Методика расчета предельно допустимых выбросов в атмосферу

В соответствии с ГОСТ 17.2.1.04 – 77 загрязнение атмосферы означает «изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примесей». Количественная оценка уровня загрязнения атмосферы выражается через концентрацию примеси.

На практике принято достаточно высокую концентрацию газообразных вредных веществ измерять в объемных процентах (%), меньшую – количеством частей на миллион–млн^-1. Иногда при изменении концентрации пользуются массовым содержанием веществ в мг/л (г/м³).

Для оценки загрязнения вредными примесями окружающей среды используется модель процесса переноса примеси, согласно которой определяется C_m – максимальное значение примеси при наиболее неблагоприятных климатических условиях по формуле:

                                                                                                            (4.1)

где: A – коэффициент, характеризующий неблагоприятные конвективные условия, скорость ветра, неблагоприятную для рассеивания выбросов данного источника, приподнятые инверсии непосредственно над источником выбросов, штилевые зоны и туманы;

  M – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

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

  m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода примеси, зависящие от стратификации и других факторов состояния атмосферы;

  H – высота выброса над уровнем подстилающей поверхности, м;

  η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (для расчетов принять η=1);

  ∆T – разница температур примеси и окружающего воздуха, ^ºС;

  Q₁ – расход примеси [м³/с].

При вычислении средней концентрации потока примеси стационарного источника необходимо также учитывать начальный объем примеси ∆H, м, определяющейся ее скоростью выхода V, м/с, и перегревом ∆T относительно окружающего воздуха T_a, ^ºС, а также радиусом устья трубы R₀, м. Тогда H представляет сумму ∆H и геометрической высоты источника H_и:

                                                       H=∆H+ H_и                                                                                       (4.2)

                                                                                                 (4.3)

где U_ф – скорость ветра на уровне флюгера, м/с, т. е. z_ф  = 10м;

  V – скорость выхода примеси, м/с.

Для центральной части европейской территории РФ коэффициент А=120; для северной и северо-западной части, Среднего Поволжья, Урала А=160; для района Сибири и Дальнего Востока А= 200.

Коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе F. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей F=1, для пыли и золы F=2…3.

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

                                                                                        (4.4)

в которой параметр f определяется по формуле:

                                                                                                      (4.5)

где D_и – диаметр источника выброса, м.

Значение безразмерного коэффициента n определяется по формулам:

                                                                                                                  (4.6)

при V_m ≤ 0,3                   n=3

при 0,3 < V_m ≤ 2                                                                      (4.7)

при V_m >2                    n=1                                                    

где величина V_m определяется расходом газовоздушной смеси Q₁ в устье источника выброса, м/с:     

                                                                                                                      (4.8)

Приземная концентрация вредных веществ С_m при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимальных значений на оси факела выброса (по направлению ветра) на расстоянии Х_m от источника выброса. Величина Х_m определяется по формуле:

                                              Х_m = d H,                                                                  (4.9)

где d – безразмерная величина, определяемая в зависимости от значения V_m:

при V_m ≤ 2                                                                                                                                    (4.10)

при V_m > 2                                                                                                                           (4.11)

 

Когда безразмерный коэффициент F ≥ 2, величина Х_m пределяется по формуле:

              

(4.12)

 

Опасная скорость ветра U_m [м/с], при которой имеет место наибольшее значение С_m, зависит от величина V_m:

при V_m ≤ 0,5                     U_m = 0,5 м/с;

при 0,5 < V_m ≤ 2              U_m = V_m;                                                                                 (4.13)

при V_m > 2

 

При поступлении в воздух вредных веществ, обладающих одинаковой направленностью воздействия на среду, сумма их относительных концентраций не должна превышать единицы:

(4.14)

 

где С_i – фактическая концентрация веществ [мг/м³]; ПДК_i – предельно допустимая концентрация соответствующего вещества [мг/м³].

Предельно допустимый выброс (ПДВ) для одиночного источника определяется по формуле:

(4.15)

 

 

где С_ф – фоновая концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха, мг/м³, справочная величина или выбирается равной 1/3 ПДК.

 

Пример расчета

Оценить выброс вредных веществ от стационарного источника, используя исходные данные, представленные в таблице 4.1 и 4.2

 

Таблица 4.1- Содержание загрязняющих веществ в выбросах

Загрязняющие вещества	Сажа	Сернистый газ	Углекислый газ	Угарный газ
М, г/с	6,2	14,2	12,5	17,25
ПДК, мг/м^3	0,05	0,05	5,0	3,0

 

Таблица 4.2 – Характеристика источника выброса

Температура смеси, °С	Температура воздуха, °С	Расход выбрасываемых примесей, м³/с	Скорость ветра на уровне флюгера, м/с	Высота трубы, м	Диаметр трубы, м	Местоположение
230	30	2,2	8	35	1	Кольский полуостров

Выполнение расчетов:

1. Определение максимального значения концентраций для каждой примеси

1.1 Определение скорости и высоты выброса по формуле 4.6:

V =  =  = 2,8 м/с                                                                                   

 где = 2,2 м³/с    = 1 м

1.1.1 Определение начального подъема примеси по формуле 4.3:                                                                            

∆Н =  ·  =  = 1,3 м       

где V = 2,8 м/с  = 0,5 м    = 8 м/с  q = 9,8 м/с  Tа = 30°С

1.1.2 Определение высоты выброса по формуле 4.2

Н =Н_и + ∆Н = 35+1,3 =36,3 м                                                                                                           

где Н_и= 35 м       ∆Н = 1,3 м                                                                

1.2 Определение коэффициентов, зависящих от состояния атмосферы

1.2.1 Определение коэффициента по формуле 4.5

 = =  = 0,025                                                                         

где V= 2,8 м/с        = 1 м         Н = 36,3 м         T= 230°

1.2.2 Определение коэффициента m по формуле 4.4

m =  =  = 1,5                             

где = 0,025                                                                         

1.3 Определение коэффициента n

1.3.1 Определение опасной скорости выброса загрязняющих веществ по формуле 4.8

 =  =  = 1,5 м/с                                                      

где м³/с                                                                                                               

  Т = 230°С  = 30°С

1.3.2 Определение коэффициента n по формуле 4.7                                                                

n =  =  = 1,1                                    

где  = 1,5 м/с

выбираем n = 1,1 т.к < 2

1.4 Выбор коэффициентов А, F, η: А = 160; F(для газов) = 1; F (для сажи) = 2; η = 1

1.5 Определение максимального значения концентрации для каждой примеси по формуле 4.1:  

С (сажи) =  =  = 0,3 м³/с                                        

где М = 6,2 г/с

  А =160;       F = 2;        m = 1,5;        n = 1,1;        η = 1

     Н = 36,3 м; м /с;         Т = 230°С        Т_а  = 30°С

С (SО₂) = =  = 0,4 м³/с   

где М = 14,2 г/с;  F = 1

С (СО₂) = =  = 0,34 м³/с   

где М = 12,5 г/с;  F = 1

С (СО) = =  = 0,5 м³/с                                   

где М = 17,25 г/с; F = 1

2 Определение расстояния, распространения максимальных концентраций примеси

2.1 Определение коэффициента d по формуле 4.10, т.к. V_m = 1,5, значит V_m < 2                                                                       

d = 4,95· V_m ·(1+0,2· ) = 4,95·1,5·(1+0,28· ) = 9                                  

где V_m = 1,5 м/с    = 0,025                                                                               

2.2 Определение расстояния, распространения максимальных концентраций примесей по формуле 4.9

Х_m (для газов) = d·H = 9·36,3 = 326,7 (м)                                                                            

где d = 9;       Н = 36,3 м

Х_m (сажи) =  =  = 245,03 (м)                                                 

где F = 2                                                                                                                

2.3 Определение опасной скорости ветра по формуле 4.13  U_m = V_m т.к V_m = 1,5 < 2                                                                       

3. Определение ПДВ для каждого вещества по формуле 4.15

ПДВ(сажи) = = = 0,6 (мг/м³)        

где ПДК = 0,05 мг/м³;       Н = 36,3 м

м /с;  Т = 230°С;      Т_а = 30°С                       

ПДВ (SО₂) =  =  = 1,2 (мг/м³)        

где ПДК = 0,05 мг/м³

 

ПДВ (СО₂) =  =  = 122,7 (мг/м³)        

где ПДК = 5,0 мг/м³

                         

ПДВ (СО) =  =  = 73,6 (мг/м³)        

где ПДК = 3,0 мг/м³

3.1 Определение степени опасности загрязнения

 =  = 6 > 1- концентрация сажи в выбросах предприятия превышает ПДК                   

 =  = 8 > 1 - концентрация сернистого газа в выбросах предприятия превышает ПДК

 =  = 0,07 < 1 - концентрация углекислого газа в выбросах предприятия не превышает ПДК

 =  = 0,005 < 1 - концентрация угарного газа в выбросах предприятия не превышает ПДК

3.2 Определение эффекта суммации по формуле 4.14

 = 6+8+0,07+0,005 = 14,075 – загрязнение опасное.

Исходные данные для расчета

Таблица 4.3 - Содержание загрязняющих веществ в выбросах

Показатель	1 вариант	2 вариант	3 вариант	4 вариант	5 вариант	6 вариант
Содержание сажи, в выбросах предприятия М, г/с	6,2	10,2	4,5	7,8	12,5	2,8
Содержание SO2, в выбросах предприятия М, г/с	14,2	7,9	12,4	10,8	5,6	2,2
Содержание CO2, в выбросах предприятия М, г/с	12,5	15,5	13,8	17,4	20,4	10,8
Содержание CO, в выбросах предприятия М, г/с	17,25	9,2	20,3	21,2	15,1	5,4
ПДК сажи, мг/м^3	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
ПДК SO2, мг/м^3	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
ПДК CO2, мг/м^3	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
ПДК CO, мг/м^3	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0

 

 

Таблица 4.4 - Характеристика источника выброса

Показатель	1 вариант	2 вариант	3 вариант	4 вариант	5 вариант	6 вариант
Температура смеси, °С	230	240	250	220	210	260
Температура воздуха, °С	30	20	15	10	5	20
Расход выбрасываемых примесей, м³/с	2,2	2,5	3,2	1,8	2,0	2,6
Скорость ветра на уровне флюгера, м/с	8	10	4	6	5	3
Высота трубы, м	35	40	30	32	25	38
Диаметр трубы, м	1	1,2	0,6	0,5	0,4	0,8
Местоположение	Кольский полуостров	Среднее Поволжье	Урал	Дальний Восток	Центр. регион	Сибирь

 

 

Контрольные вопросы.

1. Что такое ПДК и ПДВ?

2. Назовите источники вредных выбросов в атмосферу на горном предприятии.

3. Какие мероприятия осуществляются на горном предприятии по охране атмосферного воздуха?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5

 «Определение санитарно-защитной зоны предприятия»

 

Цель работы: овладение методикой определения размеров санитарно-защитной зоны предприятия.

Задание для расчета

Определить размеры санитарно-защитной зоны предприятия, используя расчеты практической работы №4 и исходные данные, представленные в таблице 5.2.