Расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологи-ческих условиях

При расчёте вредных веществ в атмосфере мы будем использовать методику расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем на расстоянии х_м (м) от источника при неблагоприятных метеорологических условиях рассчитывается по формуле:

с_м = , (5.1)

где А – 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 атмосферном воздухе;

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

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

ƞ – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; ∆Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой атмосферного воздуха, ;

V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле:

V₁ = , (5.2)

где D – диаметр устья источника выброса, м;

ωₒ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса в расчётных условиях, м/с.

Значение коэффициента А = 200.

Расход газовоздушной смеси:

V₁ = 10,0 = 20,096 м³/с;

Значение F принимаем равным 3 (т.к. для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов менее 75% и при отсутствии источников очистки, равняется 3).

Разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой атмосферного воздуха:

∆Т = Т_г – Т_в = 30 – 19,8= 10,2 .

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров ƒ, ν_м, ν´_м и ƒ_е.

ƒ = 1000 = 1000 = 8,1;

ν_м = 0,65 = 0,65 = 1,1 м/с;

 

ν´_м = 1,3 = 1,3 = 0,47;

ƒ_е = 800(ν´_м)³ = 800 0,47 ³ = 83,1;

 

Т.к. полученное нами значение ƒ < 100, то m определяется по формуле:

m = = = 1.64;

 

Т.к. 0,5< ν_м = 1,1<2 и ƒ < 100, то n рассчитывается по формуле:

 

n = 0,532 ν²_м – 2,13 ν_м + 3,13 = 0,532 1,1² – 2,13 1,1 + 3,13 = 1.431.

Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает max значения:

х_м = d H,(5.3)

где d – безразмерный коэффициент, который зависит от ƒ.

Т.к. 0,5 < ν_м =1,1<2, то опасная скорость находится по формуле:

и_м = ν_м = 1,1.

При опасной скорости ветра приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса определяется по формуле:

с = s₁ c_м, (5.4)

где s ₁ – безразмерный коэффициент, зависящий от отношения х/х_м и коэффициента F.

Расчёт вредных веществ в атмосфере мы сведём в таблицу 5.1.

 

Таблица 5.1.

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчёт	Единица	Значение
	Число дымовых труб, N Высота дымовой трубы, Н Диаметр устья трубы, D Скорость выхода газовоздушной смеси ωₒ Температура газовоздушной смеси Тг Температура окружающего воздуха, Тв Выброс ксилола, Мкс Выброс бутилацетата, М бут Выброс метилэтилкетона, Ммет Коэффициенты: А ƞ Максимальные разовые предельно допустимые концентрации (ПДКм.р.): Ксилола Бутилацетата Метилэтилкетона Объём газовоздушной смеси: V1 = 10,0 Перегрев газовоздушной смеси: ∆Т = Тг – Тв = 30 – 19,8 Параметр ƒ: ƒ = 1000 = 1000 Параметр νм: νм = 0,65 = 0,65 Параметр ν´м: ν´м = 1,3 = 1,3 Параметр ƒс Параметр m Параметр n Опасная скорость ветра им Параметр d d = 4,95 νм (1+0,28 ) =4,95 1,1(1+0,28 )	шт. м м м/с г/с г/с г/с   - -   мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 м^3/с       -   м/с     -   - - - м/с   -	1,6 10,0 19,8     0,2 0,1 0,1   20,096   10,2     8,1   1,1     0,47 83,1 1,64 1,431 1,1   8,51

Продолжение таблицы 5.1.

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчёт	Единица	Значение
	Расчёт концентрации ксилола Максимальная концентрация ксилола: cм^кс=   Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения хм = 8,51 44 Коэффициент s1 для расстояния х: х =50м, х/хм =50/374,44=0,134; х/хм <1 s1 = 3 0,134^4 – 8 0,134^3 + 6 0,134^2 х =100м, х/хм =100/374,44=0,267; х/хм <1 s1 = 3 0,267^4 – 8 0,267^3 + 6 0,267^2 х =200м, х/хм =200/374,44=0,534; х/хм <1 s1 = 3 0,534^4 – 8 0,534^3 + 6 0,534^2   х =400м, х/хм =400/374,44=1,068; 1< х/хм <8 s1 = х =1000м, х/хм =1000/374,44=2,671; 1< х/хм <8 s1 = х =3000м, х/хм =3000/374,44=8,012; 1< х/хм <8 s1 = Концентрация cна расстоянии х: х =50м, с = s1cм^кс = 0,1 х =100м, с = s1cм^кс = 0,1 0,2912 х =200м, с = s1cм^кс = 0,1 0,737 х =400м, с = s1cм^кс = 0,1 0,9843 х =1000м, с = s1cм^кс = 0,1 0,5864 х =3000м, с = s1cм^кс = 0,1 0,121 Расчёт концентрации бутилацетата Максимальная концентрация бутилацетата: см^бут=	мг/м^3     м     -   -   -   -     -     -   мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м   мг/м^3	0,1   374,44     0,0895   0,2912   0,737   0,9843     0,5864     0,121   0,009 0,029 0,074 0,098 0,059 0,012   0,009

Продолжение таблицы 5.1.

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчёт	Единица	Значение
№ п/п	Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения хм = 8,51 44 Коэффициент s1 для расстояния х: х =50м, х/хм =50/374,44=0,134; х/хм <1 s1 = 3 0,134^4 – 8 0,134^3 + 6 0,134^2 х =100м, х/хм =100/374,44=0,267; х/хм <1 s1 = 3 0,267^4 – 8 0,267^3 + 6 0,267^2 х =200м, х/хм =200/374,44=0,534; х/хм <1 s1 = 3 0,534^4 – 8 0,534^3 + 6 0,534^2   х =400м, х/хм =400/374,44=1,068; 1< х/хм <8 s1 = х =1000м, х/хм =1000/374,44=2,671; 1< х/хм <8 s1 = х =3000м, х/хм =3000/374,44=8,012; 1< х/хм <8 s1 = Концентрация cна расстоянии х: х =50м, с = s1cм^бут = 0,0895 0,009 х =100м, с = s1cм^бут = 0,2912 0,009 х =200м, с = s1cм^бут = 0,737 0,009 х =400м, с = s1cм^бут = 0,9843 0,009 х =1000м, с = s1cм^бут = 0,5864 0,009 х =3000м, с = s1cм^бут = 0,121 0,009   Расчёт концентрации метилэтилкетона Максимальная концентрация: см = Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения хм = 8,51 44   Характеристика, обозначение, расчёт	м     -   -     -     -     -     -     мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3   мг/м^3     м   Единица	374,44   0,0895   0,2912   0,737   0,9843     0,5864     0,121   0,0008 0,0026 0,0066 0,0089 0,0053 0,0011     0,027   374,44   Значение
	Коэффициент s1 для расстояния х: х =50м, х/хм =50/374,44=0,134; х/хм <1 s1 = 3 0,134^4 – 8 0,134^3 + 6 0,134^2 х =100м, х/хм =100/374,44=0,267; х/хм <1 s1 = 3 0,267^4 – 8 0,267^3 + 6 0,267^2 х =200м, х/хм =200/374,44=0,534; х/хм <1 s1 = 3 0,534^4 – 8 0,534^3 + 6 0,534^2   х =400м, х/хм =400/374,44=1,068; 1< х/хм <8 s1 = х =1000м, х/хм =1000/374,44=2,671; 1< х/хм <8 s1 = х =3000м, х/хм =3000/374,44=8,012; 1< х/хм <8 s1 = Концентрация cна расстоянии х: х =50м, с = s1cм^мет = 0,0895 0,027 х =100м, с = s1cм^мет = 0,2912 0,027 х =200м, с = s1cм^мет = 0,737 0,027 х =400м, с = s1cм^мет = 0,9843 0,027 х =1000м, с = s1cм^мет = 0,5864 0,027 х =3000м, с = s1cм^мет = 0,121 0,027	- - - - - -     мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3 мг/м^3	0,0895   0,2912   0,737   0,9843     0,5864     0,121     0,0024 0,0079 0,02 0,0266 0,0158 0,0033

По полученным данным строим график изменения приземных концентраций для бутилового спирта (Приложение 1).

 

Расчет полей концентраций вредных веществ в атмосфере без учета влияния застройки

(в соответствии с ОНД - 86 для точечных источников)

Исходные данные Таблица 5.2.

Наименование обьекта	окрасочный цех
Коэффицтент стратификации атмосферы, А
Кэффициент рельефа местности, η
Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца Тmax, ˚C	19,8
Средняя температура наиболее холодного периода Тхол, ˚C	-5,9
Среднегодовая скорость ветра, м/с	1,05
Высота трубы Н, м
Диаметр устья трубы D, м	1,6
Обьемный расход газов V, мᶟ/с	20,096
Температура газов Тг, ˚C

Продолжение таблицы 5.2.

Параметры расчетного прямоугольника:
- длина стороны L, m
- шаг сетки ΔL, m
Координаты источника выбросов:
- Х
- Y

 

Таблица 5.3.

Наименование вредного вещества	Код вещества	ПДКм.р., мг/м^3	Коэффициент оседания F	Массовый расход вредного вещества М, г/с
Ксилол		0,2		2,6284
Бутилацетат		0,1		0,3236
Метилэтилкетон		0,1

 

Также следует учесть групповое действие вредных веществ, обладающих эффектом суммации, [1]. Но в данном расчете вредные вещества не обладают эффектом суммации. Результаты расчетов по вредным веществам и карты рассеивания приведены в приложении 2.

Построение розы ветров.

 

Роза ветров строится на основании данных о повторяемости направлений ветра для данной местности [4]. Для города Киев данные приведены в таблице 5.4.

 

 

Таблица 5.4

		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	Повтор.
	скорость	3,7		2,5	3,3	3,1	3,8	4,3	4,1
Июнь	Повтор.
	скорость	3,3	2,7		2,5	2,9		3,3	3,3
Средне годовые значения	Повтор.	14,5		9,5	9,5		9,5
скорость	3,5	2,85	2,25	2,9		3,4	3,8	3,7

 

Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца t =19,8⁰C.

Средняя температура наиболее холодного периодаt=-5,9⁰C.

Построение розы ветров производится для января, июля, среднегодовых значений повторяемости на одной координатной плоскости (Приложение 3).

 

На основании анализа результатов расчета, с учётом среднегодовой розы ветров, выбираем общее наиболее благоприятное направление для рассеивания всех вредных веществ. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать направлению с меньшей повторяемостью ветра, для данного расчета такое направление – ЮЗ (юго-запад). Расположение промышленного предприятия относительно города должно учитывать наименьшую вероятность загрязнения последнего. Если предположить, что город находится в центре розы ветров, то источник загрязнения воздушного бассейна должен находиться со стороны минимальной повторяемости ветра, то есть юго-запада.