УМП ЭКОЛОГИЯ

Продолжение Приложения В

Таблица В.2 – Фоновые концентрации вредных веществ на участке

	№	Город		Сф, мг/м3
варианта			SO2	NO2		CO	Сажа
1	– 5	Оренбург	0,11	0,011		1,2	0,08
6 – 10		Медногорск	0,15	0,013		1,2	0,08
11	– 15	Новотроицк	0,15	0,013		1,2	0,08
16	– 20	Орск	0,12	0,012		1,2	0,09
21	– 25	Бузулук	0,10	0,011		1,1	0,08

Таблица В.3 – Роза ветров на участке

				Среднегодовая повторяемость ветров								Тв, оС	А
	№					(роза ветров)
												температура	коэф-т
вариант		Город
												наружного	стратифи-
	а		С	СВ	В		ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
												воздуха	кации
1	– 5	Оренбург	8	12	18		7	13	15	19	8	26,9	180
6 – 10		Медногорск	8	14	19		6	13	17	16	7	25,8	180
11	– 15	Новотроицк	8	14	19		6	13	17	16	7	26,3	180
16	– 20	Орск	7	14	20		6	15	16	16	6	26,3	180
21	– 25	Бузулук	7	11	8		4	18	20	22	10	25,6	180

Таблица В.4 – Предельно-допустимые концентрации максимальные разовые для данных вредных веществ (по СП 245 71), мг/м3

ПДКм.р(SO2)	ПДКм.р(NO2)	ПДКм.р(CO)	ПДКм.р(C)
0,5	0,085	3,0	0,15

241

Приложение Г

Пример расчета

Требуется рассчитать:

1.максимальные приземные концентрации См для SО2, NО2 , CO и

сажи;

2.расстояние Хм по оси факела, на которой они достигаются;

3.полученные значения (См + Сф) сравнить с величиной ПДКм.р. В случае превышения ПДКм.р необходимо рассчитать расстояние X, на котором (См + Сф) будет равно ПДК или количество аппаратов для очистки отходящих газов (циклонов) или необходимую высоту трубы котельной;

4.составить чертеж санитарно-защитной зоны для данного предприятия.

Исходные данные для котельной: Место расположения – Бузулук. Высота трубы: H = 15 м.

Диаметр устья источника: D = 1,5 м. Температура отходящих газов: Tг = 143 0С. Объем отходящих газов: V1 = 5,2 м3/с.

Таблица Г.1 – Концентрации вредных веществ, измеренные в трубах, С, мг/м3 (в отходящих газах)

С(SO2)	С(NO2)	С(CO)	С(C)
602	57	180	140

Таблица Г.2 – Фоновые концентрации вредных веществ, Сф, мг/м3

Cф(SO2)	Cф(NO2)	Cф(CO)	Cф(C)
0,100	0,011	1,1	0,08

Таблица Г.3 – Среднегодовая повторяемость ветра в г. Бузулук, P, %

С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
7	11	8	4	18	20	22	10

242

Продолжение Приложения Г

Ход решения

Расчет массы выброса в атмосферу M по каждому из вредных веществ производится по формуле 2.10:

M(SO2) = C(SO2) · V1 · 10-3 , г/с

M(SO2) = 602 · 5,2 · 10-3 = 3,130 г/с

M(NO2) = C(NO2) · V1 · 10-3 , г/с

M(NO2) =57 · 5,2 · 10-3 = 0,296 г/с

M(CO) = C(CO) · V1 · 10-3 , г/с

M(СO) =180 · 5,2 · 10-3 = 0,936 г/с

M(С) = C(C) · V1 · 10-3 , г/с

M(С) =140 · 5,2 · 10-3 = 0,728 г/с

Расчет разности температур T между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг (таблица В.1) и температурой окружающего воздуха (таблица В.3):

T =Тг – Тв, 0С

T = 143 – 25,6 = 117,4 oС

Расчет средней скорости выхода газовоздушной смеси W0 из устья источника выброса производится по формуле 2.11:

= 4∙ 1

∙ 2

= 3,14∙1,54∙5,2 2 = 2,944 м/с

Расчет параметра f производится по формуле 2.12:

= 103 ∙			2∙
			0			, м/с2·0C
			2∙∆
= 10	3	∙	2,9442∙1,5					= 0,490	2	0
									м/с · C
			15	2	∙117,4

Расчет безразмерного параметра m производится по формуле 2.13:

243

												Продолжение Приложения Г
=			1
		+ 0,1				3
0,67			∙ √ + 0,34 ∙ √
=			1									= 1,000
							3
0,67		+ 0,1
			∙ √0,49 + 0,34 ∙ √0,49

Расчет безразмерного параметра vм производится по формуле 2.15:

	3		∙ ∆
	= 0,65 ∙ √	1
м
	3	5,2 ∙ 117,4
	= 0,65 ∙ √					= 2,236 м/с
м			15

Расчет безразмерного параметра n производится по одной из трех формул 2.14 и в нашем примере, когда vм > 2, следовательно, n = 1.

Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ С производится по формуле 2.9:

См = ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ , мг/м32∙3√ 1∙∆

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе в данной местности (таблица В.3);

= 1 – для случая ровной или слабо пересеченной местности с перепадом, не превышающим 50 м/км.

Fсажа = 3, Fгаз = 1 – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

180∙3,130∙1∙1∙1∙1

2

=

= 0,290

мг/м3

2

3

м

∙ √5,2∙117,4

15

180∙0,296∙1∙1∙1∙1

2

=

= 0,072

мг/м3

2

3

м

15

∙ √5,2∙117,4

=

180∙0,936∙1∙1∙1∙1

= 0,080

мг/м3

2

3

м

15 ∙ √5,2∙117,4

=

180∙0,728∙3∙1∙1∙1

= 0,200 мг/м3

2

3

м

15 ∙ √5,2∙117,4

244

Продолжение Приложения Г

Из перечня вредных веществ, выбрасываемых из трубы котельной, эффектом суммации действия обладают диоксид азота (вещество II класса опасности) и диоксид серы (вещество III класса опасности). Определяем приведенную к диоксиду азота концентрацию этих веществ, так как диоксид азота относится к наибольшему (второму) классу опасности (формула 2.16):

прив

2

ПДКм.р.

С

2

=

2

+ (

2

∙

), мг/м3

ПДК 2

м

м

м

м.р.

Смприв 2 = 0,072 + (0,290 ∙

0,085

) = 0,076 мг/м3

0,5

Проверяем условие

+ ≤ ПДК

м

ф

м.р.

прив 2

+ 2

= 0,076 + 0,011 = 0,087

мг

> ПДК 2 = 0,085 мг/м3

м

ф

м3

м.р.

+

= 0,080 + 1,1 = 1,18

мг

< ПДК

= 3,0 мг/м3

м

ф

м3

м.р.

+

= 0,200 + 0,080 = 0,28

мг

> ПДК

= 0,15 мг/м3

м

ф

м3

м.р.

Расчет ПДВ В нашем примере условие соблюдения ПДВ не выполняется для

диоксида азота и сажи. Для оксида углерода предельно-допустимый выброс составит (есть соблюдение ПДК по СО):

ПДВ(СО) = М(СО) = 0,936 г/с ·31,7 = 29,5 т/год

где 31,7 – коэффициент для перевода из г/с в т/год или 3600 секунд ∙ 24 часа ∙ 365

дней : 106 = 31,7.

Мероприятия по достижению ПДКм.р. на границе санитарно-защитной зоны по саже, диоксиду серы и диоксиду азота могут быть технологическими, санитарно-техническими, архитектурнопланировочными.

В данном примере рассматривается организация санитарно-защитной зоны в зависимости от результатов рассеивания для диоксида азота и санитарно-технические мероприятия по снижению выбросов сажи. С целью уменьшения массы выбросов сажи подбираем по каталогам пылеулавливающих аппаратов циклоны типа ЦН-24 с производительностью очистки 2,5 тыс.м3/час отходящих газов.

245

Продолжение Приложения Г

Количество циклонов составит:

=	1 ∙ 3600		=	5,2 ∙ 3600		= 8 штук
	2500			2500

Эффективность улавливания сажи Э циклонами ЦН-24 равна согласно каталогу 80 % (или 0,8), тогда:

ПДВ(С) = М(С) – (М(С) ∙ Э)

ПДВ(С) = 0,728 – (0,728 ∙ 0,8) = 0,146 г/с ·31,7 = 4,6 т/год

Расчет безопасного расстояния до жилой застройки для NО2 и SО2

Расчет расстояния по оси факела выброса от источника выброса Xм, на котором достигается величина максимальной приземной концентрации См производится по формуле 2.17:

Хм = ∙ , м

Поскольку в нашем примере vм > 2 м/с, величину вспомогательного параметра d определяем по формуле 2.19:

= 7 ∙ ∙ (1 + 0,28 ∙ 3 ) √ √

3

= 7 ∙ √2,236 ∙ (1 + 0,28 ∙ √0,49) = 12,72

= 12,72 ∙ 15 = 190,8 м (для газов: SО2, NО2).

Для сажи F = 3, тогда по формуле 2.20:

м = (5−4 ) ∙ ∙ , м

м = (5−43) ∙ 12,72 ∙ 15 = 95,4 м (для сажи).

Величины приземных концентраций вредных веществ, С в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X (метров) определяются по формуле 2.21:

В нашем случае:

246

Продолжение Приложения Г

= 1 ∙ ( мприв 2 + ф 2)

Приравниваем = ПДКм.р2. и рассчитываем S1:

ПДКм.р2.

1 = мприв 2 + ф 2

0,0851 = 0,076 + 0,011 = 0,97

Если 1 > 1, то соотношение Х / Хм = 1,0, если 1 < 1, то по графику на рисунке 2.11 (или по формуле 2.20) находим соотношение Х / Хм = 1,2 (при S1

= 0,97), отсюда X = 1,2 · Хм.

Хм нам известно, тогда:

X = 1,2 · 190,8 = 228,9 м (для газов: SО2, NО2) X = 1,2 · 95,4 = 114,5 м (для сажи)

При таком расстоянии фактический выброс диоксида азота и двуокиси серы является ПДВ, т.е. обеспечивает соблюдение ПДК. Следовательно:

ПДВ = 0,296 г/с · 31,7 = 9,3 т/год ПДВ = 3,130 г/с ·31,7 = 98,7 т/ год

Построение границ санитарно-защитной зоны для NO2 и SО2,

Итак, для газов NO2 и SО2, безопасное расстояние Х = 228,9 м (без учета направления ветра), а для сажи Х = 114,5 м. Используя исходные данные о розе ветров и формулу 2.23, вычисляем размеры санитарнозащитной зоны по восьми румбам:

= Х ∙ , м

где Li – безопасное расстояние до жилой застройки по i-ому румбу;

Р – среднегодовая повторяемость ветров по рассматриваемому румбу (по данным таблицы В.3) по i-ому румбу, %;

Ро – повторяемость направлений ветров одного румба (при используемой в данном расчете восьми румбовой розе ветров Ро=12,5 % (100 % : 8

румбов)).

247

Продолжение Приложения Г

Границы санитарно-защитной зоны для газов по восьми румбам с учетом розы ветров:

LC = 228,9 · 7 / 12,5 = 128 м; LСВ = 228,9 · 11 / 12,5 = 201 м; LВ = 228,9 · 8 / 12,5 = 147 м; LЮВ =228,9 · 4 / 12,5 = 73 м; LЮ = 228,9 · 18 / 12,5 = 330 м;

LЮЗ = 228,9 · 20 / 12,5 = 366 м;

L3 = 228,9 · 22 / 12,5 = 403 м;

LСЗ = 228,9 · 10 / 12,5 = 183 м.

Задаем масштаб в 1 мм : 10000 мм и строим окружность, где радиус равен Х (228,9 м), а центром является место расположения источника выброса.

Проводим восемь основных направлений ветра и откладываем расстояние Li, учитывая, что северный ветер смещает выбросы на юг и т. д. (рисунок Г.1).

В тех случаях, когда расстояние Li < Хм влияние направления ветра не учитывается и по данному румбу откладывается расстояние 228,9 м равное Хм для гарантии безопасности.

Построение границ санитарно-защитной зоны для сажи

Границы санитарно-защитной зоны для сажи по восьми румбам с учетом розы ветров:

LC = 114,5 · 7 / 12,5 = 64 м;

LСВ = 114,5 · 11 / 12,5 = 101 м; LВ = 114,5 · 8 / 12,5 = 71 м;

LЮВ = 114,5 · 4 / 12,5 = 37 м;

LЮ = 114,5 · 18 / 12,5 = 175 м;

LЮЗ = 114,5 · 20 / 12,5 = 183 м;

L3 = 114,5 · 22 / 12,5 = 202 м;

LСЗ = 114,5 · 10 / 12,5 = 92 м.

Аналогичным образом строим окружность радиусом 114,5 м (санитарно-защитная зона для сажи) и ранжируем согласно розе ветров.

Санитарно-защитная зона для сажи представлена внутри санитарнозащитной зоны для газов на рисунке В.1, следовательно, в нашем примере циклоны для улавливания сажи не нужны.

Однако, в тех вариантах, где См газов не превышает ПДК, а См сажи превышает ПДК циклоны потребуются или же санитарно-защитная зона (без циклонов) будет рассчитана по Хм для сажи.

248

Продолжение Приложения Г

			с
		450
		400
	сз	350	св
		300
		250
		200	СЗЗ для газов
		150
		100	СЗЗ для газов с учетом
		50
			розы ветров
з		0	в
			СЗЗ для сажи
			СЗЗ для сажи с учетом
			розы ветров
	юз		юв

ю

Рисунок Г.1 – Чертеж санитарно-защитной зоны (масштаб 1 : 10000)

Возможен вариант достижения См = ПДК не за счет увеличения размеров санитарно-защитной зоны, а за счет увеличения высоты трубы котельной (Н), но это потребует более мощных дымососов (вентиляторов) с увеличением расхода электроэнергии и других эксплуатационных расходов. В этом случае необходимо сравнение капитальных и эксплуатационных затрат по всем возможным вариантам.

Высота трубы Н необходимая для соблюдения условия См = ПДК определяется путем преобразования основной формулы рассеивания с учетом фонового загрязнения:

Н = √	∙ ( 2)∙ ∙ ∙ ∙					, м
	(ПДК 2	+		3
				2)∙ √ ∙∆
		ф		1

180∙0,296∙1∙1∙1,0∙1,0 Н = √(0,085+0,011)∙3√5,2∙117,4 = 19 м

Итак, высоту трубы котельной надо увеличить с 15 метров до 19 метров, то есть, на 4 метра, при этом условии необходимость в санитарнозащитной зоне для диоксида азота отпадает.

Для соблюдения условия См = ПДК для сажи трубу котельной надо увеличить с 15 метров до 33,4 метров:

249

Продолжение Приложения Г

180∙0,728∙3∙1∙1,0∙1,0 Н = √(0,15+0,08)∙3√5,2∙117,4 = 33,4 м

При этом условии не нужны ни санитарно-защитная зона, ни циклоны, но высота трубы котельной увеличится в 2,2 раза.

Итак, при любом варианте решения для достижения ПДК по всем выбрасываемым в атмосферу вредным веществам нужны экономические затраты, которые компенсируют экономический ущерб, причиняемый загрязнением атмосферного воздуха.

250