Порядок расчета концентрации вредного вещества

В атмосферном воздухе

 

На рис. 1 показано распределение приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника, а на рис. 2 – схема расположения расчетных точек при определении приземной концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом выброса из точечного источника.

Рис. 1. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества

в атмосфере на оси факела выброса из точечного источника: X_max – расстояние по оси факела от источника выброса, на котором при опасной скорости ветра U_max достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества С_max.

 

 

Рис. 2. Схема расположения расчетных точек при определении приземной

концентрации загрязняющего вещества в атмосфере под факелом

выброса из точечного источника

Расчет концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе проводят в следующей последовательности:

– задают исходные данные;

– устанавливают целесообразность проведения расчета;

–вычисляют вспомогательные параметры f, v_м, v ′ _м и f_e и зависящие от условий выхода газовоздушной смеси из трубы коэффициенты m (m ′) и n;

– в зависимости от величин вспомогательных параметров выбирают расчетную формулу для нахождения С_max и вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_max на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра U_max, расстояние X_max по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная концентрация при опасной скорости ветра U_max и величину опасной скорости ветра U_max;

– вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества С_{max , U} на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ U_max, а также расстояние X_{max , U} по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_U,X на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ U_max на расстояние X ≠ X_{max , U} по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;

– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества С_{U ,X,Y} при заданной скорости ветра U ≠ U_max в точке с координатами (X, Y).

 

2.2. Критерием необходимости проведения расчета приземной концентрации какого-либо из выбрасываемых вредных веществ является выполнение условия:

Ф′ = A ·η· М Σ/(H ср.вз.·ПДК) > 1	(2.1)
H ср.вз = Σ(Hi · Мi)/ М Σ	(2.2)

Здесь М _Σ = Σ М_i – суммарный выброс загрязняющего вещества от всех источников предприятия, включая вентиляционные источники и неорганизованные выбросы, г/с; H _ср.вз – средневзвешенная по предприятию высота источника выброса, м; H_i – высота i -го источника выброса, м; М_i – мощность i -го источника выброса, г/с; ПДК_м.р. – предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³. Очевидно, что если труба одна, то для неё H _ср.вз = H _тр.

2.3. Вспомогательные параметры вычисляют по формулам:

f = 1000 ω02 D /(H 2Δ T)	(2.3)
vм = 0,65(V 1Δ T / H)1/3	(2.4)
v ′ м = 1,3 ω0 D/H	(2.5)
fe = 800(v ′ м)3	(2.6)

В зависимости от величины вспомогательных параметров выбросы разделяют на 3 группы, для которых расчет концентрации примеси в приземном слое проводят по различным формулам.

2.4. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_max при выбросе «горячей» (Δ T > 0; f < 100, v_м ≥ 0,5) газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U = U_max на расстояния X_max метров от источника и составляет, мг/м³:

Сmax = A ·η· F · m · n · М /[ H 2(V 1·Δ T)1/3]

(2.7)

При этом значения зависящих от условий выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса коэффициентов m и n находят по формулам:

 

при f < fe	m = 1/[0,67 + 0,1 f 1/2 + 0,34 f 1/3]	(2.8)
при fe < f < 100	m = 1/[0,67 + 0,1 fe 1/2 + 0,34 fe 1/3]	(2.9)
при vм > 2	n = 1	(2.10)
при 0,5< vм < 2	n = 0,532 v 2 м – 2,13 vм + 3,13	(2.11)

 

2.5. При f ≥ 100 (или Δ T ≈ 0) и v ′ _м > 0,5 («холодные» выбросы) для расчета С_max используется формула

Сmax = AMFn η К / Н 4/3,

(2.12)

где

К = D /(8 V 1) = 1/[7,1(ω0 V 1)1/2].

(2.13)

Величину коэффициента n в этом случае находят по формулам

при v ′ м > 2	n = 1	(2.14)
при 0,5< v ′ м < 2	n = 0,532(v ′ м)2 – 2,13 v ′ м + 3,13	(2.15)
при v ′ м < 0,5	n = 4,4 v ′ м	(2.15а)

 

2.6. При f < 100 и v_м < 0,5 или f ≥ 100 и v ′ _м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет С_max производят по формуле

Сmax = AMFm ′η К / Н 7/3,

(2.16)

 

Здесь

при f < fe, vм < 0,5	m ′ = 2,86/[0,67 + 0,1 f 1/2 + 0,34 f 1/3]	(2.17)
при fe < f < 100, vм < 0,5	m ′ = 2,86/[0,67 + 0,1 fe 1/2 + 0,34 fe 1/3]	(2.18)
при f ≥ 100, v ′ м < 0,5	m ′ = 0,9	(2.19)

 

Примечание.

Формулы (2.12), (2.16) являются частными случаями общей формулы (2.7).

2.5. Расстояние X_max от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_max определяют по формуле, м:

Xmax = (5 – F) d·H /4

(2.19)

 

Безразмерный коэффициент d при f < 100 находят по формулам:

 

при vм < 0,5;	d = 2,48(1 + 0,28 fe 1/3)	(2.20)
при vм < 0,5 < 2;	d = 4,95 vм (1 + 0,28 f 1/3)	(2.21)
при vм > 2.	d = 7 vм 1/2(1 + 0,28 f 1/3)	(2.22)

При f ≥ 100 или Δ T ≈ 0 значение d находят по формулам:

при v ′ м < 0,5;	d = 5,7	(2.23)
при 0,5 < v ′ м <2 vм	d = 11,4 v ′ м	(2.24)
при v ′ м > 2.	d = 16(v ′м)1/2	(2.25)

2.6. Величину опасной скорости ветра U_max на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_max, в случае f < 100 определяют по формулам, м/с:

при vм < 0,5;	Umax = 0,5	(2.26)
при 0,5 < vм < 2;	Umax = vм	(2.27)
при vм > 2.	Umax = vм (1 + 0,12 f 1/2)	(2.28)

При f > 100 или Δ T ≈ 0 величину U_max вычисляют по формулам, м/с:

при v ′ м < 0,5;	Umax = 0,5	(2.29)
при 0,5 < v ′ м <2 vм	Umax = v ′ м	(2.30)
при v ′ м > 2.	Umax =2,2 v ′ м	(2.31)

 

2.7. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U, отличающейся от опасной U_max, рассчитывают по формуле, мг/м³:

Сmax , U = r Сmax

(2.32)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U / U_max по формулам:

при U / Umax < 1;	r = 0,67(U / Umax) + 1,67(U / Umax)2 –1,34(U / Umax)3	(2.33)
при U / Umax > 1.	r = 3(U / Umax)/[2(U / Umax)2 – (U / Umax) + 2]	(2.34)

Здесь U_max и U – опасная и фактическая скорости ветра, соответственно, м/с.

Примечание.

При проведении расчетов не используют значения скорости ветра U < 0,5 м/с, а также скорости ветра U > U *, где U * – значение скорости ветра, превышаемое в данной местности в среднем многолетнем режиме не более, чем в 5% случаев. Это значение запрашивают в УГКС Госкомгидромета, на территории которого располагается предприятие, или определяют по климатическому справочнику.

2.8. Расстояние по оси факела от источника выброса,на котором при скорости ветра U и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения С_{max , U}, определяется по формуле, м:

Xmax , U = р Xmax,

(2.35)

где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U / U_max по формулам:

 

 

при U / Umax < 0,25;	р = 3	(2.36)
при 0,25 < U / Umax < 1;	р = 8,43(1 – U / Umax)5 + 1	(2.37)
при U / Umax > 1.	р = 0,32 U / Umax + 0,68	(2.38)

Значения r и р можно также определить по графику, приведенному на рис. 3.

Рис. 3. График для определения вспомогательных величин r и р

2.9. При опасной скорости ветра U_max приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X от источника выброса определяется по формуле, мг/м³:

Сmax ,, X, = s1·Сmax,

(2.39)

где s ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X / X_max, и коэффициента F по формулам:

 

при X / Xmax < 1;	s 1 = 3(X / Xmax)4 – 8(X / Xmax)3 + 6(X / Xmax)2	(2.40)
при 1 < X / Xmax < 8;	s 1 = 1,13/[0,13(X / Xmax)2 + 1]	(2.41)
при F< 1,5 и X / Xmax > 8;	s 1 = (X / Xmax)/[3,58(X / Xmax)2 + 35,2(X / Xmax) 120]	(2.41)
при F > 1,5 и (X / Xmax) > 8.	s 1 =1/[0,1(X / Xmax)2 + 2,47(X / Xmax) – 17,8]	(2.43)

Для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) при значениях X / X_max < 1 величина s ₁ в (2.39) заменяется на величину s ₁ ^н, определяемую в зависимости от X / X_max и Н по формуле:

при 2< H < 10

s 1 н = 0,125(10 – H) + 0,125(H – 2) s 1

(2.44)

 

Примечание.

Аналогично определяют значение концентрации вредных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоростей ветра U ≠ U_max и в неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.32), (2.35) находят значения величин С_{max , U} и X_{max , U}. В зависимости от отношения X / X_{max , U} вычисляют значение s ₁ по формулам (2.40)… (2.44). Искомое значение концентрации вредного вещества С_{,X, U} определяют путем умножения С_{max , U} на s ₁.

2.10. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_U,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ U_max в точке с координатами (X, Y) на расстоянии Y м по перпендикуляру к оси факела выброса в точке на оси с координатой Х м определяют по формуле, мг/м³:

СU,X,Y = s 2 СU,X,

(2.44)

где s ₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра U, м/си аргумента t_Y, который может быть найден по величине отношения Y / Х:

при U <5	tY = U (Y / Х)2;	(2.45)
при U >5	tY = 5(Y / Х)2.	(2.46)

После нахождения величины t_Y значение s ₂ может быть найдено по формуле:

s 2 = 1/(1 + 5 tY + 12,8 tY 2 + 17 tY 3 + 45,1 tY 4)2.

(2.47)

 

3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ