Порядок расчета концентрации вредного вещества

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха загрязняющими веществами, относящимися к различным классам опасности и разнонаправленного действия определяют по величине индекса загрязненности атмосферы или комплексного показателя загрязненности атмосферы.

1.4. Расчет концентрации вредных веществ, претерпевающих полностью или частично химические превращения (трансформацию) в более вредные вещества, проводится по каждому исходному и образующемуся веществу отдельно. При этом мощность источников для каждого вещества устанавливается с учетом максимально возможной трансформации исходных веществ в более токсичные. Степень указанной трансформации устанавливается по согласованию с Госкомгидрометом и Минздравом.

1.5. Расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20 – 30-минутному интервалу осреднения.

 

2. РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ

ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА

Исходные данные для расчета

2.1.1. Коэффициент А, величина которого зависит от температурной стратификации атмосферы (распределения температуры по высоте).

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

а) 250 – для районов южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;

б) 200 – на европейской части РФ для районов южнее 50° с. ш. и для остальных районов Нижнего Поволжья и Кавказа; на азиатской территории РФ для Дальнего Востока и остальной территории Сибири;

в) 180 – для европейской территории РФ и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов;

г) 160 – для европейской территории РФ и Урала севернее 52° с. ш.;

д) 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской и Ивановской областей.

Примечание.

Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов РФ со сходными климатическими условиями турбулентного обмена.

2.1.2. Безразмерный коэффициент F, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение безразмерного коэффициента F принимается:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы, аэрозоли конденсации, например, сварочные и т. п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю F = 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п. 2.1.2.а) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% F = 2, от 75 до 90% F = 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки F = 3.

Примечания.

1. При наличии данных о распределении на выбросе частиц аэрозолей по размерам определяются диаметр d_g, так что масса всех частиц диаметром больше d_g составляет 5% общей массы частиц, и соответствующая d_g скорость оседания v_g (м/с). Значение коэффициента F устанавливается в зависимости от безразмерного отношения v_g / U_max, где U_max – опасная скорость ветра (см. п. 2.6). При этом F = 1 в случае v_g / U_max < 0,015 и F = 1,5 в случае 0,015 < v_g / U_max < 0,030. Для остальных значений v_g / U_max коэффициент F устанавливается согласно п. 2.1.2б.

2. Вне зависимости от эффективности очистки значение коэффициента F принимается равным 3 при расчетах концентраций пыли в атмосферном воздухе для производств, в которых содержание водяного пара в выбросах достаточно для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в атмосферу, а также коагуляция влажных пылевых частиц (например, при производстве глинозема мокрым способом).

2.1.3. Безразмерный коэффициент η, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1. Методика определения коэффициента η при других формах рельефа приведена в приложении к ОНД-86. Ориентировочно поправку на рельеф можно определить, исходя из следующих соображений:

при уклонах до 0,1–0,15° и перепадах до 100 м поправка составляет 1,3–1,5;

при расположении предприятия вблизи горной гряды с уклонами местности 0,15–0,25° поправка равна 2;

если предприятие расположено в котловине или ущелье глубиной 100–200 м с уклоном 0,2–0,3° и более поправка на рельеф равна 3.

С увеличением высоты трубы, начиная с Н = 100 м, поправки на рельеф несколько уменьшаются.

2.1.4. Мощность выброса М_i – масса i -го загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с и расход газовоздушной смеси V ₁ при температуре на выходе из трубы, м³/с. Мощность выброса может быть найдена по соотношению

М _i = V ₁ С _{выбр i} ,

где С _{выбр, i} – концентрация i -го загрязняющего вещества в газовоздушной смеси при выходе из трубы, г/м³.

Значения мощности выброса М _i и расхода газовоздушной смеси V ₁ при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания М _i и V ₁, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества С _{мax, i} .

Примечания.

1. Значение М _i следует относить к 20–30-минутному периоду осреднения, в том числе и в случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин;

2. Измерительные приборы показывают расход газа при нормальных условиях V ₁⁰ (1 атм. и 0 °С). При расчетах выброса результат также приводят к нормальным условиям. Пересчет расхода газа к фактической температуре Т _ф проводят по формуле V ₁ = V ₁⁰ · Т _ф/273 (здесь величину Т _ф.выражают в кельвинах)

2.1.5. Разность Δ T между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т _г, и температурой окружающего атмосферного воздуха Т _в, °С. При определении значения Δ T (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т _в(°С),равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 23.01 - 99, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т _г (°С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам. Для «холодных» выбросов Δ T ≈ 0 (на практике принимают Δ T <10 °С.

Наиболее распространены в промышленности и на транспорте горячие выбросы. В частности, на металлургических предприятиях температура выброса колеблется от 200 до 1200 °С, выбросы тепловых электростанций имеют температуру 100–200 °С, нефтеперерабатывающих заводов  180–540 °С на разных установках, предприятий химической промышленности, в основном, 30–50 °С. Температура выброса из источника имеет большое значение для формирования газовоздушной струи. Чем выше температура, тем на большую высоту может подниматься факел. При слабом ветре факел может достигать большой высоты. Например, при скорости ветра 5 м/с при температуре газов от 100 до 200 °С разница температуры газов и окружающего воздуха в 1 °С дает приращение высоты выброса на 1,5 м. Однако, установка котлов-утилизаторов и организация очистки газа приводят к понижению температуры газовоздушной смеси вплоть до достижения Δ T ≈ 0.

Примечания.

1. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается при расчетах принимать значения Т _в, равными средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц по СНиП 23.01 - 99.

2. При отсутствии данных по Т _в в СНиП 23.01 - 99 они запрашиваются в территориальном управлении Госкомгидромета (УГКС) по месту расположения предприятия.

 

2.1.6. Высота источника выброса над уровнем земли Н (м).. В зависимости от высоты Н устья источника выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из следующих четырех классов: а) высокие источники, Н > 50 м; б) источники средней высоты, Н = 10...50 м; в) низкие источники, Н = 2...10 м; г) наземные источники, Н < 2 м. Размеры дымовых труб ТЭС унифицированы. Высоту дымовых труб следует назначать по следующему унифицированному ряду: 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 м и далее через 30 м и принимать для кирпичных, армокирпичных и стальных свободно

стоящих (бескаркасных) труб не более 120 м. Высота вентиляционных труб может быть меньше указанной.

В случае горячих выбросов и использовании естественной тяги высоту трубы определяют гидравлическим расчетом, а расчет приземной концентрации загрязняющих веществ является поверочным. При холодных выбросах для отвода газов используют дутьевые устройства, поэтому и расчет высоты трубы проводят из условия выполнения экологических требований.

2.1.7. Диаметр устья источника выброса D (м). Диаметры выходных отверстий и высоту дымовых труб следует определять на основании аэродинамических, теплотехнических и санитарно-гигиенических расчетов.

Диаметры кирпичных и бетонных труб большого диаметра надлежит принимать по следующему унифицированному ряду: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6 м и далее через 0,6 м до 13,8 м.

Минимальные диаметры труб следует назначать с учетом оборудования, применяемого при возведении труб, но не менее 1,2 м – для кирпичных труб (в свету по футеровке) и 3,6 м – для монолитных железобетонных. Диаметры стальных труб допускается уменьшать до 0,4 м при высоте их до 45 м.

2.1.8. Средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса ω₀ (м/с). Расход газовоздушной смеси, диаметр устья выброса и средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса связаны соотношением, м³/с:

V ₁ = (π D ²/4)ω₀.

Отсюда

ω₀ = V ₁/(π D ²/4) = 1,274 V ₁/ D ²

 

В атмосферном воздухе

 

На рис. 1 показано распределение приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника, а на рис. 2 – схема расположения расчетных точек при определении приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом выброса из точечного источника.

Рис. 1. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества

в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника: X_max – расстояние по оси факела от источника выброса, на котором при опасной скорости ветра U_max достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества С_max.

 

 

Рис. 2. Схема расположения расчетных точек при определении приземной

концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом

выброса из точечного источника

Расчет концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе проводят в следующей последовательности:

– задают исходные данные;

– устанавливают целесообразность проведения расчета;

–вычисляют вспомогательные параметры f, v_м, v ′ _м и f_e и зависящие от условий выхода газовоздушной смеси из трубы коэффициенты m (m ′) и n;

– в зависимости от величин вспомогательных параметров выбирают расчетную формулу для нахождения С_max и вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_max на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра U_max, расстояние X_max по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная концентрация при опасной скорости ветра U_max и величину опасной скорости ветра U_max;

– вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_{max , U} на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ U_max, а также расстояние X_{max , U} по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_U,X на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ U_max на расстояние X ≠ X_{max , U} по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_{U ,X,Y} при заданной скорости ветра U ≠ U_max в точке с координатами (X, Y).

 

2.2. Критерием необходимости проведения расчета приземной концентрации какого-либо из выбрасываемых вредных веществ является выполнение условия:

Ф′ = A ·η· М Σ/(H СР.ВЗ.·ПДК) > 1	(2.1)
H СР.ВЗ = Σ(Hi · Мi)/ М Σ	(2.2)

Здесь М _Σ = Σ М_i – суммарный выброс загрязняющего вещества от всех источников предприятия, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; H _СР.ВЗ – средневзвешенная по предприятию высота источника выброса, м; H_i – высота i -го источника выброса, м; М_i – мощность i -го источника выброса, г/с; ПДК_М.Р. – предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³. Очевидно, что если труба одна, то для неё H _СР.ВЗ = H _ТР.

2.3. Вспомогательные параметры вычисляют по формулам:

f = 1000 ω02 D /(H 2Δ T)	(2.3)
vм = 0,65(V 1Δ T / H)1/3	(2.4)
v ′ м = 1,3ω0 D/H	(2.5)
fe = 800(v ′ м)3	(2.6)

В зависимости от величины вспомогательных параметров выбросы разделяют на 3 группы, для которых расчет концентрации примеси в приземном слое проводят по различным формулам.

2.4. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_max при выбросе «горячей» (Δ T > 0; f < 100, v_м ≥ 0,5) газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U = U_max на расстояния X_max метров от источника и составляет, мг/м³:

Сmax = A ·η· F · m · n · М /[ H 2(V 1·Δ T)1/3]

(2.7)

При этом значения зависящих от условий выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса коэффициентов m и n находят по формулам:

 

при f < fe	m = 1/[0,67 + 0,1 f 1/2 + 0,34 f 1/3]	(2.8)
при fe < f < 100	m = 1/[0,67 + 0,1 fe 1/2 + 0,34 fe 1/3]	(2.9)
при vм > 2	n = 1	(2.10)
при 0,5< vм < 2	n = 0,532 v 2 м – 2,13 vм + 3,13	(2.11)

 

2.5. При f ≥ 100 (или Δ T ≈ 0) и v ′ _м > 0,5 («холодные» выбросы) для расчета С_max используется формула

Сmax = AMFn η К / Н 4/3,

(2.12)

где

К = D /(8 V 1) = 1/[7,1(ω0 V 1)1/2].

(2.13)

Величину коэффициента n в этом случае находят по формулам

при v ′ м > 2	n = 1	(2.14)
при 0,5< v ′ м < 2	n = 0,532(v ′ м)2 – 2,13 v ′ м + 3,13	(2.15)
при v ′ м < 0,5	n = 4,4 v ′ м	(2.15а)

 

2.6. При f < 100 и v_м < 0,5 или f ≥ 100 и v ′ _м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет С_max производят по формуле

Сmax = AMFm ′η К / Н 7/3,

(2.16)

 

Здесь

при f < fe, vм < 0,5	m ′ = 2,86/[0,67 + 0,1 f 1/2 + 0,34 f 1/3]	(2.17)
при fe < f < 100, vм < 0,5	m ′ = 2,86/[0,67 + 0,1 fe 1/2 + 0,34 fe 1/3]	(2.18)
при f ≥ 100, v ′ м < 0,5	m ′ = 0,9	(2.19)

 

Примечание. Формулы (2.12), (2.16) являются частными случаями общей формулы (2.7).

2.5. Расстояние X_max от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_max определяют по формуле, м:

Xmax = (5 – F) d·H /4

(2.19)

Безразмерный коэффициент d при f < 100 находят по формулам:

 

при vм < 0,5;	d = 2,48(1 + 0,28 fe 1/3)	(2.20)
при vм < 0,5 < 2;	d = 4,95 vм (1 + 0,28 f 1/3)	(2.21)
при vм > 2.	d = 7 vм 1/2(1 + 0,28 f 1/3)	(2.22)

При f ≥ 100 или Δ T ≈ 0 значение d находят по формулам:

при v ′ м < 0,5;	d = 5,7	(2.23)
при 0,5 < v ′ м <2 vм	d = 11,4 v ′ м	(2.24)
при v ′ м > 2.	d = 16(v ′м)1/2	(2.25)

2.6. Величину опасной скорости ветра U_max на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_max, в случае f < 100 определяют по формулам, м/с:

при vм < 0,5;	Umax = 0,5	(2.26)
при 0,5 < vм < 2;	Umax = vм	(2.27)
при vм > 2.	Umax = vм (1 + 0,12 f 1/2)	(2.28)

При f > 100 или Δ T ≈ 0 величину U_max вычисляют по формулам, м/с:

при v ′ м < 0,5;	Umax = 0,5	(2.29)
при 0,5 < v ′ м <2 vм	Umax = v ′ м	(2.30)
при v ′ м > 2.	Umax =2,2 v ′ м	(2.31)

 

2.7. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U, отличающейся от опасной U_max, рассчитывают по формуле, мг/м³:

Сmax , U = r Сmax

(2.32)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U / U_max по формулам:

при U / Umax < 1;	r = 0,67(U / Umax) + 1,67(U / Umax)2 –1,34(U / Umax)3	(2.33)
при U / Umax > 1.	r = 3(U / Umax)/[2(U / Umax)2 – (U / Umax) + 2]	(2.34)

Здесь U_max и U – опасная и фактическая скорости ветра, соответственно, м/с.

Примечание.

При проведении расчетов не используют значения скорости ветра U < 0,5 м/с, а также скорости ветра U > U *, где U * – значение скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме не более, чем в 5% случаев. Это значение запрашивают в УГКС Госкомгидромета, на территории которого располагается предприятие, или определяют по климатическому справочнику.

2.8. Расстояние по оси факела от источника выброса,на котором при скорости ветра U и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения С_{max , U}, определяется по формуле, м:

Xmax , U = р Xmax,

(2.35)

где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U / U_max по формулам:

 

 

при U / Umax < 0,25;	р = 3	(2.36)
при 0,25 < U / Umax < 1;	р = 8,43(1 – U / Umax)5 + 1	(2.37)
при U / Umax > 1.	р = 0,32 U / Umax + 0,68	(2.38)

Значения r и р можно также определить по графику, приведенному на рис. 3.

Рис. 3. График для определения вспомогательных величин r и р

2.9. При опасной скорости ветра U_max приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X от источника выброса определяется по формуле, мг/м³:

Сmax ,, X, = s1·Сmax,

(2.39)

где s ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X / X_max, и коэффициента F по формулам:

 

при X / Xmax < 1;	s 1 = 3(X / Xmax)4 – 8(X / Xmax)3 + 6(X / Xmax)2	(2.40)
при 1 < X / Xmax < 8;	s 1 = 1,13/[0,13(X / Xmax)2 + 1]	(2.41)
при F< 1,5 и X / Xmax > 8;	s 1 = (X / Xmax)/[3,58(X / Xmax)2 + 35,2(X / Xmax) 120]	(2.41)
при F > 1,5 и (X / Xmax) > 8.	s 1 =1/[0,1(X / Xmax)2 + 2,47(X / Xmax) – 17,8]	(2.43)

 

Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях X / X_max < 1 величина s ₁ в (2.39) заменяется на величину s ₁ ^н, определяемую в зависимости от X / X_max и Н по формуле:

при 2< H < 10

s 1 н = 0,125(10 – H) + 0,125(H – 2) s 1

(2.44)

 

Примечание.

Аналогично определяют значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра U ≠ U_max и в неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.32), (2.35) находят значения величин С_{max , U} и X_{max , U}. В зависимости от отношения X / X_{max , U} вычисляют значение s ₁ по формулам (2.40)… (2.44). Искомое значение концентрации вредного вещества С_{,X, U} определяют путем умножения С_{max , U} на s ₁.

2.10. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_U,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ U_max в точке с координатами (X, Y) на расстоянии Y м по перпендикуляру к оси факела выброса в точке на оси с координатой Х м определяют по формуле, мг/м³:

СU,X,Y = s 2 СU,X,

(2.44)

где s ₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра U, м/си аргумента t_Y, который может быть найден по величине отношения Y / Х:

при U <5	tY = U (Y / Х)2;	(2.45)
при U >5	tY = 5(Y / Х)2.	(2.46)

После нахождения величины t_Y значение s ₂ может быть найдено по формуле:

s 2 = 1/(1 + 5 tY + 12,8 tY 2 + 17 tY 3 + 45,1 tY 4)2.

(2.47)

 

3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ

 

Определение предельно-допустимого выброса (ПДВ)

ПДВ для данного источника (группы источников) – это максимальное количество вредного вещества, допустимое к выбросу из источника в единицу времени при соблюдении условия, что этот выброс от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта, с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, не создаст приземную концентрацию, превышающую его предельно допустимую концентрацию для населения, растительного и животного мира.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источников загрязнения атмосферы являются максимальные разовые ПДК_м.р..

При этом должно выполняться условие: отношение максимальной расчетной концентрации С_м вредного вещества в приземном слое воздуха к величине ПДК_м.р. данного вещества не должно превышать единицы:

Сmax /ПДКм.р. ≤ 1

(3.1)

 

При установлении ПДВ учитывают значения фоновых концентраций С_ф вредных веществ в воздухе (суммарное загрязнение атмосферы от остальных источников города или другого населенного пункта, в том числе и от автотранспорта, за исключением рассматриваемого источника).

Таким образом, величина ПДВ,г/с, из источника для каждого вещества устанавливается, исходя из условия:

(Сmax + Сф). ≤ ПДКм.р

(3.2)

или

(Сmax + Сф)./ ПДКм.р. ≤ 1

(3.3)

 

При одновременном присутствии в атмосфере некоторых вредных веществ они могут обладать суммацией вредного действия

Величину ПДВ для групп суммации устанавливают, исходя из условия:

(3.4)

 

При прочих фиксированных параметрах величина мощности выброса, соответствующая заданному значению максимальной концентрации

С_max = ПДК_м.р – С_фон, создаваемой одиночным источником с круглым устьем составляет, г/с:

 

f < 100, Δ Т > 0	ПДВ = (ПДКм.р. – С фон) Н 2(V 1Δ Т)1/3/(AFmn η);	(3.5)
f > 100 или Δ Т ≈ 0	ПДВ = 8(ПДК м.р. – С фон) Н 4/3 V 1/(AFn η D).	(3.6)

Здесь ПДК _м.р – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³; С _фон – фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/м^3.

РЕШЕНИЕ

 

1. Мощность выброса М = С _выбр V ₁ = 2·25 = 50 г/с.

2. Линейная скорость ГВС в устье трубы

 

ω₀ = V ₁/(π D ²/4) = 4·25/(π·1,4²) = 16,2 м/с

 

3. Вспомогательные коэффициенты находим по уравнениям:

f = 1000 ω02 D /(H 2Δ T) = 1000·16,22·1,4/(902·80) = 0,567;

vм = 0,65(V 1Δ T / H)1/3 = 0,65(25·80/90)1/3 = 1,8;

 

v ′ _м = 1,3 ω₀ D/H = 1,3·16,2·1,4/90 = 0,3276;

f_e = 800(v ′ _м)³ = 28,13.

 

4. Поскольку f = 0,567 < 100, выброс «горячий» и максимальную концентрацию загрязняющего вещества при неблагоприятных погодных условиях находим по формуле

С_max = A ·η· F · m · n · М /[ H ²(V ₁·Δ T)^1/3].

5. Т. к. f < f_e, то

m = 1/[0,67 + 0,1 f ^1/2 + 0,34 f ^1/3] = 1/[0,67 + 0,1·0,567^1/2 + 0,34·0,567^1/3] = 0,98,

а величина параметра n при 0,5< v_м = 1,8 < 2

n = 0,532 v ² _м – 2,13 v_м + 3,13 = 0,532 1,8² – 2,13·1,8 + 3,13 = 1,02 ≈ 1.

6. Подстановка значений величин в формулу для нахождения С_max дает, мг/м³:

С_max = 200·1·1·0,98·1·50/[90²(25·80)^1/3] = 0,098

7. Безразмерный коэффициент d при f < 100 и v_м < 0,5 < 2

d = 4,95 v_м (1 + 0,28 f ^1/3).

Подставляя в это уравнение значения величин, получаем

.

8. Расстояние по оси факела от трубы до точки, в которой при неблагоприятных погодных условиях достигается С_max, составляет,м:

X_max = (5 – F) d·H /4 = (5 – 1)·11·90/4 = 990.

9. Величина опасной скорости ветра при f < 100 и 0,5< v_м < 2, м/с:

U_max = v_м = 1,8.

 

10. Для заданной скорости ветра U / U_max = 9/1,8 = 5 > 1.

Вспомогательные величины r и р находим по уравнениям

r = 3(U / U_max)/[2(U / U_max)² – (U / U_max) + 2] = 3·5/[2·5² –5 + 2] = 0,682;

р = 0,32 U / U_max + 0,68 = 0,32·5 + 0,68 = 2,28.

Максимальная концентрация загрязняющего вещества при скорости ветра 9 м/с составляет, мг/м³

С_{max , U} = r · С_max = 0,682·0,098 = 0,067

и достигается на расстоянии по оси факела от трубы,м

X_{max , U} = р · X_max = 2,28·990 = 2257

11. Для расстояния до точки с Х = 2,5 км

Х / X_{max , U} = 2500/2257 = 1,11.

Поскольку 1 < X / X_max < 8,

s _1,2500 = 1,13/[0,13(X / X_max)² + 1] = 1,13/[0,13·1,11² + 1] = 0,97

и концентрация в этой точке при скорости ветра 9 м/с составляет, мг/м³:

С _{2500, U} = С_{max , U} s _1(2500) = 0,067·0,97 = 0,065.

12. Для X = 2,5 км, Y = 0,2 км и U = 9 м/с > 5 м/с

t_Y = U· (U/Y)² = 5·(0,2/2,5)² = 0,032

и коэффициент

s _{2, 2500, 200} = 1/(1 + 5 t_Y + 12,8 t_Y ² + 17 t_Y ³ + 45,1 t_Y ⁴)² =

= 1/(1 + 50,032 + 12,80,032² + 170,032³ + 45,1·0,032⁴)² = 0,85.

13. Концентрация загрязняющего вещества при скорости ветра 9 м/с в точке, находящейся на расстоянии 2,5 км от трубы по оси факела выброса и 0,2 км на от оси факела, составляет мг/м³:

С _{2500, 200, U} = С _{2500, U} · s _{2, 2500, 200} = 0,065·0,85 = 0,055.

14. Фоновая концентрация SO₂ C _фон = 0,3·0,05 = 0,015 мг/м³ (по условию).

15. Величина предельно допустимого выброса при f < 100 составляет, г/с:

ПДВ = (ПДК_м.р. – С _фон) Н ²(V ₁Δ Т)^1/3/(AFmn η) =

= (0,5 – 0,015)·90²·(25·80)^1/3/(200·1·0,98·1·1) = 252,5;

Поскольку предельно допустимый выброс значительно превышает фактическую мощность выброса, установка какого-либо защитного оборудования не требуется.

 

5. Оценка степени загрязненности атмосферного воздуха

по комплексному показателю

Такая оценка может быть произведена по максимально разовым, среднесуточным или среднегодовым концентрациям. Самая надежная оценка получается по среднегодовым данным.

Степень загрязненности рассчитывается с учетом кратности превышения ПДК (максимальной разовой ПДК _М.Р, среднесуточной ПДК_С.С. или среднегодовой ПДК_Г) веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентрации заданного уровня, количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициентов их комбинированного действия. Выбор ПДК определяется тем, за какой период усреднения получены фактические концентрации загрязняющих веществ.

При этом значения ПДК_М.Р. и ПДК_С.С приведены в гигиенических нормативах ГН 2.1.6.1338-03, а _.среднегодовые ПДК_Г могут быть выражены через среднесуточные значения ПДК_СС

Числовые значения ПДК_г могут быть найдены по уравнению

(5.1)

Значения коэффициента а приведены в табл. 5.1.

Степень загрязнения воздуха веществами разных классов опасности определяется “приведением” их концентрации (С _ф), нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3-го класса опасности

(5.2)

где

K_i,_j = C_{i, факт}/ПДК _i (5.3)

– нормированная по ПДК концентрация компонента i, относящегося к классу опасности J;

C_{i, факт} и ПДК _i – соответствующие фактическая и предельно допустимая концентрации (разовая, с усреднением за 20 мин, среднесуточная или среднегодовая), мг/м³;

n – коэффициент изоэффективности, равный для 1, 2 и 4 классов опасности, соответственно 2,3; 1,3 и 0,87.

При величине нормированных по ПДК концентраций выше 2,5 (1 класс); 5 (2 класс) и 11 (4 класс), “приведение” к 3-му классу осуществляется путем умножения значений, нормированных по ПДК концентраций на 3,2; 1,6и 0,7, соответственно.

Комплексный показатель загрязнения атмосферного воздуха веществами разного класса опасности

(4.4)

где K_i,j – нормированная по ПДК концентрация i -го компонента, приведенная к концентрациям веществ 3-го класса опасности.

Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха и выявления зон ЧС и ЭБ производится по данным табл. 5.2. При этом если в комплексном показателе любое из веществ будет иметь значение, превышающее величину показателя для одного вещества, то оценка степени загрязнения осуществляется по этому веществу.

 

Таблица 5.1 – Значения коэффициентов а для различных веществ

Вещества	Коэффициент а
Аммиак, азота оксид, азота диоксид, бензол, бенз(а)пирен, марганца диоксид, озон, серы диоксид, сероуглерод, синтетические жирные кислоты, фенол, формальдегид, хлоропрен
Трихлорэтилен	0,4
Амины, анилин, взвешенные вещества (пыль), углерода оксид, хлор	0,34
Сажа, серная кислота, фосфорный ангидрид, фториды (твердые)	0,3
Ацетальдегид, ацетон, диэтиламин, толуол, фтористый водород, хлористый водород, этилбензол	0,2
Акролеин	0,1

 

 

Таблица 5.2 – Критерии оценки среднегодового загрязнения атмосферного воздуха

 

Показатели	Параметры
экологическое бедствие	чрезвычайная экологичская ситуация	Относительно удовлетворительная ситуация
Комплексный показатель среднегодового загрязнения воздуха: 1 вещество	более 16	8 – 16	менее 8
2 – 4 вещества	более 32	16 – 32	менее 16
5 – 9 веществ	более 48	32 – 48	менее 32
10 – 15 веществ	более 64	48 – 64	менее 48
16 – 25 веществ	более 80	64 – 80	менее 64

 

Решение типовой задачи

Среднегодовая концентрация в воздухе города Ч. составляет (мг/м³): бенз(а)пирен – 0,78×10^–5; аммиак – 0,06; SO₂ – 0,065; формальдегид – 0,0069. Среднесуточные ПДК_сс: бенз(а)пирен – 10^–6 мг/м³; формальдегид – 0,003; SO₂ – 0,05; NH₃ – 0,04. Класс опасности: бенз(а)пирен – 1; формальдегид – 2; аммиак – 4; SO₂ – 3. Рассчитать комплексный показатель загрязненности атмосферного воздуха и оценить экологическую обстановку в районе.

Решение

Рассчитаем кратность превышения ПДК для анализируемых веществ (нормирование по ПДК) по уравнению (4.3)

Бенз(а)пирен:

формальдегид: < 5;

SO₂:

аммиак:

Приведем эти значения к нормированным показателям III класса опасности

Комплексный показатель з