Расчет рассеивания - метод. указания

- 11 -

плением симптомов удушья: судороги, остановка дыхания, смерть. Этот тип вызывается очень большими концентрациями оксида и диоксида азота.

4. При комбинированной форме наблюдается сочетание признаков описанных первых двух форм. Сначала отмечаются симптомы аноксемии, затем латентный период и, наконец, развитие отека легких. Этот тип отравления также вызывается вдыханием смеси оксида и диоксида азота.

Хроническое отравление чаще всего выражается катаром верхних дыхательных путей, бронхитом, разрушением зубов. Отмечаются также нарушение обмена веществ, мышечная сердечная слабость, нервные расстройства, понижение кровяного давления.

Взаимодействие NО2 на человеческий организм в зависимости от объемной концентрации в атмосфере (%) характеризуется следующими цифрами: 0,00001 – абсолютный порог воздействия; 0,0001

– 0,0003 – порог восприятия запаха; 0,0013 – порог раздражения слизистых оболочек носа и глаз; 0,001 – 0,002 – образование метагемог-

лобина; 0,004 – 0,008 – отек легких.

ПДКр.з NО2 = 5,0 мг/м3, ПДКс.с= 0,04 мг/м3, ПДКм.р = 0,085 мг/м3. NО является веществом 3-го класса, а NО2 – 2-го класса опасности.

2.4. Бенз(а)пирен

Бенз(а)пирен (С20Н12) относится к 1-му классу опасности и является внеконкурентным канцерогеном. Бенз(а)пирен является соединением из группы полициклических ароматических углеводородов, присутствующим в газообразных отходах промышленности, выхлопах автомобилей [5-10]. До 70% загрязнение атмосферы бенз(а)пиреном приходится на автотранспорт. Наиболее высокие концентрации бенз(а)пирена наблюдаются на городских магистралях, а также вблизи заправочных станций. В промышленности до 40% выбросов бенз(а)пирена приходится на черную металлургию, 26% – бытовое отопление, 16% – химическую промышленность [5]. Риск летальности при вдыхании предельно допустимой концентрации (ПДК) в течение 70 лет равен 1,8∙10-4 (против 0,85∙10-4 бэр) [5]. Воздействие повышает риск (частоту) формирования рака, ведет к росту детской смертности, внутриутробной дегенерации центральной нервной системы, подавлению сперматогенеза, обладает мутагенным действием.

- 12 -

ПДКр.з=0,00015 мг/м3, ПДКс.с=0,0001 мг/м3. ПДКм.р. не должно регистрироваться.

3. Санитарно-гигиенические показатели загрязнения атмосферы

В 1951 году в СССР были утверждены ПДК для 10 наиболее распространенных химических веществ, выбрасываемых в атмосферу. Это были первые в мире нормативы качества атмосферного воздуха. В начале 1970-х годов перечень ПДК составлял 600 названий химических веществ, в середине 1990-х – 2400, в 2000-х – около 5000, в настоящее время – более 10 000 [5, 10].

Согласно санитарно-гигиеническим нормам, химические вещества (поллютанты) подразделяются на четыре класса опасности:

1) чрезвычайно опасные (бенз(а)пирен, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк и др.); 2) особо опасные (диоксид азота, фенол, бензол, формальдегид, стирол, пиридин, фтористый водород, хлор и др.); 3) умеренно опасные (оксид азота, диоксид серы, ацетон, этилен, этилбензол, сажа и др.); 4) малоопасные (аммиак, бутан, оксид углерода, циклогексан, этилацетат и др.) [5].

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество вредного вещества в атмосферном воздухе, отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента, которое при постоянном контакте или при воздействии в отдельный промежуток времени не оказывает влияния на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий как непосредственно, так и у последующих поколений [5-10].

ПДК устанавливаются для атмосферного воздуха (мг/м3), водных объектов хозяйственно-питьевого и бытового назначения (мг/л), почв (мг/кг) с учетом класса опасности химических веществ.

На содержание химических веществ в атмосферном воздухе установлены два вида предельно допустимых концентраций (ПДК): в

воздухе рабочей зоны (ПДКр.з) и в атмосферном воздухе населен-

ных пунктов (ПДКн.п.). ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов подразделяют на максимально разовые (ПДКм.р) и среднесуточные (ПДКс.с) [5-10].

- 13 -

ПДКн.п. значительно ниже ПДКр.з. Это объясняется тем, что на промышленном предприятии в течение рабочего дня работают практически здоровые люди, а в населенных пунктах круглосуточно находятся не только взрослые, но и дети, пожилые и больные люди, беременные и кормящие женщины [5].

При установлении ПДКр.з. и ПДКн.п. ориентируются на токсикологический показатель или рефлекторную реакцию организма. Если порог токсического действия для вещества оказывается менее чувствительным, то решающим в обосновании ПДК является порог рефлекторного действия как наиболее чувствительный. В подобных случаях ПДКм.р.>ПДКс.с.. Если же порог рефлекторного действия менее чувствителен, чем порог токсического действия, то принимают ПДКм.р.=ПДКс.с.. Для веществ, у которых порог рефлекторного действия отсутствует, устанавливается только ПДКс.с. [5].

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) – количество химиче-

ских веществ, которые разрешается выбрасывать за единицу времени в атмосферный воздух (г/с). ПДВ является средством контроля промышленных предприятий [5-10].

4.Расчет рассеивания техногенных поллютантов

вприземном слое атмосферы

Студентам необходимо рассчитать уровень рассеивания химических веществ (поллютантов) в приземном слое атмосферы. Варианты задания приведены в прил. 1.

4.1. Общие положения

Методика расчета рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (объектов), тепловых электростанций и котельных, основана на определении концентрации этих вредных веществ в приземном слое воздуха С (мг/м3).

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется по наибольшему рассчитанному значению приземной концентрации вредных веществ См мг/м3, которое может устанавливаться на некотором расстоянии от места выброса, соответствующем наиболее неблагоприятным метео-

- 14 -

рологическим условиям (когда скорость достигает опасного значения Им, наблюдается интенсивный турбулентный обмен и др.).

Наибольшая концентрация каждого вредного вещества См мг/м3 в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации (ПДКм.р) данного вредного вещества в атмосферном воздухе населенных пунктов

См ПДК.

(1)

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия (прил. 5), их безразмерная суммарная концентрация (для каждой группы указанных вредных веществ однонаправленного действия) не должна превышать единицы при расчете по формуле:

q	C1		С2	...	Сn	1,	(2)
	ПДК1		ПДК2
					ПДКn

где С1, С2, ..., Сn – концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3;

ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn – соответствующие максимальные предельно

допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3.

Примечание: разовые концентрации токсико-химических веществ определяются по пробам, отобранным в течение 20 мин.

4.2. Расчет рассеивания нагретых выбросов из одиночного источника

1. Максимальная приземная концентрация вредных веществ См для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точечного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника определяется по формуле:

	См		А М F	m n
			H2 3 V T ,				(3)
		1

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе; размерность

– С2/3 МГ град1/3 /г;

-15 -

М– количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа ме-

стности (в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на I км, η = 1);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

Т– разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной

смеси Тг, и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, град.;

V1 – скорость поступления объема газовоздушной смеси (м3/с), определяемая по формуле:

	D2
V		W	0	,	(4)
1

4

где D – диаметр устья источника выброса, м;

W0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с (прил. 1).

2.Коэффициент А принимается: для Нижнего Поволжья, Кавказа, Сибири, Дальнего Востока и остальных районов Средней Азии – 200; для Севера и Северо–Запада европейской территории России, Среднего Поволжья и Урала – 160; для Центральной части европейской территории России – 120.

3.Величина М должна быть пересчитана из величины млн кг в год (прил. 2) в г/с.

Например, мощность ТЭС составляет 700 МВт. Вид топлива уголь. Выброс оксидов серы в год составляет 139 млн кг (прил. 2). Выбросы оксидов серы (г/сек) составят:

	М=	139 109 0,7	3085,4.
		365 24 60 60

Примечания: В расчете должны приниматься наиболее неблагоприятные величины М, реально наблюдающиеся в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации.

При сжигании топлива с различным содержанием серы и золы, а также при использовании сырья с различным содержанием выбрасываемых в атмосферу вредных веществ в расчетах следует принимать наибольшие количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.

-16 -

4.Величина Т (°С) определяется по формуле

Т = Тг – Тв, где Тв принимается равной средней температуре наружного воздуха в

13 ч наиболее жаркого месяца года (прил. 4); Тг – определяется экспериментально или по действующим для данного производства нормативам (прил. 1).

5. Значения безразмерного коэффициента F принимаются:

а) для газообразных вредных веществ (сернистого ангидрида, сероуглерода, оксида углерода, оксидов азота и т. п.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п.) скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) – 1,0;

б) для пыли и золы (кроме указанных в п. 3.2.5. а), если средний коэффициент очистки равен: не менее 90% – 2,0; от 75 до 90% – 2,5;

менее 75% – 3,0.

6. Безразмерный коэффициент m определяется по формуле

m		1							,	(5)
	0,67 0,1					3
				f 0,34			f
где f		1000	W 2 D			(м/с2 град)
				0						(6)
			H	2
					T

7. Значение безразмерного коэффициента n определяется по формулам (7) – (9) в зависимости от параметра Vм, вычисляемого по формуле 10.

при	Vм 0,5	n 4,4Vм;		(7)
при	0,5 Vм 2	n 0,53Vм	2 2,13Vм 3,13;	(8)

при	Vм 2			n 1,0,			(9)
где V	0,653		V1 T			.	(10)
м				H

8. Максимальная приземная концентрация вредных веществ (См) при неблагоприятных метеорологических условиях достигается по оси факела выброса на расстоянии Хм (м) от источника выброса.

Когда безразмерный коэффициент F = 1, величина Хм определяется по формуле

Хм d H,

(11)

где d – безразмерная величина, определяемая по формулам:

- 17 -

при V 2	d 4,95 V	(1 0,283 f);			(12)
м	м

при		Vм 2		d 7	Vм (1 0,283 f ) .	(13)
Когда безразмерный коэффициент F ≥ 2, величина Хм определя-
ется по формуле
Хм		(5 F)	d H.			(14)
	4

9. Опасная скорость ветра Им, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой наблюдается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе См, принимается:

при	Vм 0,5	Им 0,5;			(15)
при	0,5 Vм 2	Им Vм;			(16)
при	Vм 2	Им Vм(1 0,12		).	(17)
			f

10. Максимальная приземная концентрация вредного вещества Сми (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра И (2 м/с), отличающейся от опасной скорости Им, определяется по формуле

Cми rСм,

(18)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения И/Им по формуле:

при

И

1

r 0,67(

И

) 1,67(

И

)2

1,34(

И

)3;(19)

Им

Им

Им

Им

3

И

при

И

1

r

;.

(20)

Им

И

м

И

2

И

2(

)

(

) 2

Им

Им

11. Расстояние от источника выброса Хми (м), на котором при скорости ветра И и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального

значения Сми (мг/м3), определяется по формуле
Хми Хм,	(21)

- 18 -

где ρ – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения И/Им по формулам:

					И					И	5
													(22)
при	0,25					1						1;
									8,43 1
		И			Им					Им
при				0,25					3;				(23)
		Им
	И						И
									0,68.				(24)
при			1
					0,32
	Им						Им

12. Значения приземных концентраций вредных веществ С в атмосфере по оси факела выброса на расстоянии Х (2000 м) от источника выброса определяются по формуле

C S1См,

(25)

где S1 – безмерная величина, определяемая при опасной скорости

ветра в зависимости от отношения Х/Хм по формулам:

Х

Х

4

Х

3

Х

2

(26)

при

1 S1

;

3

8

Хм

6

Хм

Хм

Хм

при

1

Х

8

S

1,13

;

(27)

Хм

1

Х

2

1

0,13

Хм

Х

при

Х

8

и

F 1

S1

Хм

; (28)

Хм

Х

2

Х

120

3,58

35,2

Х

Хм

Хм

при

8

и

F 2;2,5;или3;

Хм

1

S1

.

(29)

Х

2

Х

17,8

0,1

2,47

Хм

Хм

Примечания:

1. Аналогично определяются значения концентраций токсико-химических веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоро-

- 19 -

стей ветра И и неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (18) и (21) определяются значения величин Сми и Хми. По отношению Х/Хми находится значение S1 по формулам (26) – (29). Искомая концентрация вредного вещества определяется умножением Сми на S1.

2. С наветренной стороны источника выброса (Х<0) значения концентрации вредных веществ С принимаются равными нулю.

13. Приземные концентрации вредных веществ в атмосфере Су на расстоянии У (200 м) по перпендикуляру от оси факела выброса определяются по формуле:

Су S2 С,

(30)

где S2 – безразмерная величина, определяемая в зависимости от скорости ветра И (м/с) и отношения У/Х по значению аргумента tу:

ИУ2

tу=	Х 2			при И 5;					(31)
tу=	5У2			при И 5;					(32)
	Х2
S2					1			.	(33)
		(1 5tу		12,8tу	2 17,0tу	3 45,1tу	4 )2

14. Предельно допустимые выбросы (ПДВ), г/с по значению ПДКм.р длянагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем определяются по формуле для каждого химического вещества:

		ПДК	М	.Р.	H 2 3	V T
ПДВ						1	.	(34)
			A F m n
15. Если М>ПДВ, то необходимо установление систем очистки ат-
мосферынапроизводствеотхимическихвеществ,(%)
Z	М ПДВ			100%,				(35)
		М

где М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферув единицу времени, г/с.

- 20 -

4.3. Холодные выбросы

Максимальная приземная концентрация вредных веществ См для выброса холодной газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм от источника определяется по формуле

	Cм		АМFn	K	,	(36)
			H4/3

где А – определяется по п.3.2.2; η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на I км, η = 1); n – безразмерный коэффициент, находится по формулам

(7) – (9) в зависимости от параметра Vм (м/с), вычисляемого по формуле:

	Vм	1,3			W0D
					Н .		(37)
	К – величина (с/м2), определяемая по формуле:
	К		D
			8V .				(38)
		1

Опасная скорость ветра Им (м/с) при холодных выбросах принимается:

при	Vм 2м/с	по	формулам (15)и(16);
при	Vм 2м/с	по	формуле Им 2,2Vм.	(39)

Расстояние по оси факела (Хм) определяется:

если F=1, по формуле (11); если F ≥ 2, по формуле (14). Безразмерный коэффициент d определяется по формулам:

при	Vм	2	d 11,4Vм;			(40)
при	Vм	2	d 16,1		.	(41)
				Vм

Примечание. Если разность температур ∆T (град.) близка к нулю при расчетах по формуле (6), параметр f ≥ 100, то для таких выбросов расчеты должны проводиться так же, как и для холодных, так как их начальная температура Тг