Уч пос 3. Оценка воздействия деятельности хозяйствующего субъекта на атмосферу федеральное агентство по образованию

• Название: Оценка воздействия деятельности хозяйствующего субъекта на атмосферу федеральное агентство по образованию
• Дата: 28.09.2022
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: Уч пос 3.doc
• Тип: Глава; #701744
• страница: 2 из 3

Методы математического моделирования природных процессов. Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере

Для практических расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере используется нормативный метод, разработанный геофизической обсерваторией (ОНД-86). Метод основан на математической модели рассеивания газообразных и аэрозольных примесей в атмосфере воздуха.

Используя нормативный метод (ОНД-86), можно:

• 
  рассчитать приземные концентрации загрязняющих и любых других примесей в составе выбрасываемых газов;
  
• 
  рассчитать концентрации загрязняющих веществ в вертикальном и горизонтальном сечениях факела выбросов;
  
• 
  рассчитать поля концентраций загрязняющих веществ, создаваемые точечными источниками (трубы, шахты), а также плоскостными и линейными источниками
  

Приземные концентрации – это концентрации загрязняющих веществ в двухметровом слое над уровнем земли.

Исходными данными для расчета являются:

• 
  высота источника, Н, м;
  
• 
  диаметр устья источника D, м;
  
• 
  скорость выхода газо-воздушной смеси W₀, м/с (или объем газо-воздушной смеси, V_ух, м³/с) (W₀ рассчитать по известному объему уходящих газов на расчетный период года (гл. 2));
  
• 
  температура газо-воздушной смеси t_ух, °С;
  
• 
  температура окружающего воздуха t_в, °С;
  
• 
  максимальный разовый выброс загрязняющего вещества М, г/с.
  

Значения мощности выброса М и расхода газо-воздушной смеси V_ух при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете для действующих предприятий принимаются сочетания М и V_ух, фактически имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение (см. раздел 3).

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

1. Классификация источников загрязнения атмосферы

По способу выброса

Организованный источник оборудован специальным устройством для выброса ЗВ (например, труба); неорганизованный – устройства для выброса ЗВ не имеет (например, склад).

по высоте

В зависимости от высоты Н устья источника выброса ЗВ над уровнем земной поверхности различают:

а) высокие источники – Н ≥50 м;

б) источники средней высоты - Н=10…50м;

в) низкие источники – Н =2…10 м;

г) наземные источники – Н ≤ 2 м.

По температуре выброса

Т>>0 – горячий выброс; - холодный выброс.

Где ∆Т – разность между температурами выброса ЗВ и окружающего атмосферного воздуха.

По приоритетности ЗВ

источник с выбросом приоритетного ЗВ, вклад которого в приземную концентрацию этого ЗВ в сумме с фоновой наибольший называется приоритетным.

для приоритетных источников выполняются расчеты рассеивания концентраций ЗВ. Приоритетными считаются ЗВ выбросы, которых удовлетворяют требованиям:

при м; при м

где М_i – суммарное значение максимально разового выброса i-го загрязняющего вещества от всех N_i источников предприятия, соответствующее наиболее неблагоприятным из установленных условий выброса, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с;

,

ПДК_i – максимально разовая предельно допустимая концентрация i-того загрязняющего вещества, мг/м³;

– средневзвешенная по предприятию высота источников выброса i-того загрязняющего вещества, м

.

2. Учет эффекта суммации ЗВ

При расчетах выбросов для одиночного источника, выбрасывающего загрязняющие вещества, обладающие суммацией воздействия, определяется значение суммарного выброса М_с, г/с, приведенного к выбросу одного из веществ (как правило, большего по концентрации).

,

где М₁ – мощность выброса 1-ого вещества, г/с;

М₂ – мощность выброса 2-ого вещества, г/с;

М_n – мощность выброса n-ого вещества группы суммации, г/с.

ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n – максимально разовые концентрации для 1, 2, n-ого веществ соответственно, мг/м³.

Приведенная концентрация С_С, мг/м³, по 1-ому веществу рассчитывается по формуле

,
Приведенная фоновая концентрация С_ф, мг/м³, при эффекте суммации рассчитывается по формуле
,

3. Определение максимальных значений приземных концентрации загрязняющих веществ

Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества, С_М, мг/м³, при выбросе газо-воздушной смеси из одиночного горячего источника (Т>>0) с круглым устьем определяется по формуле

, (4.3)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания ЗВ в атмосфере, мг·с^2/3·К^1/3;

М - максимально разовый выброс (масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени), г/с;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;

m, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса; рассчитываются по разным формулам (см. ниже);

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

Н - высота источника выброса над уровнем земли, м;

V_ух - расход газо-воздушной смеси, м³/с;

DТ - разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси t_г и температурой окружающего атмосферного воздуха t_в, ^оС.

Определение коэффициентов для расчета С_М

Определение коэффициента А

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе максимальна, определяется районом размещения промышленного объекта.

Таблица

Значения коэффициента А в зависимости

от района размещения

Район размещения объекта	Значение коэффициента А
Районы Бурятии и Читинской области	250
Европейская территория России (ЕТР): районы южнее 50о с. ш.; районы Нижнего Поволжья, Кавказа, Дальнего Востока и остальной территории Сибири	200
ЕТР и Урала от 50о до 52о с. ш., за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов	180
ЕТР и Урала севернее 52о с. ш. (за исключением Центра ЕТР)	160
Для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей	140

Определение коэффициента F

Значение безразмерного коэффициента F для газообразных загрязняющих веществ, не подчиняющихся закону Стокса, и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю), принимается равным 1, для остальных взвешенных веществ коэффициент F принимается в зависимости от скорости их оседания.

Скорость витания частицы согласно закону Стокса



где d - диаметр частицы, м;

 - плотность частицы, кг/м³;

 -динамическая вязкость воздуха, н ^. с/м²;

g - ускорение свободного падения, м²/с.

Интенсивность сепарации определяется отношением скорости витания Vg к турбулентности, которая пропорциональна скорости ветра. Чем выше V_g/U, тем интенсивнее идет сепарация и выше коэффициент F.

При V_g/U 0,015 принимается F = 1;

при 0,015 < V_g/U< 0,03 принимается F = 1,5;

при V_g/U > 0,03 принимается F = 2-3 в зависимости от степени очистки;

при _оч = 90 % F = 2;

при _оч = 75 – 90 % F= 2,5;

при _оч < 75 % и при отсутствии очистки F = 3,0 .

При отсутствии данных о фракционном составе выбрасываемых загрязняющих твердых веществ разрешается принять:

F = 1 - для газообразных загрязняющих веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю);

F =2 – для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов более 90 %;

F = 2,5 – от 75 до 90 %;

F = 3 – менее 75 % и при отсутствии очистки.

Определение коэффициентов m и n

Коэффициенты m и n учитывают подъем факела над трубой. Значения m и n зависят от вспомогательных параметров, определяющих расход, температуру и конструктивные особенности выбросных устройств.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров

fи v_м

и ;

v_м' и f_с

и

Коэффициент m определяется в зависимости от f:

при f < 100 ;

при f 100 ;

при f_с < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f=f_с

Коэффициент n при f < 100 зависит от v_м:

при v_м ³ 2 n = 1;

при 0,5 < v_м < 2 n = 0,532 v_м² – 2,13 v_м + 3,13;

при v_м = 0,5 n = 4,4 v_м.

при f ≥ 100 коэффициент n вычисляется по тем же формулам но вместо v_мподставляем v_м'.

Точечные источники для которых f ≥ 100 или ∆Т≈0 и v_м≥0,5

Расчетная формула (4.3) изменяется

, (4.4)

где ;

n' – безразмерный коэффициент, зависящий от v'_м(характер зависимости такой же как для нагретых источников n от v_м).

Точечные источники, для которых предельно малы опасные скорости ветра (v_м'< 0,5; v_м <0,5)

Расчетная формула (4.3) изменяется

, (4.5)

где при f < 100, v_м < 0,5 m' = 2,86 m;

при f ≥ 100, v_м' < 0,5 m' = 0,9 .

4. Определение опасной скорости ветра

По методике ОНД-86 расчет рассеивания примесей, проводится применительно к неблагоприятным метеорологическим условиям, т.е. таким, когда имеет место интенсивный турбулентный режим в атмосфере; скорость ветра достигает опасного значения;

Опасной называется скорость ветра, при которой концентрация загрязняющих примесей на уровне дыхания достигает максимальных значений.

При больших и меньших скоростях ветра концентрация загрязняющих веществ снижается.

Значения опасной скорости ветра U_M, м/с, приводятся на высоте 10 м (уровень флюгера) и зависят от параметров v_м и f, рассчитанных ранее.

При f < 100

при v_м £ 0,5 , u_м = 0,5

при u_м = v_м

при v_м > 2.

При f ³ 100 или ∆Т≈0

при v_м' £ 0,5 u_м = 0,5

при 0,5 < v_м' £ 2 u_м = v_м' ,

при v_м' > 2 u_м = 2,2v_м'

5. Определение расстояния х_М

Расстояние х_м, м, от источника до точки, в которой приземная концентрация достигает максимального значения С_М, мг/м³, при неблагоприятных метеоусловиях рассчитывается по формуле

,

где d – безразмерный коэффициент.

При f < 100

при v_м £ 0,5 ;

при 0,5 < v_м £ 2 ;

при v_м > 2 .

При f ≥ 100 или ∆Т≈0

при v_м' £ 0,5 d = 5,7;

при 0,5 < v_м' £ 2 d = 11,4 v_м';

при v_м' > 2 .

Таким образом, концентрации С_М, рассчитанные по формуле (4.3-4.5), представляют собой максимумы, наблюдаемые под осью факела на расстоянии Х_М от источника при опасной скорости ветра u_m.

6. Расчет распределения концентраций загрязняющих веществ

Ближе или дальше х_м, при скорости, отличной от опасной и при удалении от оси факела выбросов концентрации загрязняющих веществ снижаются. Для расчета распределения концентрации загрязняющих веществ вводится ряд поправочных коэффициентов S₁, r, р, S₂, S_Z.

Расчет распределения концентраций вдоль оси факела при опасной скорости ветра

При опасной скорости ветра приземная концентрация загрязняющих веществ С, мг/м³, по оси факела на разных расстояниях от источника определяется по формуле

,

где s₁– безразмерный коэффициент, учитывающий изменения концентраций вдоль факела. Определяется в зависимости от отношения x/x_m и коэффициента F по следующим формулам:

При

;

при

;

при F £ 1,5 и

;

при и

,

где х – расстояние от источника (дымовой трубы) до рассматриваемой точки, м.

При расчете распределения концентраций анализируется радиус зоны влияния источника на загрязнение атмосферы. Например, если нет особых указаний, для промышленных котельных можно принять значения Х от 0 до 2000 м.

Расчет распределения концентраций загрязняющих веществ при скоростях ветра, отличных от опасной

При скоростях ветра, отличных от опасных, уровень максимальных концентраций снижается, а координаты его смещаются.

Новый уровень максимальных приземных концентраций i-го вещества c_mН, г/м³,рассчитывается по формуле

,

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения u/u_m.

При ;

при ,

где u - расчетная скорость ветра, м/с.

Расчетные скорости ветра по румбам для каждого расчетного периода (зима-январь; лето-июль) принимаются в зависимости от места расположения объекта.

Новому «неопасному» значению скорости ветра будет отвечать координата новой точки максимума.

,

где p – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/u_m.

При p = 3;

при ;

при .

7. Расчет загрязнения атмосферы выбросами группы источников и площадных источников

Приземная концентрация загрязняющих веществ С, мг/м³, в любой точке местности при наличии N источников определяется как сумма концентраций веществ от загрязняющих источников при заданных направлении и скорости ветра

С =С₁ +С₂ + ... +С_N + С_Ф,

где С₁, С₂…С_N - концентрации i-го загрязняющего вещества соответственно от первого, второго, N-го источников, расположенных с наветренной стороны при рассматриваемом направлении ветра, мг/м³;

С_Ф - фоновая концентрация, мг/м³.

Значение максимальной суммарной концентрации С_М, мг/м³, от N расположенных на площадке близко друг от друга одиночных источников, имеющих равные значения высоты, диаметра устья, скорости выхода в атмосферу и температуры газо-воздушной смеси, определяется по формуле

,

где G₁ - суммарная мощность выброса от Nисточников в атмосферу, г/с;

V - суммарный расход выбрасываемой всеми источниками газо-воздушной смеси, м³/с.

V = V_ух N

Значение параметра v_мопределяется по формуле:

.

Опасная скорость ветра определяется как средневзвешенная опасная скорость ветра для всех источников по формуле

.

В остальном схема расчета концентраций загрязняющих веществ, обусловленных выбросами от группы одинаковых близко расположенных источников выброса, не отличается от схемы расчета для одиночного источника.

Если источники различаются по своим параметрам, их необходимо группировать в соответствии с их характеристиками, а затем выполнять расчет аналогично предыдущему.

8. Расчет загрязнения атмосферы выбросами аварийных источников

Аварийный источник – это источник с кратковременным выделением большого количества загрязняющих веществ.

,

где А – безразмерный коэффициент А = 110;

τ – продолжительность действия источника, сек;

Х – расстояние от источника до расчетной точки, м.

9. Учет фоновых концентраций при расчетах рассеивания

В случае наличия совокупности источников выброса вклады этих источников (или их части) могут учитываться в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации С_Ф, мг/ м³, которая для отдельных источников выброса характеризует загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный источник.

Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения (20-30 мин), что и максимальная разовая ПДК. По данным наблюдений С_Ф определяется как уровень концентраций, превышаемый 5 % наблюдений за разовыми концентрациями.

Определение фоновой концентрации производится на основании данных наблюдений за загрязнением атмосферы по нормативной методике, утвержденной Госкомгидрометом.

Фоновые концентрации устанавливаются местными органами Госкомгидромета по данным регулярных наблюдений на сети постов Общегосударственной службы наблюдений и контроля над загрязненностью объектов природной среды или по данным подфакельных наблюдений.

Фоновая концентрация устанавливается либо единым значением по городу, либо в случае выявления существенной изменчивости, дифференцированно по территории города(по постам, а также по градациям скорости и направлениям ветра).

При расчетах для действующих и реконструируемых источников (предприятий) используется значение фоновой концентрации С_Ф^’ , представляющей из себя фоновую концентрацию С_Ф, из которой исключен вклад рассматриваемого источника (предприятия).

Значение С_Ф^’ вычисляется по формуле

при ;

при ,

где С – максимальная расчетная концентрация вещества от данного источника (предприятия) для точки размещения поста, на котором устанавливался фон, определенная при значениях параметров выброса, относящихся к периоду времени, по данным наблюдений, за который определялась фоновая концентрация С_Ф, мг/м³.

Для вновь строящегося источника (предприятия)

.

Допускается использование фоновой концентрации, вычисленной не по отдельным веществам, а совместно по комбинации веществ с суммирующимся вредным воздействием. При этом фоновая концентрация определяется по концентрациям, приведенным к наиболее распространенному из веществ, входящих в рассматриваемую комбинацию.

Контрольные вопросы

1. 
   дайте определение понятия «приземные концентрации». Какие исходные данные необходимы для их расчета?
   
2. 
   Как рассчитывается объём газо-воздушной смеси (объём выброса)?
   
3. 
   Для каких веществ выполняются расчеты рассеивания в атмосфере (критерий)?
   
4. 
   Назовите основные характеристики источников выбросов (ИЗА).
   
5. 
   От каких параметров зависит величина С_М ? Дайте характеристику входящих в расчет С_М коэффициентов.
   
6. 
   дайте определение понятия «опасная скорость ветра».
   
7. 
   Проанализируйте последовательность выполнения расчетов рассеивания ЗВ в атмосфере. Какие характеристики используются для расчетов рассеивания вдоль оси факела?
   
8. 
   Каким образом осуществляется учет фоновых концентраций? В каких случаях?
   

Практическая работа 3

Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосфере

Цель работы: приобретение студентамипрактических навыков прогнозирования уровня загрязнения атмосферы промышленными источниками и анализа полученных результатов расчета.

Задание

6. 
   Рассчитать значения С_М, х_м, при опасной скорости ветра.
   
7. 
   Определить опасную скорость ветра u_М.
   

Значения С_М, х_м, u_m рассчитываются для различных периодов года (по заданию преподавателя) применительно к каждому токсичному веществу, выбрасываемому источником (например, для котельной: СО, NО, NО₂, SO₂, ТВЧ и др.). Полученные значения заносятся в таблицу.

Таблица 4.17

Значения С_М, х_м, u_m для различных ЗВ

Участок (источник)	Опасная скорость ветра, UM	СО		NО2		SO2
		СМ	хМ	СМ	хМ	СМ	хМ

8. 
   определить приоритетность ЗВ. Результаты расчетовпо обоснованию приоритетности должны быть сведены в таблицу.
   

Таблица 4.18

Обоснование приоритетности ЗВ

ЗВ	М, г/с			Ф	Вывод о приоритетности

9. 
   Выполнить расчет распределения концентраций вдоль оси факела при опасной скорости ветра для приоритетных ЗВ.
   

Расчет распределения концентраций вдоль оси факела сводится в таблицу.

Таблица 4.19

Распределение концентрации i-го ЗВ

вдоль оси факела

х, м	х/хм	S1	С, мг/м3	С, в долях ПДК	Примечание
100					СМ= ХМ= UM=
200
300 и т.д.

10. 
    Привести сводную таблицу по приоритетным загрязняющим веществам.
    

Таблица 4.20

Сводная таблица распределения концентраций ЗВ

вдоль оси факела при U_М

X, м	ССО		СNO2		СSO2
	мг/м3	доли ПДК	мг/м3	доли ПДК	мг/м3	доли ПДК
100
200
300 и т.д

11. 
    Выполнить расчет распределения приземных концентраций ЗВ С_МН и расстояния Х_МН при неопасной скорости ветра с корректировкой по румбам.
    

Расчет распределения приземных концентраций приоритетных ЗВ при неопасной скорости ветра сводится в таблицу (скорости ветра по румбам берутся для периода лето и/или зима по заданию преподавателя).

Таблица 4.21

Корректировка максимальной приземной концентрации С_мн, мг/м³, загрязняющих веществ по румбам

Румбы	U/UМ	r	Cмн (СО)	Смн (NO2)	Смн (SO2)	Примечания
С						U=
СВ и т.д.						U=

Расчет корректировки расстояния сводим по образцу таблицы для лета или зимы соответственно.

Таблица 4.22

Корректировка расстояния Х_MHдо максимального значения концентрации

i-го вещества по румбам

Румбы	U/UM	р	Хмнгазообр	ХмнТВЧ	Примечания
С					U=
СВ и т.д.					U=

Исходные данные

1. Для выполнения работы использовать исходные данные и результаты расчетов практической работы № 2.

Таблица

Данные повторяемости направлений скоростей ветра по румбам

Румбы	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Повторяемость направлений, %	19,0	17,0	11,0	7,0	6,0	9,0	17,0	14,0
Скорость ветра, м/с	5	7	2	4	6	3	4	7

таблица

Метеорологические характеристики рассеивания веществ

и коэффициенты, определяющие условия рассеивания

ЗВ в атмосфере

Наименование характеристик	Величина
Коэффициент, зависящий от стратификации атмосферы, А Коэффициент рельефа местности в городе, η Средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, Т, 0С Средняя температура наиболее холодного месяца (для котельных, работающих по отопительному графику), Т, 0С Скорость ветра, повторяемость превышения которой по многолетним данным составляет 5 %,	180,0 1,0 25,9 - 9,7 8