Метод капитализации по расчетным моделям 2 страница

 

Инструментальный метод расчета выбросов ЗВ в атмосферу основан на аналитическом определении концентраций С_i [мг/м³] ЗВ в газоходах и трубах с последующим определением массового выброса М (т/год) ЗВ по формуле:

 

, (1.10)

 

где – средняя концентрация ЗВ за расчетный период времени, мг/нм³;

V_н – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, нм³/с (тыс. нм³/час);

t – время, в течение которого выбрасывается ЗВ, с (час).

 

Средняя концентрация определяется как среднее арифметическое концентраций, полученных экспериментально лабораторией для данного ЗВ в контролируемом источнике выброса за расчетное время, как правило, год.

 

, (1.11)

 

где – концентрация 1-го вещества в газоходе, мг/нм³. Осреднение концентрации ЗВ по сечению газохода обеспечивается правилами отбора проб.

n – количество проб.

 

Объем выбрасываемой газовоздушной смеси V_н определяется либо в ходе отбора проб аэродинамическими испытаниями, либо принимается паспортная характеристика, ежегодно проверяемая службой наладки предприятия (например, вентиляционной службой).

 

ПРИМЕР 1.2

 

Из точечного источника выброса непрерывно осуществляется выброс хлористого водорода. Измеренные в течение года концентрации в газоходе после очистки равны [мг/нм³]: 1,7; 2,4; 0,8; 3,5; 5,2; 0,3; 2,1; 2,9. Производительность вентилятора 30 тыс. нм³ в час.

Найти годовой и максимальный секундный выбросы хлористого водорода. Количество рабочих дней в течение года - 200.

РЕШЕНИЕ

1. Находим годовой выброс НСl:

,

,

 

,

 

.

 

2. Находим максимальный секундный выброс по максимальному значению с_i:

 

.

 

ЗАДАНИЕ 1.2

 

1. Найти годовой валовый выброс загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу.

2. Найти максимальный секундный выброс загрязняющего вещества.

Исходные данные по вариантам в приложении 4.

 

1.1.2 Классификация источников выбросов ЗВ в атмосферу и предприятий по степени воздействия на атмосферный воздух

 

По степени воздействия на атмосферный воздух источники выбросов подразделяются на 6 классов: 1А-5 (по степени убывания). Отнесение того или иного: источника выброса к определенному классу производится через расчет параметров R и ТПВ.

Параметр разбавления R приближенно показывает, во сколько раз для заданного отношения D/H (где D — диаметр устья источника, Н — высота, м) нужно разбавить чистым воздухом выбрасываемую газовоздушную смесь для того, чтобы концентрация примеси в ней стала равной ПДК_м.р..

 

i – в-во; j - источник (1.12)

 

Параметр требуемого потребления воздуха (ТПВ) показывает расход чистого воздуха, который требуется для разбавления выбросов до концентраций, соответствующих предельно допустимым.

, (1.13)

 

где М_ji – количество i-го вещества, выбрасываемого j-м источником, г/с;

ПДК_{iм.р .} – максимально разовая ПДК, мг/м³ (по справочнику), в случае отсутствия

ПДК_м.р. вместо нее принимается ПДК_с.с. или ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ);

D_j – диаметр устья источника, м;

Н_j – высота источника над уровнем земли, м;

C_ji – концентрация i-го вещества в устье источника, мг/м³.

 

, (1.14)

 

где V_j — объем выбрасываемой из источника газовоздушной смеси, м³/с.

 

Расчетные параметры R_ji и ТПВ_ji сравнивают с таблицей 1.4 и определяют класс источника выброса. В случае, когда из источника выбрасывается несколько ЗВ, класс источника определяется по наименьшему значению.

Таблица 1.4

Классификация источников выбросов ЗВ по степени воздействия

на загрязнение воздушного бассейна

 

R	ТПВ, м3/сек
	>102	104 – 105	103 – 104	102 – 103	<102
>1000	IA	I	II	III	III
100-1000	I	II	II	III	III
50-100	II	II	III	III	IV
5-50	II	III	III	IV	IV
<5	III	III	IV	IV	V

 

Определение класса предприятия по степени его воздействия на атмосферный воздух производится через расчет параметра П (м³/с):

 

. (1.15)

 

Расчетный параметр П_i сравнивается с табличным (таблица 1.5) и устанавливается класс предприятия. В случае, когда предприятием выбрасывается несколько ЗВ, класс предприятия определяется по веществу, имеющему максимальное значение П_i.

 

 

Таблица 1.5

 

Классификация предприятий по степени воздействия на загрязнение

воздушного бассейна

 

Значение параметра П, м3/с
>108	108 … 106	106 … 5.104	<5.104
Класс предприятия
I	II	III	IV

 

 

ПРИМЕР 1.3

 

Определить:

1. К какому классу по степени воздействия на атмосферный воздух относятся источники (таблица 1.6).

2. К какому классу по степени воздействия на атмосферный воздух относится предприятие, имеющее источники загрязнения с параметрами согласно таблице 1.6.

 

Таблица 1.6

Исходные данные для примера

 

№ ист.	Н, м	D, м	Масса М, г/с	V, м3/с в устье ист.	Выбрасываемые ЗВ
1.		1,3	17,5	7,1	SO2
2.		4,2	12,02   25,3	101,7	SO2   NO2
3.		0,5	0,6	0,072	Пыль (ТВЧ)

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Определяем параметры R_ji и ТПВ_ji для всех источников вы­бросов веществ.

По ист. № 1.

,

 

По таблице 1.4 находим: источник относится ко II классу.

По ист. № 2.

,

,

.

 

По таблице 1.4 находим: источник № 2 относится: по сернистому ангидриду — к III классу, по двуокиси азота - ко II классу.

Класс источника определяется по наиболее жесткому значению – II класс.

По ист. № 3.

,

.

 

Источник относится ко II классу.

 

2. Находим класс предприятия через расчет параметра П

,

,

.

 

Класс предприятия определяется на наибольшему значению П_i – II класс.

Загрязняющее вещество, определяющее класс предприятия, – двуокись серы.

ЗАДАНИЕ 1.3

 

Определить:

1. К какому классу по степени воздействия на атмосферу относятся источники выбросов?

2. К какому классу по степени воздействия на атмосферу относятся предприятия?

Исходные данные по вариантам даны в приложениях 5, 6.

 

1.1.3 Оценка качества атмосферного воздуха

 

Основным критерием качества атмосферного воздуха являются нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК).

ПДК — максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния, включая отдаленные последствия.

В нашей стране действуют:

ПДК_м.р. – максимально разовая ПДК 20-30-минутного осреднения,

ПДК_с.с. – среднесуточная ПДК длительного осреднения.

При одновременном присутствии нескольких ЗВ, обладающих эффектом суммации (аддитивным действием), их безразмерная концентрация X не должна превышать 1.

 

. (1.16)

 

Оценка качества атмосферного воздуха основана на сравнении фактически измеренной концентрации с ПДК.

Чем больше кратность превышения ПДК, тем хуже качество воздуха.

Чем выше безразмерный показатель X для веществ с аддитивным действием, тем хуже качество воздуха.

На практике в воздухе имеется, как правило, несколько загрязняющих веществ, поэтому для оценки качества воздуха применяется комплексный показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), который равен сумме нормированных по ПДК и приведенных к концентрации диоксида серы средних содержаний ЗВ.

Для одного вещества:

, (1.17)

 

где – средняя за год концентрация, мг/м³;

ПДК_с.с. – среднесуточная ПДК ЗВ, мг/м³, в случае отсутствия ПДК_{с.с .} вместо нее принимается ПДК_м.р. или ОБУВ;

Значение параметра К равно:

1,7 — 1 класс опасности

1,3 — 2 класс опасности

1,0 — 3 класс опасности

0,9 — 4 класс опасности

 

Для нескольких веществ:

. (1.18)

 

На практике для сравнения качества атмосферного воздуха разных городов используются данные по первым пяти веществам в ряду по степени убывания показателя I_i.

ПРИМЕР 1.4

В городе А концентрации контролируемых ЗВ (мг/м³) равны: N0₂ = 0,1; S0₂ = 0,03; СО = 3; ТВЧ = 0,2; H₂S = 0,01; аммиак = 0,1; керосин 1,0.

В городе В: NO₂, = 0,09; S0₂= 0,05; СО = 1,0; ТВЧ = 0,05; стирол 0,01; полиэтилен 0,03; ксилол 0,3.

Сравните качество атмосферного воздуха в городах.

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Находим I_i для веществ:

Гор.А:

 

Находим комплексный ИЗА для города А по 5 веществам:

Гор.В:

 

Вывод: воздух гор. В загрязнен в большей степени, чем в гор. А, в 17,67:9,9= 1,8 раза.

ЗАДАНИЕ 1.4

 

Сравните качество атмосферного воздуха в городах. Исходные данные по вариантам в приложении 7.

 

1.1.4 Классификация состояния загрязнения атмосферного воздуха

 

Классы экологического состояния атмосферы определяют по 4-балльной шкале, где класс нормы соответствует уровню загрязнения ниже среднего по стране, класс риска — равен среднему уровню, класс кризиса — выше среднего уровня, класс бедствия — значительно выше среднего уровня. Ранжирование экологического состояния атмосферы по классам осуществляется через расчет комплексного индекса загрязнения атмосферы.

 

Класс экологического состояния атмосферы	I
Норма	< 5
Риск	5-8
Кризис	8-15
Бедствие	>15

ПРИМЕР 1.5

 

К какому классу относится экологическое состояние атмосферы в г. Кирове, если по данным мониторинга среднегодовые концентрации ЗВ за 2005 г. равны (мг/м³):

бенз(а)пирен: 2,9; N0₂: 0,03; СО: 1,0; ТВЧ: 0,1; формальдегид 0,005?

РЕШЕНИЕ

 

1. Находим комплексный индекс загрязнения атмосферы для каждого из веществ.

 

 

2. Находим суммарный индекс загрязнения атмосферы по 5 веществам и определяем класс экологического состояния атмосферы.

 

I_i = 6,11+0,7+0,37+0,67+1,94= 9,79 > 8 – Кризис

 

 

ЗАДАНИЕ 1.5

 

Найти класс экологического состояния атмосферы.

Исходные данные по вариантам в приложении 8.

 

1.2 РАССЕИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. НОРМИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

 

1.2.1 Основные понятия и определения

 

Проблема охраны окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами стала в ряд важнейших задач современности. Воздействия промышленных предприятий, энергетических систем, транспорта на атмосферу, водоемы и недра достигли таких размеров, что сейчас в крупных промышленных центрах уровни загрязнений существенно превышают допустимые санитарные нормы.

Источники выбросов ЗВ могут быть подвижными (транспорт) и стационарными. Выбросы из стационарных источников могут поступать в форме газов или аэрозолей. Классификация источников выбросов дана на рисунке 1.2.

Аэрозоли — это системы, характеризующиеся наличием в газовой среде твердых или жидких частиц. Подразделяются на пыли, дымы, туманы.

Пыли содержат твердые частицы размером до 800 мкм.

Дымы — твердые частицы размером 0,1-5 мкм,

Туманы — жидкие частицы (капли) размером 0,3-5 мкм.

Неорганизованный промышленный выброс — выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным относятся выбросы, не имеющие фиксированного устья: выделения вредных веществ с открытых складов строительных материалов, карьеров, хранилищ отходов и т.д.

Организованный промышленный выброс — выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы. Организованные выбросы имеют фиксированное устье и подразделяются на точечные или одиночные (источники таких выбросов имеют примерно одинаковые размеры по осям координат; это трубы промышленных предприятий, выбросные шахты систем вентиляции, газоотводные трубы от аппаратов и т.п.) и линейные (источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном направлению ветра; это аэрационные фонари, близко расположенные вытяжные шахты, открытые окна, через которые удаляются вредные вещества, и т.п.).

 

Рисунок 1.2 – Классификация выбросов в атмосферу

 

Одиночные выбросы из стационарных источников в зависимости от высоты трубы (Н) подразделяются на:

- высокие при Н> 50 м (выброс осуществляется выше зоны аэродинамической тени здания, сооружения);

- средние при Н = 10...50 м;

- низкие при Н = 2... 10 м (выброс поступает в зону подпора или аэродинамической тени здания, сооружения);

- наземные при Н < 2 м (в этом случае в расчетах принимают Н-2м).

Промышленные выбросы считаются нагретыми, если их температура выше температуры окружающего атмосферного воздуха.

Без очистки могут выбрасываться как неорганизованные, так и организованные выбросы, после очистки — только организованные.

С целью регламентации загрязнений атмосферы установлены предельно допустимые концентрации ЗВ в атмосферном воздухе населенных пунктов (ПДК) и предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ из источников (ПДВ).

Действующими нормативными документами установлены ПДК для более 600 вредных газов, паров, аэрозолей.

Величина наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы(слой высотой в 2 м от поверхности земли) не должна превышать величины ПДК_м.р..

ПДВ для данного источника (группы источников) — это максимальное количество вредного вещества, допустимое к выбросу из источника в единицу времени при соблюдении условия, что этот выброс от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта, с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, не создаст приземную концентрацию, превышающую его предельно допустимую концентрацию для населения, растительного и животного мира.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источников загрязнения атмосферы являются максимальные разовые ПДК_м.р.. При этом должно выполняться условие: отношение максимальной расчетной концентрации С_м вредного вещества в приземном слое воздуха к величине ПДК_м.р. данного вещества не должно превышать единицы:

 

. (1.19)

 

При установлении ПДВ учитывают значения фоновых концентраций С_ф вредных веществ в воздухе (суммарное загрязнение атмосферы от остальных источников города или другого населенного пункта, в том числе и от автотранспорта, за исключением рассматриваемого источника).

Таким образом, величина ПДВ [г/с] из источника для каждого вещества устанавливается, исходя из условия:

 

, (1.20)

или

. (1.21)

 

При одновременном присутствии в атмосфере некоторых вредных веществ они могут обладать суммацией вредного действия. Эффектом суммации обладают, например, ацетон и фенол; сернистый ангидрид и двуокись азота; сернистый ангидрид, окись углерода, фенол и пыль конверторного производства, а также целый ряд других веществ.

Величина ПДВ для групп суммации устанавливается, исходя из условия:

. (1.21)

 

1.2.2 Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ

от одиночного точечного источника

 

После выхода из устья источника загрязняющие вещества начинают рассеиваться в атмосфере в направлении оси факела выброса. Часть веществ перемещается в вертикальном направлении, часть - в горизонтальном. Существенное влияние на характер рассеивания оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий, особенности местности, свойства выбросов, высота трубы, скорость ветра и другие факторы.

Скорость горизонтального перемещения загрязнений в основном определяется главным образом скоростью ветра U [м/с]. На скорость вертикального перемещения оказывает влияние целый ряд факторов.

Существует 5 форм струй, выходящих из устья трубы. Наиболее опасна задымляющая струя, когда вредные вещества стремятся к земле вдоль всей струи. Рисунок 1.3 иллюстрирует распределение концентраций вредных веществ в атмосфере при выбросе через высокие трубы для условий развитого турбулентного обмена, которые считаются неблагоприятными для рассеивания примесей и для которых разработаны расчетные формулы для определения ПДВ.

По мере удаления от источника выброса концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы вначале увеличивается, а затем, достигнув максимума, постепенно уменьшается, что говорит о наличии трех зон загрязнения атмосферы:

- зона переброса факела выброса, характеризующаяся невысо­кой концентрацией вредных веществ в приземном слое;

- зона задымления, т.е. зона максимального содержания вредных веществ;

- зона постепенного снижения концентраций вредных веществ.

 

Направление ветра

 

Рисунок 1.3 - Распределение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере

С —концентрация вредного вещества в приземном слое, мг/м³;

X — расстояние от трубы (источника выброса), м;

Н — высота трубы (источника выброса), м.

По ОНД-86 рассчитываются возможные концентрации вредных веществ при «неблагоприятных» метеоусловиях. Реальные концентрации вредных веществ в течение года будут значительно ниже расчетных как за счет принятия в расчете жестких метеоусловий, так и за счет учета «фона» и допущения о максимальной производственной нагрузке предприятия.

Основной расчетной величиной является максимальная приземная концентрация вредного вещества С_м [мг/м³]. Величину ее при выбросе нагретой газопылевоздушной смеси из точечного источника с круглым устьем на расстоянии Х_м [м] от источника определяют по формуле:

 

, (1.23)

 

где А — коэффициент, учитывающий вероятность возникновения «неблагоприятных» метеоусловий в различных регионах страны [с^2/3.мг^.град^1/3/г].Для Нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока принимают А =200;для севера и северо-запада Европейской территории России, Среднего Поволжья и Урала принимают А =160;для центральной части европейской территории А =140;

М — мощность выброса (количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени), [г/с]. Принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами, определяется расчетом или с помощью анализа. Если известна концентрация вещества С^° [мг/м³] в выбрасываемой из устья источника пылегазовоздушной смеси, то величина М определяется по формуле:

 

, (1.24)

 

F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и т.п.), скорость оседания которых не превышает 0,05 м/с, принимается F = 1. Для остальных аэрозолей, выбрасываемых с предварительной очисткой или без нее, коэффициент F принимается следующим образом:

F = 2 при эффективности очистки более 90%;

F = 2,5 при эффективности очистки 75...90%;

F = 3 при эффективности очистки менее 75% (или при отсутствии очистки).

m и n — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

— безразмерный коэффициент, учитывающий рельеф местности (для равнинной местности = 1);

DT — разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в [°С]; последняя принимается как средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»;

V₁ — расход пылегазовоздушной смеси из устья источника, м³/с:

 

, (1.25)

 

где D — диаметр устья источника выброса (диаметр верхней части трубы), м;

w₀ — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

 

Величина коэффициента m определяется по формуле:

, (1.26)