Оценка влияния выбросов загрязняющих веществ на состояние окружающей среды

Сравнение опасных скоростей  ветра с характеристикой ветров по данным климатических наблюдений позволяет определить фактическое влияние промышленного предприятия на загрязнение воздуха в городе или поселке.

Сильное влияние на уровень  приземной концентрации вредных  веществ оказывает температурная стратификация атмосферы, т.е. характер вертикального распределения температур. Температурная стратификация определяется способностью поверхности Земли поглощать или излучать тепло. При обычном состоянии атмосферы в дневное время земная поверхность нагревается и за счет конвективного теплообмена нагревает приземной слой воздуха. В этих условиях по мере подъема вверх температура падает. Ночью при ясной погоде поверхность Земли отдает в окружающее пространство (подобно любому нагретому предмету) большое количество лучистого тепла. При этом земная поверхность, охлаждаясь сама, охлаждает приземный слой воздуха, который остывает быстрее верхних слоев. В результате происходит инверсия (поворот) распределения температур в воздушной оболочке Земли - температура воздуха с высотой повышается.

С одной стороны снижение температуры с высотой способствует всплыванию дымовых газов, а с другой стороны, восходящие потоки более теплого воздуха интенсифицируют перемешивание дымовых газов с атмосферным воздухом. В инверсионных условиях ослабляются всплывание дымовых газов и турбулентный обмен, что ведет, в конечном итоге, к ухудшению рассеивания выбросов и накоплению вредных веществ в приземном слое.

Опасная скорость ветра  в сочетании с неустойчивой стратификацией и интенсивным переносом примесей сверху вниз образует совокупность неблагоприятных метеорологических условий, при которых наблюдается максимальное значение приземной концентрации вредных веществ с_м.

На характер перемещения  и рассеивания в атмосфере  вредных веществ, выбрасываемых с дымовыми газами, влияет также температура окружающего атмосферного воздуха. Чем выше последняя, тем в меньшей степени проявляется эффект всплывания дымовых газов. Поэтому расчеты приземных концентраций обязательно проводят при средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца года, используя данные климатических наблюдений в районе предприятия.

При расчётах рассеивания  вредных веществ в атмосфере, используется методика [3].

 

 

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ  В РАЙОНЕ ИСТОЧНИКОВ ИХ ВЫБРОСА ПРИ  НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Литейный цех  (г.Саратов).

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Число дымовых труб, N	шт.	1
2	Высота дымовых труб, H	м	20
3	Диаметр устья трубы, D	м	1,8
4	Скорость выхода газовоздушной  смеси, w0	м/с	6
5	Температура газовоздушной смеси, Тг	°С	128
6	Температура окружающего  воздуха, Тв	°С	27,7
7	Выброс  твердых частиц Мтв	г/с	0,45
8	Выброс оксида углерода	г/с	11,61
9	Выброс оксида азота	г/с	21,55
10	Коэффициенты в формуле 4.1
	А	-	200
	h	-	1
11	Максимальные разовые  предельно допустимые концентрации (ПДК):
	Сажа(тв. ч)	мг/м3	0,4
	Оксид азота	мг/м3	0,04
	оксида углерода	мг/м3	3
12	Объем газовоздушной смеси (по формуле (4.2)):
		м3/с	15,3
13	Перегрев газовоздушной  смеси, DТ:
	DТ = Тг - Тв = 128-27,7	°С	100,3
14	Параметр f (по формуле (4.3)):
		-	0,27
15	Параметр vм (по формуле (4.4)):
		м/с	2,8;  vм ≥ 2
16	Параметр  (по формуле (4.5)):
		-	0,702
17	Параметр fc (по формуле(4.6)):
	fc = 800(0,702)3	-	276,76;  fc > 100
18	Параметр m (по формуле (4.7б))	-	0,23
19	Параметр n (по формуле (4.8а))	-	1
20	Опасная скорость ветра им (по формуле (4.16в), vм > 2):
		м/с	2,97
21	Параметр d (по формуле (4.14в), vм > 2):
		-	13,83
Расчет концентрации сажи
22	Максимальная концентрация сажи (по формуле (4.1)):
		мг/м3	0,00073
23	Расстояние  (по формуле (4.13)):
		м	276,2
24	Коэффициент s1 для расстояния х (по формулам (4.23а), (4.23б)): х=200м, x/xм=200/276,2=0,723; x=400м, x/xм=400/276,2=1,45; х=600м,/ x/xм=600/276,2=2,17; х=800м,/ x/xм=800/276,2=2,9; x=1000м, x/xм=1000/276,2=3,62;		0,117 0,887 0,701 0,54 0,42
25	Концентрация  на расстоянии х по формуле (4.22)
	х = 200 м, с =  0,00073· 0,117	мг/м3	0,000085
	х = 400 м, с = 0,00073· 0,887	мг/м3	0,00065
	х = 600 м, с =  0,00073· 0,701	мг/м3	0,000512
	х = 800 м, с = 0,00073· 0,54	мг/м3	0,0004
	х = 1000 м, с = 0,00073 0,42	мг/м3	0,00031
Расчет концентрации оксида углерода
26	Коэффициент F (согласно п. 4.5)	-	1
	Максимальная концентрация оксида углерода по формуле (4.1) или по соотношению:
		мг/м3	0,0145
27	Расстояние  по формуле (4.13) или по соотношению:
		м	276,6
28	Коэффициент s1 для расстояний х (по формулам (4.23а) - (4.24б) или рис. 4.7 и 4.8) . x=200м, x/xм=200/276,6=0,725; x=400м, x/xм=400/276,6=1,45; x=600м, x/xм=600/276,6=2,17; x=800м, x/xм=800/276,6=2,9;              x=1000м, x/xм=1000/276,6=3,62;		0,117 0,887 0,701 0,54 0,42
29	Концентрация золы сз на расстоянии х (по формуле (4.22)):
	х = 200 м, с =0,0145· 0,117	мг/м3	0,0017
	х = 400 м, с = 0,0145· 0,887	мг/м3	0,013
	х = 600 м, с =0,0145· 0,701	мг/м3	0,0102
	х = 800 м, с = 0,0145· 0,54	мг/м3	0,008
	х = 1000 м, с = 0,0145· 0,42	мг/м3	0,0061
	Расчет концентрации оксид азота Максимальная концентрация оксида азота по формуле (4.1) или по соотношению: Расстояние по формуле (4.13) или по соотношению:   Коэффициент s1 для расстояний х (по формулам (4.23а) - (4.24б) или рис. 4.7 и 4.8).               x=200м, x/xм=200/276,6=0,725;               x=400м, x/xм=400/276,6=1,45;               x=600м, x/xм=600/276,6=2,17;               x=800м, x/xм=800/276,6=2,9;              x=1000м, x/xм=1000/276,6=3,62;         Концентрация золы сз на расстоянии х (по формуле (4.22)): x=200м, с=0,003·0,117 x=400м, с=0,003·0,887 х=600м,  с=0,003·0,701 х=800м,  с=0,003·0,54               x=1000м, с=0,003·0,42		0,003               276,6              0,117 0,887 0,701 0,54 0,42             0,00035 0,0027 0,0021 0,00162 0,00126

 

 

 Определим значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере с_y (мг/м³) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела выброса по формуле 4.25 [11], при этом рассчитывая s₂ по формуле 4.27 [11] и занесем результаты в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

x, м	y, м		s2	Cy, мг/м3
				Сажа	Оксид углерода	Оксид азота
200	10	0,00074	0,996	0,00073	0,0144	0,00299
	20	0,03	0,861	0,00063	0,0125	0,0026
400	10	0,0019	0,991	0,000723	0,0143	0,003
	20	0,0074	0,964	0,00072	0,01398	0,0029
600	10	0,00083	0,99	0,0007227	0,0144	0,00297
	20	0,0033	0,984	0,00072	0,0143	0,00295
800	10	0,00046	0,992	0,000724	0,0144	0,00298
	20	0,0019	0,991	0,000723	0,01437	0,003
1000	10	0,0003	0,9985	0,00073	0,0145	0,003
	20	0,0012	0,994	0,000725	0,014413	0,002982

 

На основании полученных значений строим график изменения приземных концентраций вредных веществ (Приложение 1).

 Так как выполнение  расчётов вручную весьма трудоёмко,  необходимо воспользоваться возможностями ЭВМ и специальным программным обеспечением.

Расчет  полей концентраций вредных веществ  в атмосфере без учета влияния  застройки 
(в соответствии с ОНД - 86 для точечных источников)

                            ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ                                   Таблица 4.3

Наименование объекта	Окрасочный цех
Коэффициент стратификации атмосферы, А	200
Коэффициент рельефа местности, η	1
Средняя максимальная температура  наиболее жаркого месяца Тmax, °C	27,7
Средняя температура наиболее холодного  периода Тхол, °C	-16
Среднегодовая скорость ветра, м/с	3,97
Высота трубы Н, м	20
Диаметр устья трубы D, м	1,8
Объёмный расход газов V, м3/с	15,3
Температура газов Тг, °C	100,3
Параметры расчётного прямоугольника:
- длина стороны L, м	2200
- шаг сетки ΔL, м	100
Координаты источника выбросов:
- Х	1100
- Y	1100

 

Таблица 4.4

Наименование вредного вещества	Код вещества по ГН 2.1.6.1338-03	ПДКм.р., мг/м3	Коэффициент оседания F	Массовый расход вредного вещества М, г/с
сажа	443	0,4	1	0,45
Оксид азота	463	0,085	1	11,61
Оксид углерода	521	5	1	21,55

 

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 Сыктывкар данные приведены в таблице 4.5

 

 

 

 

 

 

Климатологические данные                                             Таблица 4.5

 

Направление Месяцы	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Январь	6 3,9	2 3	10 3,2	17 4,6	21 5,6	7 4,8	15 6	21 5,2
Июль	12 3,7	11 3,3	9 3	8 3,4	8 3,8	6 4,2	18 4,3	28 4,5
Средне годовые значения	9 3,8	6 1,65	8,5 3,1	12,5 4	14,5 4,7	6,5 4,5	16,5  5,15	24,5 4,85

 

               Средняя максимальная температура  наиболее жаркого месяца   t=27,7 ⁰C.

  Средняя температура наиболее холодного периода  t=-16 ⁰C.     

  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. 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 востока.

Основным средством  для соблюдения ПДК вредных веществ  является установление нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу. Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира, [5].

Нормативы ПДВ устанавливаются на основании расчета приземных концентраций (т.е. расчета с_м) и сопоставления результатов расчета с ПДК. Величина ПДВ определяется в виде массы выбросов в единицу времени, в граммах в секунду.

При установлении ПДВ  учитываются фоновые концентрации с_ф.

Рассчитаем предельно  допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу для трех доминирующих веществ по формуле 4.32 [11], т.к. с_ф=0,003 мг/м³< ПДК:

, 

 

       

ПДВ <М_i=0,45 г∕с.

ПДВ > М_i=315683,6 г∕с.

 

ПДВ < М_i=11,61 г∕с.

Cледовательно очистные сооружений предусматривать нужно для оксид азота.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установлению ПДВ для  отдельного источника предшествует определение его зоны влияния, радиус которой приближенно оценивается как наибольшее из двух расстояний от источника: х₁ и х₂ (м), где х₁ = 10х_м (при этом х₁ соответствует расстоянию, на котором с составляет 5 % от с_м). Значение х₂ определяется как расстояние от источника, начиная с которого с £ 0,05 ПДК. Значение х₂ при ручных расчетах находится графически с использованием рис. 4.2 как расстояние х за максимумом, соответствующее s₁ = 0,05 ПДК/с_м. При с_м £ 0,05 ПДК значение х₂ полагается равным нулю.

 

 

Рисунок 4.2.

 

Рассчитаем зоны влияния  для трех доминирующих веществ:

 

Сажа 

x₁=10x_м=2762 м,

,

По рисунку 4.2 определяем величину =1, откуда x₂=276,2  м, , следовательно радиус зоны влияния пыли углеродной =2762м.

 

Оксид углерода

x₁=10x_м=2762,

,

По рисунку 4.2 определяем величину =1, откуда x₂=1∙276,2=276,2 м, , следовательно радиус зоны влияния бутилацетата =2762 м.

• оксид азота