК_мр определяется по следующим формулам:

- для  нагретых выбросов (ΔT>0 °С) 

;

- для  холодных выбросов(ΔT≈0 °С) или  при f≥100

.

      В случае наличия в выбросах нескольких веществ, ПДВ рассчитывается для каждого из них независимо от функционального действия на организм человека.

     Уточнение санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров

      Размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) l₀, установленные в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01 “Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов”, должны проверяться расчетом загрязнения атмосферы. Полученные расчетом размеры СЗЗ (п.5) должны уточняться для различных направлений ветра в зависимости от среднегодовой розы ветров района расположения предприятия по формуле

,

где l- расчетный размер СЗЗ по конкретному румбу , м;

L₀- расчетный размер участка местности в данном направлении, где концентрация вредных веществ с учетом фоновой превышает ПДК_мр , м, (принимаем L₀=Х_м, если Х_м>СЗЗ по СанПин, или L₀= СЗЗ по СанПин, если Х_м≤ СЗЗ по СанПин);

Р- среднегодовая повторяемость направления ветра рассматриваемого румба (по климатическому справочнику или данным управления Гидрометеослужбы), %;

Р₀- повторяемость направлений ветра одного румба при круговой розе ветров, %. При восьмирумбовой системе .

Предельно допустимые концентрации веществ в атмосферном воздухе населенных мест