3.16. Изменение концентрации примесей в атмосфере

Распространение в атмосфере выбрасываемых из высоких источников (труб) загрязняющих веществ подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий, характер местности, физические свойства выбросов, высота трубы, диаметр ее устья и др. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

На рис. 3.18 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов. По мере удаления от тру6ы в направлении, совпадающим с направлением ветра, концентрация вредных примесей в приземном слое атмосферы сначала нарастает, достигает максимума на расстоянии 10…40 высот трубы и затем медленно убывает, что позволяет говорить о наличии трех зон неодинакового загрязнения атмосферы: зоны переброса факела выбросов, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы, зоны задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зоны постепенного снижения уровня загрязнения.

Для решения практических задач, пpежде всего расчета величин ПДB, наибольший интерес представляют случаи достижения при данных параметрах наиболее высоких уровней концентрации примеси в приземном слое воздуха, а также расчет соответствующих минимальных коэффициентов метеорологического разбавления. В основу расчета берутся эти уравнения в упрощенном виде.

Зона неорганизованного загрязнения

Зона переброса факела

Зона задымления

Зона снижения

уровня загрязнения

Х_М

Х_М = 10-40Н_vin

С_М ПДК_М.Р.

Дымовой факел

Направление ветра

С_М, мг/м³

Н_min

Рис. 3.18. Изменение приземной концентрации примеси в атмосфере

от организованного высокого источника выброса:

- область распространения загрязнения;

- зона аэродинамической тени (циркуляционная зона);

- верхняя граница промежуточной зоны.

Решение уравнения (3.127) при сформулированных выше граничных условиях, с использованием зависимостей (3.128)-(3.130), приводит к следующему уравнению для максимальной приземной концентрации при неблагоприятных метеорологических условиях:

C_M = A^.M^.F^.^.m^.n/[H²(V^.T)^1/3], (3.139)

где А - параметр, характеризующий переносные свойства атмосферы (на территории СНГ значения А для различных районов изменяются в диапазоне 140…250 с^2/3 мг/К^1/3.г); М - интенсивность источника примеси, г/с; V = D₀²w₀/4 - объемный расход газовоздушной смеси, м³/с; F - безразмерный множитель, учитывающий оседание загрязнителя в атмосфере (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость оседания которых практически равна нулю, F = 1; для иных аэрозолей F = 2 при степени очистки выбросов  не менее 90%; F = 2,5 при  = 75…90% и F = 3 при  = 0…75%);  - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа (в случае ровной местности или местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км,  = 1); m и n - коэффициенты, значения которых зависят от параметров

V_M = 0,65(V^.T/H)^1/2, м/с (3.140); f = 1000(w₀^2.D₀/H^2.T), м /(с^2.К) (3.141),

характеризующих условия истечения газовоздушной смеси и находятся по графикам на рис. 3.19.

Рис. 3.19,а. Зависимость коэффициента m от условия истечения f.

Для маломощных слабо нагретых (холодных) выбросов, к которым относятся большинство вентиляционных выбросов, расчет максимальной приземной концентрации при "опасной" скорости ветра ведется по формуле

C_M = A M F n  D₀/(8 H^4/3.V), (3.142)

где А - параметр, имеющий размерность мг^.м^1/3/г и равный по величине параметру А в формуле (3.139). Значение безразмерного множителя n также определяется по рис. 3.19,б, но параметр V_м вычисляется по формуле

V_M = 1,3 (w₀^.D₀/H), м/с. (3.143)

Рис. 3.19,б. Зависимость множителя n от параметра V_M

Расстояние, на котором достигается максимальная концентрация на поверхности земли, находится из соотношения

X_M = (5 - F)^.d^.H/4, (3.144)

где d - безразмерный множитель, значение которого определяется по рис. 3.20,а и 3.20,б (нагретые выбросы) и рис. 3.21 (холодные выбросы).

Рис. 3.20,а. Зависимость множителя d от параметра V_M

для нагретых выбросов

Рис. 3.20,б. Зависимость множителя d от параметра V_M

для нагретых выбросов

Рис. 3.21. Зависимость множителя d от параметра V_M

для холодных выбросов

Значения приземных концентраций в произвольных точках на оси Ох подсчитываются по формуле

C = s₁^.C_M, (3.145)

где s₁ - безразмерный множитель, определяемый по рис. 3.22.

Рис. 3.22. Зависимость множителя s1 от соотношения x/XM .

Приземные концентрации в точках с координатами х, у находятся по формуле

C_y = s₂^.C, (3.146)

где s₂ - коэффициент, величина, которого находится по рис. 3.23, где t = u(y/x)² при u  5 м/с; t = 5(y/x)² при u  5м/с.

Рис. 3.23. Зависимость коэффициента s₂ от параметра t.

Формулы (3.139), (3.142) дают возможность рассчитать необходимую высоту выброса Н, если известны интенсивность источника примеси и условия истечения газовоздушной смеси. Полагая С_м = ПДК, получаем: