 |
Определение расстояния от источника выброса (трубы) по оси факела, на котором достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества
|
|
|
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ (РАСЧЕТ) ДОПУСТИМОГО
ВЫБРОСА ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
И РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ ЭТИХ ПРИМЕСЕЙ
В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ
1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Работа предназначена для ознакомления студентов с нормированием деятельности промышленных предприятий, связанной с выбросом вредных веществ в атмосферу из стационарных источников (труб).
Газовые выбросы промышленных предприятий содержат вредные вещества различной степени токсичности. В случае неэффективной работы газоочистного оборудования или его отсутствия эти вещества загрязняют атмосферный воздух и оказывают вредное воздействие на здоровье людей, животных, состояние растительности и окружающей среды в целом.
Для обеспечения допустимых уровней загрязнения атмосферного воздуха населенных мест установлены нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ и нормативы предельно допустимых выбросов стационарными и передвижными источниками.
Студенты, по нижеприведенной методике, определяют для стационарного источника выбросов максимально возможную концентрацию вредного вещества в атмосферном воздухе, проводят расчет рассеивания этого вещества в воздухе, определяют значение предельно допустимого выброса (ПДВ) и рассчитывают высоту источника выброса, при которой концентрация вредного вещества в воздухе не превышает ПДК.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. Основные положения закона об охране атмосферного воздуха
Основой мероприятий по охране атмосферного воздуха является Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» от 04.09.99 № 96-ФЗ.
Для оценки качества атмосферного воздуха законом устанавливаются нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и уровней вредных физических воздействий на атмосферу. Эти нормативы должны отвечать интересам охраны здоровья людей и охраны окружающей среды. Нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и уровней вредных физических воздействий на него являются едиными для всей территории Российской Федерации.
|
|
|
С целью охраны атмосферного воздуха устанавливаются нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками загрязнений, а также нормативы предельно допустимых вредных физических воздействий. Эти нормативы устанавливаются для каждого стационарного источника выбросов или для иного вредного воздействия на атмосферный воздух, а также для каждой модели транспортных или иных передвижных средств и установок.
Нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих атмосферу веществ и предельно допустимых вредных физических воздействий на нее устанавливаются на уровне, при котором выбросы загрязняющих веществ и вредные физические воздействия от конкретного и других источников в данном районе с учетом перспективы его развития не приведут к превышению нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и предельно допустимых уровней вредных физических воздействий.
Выброс загрязняющих веществ в атмосферу стационарным источником загрязнения допускается в каждом случае на основании разрешения, выдаваемого специально уполномоченным на то государственным органом. В разрешении предусматриваются нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ, а также другие требования, обеспечивающие охрану атмосферного воздуха.
Предприятия, учреждения и организации, деятельность которых связана с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, обязаны проводить организационно-хозяйственные, технические и иные мероприятия для обеспечения выполнения условий и требований, предусмотренных в разрешениях на выброс, принимать меры по снижению выбросов, обеспечивать бесперебойную работу и поддержание в исправном состоянии сооружений и аппаратуры для очистки выбросов и контроля за ними, а также осуществлять постоянный учет количества и состава загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу.
|
|
|
Осуществление мероприятий по охране атмосферного воздуха не должно приводить к загрязнению почв, вод и других природных объектов.
В случаях нарушения условий и требований, предусмотренных разрешениями, а также когда возникает угроза здоровью населения, выброс загрязняющих веществ должен быть приостановлен или запрещен по решению органа, осуществляющего государственный контроль за охраной атмосферного воздуха, вплоть до прекращения деятельности отдельных промышленных установок, цехов, предприятий и учреждений.
При получении предупреждения о возможном повышении концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в связи с ожидаемыми неблагоприятными условиями предприятия, учреждения и организации обязаны проводить специально разработанные по согласованию с органами, осуществляющими государственный контроль за охраной атмосферного воздуха, мероприятия по снижению выбросов таких веществ в атмосферу.
При размещении, проектировании и вводе в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, сооружений и других объектов, при совершенствовании существующих и внедрении новых технологических процессов и оборудования необходимо обеспечивать соблюдение нормативов вредных воздействий на атмосферный воздух. При этом должны предусматриваться утилизация, обезвреживание вредных веществ и отходов или иное исключение выбросов загрязняющих веществ, выполнение других требований по охране окружающей среды, исходя из того, чтобы совокупность выбросов, а также вредных воздействий от проектируемых, действующих и планируемых к строительству в будущем предприятий, сооружений и других объектов не привели к превышению нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и нормативов предельно допустимых уровней вредных физических воздействий на него.
|
|
|
Запрещается ввод в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, сооружений и других объектов, не удовлетворяющих требованиям по охране атмосферного воздуха. Предприятия, деятельность которых связана с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, независимо от времени ввода их в действие должны быть оснащены сооружениями, оборудованием и аппаратурой для очистки выбросов в атмосферу и средствами контроля за количеством и составом выбрасываемых загрязняющих веществ.
Добыча полезных ископаемых, взрывные работы, размещение и эксплуатация терриконов, отвалов, свалок должны проводиться с соблюдением правил по предотвращению и сокращению загрязнения атмосферного воздуха способами, согласованными с органами, осуществляющими государственный контроль за охраной атмосферного воздуха.
Размещение в населенных пунктах терриконов, отвалов, складирование промышленных отходов, производственного, бытового мусора и других отходов, являющихся источниками загрязнения атмосферного воздуха пылью, вредными газообразными и дурно пахнущими веществами, а также сжигание указанных отходов на территории предприятий, учреждений, организаций и населенных пунктов запрещаются, кроме случаев, когда сжигание осуществляется с использованием специальных установок при соблюдении требований по охране атмосферного воздуха.
2.2. Правила установления предельно допустимых выбросов (ПДВ) и временно согласованных (ВСВ) вредных веществ
в атмосфере
Предельно допустимый выброс (ПДВ) является научно-техническим нормативом, устанавливаемым для каждого конкретного источника загрязнения атмосферы при условии, что выбросы вредных веществ от него и всей совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом их рассеивания и превращения в атмосфере, а также перспектив развития предприятия не создадут приземной концентрации, превышающей установленные нормативы качества окружающей среды. При этом под нормативами качества окружающей среды принимаются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
|
|
|
В тех случаях, когда на данном предприятии или группе предприятий, расположенных в одном районе, величины ПДВ по причинам объективного характера не могут быть достигнуты в настоящее время, по согласованию с органами Госкомгидромета должно планироваться поэтапное, с указанием продолжительности каждого этапа, снижение выбросов от действующих предприятий до величин, обеспечивающих соблюдение ПДК. При этом величины временно согласованных выбросов (ВСВ) должны устанавливаться с учетом значений величин выбросов, достигнутых предприятиями с наилучшей (в части охраны природной среды) технологией данного производства.
Величины ПДВ и ВСВ устанавливаются для отдельных источников в граммах в секунду и в тоннах в год.
В случае невозможности установления для источников ВСВ на уровне передовых производств уполномоченные органы должны предусмотреть в установленном порядке уменьшение объема производства, закрытие или вывод соответствующих предприятий или объектов или изменение их профиля.
Наряду с установлением ПДВ и ВСВ для одиночных источников, в результате суммирования устанавливаются значения ПДВ и ВСВ для предприятий и комплексов в целом.
При установлении ПДВ и ВСВ для источников должны учитываться фоновые концентрации загрязнений в атмосферном воздухе, фактически созданные остальными источниками своего и других предприятий города и промышленного района. Фоновые концентрации устанавливаются по данным наблюдений сети Общегосударственной службы контроля за состоянием атмосферы либо определяются расчетным путем.
Величины ПДВ и ВСВ утверждаются в установленном порядке специально уполномоченными государственными органами. Пересмотр их производится в случае изменения мощности, технологии производства, режима работы предприятия, но не реже одного раза в пять лет.
Величины ПДВ и ВСВ определяются путем расчета загрязнения атмосферы вредными выбросами из отдельного источника или группы источников, определения расчетной концентрации этих загрязнений в приземном слое атмосферы и сопоставления полученных данных с предельно допустимыми концентрациями примесей в атмосферном воздухе населенных пунктов. Результаты проводятся по временной Методике нормирования промышленных выбросов в атмосферу, разработанной Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды.
|
|
|
Результаты расчетов и предложения по достижению установленных нормативов качества окружающей среды оформляются в виде тома «Охрана окружающей среды и предложения по предельно допустимым выбросам (ПДВ) и временно согласованным выбросам (ВСВ) для предприятий» (том ПДВ и ВСВ).
3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОГО
ВЫБРОСА И ЕГО РАССЕИВАНИЯ
3.1. Расчет рассеивания выбросов из одиночного источника
Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ Сm для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точечного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии 
от источника определяется по формуле
, (1)
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе;
М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу из источника выбросов, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;
т и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;
– разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т Гитемпературой окружающего атмосферного воздуха Т В;
– объем газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле
, (2)
где D – диаметр источника выброса, м;
ω0 – средняя скорость газовоздушной смеси на выходе из устья источника выброса, м/с.
Коэффициент А принимается для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе от источника выбросов достигают максимального значения. Для зоны Сибири значение коэффициента А = 200.
Величины М и V 1определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами.
Величины безразмерного коэффициента F принимаются:
n для газообразных вредных веществ (сернистого газа, сероуглерода и т.п.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F = 1;
n для пыли и золы (кроме указанных в предыдущем пункте):
· если коэффициент очистки газовых выбросов равен не менее 90 %, F = 2;
· если коэффициент очистки газовых выбросов равен от 75 до 90 %, F = 2,5;
· если коэффициент газовых выбросов очистки менее 75 %, F = 3,0.
Вне зависимости от эффективности пылеулавливания значение коэффициента F принимается равным 3, также при расчетах рассеивания пыли в атмосфере для производств, в которых выбросы пыли сопровождаются выделениями водяного пара в количестве, достаточном для того, чтобы в течение года наблюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в атмосферу, а также коагуляция влажных пылевых частиц (например, глиноземное производство).
Безразмерный коэффициент m в уравнении (1) определяется по формуле
(3)
в зависимости от величины параметра f, вычисляемого по уравнению
. (4)
Безразмерный коэффициент n в уравнении (1) определяется по формулам (5)–(7) в зависимости от параметра 
, вычисляемого по формуле (8): 
при 
n= 3; (5)
при 
; (6)
при 
n = 1, (7)
где
. (8)
Максимальная приземная концентрация вредных веществ Сm при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на оси факела выброса (по направлению среднего ветра за рассматриваемый период) на расстоянии 
от источника выброса.
Величина определяется по формуле
(9)
Коэффициент d в уравнении (9) определяется в зависимости от значения коэффициента :
при 
; (10)
при 
. (11)
Величины приземных концентраций вредных веществ С в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса определяются по формуле
(12)
Безразмерный коэффициент S 1 определяется в зависимости от отношения 
по формулам
при 
; (13)
при 
. (14)
При 
и F = 1 величина S 1определяется по формуле
, (15)
при и F = 2; 2,5 или 3 величина 
определяется по формуле
. (16)
3.2. Определение предельно допустимого выброса
Предельно допустимый нагретый выброс вредного вещества в атмосферу ПДВ, г/с, из одиночного источника (трубы), при котором обеспечивается не превышающая ПДК концентрация его в приземном слое воздуха, определяется по формуле
. (17)
3.3. Определение минимальной высоты одиночного
источника выброса
Высота одиночного источника выброса (трубы) Н, при которой обеспечивается не превышающее ПДК значение максимальной приземной концентрации вредных веществ Ст, если установлены величины М, ω0, V 1, D и 
, определяется по формуле
. (18)
4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
Промышленным предприятием осуществляется выброс газовоздушной смеси, содержащей вредную примесь, в атмосферу из одиночного источника (трубы). Параметры источника выброса, расход газовоздушной смеси, содержание в смеси вредной примеси и ее ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов для различных вариантов расчетов приведены в приложении. Необходимо:
n определить:
· предельно допустимый выброс примеси в атмосферу – ПДВ;
· максимальную приземную концентрацию примеси – Сm;
· расстояние от источника выброса, на котором достигается максимальная концентрация – 
;
· величины приземных концентраций вредного вещества – С на расстояниях от источника выброса, определяемые соотношениями:
; 
; 
; 
; 
;
n построить графическую зависимость приземной концентрации примеси от расстояния от источника выброса;
n результаты расчетов свести в таблицу.
Примечания:
· коэффициент А принимается для всех вариантов расчетов равным А = 200;
· коэффициент F принимается для всех вариантов расчетов равным F = 1;
· температура окружающего атмосферного воздуха принимается для всех вариантов расчетов равной Т В= 27 оС.
5. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Результаты практической работы должны быть оформлены в виде отчета, в котором должны быть изложены:
* наименование и вариант работы;
* исходные данные для расчетов;
* методика расчетов с результатами вычислений;
* рисунок, отражающий графическую зависимость концентрации загрязняющего вещества от расстояния от источника выбросов;
* сводная расчетная таблица;
* общее заключение по результатам работы.
6. ПРИМЕР РАСЧЕТА
Газовоздушная смесь, содержащая вредную примесь (двуокись азота, ПДК = 0,085 мг/м3) в количестве М = 160 г/с, выбрасывается из трубы высотой Н = 60 м. Средняя скорость газовоздушной смеси на выходе из устья трубы равна ω0= 6 м/с. Диаметр выходного отверстия трубы равен D = 2 м. Температура газовоздушной смеси на выходе из трубы равна Т Г = 167 оС. Температура окружающего атмосферного воздуха равна Т В= 27 оС.
1. Определение максимальной приземной концентрации вредного вещества Ст
Объем газовоздушной смеси, выбрасываемый из источника, уравнение (2):
Разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха:
.
Значение параметра f,уравнение (4):
.
Коэффициент m,уравнение (3):
Коэффициент , уравнение (8):
, следовательно, коэффициент n в уравнении (1) равен п = 1.
Максимальная приземная концентрация вредного вещества, уравнение (1):
Коэффициент А вуравнении (1) в расчетах принят для зоны Сибири равным А = 200. Двуокись азота является газообразным веществом, скорость упорядоченного оседания которого практически равна нулю. Поэтому значение коэффициента F в уравнении (1) в расчетах принято равным F = 1.
Определение расстояния от источника выброса (трубы) по оси факела, на котором достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества
Коэффициент d при значении , уравнение (11):
Расстояние, на котором достигается максимальная приземная концентрация, уравнение (9):
|
|
|
