РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Чистый воздух, лишенный пылевидных и газообразных загрязнений, является недостижимым идеалом, не встречающимся в природе из-за постоянногодинамического обмена между атмосферой, гидросферой и литосферой, а такжекак результат естественного (природного) загрязнения, в том числе из-за пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов и многого другого.
Человечество не может существовать, не оказывая воздействия на биосферу. В последние десятилетия поступление загрязняющих веществ в окружающую среду из антропогенных источников во многих случаях достигло ипревысило их поступление за счет природных процессов. Остановить научно-технический прогресс, который ответственен за эти явления, едва ли реально,поэтому экологическое нормирование антропогенной деятельности на загрязнение окружающей среды является актуальным и действительным методомуменьшения антропогенного воздействия на экосистемы.
Главной геофизической обсерваторией Госкомгидромета была разработана методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ,содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86 (Общесоюзный нормативный документ)[10]. Для эффективного использования этой методикитребуется знать суть ряда базовых понятий, положенных в ее основу. Расчетпроизводится для устойчивого состояния тропосферы, т.е. когда температурный градиент составляет менее 1°С на 100 м высоты от уровня земли. В этихусловиях газовый факел выброса имеет конусообразную форму, а струя касается земли на значительных расстояниях от источника выброса.
На рисунке 3.1 приведена схема распределения концентраций вредных веществ в приземном слое воздуха (до 2 метров от поверхности земли) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем, которая будет иметь место при неблагоприятных метеорологических условиях.
Рисунок 3.1 – Схема рассеивания выбросов в атмосфере
Приземная концентрация быстро растет до максимальной величины См и
затем по мере удаления от источника медленно убывает[11]. Это уменьшение концентрации обратно пропорционально расстоянию от источника. Максимальнаяконцентрация прямо пропорциональна производительности источника (массевыброса) и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей.
Расчет проводится для неблагоприятных метеорологических условий, которые характеризуются коэффициентом стратификации атмосферы и опаснойскоростью ветра. Причем опасная скорость ветра не является метеорологическим фактором, а зависит только от параметров источника.
Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества Сm (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Xм (м) от источника и определяется по формуле 3.1:
(3.1)
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, безразмерная величина;
М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
H – высота источника выброса над уровнем земли, м;
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной и слабопересеченной местности с перепадом высот не превышающем 50 м на 1 км, η = 1;
T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С;
V1 – расход газовоздушной смеси (м3/c),определяемый по формуле 3.2:
(3.2)
где D – диаметр устья источника выброса, м;
w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источникавыброса, м/с.
Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна определяется по таблице 3.1:
Таблица 3.1 – Значение безразмерного коэффициента А, в зависимости от географического расположения источника выбросов.
| Зона | Величина |
| Европейская территория СНГ, районов ДНР южнее 50° северной широты, для источников высотой менее 200 м | |
| Районы в зонах между 50° и 52° северной широты, для источников высотой менее 200 м | |
| Европейская территория СНГ севернее 52° северной широты |
Значение безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе определяется по таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Значение безразмерного коэффициента F.
| Характеристика вещества | Величина |
| Газообразное вещество и мелкодисперсные аэрозоли (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) | 1,0 |
| Крупнодисперсные аэрозоли при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % | 2,0 |
| Крупнодисперсные аэрозоли при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов от 75 % до 90% | 2,5 |
| При отсутствии очистки | 3,0 |
| Вне зависимости от эффективности очистки газа, для производств, где в течение всего года наблюдается интенсивная конденсация пара отходящих газов, а также коагуляция влажных пылевых частиц | 3,0 |
Значение мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси V1 (м3/с) при проектировании предприятий определяется расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетание М и V1, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение См.
При определении Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01.-82, а для котельных, работающих по отопительному графику, используют температуру самого холодного месяца. Температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг принимают по действующим для данного производства технологическим нормативам[12].
По фактическим данным принимается высота источника Н (м) над уровнем земли и диаметр устья трубы D (м).
Для расчета коэффициентов m и n предварительно требуется рассчитать вспомогательные параметры f (см. формулу 3.3), Vm(см. формулу 3.4), V'm(см. формулу 3.5), fe (см. формулу 3.6).
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
Коэффициент m определяется в зависимости от f (см. формулы 3.7 и 3.8):
при f<100 (3.7)
при f ≥ 100 (3.8)
Для fe< f< 100 значение коэффициента m вычисляется при f = fe. Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от Vм(см. формулы 3.9 – 3.11):
при Vm ≥ 2 (3.9)
при 0,5≤ Vm< 2 (3.10)
при Vm< 0,5 (3.11)
При f ≥ 100 или T ≈ 0 коэффициент n вычисляется по формулам 3.7, 3.8.
Определение расстояния, на котором приземная концентрация достигает максимального значения. Расстояние xм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См (см. формулу 3.12):
(3.12)
Безразмерный коэффициент d при f < 100 определяется в зависимости от Vm (см. формулы 3.13 – 3.15):
при Vm≤ 0,5 (3.13)
при 0,5 <Vm ≤ 2 (3.14)
при Vm> 2 (3.15)
При f ≥ 100 или T ≈ 0 значение коэффициента d находится в зависимости от V'm(см. формулы 3.16 – 3.18):
при 
≤ 0,5 (3.16)
при 0,5 < ≤ 2 (3.17)
при > 2 (3.18)
Для того, чтобы построить график зависимости концентрации вредного вещества от расстояния от источника выброса, выберем точки оси абсцисс. На графике по этой оси отложим 11 точек Х1 – Х11 (Х6 = Хm). Для определения первых пяти точек поделим расстояние от 0 до Хm на равные промежутки. Таким образом, в данном случаи х1 = 0 м, х2= 90 м, х3= 180 м, х4= 270 м, х5= 360 м, х6= 444,6 м.
Следующие пять точек (Х7 – Х11) выберем в зависимости от величины санитарно-защитной зоны предприятия и с учетом предельно допустимой концентрации данного вещества. В этом промежутке обязательно должна быть точка, концентрация вредного вещества приближенно к значению ПДК[13]. Точки Х7 – Х11так же отложены на приблизительно равных промежутках друг от друга. Т.о., х7 = 500 м, х8= 1500 м, х9= 3000 м, х10= 4000 м, х11= 5000 м.
Рассеивание выбросов промышленных предприятий, выделяемых различными источниками, происходит под действием потоков воздухаатмосферы, взаимодействующих с выбросами. Турбулизация воздушного потока возникает как в результате его взаимодействия с поверхностью землии наземных сооружений, так под влиянием теплового взаимодействия в слояхвоздуха, имеющих различную температуру.
Расчет рассеивания выброса состоит в определении концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха (С, мг/м3). Величина максимальной концентрации каждого i-го вредного вещества Сm,i, в приземном слое атмосферы не должна превышать величины его предельнодопустимой концентрации в атмосферном воздухе, т.е. Сm,i ≤ ПДКi. Результаты расчетов рассеивания выбросов должны содержать наряду стекстовым так же и графический материал, где отображена зависимость концентрации пыли Сx от протяженности X "факела"[14].
Величина приземной концентрации вредных выбросов в зависимости от расстояния X по оси факела выброса от источника равна (см. формулу 3.19):
(3.19)
Значение S1 вычисляется по следующим формулам (см. формулы 3.20 - 3.22):
при 
≤ 1 (3.20)
при1 < ≤ 8 (3.21)
при >8 (3.22)
После расчета приземной концентрации вносим данные в таблицу и с помощью редактора построения диаграмм строим график рассеивания выбросов.