Раздел 1

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ргр n1. Расчет концентрации вредных веществ в районе выброса Теоретическая часть

Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющим веществом называют примесь в атмосфере, оказывающую неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.

При нормировании состояния воздушной среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК): ПДК_р.з., ПДК_м.р., ПДК_с.с. 1.

ПДК_р.з - это максимальная концентрация примеси в воздухе рабочей зоны производственных помещений, которая при ежедневной работе в течение 8 ч за все время рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемы современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений.

ПДК_м.р. - это максимальная концентрация примеси в атмосферном воздухе, воздействие которой на организм человека не вызывает рефлекторных реакций. Эта концентрация установлена для предупреждения вреда человеку при кратковременном воздействии атмосферных примесей.

ПДК_с.с - это максимальная концентрация примеси в атмосферном воздухе, которая в течение сколь угодно длительного времени не окажет прямого или косвенного влияния на организм человека.

Состояние воздушной среды оценивают по фактическим концентрациям примесей в данное время. Они изменяются в зависимости от метеорологических условий, характера выброса в атмосферу, вида и плотности жилой застройки и других факторов.

При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Эта концентрация может быть определена расчетным путем.

Расчетная часть

Цель работы: расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, определение расстояния от источников выброса, на котором концентрация вредных веществ становится максимальной.

Задание: для заданных преподавателем источников промышленных выбросов, пользуясь исходными данными, приведенными в табл.1.1, рассчитать параметры максимального загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.

Методика расчета

1. Исходные данные для расчета параметров загрязнения атмосферного воздуха (характеристику источников выброса) выбирают из табл.1.1.

Таблица 1.1

Характеристика источников выбросов пищевых

предприятий

Источник	Характеристика источника, м						Параметры пылегазовоздушной среды в устье источника
	Координа-ты		Вы-сота Н	Дли-на L	Шири-на b	Диа-метр D	Ско-рость w0, м\с	Вредные вещества	Концентрация С, мг\м^3	t ^0 С
	Х	У
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	6655	825	29	-	-	0,42	14,66	Пыль зерновая	16,2	-
2	6699	820	10	-	-	0,32	10,45	Пыль сахарная	25,0	^-
3	6882	838	13	-	-	0,45	7,23	Пыль мучная	3,4	^-
4	6800	844	19	-	-	0,45	12,06	Пыль сухого молока	19,1	^-
5	6640	855	30	1,48	0,40	-	11,49	Углерода оксид	29,0	30
								Азота диоксид	6,14	30
6	6710	870	12	-	-	0,25	1,20	Пыль металлич.
								и абразивная
								с содерж. диоксида кремния 70-20'/.
									7,0	-
7	6690	875	11	0,40	0,45	-	15,32	Пыль органическая	56,6	20
8	6727	860	3	0,20	0,20	-	13,28	Марганца диоксид	1,4	-

Окончание табл. 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
9	6850	830	2	-	-	0,30	3,60	Серная кислота (аэрозоль)	0,7	-
10	6250	875	2	-	-	0,50	3,50	Натрия гидроксид (аэрозоль)	0,75	-
11	6190	807	15	-	-	0,45	10,50	Аммиак	30,0	-
12	6400	830	23	-	-	0,30	11,20	Сероводород	21,5	-
13	6240	840	29	-	-	0,32	8,30	Метан	10,2	15
14	6250	835	4	-	-	0,25	9,36	Метилмеркаптан	25,5	10
15	6130	810	12	0,45	0,45	-	3,45	Формальдегид	5,5	-
16	6200	835	12	0,40	0,45	-	9,20	Диоксид серы	18,2	50
17	6550	852	12	-	-	0,50	3,20	Сажа	32,0	-
18	6200	819	15	0,50	0,30	-	6,40	Винилацетат	86,0	-
19	6150	823	10	-	-	0,60	4,80	Пропанол	69,5	-
20	6708	810	6	-	-	0,50	6,50	Фреон ХФУ-12	80,5	-
21	6600	830	20	0,6	0,4	-	8,70	Этанол	20,8	25
22	6700	853	12	-	-	0,60	1,30	Уксусная кислота	40	20
23	6750	830	5	-	-	0,3	0,8	Пары парафина	5	25
24	6720	810	9	-	-	0.4	1,4	Фенол	1,5	10
25	6600	790	8	-	-	0,4	2,5	Метилэтилкетон	2,5	-
26	6650	820	6	-	-	0,3	1,8	Метиламин	0,8	-
27	6660	870	10	-	-	0,46	1,7	Уксусный альдегид	1,9	15
28	6500	890	12	0,5	0,5	-	2,4	Ацетон	12,2	-
29	6600	880	8	-	-	0,5	1,9	Масляная кислота	10,5	12
30	6200	840	7	-	-	0,4	2,9	Фурфурол	1,9	12

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из источника, которое достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м (м) от источника, определяют по формуле

А М F m n 

С_м = ------------------ + С_ф, (1.1)

Н^{2 3}V₁t

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; H (м)- высота источника выброса над уровнем земли;  - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае слабопересеченной местности  = 1; t (⁰С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси t_г и температурой окружающего атмосферного воздуха t_в; V₁ (м³/c) - расход газовоздушной смеси 3.

2. Объем газовоздушной смеси V₁, выбрасываемой в единицу времени(м³/с), вычисляют по формуле

V_i =  D2w₀ /4 , (1.2)

где D - диаметр устья источника выброса, м;

w₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса, м/с.

Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газо-воздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производят по приведенным выше формулам при средней скорости w₀ (м/с) и значениях D = D_э (м) и V_i = V_iэ (м³/с).

Эффективный диаметр устья D_э, (м) определяют по формуле

D_э = 2 L b/(L+b). (1.3)

где L - длина устья, м; b - ширина устья, м.

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

V_1э = D_э² w₀/4 (1.4)

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

3. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимают по данным табл.1.2.

4. Масса вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени М, г/с определяют по формуле:

М = С V_i10^-3. (1.5)

5. Значение безразмерного коэффициента F принимают:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;

б) для крупнодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п.) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.

Таблица 1. 2

Значения коэффициента А

Географическое положение объекта	Значение
Районы Бурятской АР и Читинской области	250
Европейская территории РФ: районы РФ южнее 50° с.ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа; Азиатской территории РФ; Дальний Восток и остальная территория Сибири	200
Европейская территория РФ и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов	18O
Европейская территория РФ и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ЕТР)	160
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области	140

6. Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f; V_м; V_м и f_е:

f=1000w₀²D/H²t; (1.6)

V_м =0,65 ³V₁t/H ; (1.7)

V_м=1,3w₀D/H; (1.8)

f_е = 800 (V_м)³. (1.9)

Коэффициент m определяют в зависимости от f по формулам:

при f < 100,

m = 1 / (0,67 + 0,1f + 0,34 ³ f ); (1.10)

при f  100,

m = 1,47 / ³ f . (1.11)

Для f_е < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f = f_е.

Коэффициент n при f < 100 определяется а зависимости от параметра V_м по формулам:

n=1 при V_м 2 (1.12)

n = 0,532V_м² - 2,13V_м + 3,13 при 0,5  V_м< 2; (1.13)

n = 4,4 V_м при V_м< 0,5. (1.14)

При f  100 или t  0 коэффициент n определяется по формулам (1.12)-(1.14) при V_м = V_м.

7. Значение безразмерного коэффициента  устанавливают на основе анализа картографического материала, освещающего рельеф местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км,  = 1, в других случаях значение  выбирают из специальных таблиц.

8. При f  100 или t  0 и V_м  0,5 (холодные выбросы) значение максимальной приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) определяют по формуле

А М F n 

С_м = ------------------ К , (1.15)

Н ³ Н

где К = D/8V ₁= 1/7,1w₀V₁ . (1.16)

9. Аналогично при f < 100 и V_м< 0,5 или f  100 и V_м<0,5 (случаи предельно опасных скоростей ветра) максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) рассчитывают по формуле

А М F m 

С_м = ------------- , (1.17)

Н^{2 3}Н

где m - безразмерный параметр, определяют из соотношений:

m =2,86 m при f < 100, V_м < 0,5;

m = 0,9 при f  100, V_м < 0,5.

10. Расстояние Х_м (м) от источника, на котором при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м,(мг/м³), определяют по формуле

Х_м = (5 - F) d H/4, (1.18)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

d= 2,48(1 + 0,28³ f_е ) при V_м  0,5 (1.19)

d = 4,95 V_м (1 + 0,28 ³f ) при 0,5 < V_м  2 (1.20)

d = 7 ³V_м (1 + 0,28 ³f ) при V_м  2 (1.21)

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

d = 5,7 при V_м.  0,5;

d = 11,4 V_м  при 0,5 <V_м  2;

d = 16 V_м  при V_м >2.

11. Значение опасной скорости ветра U_м(м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли),при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ, определяют в зависимости от параметра f..

При f < 100

U_м = 0,5 м/с при V_м  0,5;

U_м = V_м при 0,5< V_м  2;

U_м = V_м (1 + 0,12 f ) при V_м > 2. (1.22)

При f 100 или t  0:

U_м = 0,5 при V_м < 0,5;

U_м = V_м при 0,5 < V_м  2;

U_м = 2,2 при V_м > 2.

12. После выполнения расчетов проверяют следующее условие:

(С_м + С_ф ) / ПДК_м.р.  1, (1.23)

где С_ф - фоновая концентрация вредного вещества (мг/м³), из которой исключен вклад рассматриваемого предприятия, С_ф = 0,3 ПДК_м.р.;

ПДК_м.р. - предельно допустимая максимально разовая концентрация (мг/м³), определенная из справочнцых данных  2 .