1.2. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ от одиночного источника

После выхода из устья источника загрязняющие вещества начинают рассеиваться в атмосфере в направлении оси факела выброса. Часть веществ перемещается вверх, часть - горизонтально, часть направляется в нижние воздушные слои. Существенное влияние на характер рассеивания оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий, особенности местности, свойства выбросов, высота трубы, скорость ветра и другие факторы.

Скорость горизонтального перемещения загрязнений в основном определяется скоростью ветра U (м/с). На скорость вертикального перемещения оказывает влияние целый ряд факторов.

Форма струи, вытекающей из устья трубы, и уровень загрязненности приземного слоя атмосферы вокруг источника зависят от степени вертикальной устойчивости атмосферы. Существует 3 типа степеней вертикальной устойчивости атмосферы: конвекция, изотермия и инверсия.

При конвекции нижние слои воздуха теплее верхних, происходит интенсивное вертикальное перемешивание слоев, что препятствует концентрированию загрязнений в приземном слое.

При изотермии. развивающейся чаще в пасмурную погоду, температура воздуха почти одинакова во всех слоях в 20-30 м от поверхности земли. Концентрации загрязняющих веществ в приземном слое выше, чем при конвекции.

При инверсии, возникающей при ясной погоде и малых скоростях ветра, нижние слои воздуха холоднее верхних, в результате чего почти полностью отсутствует вертикальное перемешивание слоев. Это наиболее неблагоприятные условия, при которых происходит интенсивное скопление загрязняющих веществ у поверхности земли.

Существует 5 форм струй, выходящих из устья трубы. Наиболее опасна задымленная струя (образующаяся при инверсии), когда вредные вещества стремятся к земле вдоль всей струи. Эта форма струи использована в схеме распределения концентраций вредных веществ в атмосфере при выбросе через высокие трубы (см. рис.2).

По мере удаления от источника выброса концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы вначале увеличивается, а затем, достигнув максимума, постепенно уменьшается, что говорит о наличии трех зон загрязнения атмосферы:

• зона переброса факела выброса, характеризующаяся невысокой концентрацией вредных веществ в приземном слое;

• зона задымления, т.е. зона максимального содержания вредных веществ;

• зона постепенного снижения концентраций вредных веществ.

Направление ветра

Рис. 2. Распределение приземной концентрации вредных

веществ в атмосфере

С – концентрация вредного вещества в приземном слое, мг/м³

Х – расстояние от трубы (источника выброса), м

H – высота трубы (источника выброса), м

По ОНД-86 [3] рассчитываются возможные концентрации вредных веществ при «неблагоприятных» метеоусловиях, продолжительность которых не превышает 150 часов в течении года. Реальные концентрации вредных веществ в течение года будут значительно ниже расчетных.

Основной расчетной величиной является максимальная приземная концентрация вредного вещества См [мг/м³].

Величину максимальной приземной концентрации С_м (мг/м³) вредного вещества при выбросе нагретой газопылевоздушной смеси из точечного источника с круглым устьем на расстоянии Х_м (м) от источника определяют по формуле (1.5)

(1.5)

где А - коэффициент, учитывающий вероятность возникновения «неблагоприятных» метеоусловий в различных регионах страны (с^2/3*мг*град^1/3/г).

Для Нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока принимают А=200; для севера и северо-запада европейской территории России, Среднего Поволжья и Урала принимают A=160; для центральной части европейской территории А=140;

М - мощность выброса - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, (г/с). Принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами, определяется расчетом или с помощью анализа. Если известна концентрация вещества С*(мг/м³) в выбрасываемой из устья источника пылегазовоздушной смеси, то величина М определяется по формуле:

.

(1.6)

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и т.п.), скорость оседания которых не превышает 0,05 м/с, принимается F=1. Для остальных аэрозолей, выбрасываемых с предварительной очисткой или без нее, коэффициент F принимается следующим образом:

F=2 F=2,5 F=3

при эффективности очистки более 90%; при эффективности очистки 75…90%; при эффективности очистки менее 75% (или при отсутствии очистки)

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

 - безразмерный коэффициент, учитывающий рельеф местности (для равнинной местности = 1);

Т - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в (°С); последняя принимается как средняя максимальная температура наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика";

V₁ - расход пылегазовоздушной смеси из устья источника, (м³/с):

.

(1.7)

D - диаметр устья источника выброса (диаметр верхней части трубы) (м);

- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (м/с):

. (1.8)

Величина коэффициента m определяется по формуле

,

(1.9)

где

.

(1.10)

Величина коэффициента n определяется по формулам (1.12) - (1.14) в зависимости от значения параметра V_м вычисляемого по формуле

.

(1.11)

При Vм0,5 При 0,5Vм2 При Vм2

n=4,4Vм n=0,532V^2 м-2,13Vм+3,13 n=1

(1.12) (1.1.13) (1.14)

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ С_м достигается на оси факела выброса (по направлению среднего ветра за рассматриваемый период) на расстоянии Х_м (м) от источника выброса:

,

(1.15)

где d - безразмерная величина, определяемая по формулам

При Vм 0,5 При 0,5Vм2 При Vм2

d=2,48 (1+0,28). d=4,95 Vм(1+0,28). d=7(1+0,28).

(1.16) (1.17) (1.18)

После расчета максимальной приземной концентрации загрязнений С_м в точке, расположенной на расстоянии Х_м от источника, можно определить приземные концентрации вредных веществ в любой точке в направлении факела выброса (рис.3):

Рис.3. К определению приземных концентраций вредных веществ в направлении факела выброса; 1 - источник выброса

Для расчетов концентраций С на различных расстояниях Х по оси факела выброса используется формула

.

(1.19)

Здесь S₁ – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения X/X_м

При X/Xм1 При 1X/Xм8 При X/Xм8

. . .

(1.20) (1.21) (1.22)

С наветренной стороны источника выброса (Х<0) значения концентраций вредных веществ принимают равными нулю.

Значение приземной концентрации Су вредного вещества на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле

(1.23)

где S₂ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра U (м/с) и аргумента t_y:

,	При U5;
,	При U5.

(1.24)