1. Современные методы расчёта загрязнения воздушного бассейна

1.1. Поведение загрязняющих веществ в атмосфере

Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация – масса (мг) вещества в единице объема (м³) воздуха при нормальных условиях. Концентрация примесей определяет физические, химические и другие виды воздействия веществ на человека и окружающую среду.

Концентрация загрязняющих веществ (C) в атмосфере зависит от величины выброса. Чем больше выбросы в единицу времени, тем больше при прочих равных условиях выбрасываемых веществ поступает в воздушный поток и, следовательно, в нем создается большая концентрация загрязнений.

Рассеивание выбросов в атмосфере происходит под влиянием турбулентности, то есть перемешивания различных слоев воздуха атмосферы. Турбулентность связана с притоком тепла, излучаемого солнцем, и имеет свои закономерности переноса воздушных масс в зависимости от широты и времени года.

Большое влияние на рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере оказывает распределение температуры по вертикали – стратификация атмосферы (А).

Кроме метеоусловий на уровень концентрации атмосферных загрязнений оказывают влияние рельеф местности (η), расстояние до источника выброса (X) и высота последнего (H). Так в низинах наблюдаются явления застоя воздуха, что повышает опасность загрязнения приземного слоя атмосферы за счет промышленных выбросов. Влияние рельефа уменьшается с повышением высоты источника. Величина концентрации при прочих равных условиях в каждой точке зависит от высоты выброса. При этом, чем выше труба, тем при прочих равных условиях меньше концентрации загрязнителей. Это объясняется тремя моментами:

1) чем выше труба, тем больше сечение дымового факела в точке прикосновения его к земле и во всех дальнейших точках; 2) чем ниже труба, тем ближе наблюдательная точка к осевой линии факела, где концентрация относительно выше; 3) чем выше труба, тем больше скорость ветра и, следовательно, интенсивнее процессы перемешивания выброса с атмосферным воздухом. Высокая труба не только снижает концентрацию загрязнителей в воздухе, но и удаляет начало зоны задымления. Точка касания дымового факела земли, то есть начало зоны задымления лежит тем дальше, чем выше труба и чем меньше угол раскрытия дымового факела. Поэтому при высокой трубе особенно улучшаются условия в ближайшей к трубе зоне. Зона максимального загрязнения находится в пределах расстояния, равного 10 - 40 – кратной высоте трубы при горячем выбросе и

5 – 20 – кратной высоте трубы при холодных низких промышленных выбросах.

В 1986г. была утверждена «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий » – ОНД-86.

Формулы, рекомендуемые для расчета возможного загрязнения атмосферы, построены на основании теоретических обобщений основных закономерностей  распространения промышленных выбросов в атмосфере.

1.2. Экспертиза состояния атмосферы

(1.2.1)

где – максимальная концентрация вещества, мг/м³; М – мощность выброса, г/с; Н – высота источника выброса с круглым устьем, м; А – коэффициент температурной стратификации атмосферы (А = 140…250); m, n – коэффициенты, учитывающие условия выброса; – коэффициент учета рельефа местности, если рельеф не учитывают, то ; – разность между температурой смеси и температурой воздуха: V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с;

, (1.2.2)

(1.2.3)

где D – диаметр устья источника выброса, м: W – скорость выхода смеси, м/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества (F = 1 для газов, мелкодисперсных частиц и аэрозолей, для остальных частиц F = 2…3).

Коэффициенты m, n определяют в зависимости от параметров f, , , . Если условия выброса не учитывают, то m = n = 1

(1.2.4)

(1.2.5)

(1.2.6)

(1.2.7)

(1.2.8)

если f < 100.

(1.2.9)

если f 100.

Для < f < 100 значение коэффициента m вычисляют при f = . Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от :

при (1.2.10)

при (1.2.11)

при (1.2.12)

При f ≥ 100 или и

(1.2.13)

где n определяется по формулам при =

В случае предельно малых опасных скоростей ветра f < 100, < 0,5 или при f 100, < 0,5 максимальную приземную концентрацию загрязняющего вещества находят следующим образом:

(1.2.14)

где m´ = 2,86 m, f < 100, < 0,5; m´ = 0,9, f ≥ 100, < 0,5

Расстояние на котором наблюдают максимальную приземную концентрацию, находят по формуле:

(1.2.15)

где

При неблагоприятных метрологических условиях приземную концентрацию вещества по оси факела рассчитывают по формуле:

(1.2.16)

С – приземная концентрация вещества по оси факела при неблагоприятных метрологических условиях: S – безразмерный коэффициент, равный:

(1.2.17)

f < 100:

(1.2.18)

f ≥100,

(1.2.19)

где q – безразмерная концентрация веществ, обладающих эффектом суммации, мг/м³; С_i – концентрация i – го вещества, мг/м³.

(1.2.20)

где – безразмерная мощность выброса, г/с; – мощность выброса каждого вещества, г/с.

(1.2.21)