ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В Г. ТАГАНРОГЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ПИ (филиал) ДГТУ в г. Таганроге
Практическая работа № 2
по дисциплине «Экология»
Расчет приземной концентрации загрязняющих веществ для выброса из одиночного (точечного) источника.
(для студентов всех направлений подготовки)
Таганрог, 2017 г.
Расчет приземной концентрации загрязняющих веществ для выброса из одиночного (точечного) источника.
Цель работы.
Целью настоящей работы является нахождение концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источника их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях. Расчет проводится в соответствие с нормативным документом ОНД-86: «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий».
Теоретическая часть.
Величину максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ 
(мг/м3) для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точечного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии 
(м) от источника (рис. 1) определяют по формуле:
, (1)
где 
– коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания примесей в атмосферном воздухе, (с2/3 
мг град1/3)/г; 
– масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; 
– безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примесей в атмосферном воздухе; 
и 
– безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; 
– высота источника выброса над уровнем земли, м; 
– безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание примесей; 
– разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, град; 
– объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м3/с.
Значение коэффициента , соответствующее неблагоприятным метеорологическим: условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:
§ 250—для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;
§ 200—для районов России южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, для Дальнего Востока и остальной территории Сибири;
§ 180—для Европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов;
§ 160—для Европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением Центра Европейской территории РФ);
§ 140—для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.
Значения мощности выброса (г/с) и расхода газовоздушной смеси (м3/с) при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания и , реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение . Расход газовоздушной смеси определяют по формуле:
, (2)
где 
– диаметр устья источника выброса, м; 
– средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.
При расчете одновременного рассеивания в атмосфере n вредных веществ, обладающих суммацией действия:
. (3)
При определении значения (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С), равной средней температуре наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (°С) — по действующим для данного производства технологическим нормативам.
Значение безразмерного коэффициента принимается:
§ для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю = 1;
§ для крупнодисперсной пыли и золы при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % = 2; от 75 до 90 % — 
= 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки — = 3.
 |
Вне зависимости от эффективности пылеулавливающих устройств значение коэффициента
принимают равным 3 также при расчетах рассеивания пыли в атмосфере для производств, у которых выбросы сопровождаются выделением водяного пара в количестве, достаточном для интенсивной его конденсации в течение всего года сразу же после выхода в атмосферу, а также коагуляции влажных пылевых частиц.
Значение коэффициента принимают равным 1, если в радиусе 50 высот трубы от источника перепад отметок местности на превышает 50 м на 1 км (уклон менее 0,05). В остальных случаях величину устанавливают на основе анализа картографического материала в зависимости от форм рельефа по специальным таблицам. Так, при уклонах 0,05-0,1 и перепадах высот менее 100 м = 0,8; при уклонах 0,1-0,15 = 0,7; при уклонах 0,15-0,25 и если предприятие располагается вблизи холмов = 0,5; при уклонах более 0,25 или расположении предприятия в котловине глубиной 100-200 м = 0,4.
Величину коэффициентов и определяют в зависимости от параметров 
, 
, 
и 
:
; (4)
; (5)
; (6)
; (7)
Возможно несколько случаев, определяющих алгоритм расчёта коэффициентов и .
Случай 1.
Если значение параметра , рассчитанное по формуле (4) удовлетворяет условиям 
и 
, то тогда принимаем 
и рассчитываем по формуле:
. (8)
Если и 
, расчёт также ведём по формуле (8), но в качестве параметра подставляем его значение, найденное по формуле (4).
Коэффициент при < 100 определяется в зависимости от по формулам:
при 
; (9)
при 
; (10)
при 
. (11)
Случай 2.
Если 
или 
(холодные выбросы), то параметр рассчитываем по формуле:
. (12)
Коэффициент определяется по формулам (9) – (11), но вместо используем значение .
Кроме того, следует уточнить формулу для расчёта . Если , что соответствует холодным выбросам, и 
, то вместо формулы (1) используется иная формула:
, (13)
где
. (14)
Если и или и 
, что соответствует случаю предельно малых опасных скоростей ветра, то вместо формулы (1) расчёт ведут по формуле:
, (15)
где
при и ; (16)
при и . (17)
Расстояние (м) от источника выбросов (в направлении среднего ветра за рассматриваемый период), на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения , определяется по формуле:
, (18)
где безразмерный коэффициент 
при находится по формулам:
при 
; (19)
при 
; (20)
при 
; (21)
При или значение находят по формулам:
при 
; (22)
при 
; (23)
при 
; (24)
Значение опасной скорости ветра 
(м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли) при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации загрязняющих веществ , в случае определяется по формулам:
при ; (25)
при ; (26)
при . (27)
При или значение вычисляют по формулам:
при ; (28)
при ; (29)
при ; (30)
При опасной скорости ветра приземная концентрация вредных веществ 
(мг/м3) в атмосфере по оси факела выброса определяется по формуле:
, (31)
где 
- безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения 
и коэффициента по формулам:
при 
; (32)
при 
; (33)
при 
и 
; (34)
при 
и . (35)
С наветренной стороны источника выброса (
) значения концентраций примесей принимают равным 0.
Для низких и наземных источников (
м) при значениях 
величина в формуле (31) заменяется на величину 
, определяемую по формуле:
. (36)
Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере 
(мг/м3) на расстоянии 
(м) по перпендикуляру к оси факела выброса рассчитывается по формуле:
, (37)
где 
- безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и отношения 
по значению аргумента 
:
при 
; (38)
при 
. (39)
. (40)
 |
Схема размещения расчётных точек при определении приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом выброса точечного источника приведена на рис. 2.
ОНД-86 содержит также методики расчета приземной концентрации вредного вещества при скоростях ветра, отличающихся от опасной, и вертикального распределения концентрации на разных высотах над поверхностью земли.
Оформление работы и порядок ее защиты
Работа оформляется и выполняется в соответствии с выше приведенными общими требованиями. Итоговые результаты сводятся в таблицу (таблицу готовят под конкретное количество загрязняющих веществ, предусмотренных вариантом задания):
| Х, м | Y, м | Загрязняющее в-во 1 | Загрязняющее в-во 2 | Загрязняющее в-во 3 | |||||||||
| s1 | s2 | С | СY | s1 | s2 | С | СY | s1 | s2 | С | СY | ||
Кроме того, отдельно указывается максимальная приземная концентрация каждого загрязняющего вещества (См), расстояние на котором она наблюдается (Хм) и опасная скорость ветра (uм);
Исходные данные
Расчет концентраций (С) и (СY) по каждому загрязняющему веществу осуществляется при опасной скорости ветра на расстоянии (Х) 50, 100, 200, 400, 1000 и 3000 м и расстоянии () 50, 100, 200 м по перпендикуляру к оси факела выброса в каждой точке (Х). ПДК загрязняющих веществ приведены в табл. 1 на стр.8.
Вариант 1
Объект: участок сварки автокомбината (ровная открытая местность, Ростовская область). Пылегазоочистка отсутствует. Данные взять из таблицы:
| № п/п | Исходные данные | Единица измерения | Значение |
| Число дымовых труб | шт. | ||
| Высота дымовых труб | м | ||
| Диаметр устья трубы | м | 0,55 | |
| Скорость выхода газовоздушной смеси | м/с | 7,8 | |
| Температура газовоздушной смеси | оС | ||
| Температура окружающего воздуха | оС | ||
| Железа оксид (FeO) | г/с | 0,00621 | |
| Марганца оксид (MnO) | г/с | 0,00045 | |
| Фтористый водород (HF) | г/с | 0,00017 | |
| Азота оксиды (NOx) | г/с | 0,0044 |
Вариант 2
Объект: участок ТО и ТР автокомбината (уклон местности 0,07, Рязанская область). Пылегазоочистка отсутствует. Учесть эффект суммации для NOx и SO2. Данные взять из таблицы:
| № п/п | Исходные данные | Единица измерения | Значение |
| Число вентиляционных каналов | шт. | ||
| Высота вентиляционного канала | м | ||
| Диаметр вентиляционного канала | м | 0,5 | |
| Скорость выхода газовоздушной смеси | м/с | 8,1 | |
| Температура газовоздушной смеси | оС | ||
| Температура окружающего воздуха | оС | ||
| Азота оксиды (NOx) | г/с | 0,000039 | |
| Серы диоксид (SO2) | г/с | 0,000009 | |
| Оксид углерода (II) (СО) | г/с | 0,003042 | |
| Углеводороды (CxHy) | г/с | 0,000319 |
Вариант 3
Объект: котельная автокомбината (ровная открытая местность, Ростовская область). Степень очистки газовых выбросов от золы составляет 95 %. Учесть эффект суммации для SO2 и NO2. Данные взять из таблицы:
| № п/п | Исходные данные | Единица измерения | Значение |
| Число дымовых труб | шт. | ||
| Высота дымовых труб | м | ||
| Диаметр устья трубы | м | 0,6 | |
| Скорость выхода газовоздушной смеси | м/с | 6,3 | |
| Температура газовоздушной смеси | оС | ||
| Температура окружающего воздуха | оС | ||
| Серы диоксид (SO2) | г/с | 0,221 | |
| Зола | г/с | 0,758 | |
| Азота оксиды (NOx) | г/с | 0,031 |
Вариант 4
Объект: крытая стоянки автомобилей (ровная открытая местность, Ростовская область). Средства пылегазоочистки отсутствуют. Учесть эффект суммации для NOx и SO2. Данные взять из таблицы:
| № п/п | Исходные данные | Единица измерения | Значение |
| Число вентиляционных каналов | шт. | ||
| Высота вентиляционного канала | м | ||
| Диаметр вентиляционного канала | м | 0,95 | |
| Скорость выхода газовоздушной смеси | м/с | 7,6 | |
| Температура газовоздушной смеси | оС | 23,5 | |
| Температура окружающего воздуха | оС | ||
| Азота оксиды (NOx) | г/с | 0,00068 | |
| Серы диоксид (SO2) | г/с | 0,00015 | |
| Оксид углерода (II) (СО) | г/с | 0,0521 | |
| Углеводороды (CxHy) | г/с | 0,00554 |
Таблица 1. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ
| Вещество | ПДК, мг/м3 | Вещество | ПДК, мг/м3 |
| Азота оксиды (NOx) | 0,085 | Железа оксид (FeO) | 0,04 |
| Серы диоксид (SO2) | 0,5 | Марганца оксид (MnO) | 0,01 |
| Оксид углерода (II) (СО) | 5,0 | Фтористый водород (HF) | 0,02 |
| Углеводороды (CxHy) | 1,0 | Зола* |
* ПДК золы принято как для пыли неорганической.