Лабораторная работа 1. Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере для точечного источника

Рассматривается одиночный точечный источник (заводская труба) с круглым устьем, выбрасывающий газовоздушную смесь, содержащую вредные примеси (рис. 1). При определенных неблагопри­ятных метеорологических ситуациях на некотором расстоянии x_м от источника достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества, которая определяется по формуле:

                                   (1)

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратифика­ции атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осе­дания вредных веществ в воздухе;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H – высота источника над уровнем земли (для наземных ис­точников принимается H = 2 м), м;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рель­ефа местности; в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;

Δ T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси T _г и температурой окружающего наружного воздуха T _в, ⁰С;

V ₁ – расход газовоздушной смеси (ГВС), м³/с, определяемый по формуле:

                                            (2)

где D – диаметр устья источника выброса (диаметр выходного отверстия трубы), м;

w ₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья иcточника выброса (трубы), м/с.

Значения коэффициента А, соответствующие повторяемости неблагоприятных метеорологических условий (инверсии температуры), при которых концентрация вредных веществ в воздухе максимальна, в данном случае принимается равной 200 (районы Европейской территории России южнее 50⁰ с.ш., включая Кавказ и Нижнее Поволжье).

Эмиссия выбросов загрязняющих веществ М и расход газо-воздушной смеси V ₁ для вновь строящихся предприятий определяются исходя из конкретных особенностей технологического процесса с помощью специальных методик расчета, которые разработаны для ряда типовых технологий. При отсутствии таких методических разработок приходится проводить специальные научные исследования и инженерные расчеты. Для действующих предприятий эти величины, как правило, уже известны и могут быть проконтролированы путем непосредственных измерений.

Рис. 1. Характер распределения концентраций загрязняющего вещества под факелом одиночной трубы (из: Оценка воздействия…, 2005)

 

Значение коэффициента F принимается:

а) для газообразных примесей и мелкодисперсных аэрозолей
(пыли, золы и т.п., скорость оседания которых практически равна
нулю) F = 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше,
при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов
не менее 90 % F = 2; от 75 до 90 % F = 2,5; менее 75 % и при от­
сутствии очистки F = 3.

Температуру T_в принимают равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается принимать T_в равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц. Температура выходящей газовоздушной смеси T _г определяется по технологическим расчетам и дейст­вующим для данного производства нормативам.

Расстояние от источников выбросов, на котором концентра­ция вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях дос­тигает максимального значения с_м определяется формулой:

                                                (3)

где d – безразмерный коэффициент.

Алгоритм расчета коэффициентов m, n, d, а также опасной скорости ветра, при которой создается максимальная концентрация, u _m (м/с), зависит от параметров f, f_e, v _m, v * _m и оп­ределяется формулами, приведенными в таблицах 1 и 2.

 

	(4)
	(5)
	(6)
	(7)

 

    Таблица 1.

	при f ˂ 100	(8)
	при f ³ 100	(9)

        

Таблица 2.

при f < 100	при v m ˂ 0,5	n = 4,4 vm	(10)
		d = 2,48 (1 + 0,28 )	(11)
		um = 0,5	(12)
	при 0, 5 < v m < 2	n = 0,532 vm 2 – 2,13 vm + 3,13	(13)
		d = 4,95 vm (1 + 0,28 )	(14)
		um = vm	(15)
	при v m ³ 2	n = 1	(16)
			(17)
			(18)
при f ³ 100 или Δ T » 0	при v m * < 0, 5	n = 4,4 vm*	(19)
		d = 5,7	(20)
		um = vm*	(21)
	при 0, 5 < vm * < 2	n = 0,532 vm*2– 2,13 vm* + 3,13	(22)
		d = 11,4 vm*	(23)
		um = vm*	(24)
	при vm* ³ 2	n = 1	(25)
			(26)
		um = 2,2 vm*	(27)

 

В предельных случаях (холодные выбросы, предельно ма­лые опасные скорости ветра) максимальная концентрация загряз­няющего вещества определяется не по формуле (1), а с помощью соотношений (28), (30).

Так, при Δ T » 0 (или f ³ 100) и v_m * ³ 0,5 (холодные выбросы) для расчета с _m используется формула:

, где                                (28)

                               (29)

 

причем n здесь определяется по формулам (19), (22), (25).

При f < 100 и v _m < 0,5 или f ≥ 100 и v _m * < 0, 5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет с _m вместо (1) произво­дится по формуле:

 

                                              (30)

 

где m *= 2,86 m           при f < 100 и v _m < 0,5                   (31)

m* = 0,9        при f   ≥ 100 и v_m * < 0,5                 (32)

 

Если мы хотим вычислить приземную концентрацию вред­ных веществ по оси факела на различных расстояниях x (м) от ис­точника выбросов при опасной скорости ветра, то необходимо воспользоваться формулой (33):

с = s ₁ с _m ,                                               (33)

где s ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зави­симости от отношения x / x _m и F по формуле 34 (а-г):

   (34 а)

              (34 б)

(34 в)

(34 г)

 

При значениях x / x _m < 1 для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) величину s ₁ в формуле (33) заменяют на s ₁^н и определяют по по формуле:

   (35)

В более общем случае, когда требуется определить также и концентрации на некотором расстоянии y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса, следует использовать формулу (36):

с = s₁ (x / x_m) s₂ (y / x) с _m ,                                   (36)

где функцию s ₂ (y / x) определяют по формуле (39) в зависимости от параметра t_y:

, u≤5                                             (37)

 

, u > 5                                        (38)

                                               (39)

 

Задание. Рассчитать максимальную приземную концентрацию  диоксида азота (NO₂) от работающей одиночной трубы теплоэлектростанции (или котельной), расстояние от источников выбросов, на котором концентра­ция вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях дос­тигает максимального значения  и опасную скорость ветра u _m. Будет ли наибольшая расчетная концентрация превосходить максимальную разовую ПДК? Если будет, то подобрать высоту трубы так, чтобы концентрации не превосходили ПДК_м._р. (для диоксида азота ПДК_м._р. = 0,085 мг/м³).

Рассчитать приземные концентрации диоксида азота по оси направления ветра на расстояниях 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 км. Построить график изменения концентраций в зависимости от расстояния при найденной опасной скорости ветра.

Исходные параметры принять в соответствии с номером варианта по таблице 3. Рельеф местности считать плоским (h = 1). Коэффициент стратификации принять равным 200.

 

Таблица 3.

Параметры