Метод капитализации по расчетным моделям 3 страница

 

. (1.27)

 

Величина коэффициента n определяется по формулам (1.29) —(1.31) в зависимости от значения параметра V_м, вычисляемого по формуле:

 

, (1.28)

 

При V_м < 0,5 n = 4,4 Vм, (1.29)

 

при 0,5≤ V_м< 2 , (1.30)

 

при V_м≥ 2 n= 1. (1.31)

 

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ С_м достигается на оси факела выброса (по направлению, среднего ветра за рассматриваемый период) на расстоянии Х_м [м] от источника выброса:

 

, (1.32)

 

где d — безразмерная величина, определяемая по формулам:

 

при 0,5 £ V_м £ 2, , (1.33)

при V_м > 2, . (1.34)

 

После расчета максимальной приземной концентрации загрязнений С_м в точке, расположенной на расстоянии X_м от источника, можно определить приземные концентрации вредных веществ в любой точке в направлении факела выброса (рисунок 1.4):

 

1 — источник выброса

Рисунок 1.4 - К определению приземных концентраций вредных веществ в направлении факела выброса

 

Для расчетов концентраций С на различных расстояниях X по оси факела выброса используется формула

. (1.35)

 

Здесь S₁ — безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения Х/Х_м:

 

при X/Х_м < 1 S ₁ = 3(X/X_м)⁴ – 8 (X/X_м)³ + 6(X/X_м)² , (1.36)

 

при 1< X/Х_м < 8 , (1.37)

 

при Х/Х_м > 8 . (1.38)

 

С наветренной стороны источника выброса (Х<0) значения концентраций вредных веществ принимают равными нулю.

Значение приземной концентрации С_y вредного вещества на расстоянии y по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

 

. (1.39)

 

где S₂ — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра U [м/с] и аргумента t_y:

при U £ 5, (1.40)

при U > 5, (1.41)

. (1.42)

 

1.2.3 Расчет ПДВ для действующих предприятий

 

Расчеты загрязнения атмосферы от комплекса источников загрязнения производятся на ПЭВМ по утвержденным Научно-исследовательским институтом охраны атмосферного воздуха (НИИ Атмосфера) программам. Результатом расчета является поле приземных концентраций. Линия соответствия расчетной приземной концентрации ПДК может служить обоснованием границы санитарно-защитной зоны предприятия.

Величину ПДВ можно найти, заменив в формуле (1.23) концентрацию См на разность (ПДК_мр - С_ф) и приравняв мощность выброса М к значению ПДВ. В итоге получим расчетное выражение:

 

. (1.43)

 

В случае если ПДК_м.р. для загрязняющего вещества не установлена в расчетах принимается значение ПДК_с.с. или ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия).

В реальных случаях в ПДВ вводятся поправки: на аварийный выброс, на существующую и проектируемую жилую застройку, на перспективы развития производства.

ПДВ устанавливается отдельно для каждого стационарного источника выбросов, отдельно для каждого вещества при условии полной загрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы.

По каждому веществу ПДВ для предприятия в целом равен сумме ПДВ от отдельных источников.

 

1.2.4 Расчет минимальной высоты трубы (для вновь строящихся предприятий)

 

Если приравнять С_м = ПДК_м.р.- С_ф, из формулы (1.23) можно найти минимальную высоту трубы H_min, при которой обеспечивается нормативное качество воздуха в приземном слое:

. (1.44)

 

 

ЗАДАНИЕ 1.6

 

1) Рассчитать максимальную приземную концентрацию С_м вредного вещества, выделяющегося из точечного источника, и величины приземных концентраций С этого вещества на различных расстояниях X от источника по оси факела выброса в преобладающем направлении ветра (принять X = 100,200,400, 600, 800,1000 и 2000 м).

Местность равнинная (h=1).

2) Построить график изменения концентрации С вредного вещества в зависимости от расстояния X. Сравнить с ПДК_м.р.

3) Рассчитать приземную концентрацию С_у в точке, находящейся на расстоянии у = 200 м от точки Х_м по перпендикуляру к оси факела выброса.

4) По имеющимся исходным данным рассчитать ПДВ. При необходимости внести предложения по снижению выбросов.

5) По имеющимся исходным данным рассчитать H_min. При выполнении заданий 4 и 5 значения фоновых концентраций С_ф принять самостоятельно в пределах от 10 до 75% от ПДК_м.р.

Исходные данные по вариантам в приложении 9.

ПРИМЕР 1.6

 

Исходные данные:

Загрязняющее вещество - сернистый ангидрид => F = 1; V₁ = 90000 м³/ч = 25 м³/с; С° = 2000 мг/м³; Н = 90 м; D = 1,4 м; город Хабаровск => А = 200 с^{2/3 .} мг ^. град^1/3 / г; DT = 80 °С; ПДК _м.р. =0,5 мг/м³; U = 9 м/с.

РЕШЕНИЕ

 

1. М = 2000 ^.25 ^.10^-3 = 50 [г/с].

2. Из формулы (1.25) находим w₀:

.

3. .

4. .

5. .

6. По формуле (1.30) находим коэффициент n:

7.

8.

9.

10. Для Х=100 м:

По формуле (1.36)

S₁₍₁₀₀₎ = 3 · 0,1⁴– 8 · 0,1³ + 6 · 0,1²= 0,052

 

С₁₀₀ = 0,052 · 0,098 = 0,005 [мг/м³].

11. Для Х = 200 м:

 

S₁₍₂₀₀₎ = 3 · 0,2⁴– 8 · 0,2³ + 6 · 0,2² = 0,18

 

С₂₀₀ = 0,18 – 0,098 = 0,018 [мг/м³].

12. Аналогично

S₁₍₄₀₀₎ = 0,52 Þ С₄₀₀ = 0,05 [мг/м³].

S₁₍₆₀₀₎ = 0,82 Þ С₆₀₀ = 0,08 [мг/м³].

S₁₍₈₀₀₎ = 0,97 Þ С₈₀₀ = 0,095 [мг/м³].

 

Для X = 1000 м и X = 2000 м значения величины S, находим по формуле (1.37).

 

S_1(1000) = 0,998 Þ С₁₀₀₀ = 0,0978 [мг/м³].

S_1(2000) = 0,74 Þ С₂₀₀₀ = 0,072 [мг/м³].

 

13. По полученным расчетным данным строится график зависи­мости концентрации вещества С от расстояния X.

14.

15.

 

С_у = 0,13 · 1 · 0,098 = 0,013 [мг/м³].

 

17. Принимаем С_ф = 0,5 ∙ ПДК_м.р. = 0,5 · 0,5 = 0,25 [мг/м³].

18. [м].

Литература

 

 

1.Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы.- Л.: Гидрометеоиздат,1985. – 272с.

2.Н.А.Бурков. Прикладная экология. Учебное пособие для специалистов- экологов и студентов вузов. – Киров: Вятка, 2005. -272с.

3. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух.– М.: НИИ охраны атмосферного воздуха, 2005.

4. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. Учебное пособие для инженера-эколога. Под ред. проф. А.Ф. Порядина и А.Д. Хованского. –М.: НУМЦ Минприроды, изд. Дом «Прибой», 1996. –350 с.

5. Перечень документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 2001 – 2002 годах. Бюллетень «Охрана атмосферного воздуха» № 2 (8). – СПб.: Издательство «СПбИРАВ», 2001 г. – 84 с.

6. Аннотированный справочник основных документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух. – НИИ Атмосфера, – СПб.: 2001 г. – 66с.

7. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных, веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). – Л., 1987.

8. Сборник законодательных, нормативных и методических документов для экспертизы воздухоохранных мероприятий. – Л. Гидрометеоиздат, 1986 г. 318 с.

9. ГН 2.1.6. 1983-05. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест (дополнения и изменения к ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»)/ Собрание законодательства РФ. М.: 2000, № 31 ст.3295.

10. ГН 2.1.6.695-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы. Минздрав России,- М.: 1998г с 55-57.

 

РАЗДЕЛ 2

 

ОХРАНА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

 

2.1 РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ

ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ

ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ВЫПУСКОВ

 

2.1.1 Основные положения

 

Предельно допустимый сброс (ПДС) - масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте. (ГОСТ 17.1.1.01-77)

Предельно допустимая концентрация вещества в воде (ПДК) - концентрация вещества в воде, выше которой вода непригодна для одного или нескольких видов водопользования. (ГОСТ 27065-86)

Нормы качества воды - установленные значения показателей качества воды для конкретных видов водопользования. (ГОСТ 27065-86).

Нормы состава сточных вод - перечень веществ, содержащихся в сточных водах, и их концентрации, установленные нормативно-технической документацией. (ГОСТ 17.1.1.01-77).

Контрольный створ - поперечное сечение потока, в котором контролируется качество воды.

Фоновый створ - поперечное сечение потока, в котором определяется фоновая концентрация вещества в воде.

Фоновая концентрация - концентрация вещества, рассчитываемая применительно к данному источнику примесей в фоновом створе водного объекта при расчетных гидрологических условиях, учитывающая влияние всех источников примесей, за исключением данного источника.

Створ начального разбавления – поперечное сечение потока, отстоящее от оголовка рассеивающего выпуска на величину длины зоны начального разбавления.

Зона начального разбавления – относительное расстояние между оголовками рассеивающего выпуска.

Лимитирующий признак вредности – признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде (ГОСТ 17.1.01-77).

 

Величина предельно допустимого сброса (ПДС) определяется для всех категорий водопользователей как произведение максимального часового расхода сточных вод (q, м³/час) на концентрацию допустимого сброса загрязняющего вещества (С_СТ, г/м³).

 

. (2.1)

 

При расчете условий сброса сточных вод сначала определяется значение С_СТ, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольном створе с учетом требований “Правил охраны поверхностных вод”[1], а затем определяется величина ПДС для каждого загрязняющего вещества.

Необходимо подчеркнуть обязательность требований увязки сброса массы загрязняющего вещества, соответствующей ПДС, с расходом сточной воды, т.к. уменьшение расхода при сохранении величины ПДС будет приводить к увеличению концентрации вещества в водном объекте.

Для определения значения С_СТ для взвешенных и растворенных консервативных веществ основная расчетная формула имеет вид:

 

(2.2)

 

где С_ПДК – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водного объекта, определенной категории водопользования (г/м³ или мг/л), для целей расчета по настоящей методике С_ПДК приведена в приложениях 13, 14;

С_Ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, г/м³ или мг/л;

n – кратность общего разбавления сточных вод в водном объекте.

 

Для неконсервативных веществ расчетная формула имеет вид:

 

(2.3)

 

где К – коэффициент неконсервативности, показывающий скорость разложения вещества в воде, 1/сут;

Т – время добегания сточных вод от места выпуска до контрольного (расчетного) створа, сут.

 

Значение коэффициента неконсервативности (К) принимается по данным натурных наблюдений или по справочным данным (приложение 15) и пересчитывается в зависимости от температуры и скорости течения воды реки.

При установлении ПДС по показателю – биологическое потребление кислорода (БПК) расчетная формула имеет вид:

 

(2.4)

 

где К – осредненное значение коэффициента неконсервативности органических веществ, определяющих показатель БПК_П для водного объекта и сточных вод, 1/сут,

С_СМ – БПК_П, обусловленная органическими веществами, смываемыми в водосток атмосферными осадками с площади сбора на последнем участке перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега. Величина С_СМ принимается: для равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком богата органическими веществами, - 1,7 – 2,0 г/м³, для рек болотного питания или протекающих по территории, с которых смывается повышенное количество органических веществ – 2,3 –2,6 г/м³.

При сборе сточных вод, имеющих загрязняющие вещества одного лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), входящая в формулы величина С_ПДК должна быть принята с учетом количества вещества одного ЛПВ, т.е. должны быть определены “локальные” ПДК:

(2.5)

 

где Z – количество вещества одного ЛПВ.

Определив допустимое содержание загрязняющих веществ к сбросу в водоем, необходимо установить степень очистки сточных вод.

 

Степень очистки сточных вод (С_ОЧ) определяется как разность между концентрацией загрязняющих веществ в сточных водах (С_СТ) и концентрацией, с которой они могут быть сброшены в водный объект (С_ПДС) при полном соблюдении всех нормативов ее качества

 

(2.6)

 

В соответствии с “Правилами охраны поверхностных вод” п. 2.3 для всех нормируемых веществ при рыбохозяйственном водопользовании, и для веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности, при хозяйственно-питьевом и культурно-бытовом водопользовании, при поступлении в водный объект нескольких веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности и с учетом примесей, поступающих в водный объект от вышерасположенных источников, сумма отношений концентраций (С₁, С₂…С_n) каждого из веществ в контрольном створе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы:

 

. (2.7)

 

Прогнозирование санитарного состояния водного объекта в контрольном (расчетном) створе, при заданных количестве и составе сточных вод (q, С_СТ), при местных условиях возможного разбавления сточных вод (γ, Q) и исходного санитарного состояния водного объекта (С_Ф), может осуществляться по формуле:

 

(2.8)

где С_СК – максимальная концентрация вещества в контрольном (расчетном) створе;

Q – расчетный минимальный среднемесячный расход воды в водном объекте года 95%-ной обеспеченности, (м³/с),

q – максимальный среднечасовой расход сбрасываемых сточных вод за фактический период сброса сточных вод, (м³/час),

γ – коэффициент смешения, показывающий какая, часть речного расхода смешивается со сточными водами в струе расчетного створа.

 

2.1.2 Метод расчета разбавления сточных вод

 

Процесс разбавления определяется физическими процессами, протекающими в водной среде и определяемые гидродинамикой течения.

Кратность разбавления связана с коэффициентом смешения (γ) следующим приближенным значением:

,

где n – кратность общего разбавления сточных вод в водном объекте, равная произведению кратности начального разбавления (n_н) на кратность основного разбавления (n_о):

 

. (2.9)

 

Обычно в водном объекте различают зону начального разбавления, где процесс разбавления происходит вследствие вовлечения окружающей жидкости турбулентным струйным потоком, образующимся при истечении сточных вод из оголовка выпуска, и зону основного разбавления, где разбавление происходит за счет течений и турбулентного обмена в окружающей жидкости. Количественный учет влияния начального и основного разбавлений производится через кратность начального (n_н) и основного (n_о) разбавлений.

Начальное разбавление (n_н) рекомендуется учитывать при выпуске сточных вод в следующих случаях:

- для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей потока V_Р и выпуска V_О/ V_О ≥ 4V_Р;

- при абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших 2 м/с; при меньших скоростях расчет начального (n_н) разбавления не производится.Кратность основного разбавления (n_o) определяется по методу В.А.Фролова – И.Д.Родзиллера

 

(2.10)

 

(2.11)

 

где . (2.12)

 

L – расстояние по фарватеру от места выпуска сточных вод до рассматриваемого контрольного створа, м;

α – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смещения, определяемый по формуле

(2.13)

 

где φ – коэффициент извилистости, равный отношению расстояния по фарватеру L_Ф (от места выпуска сточных вод до рассматриваемого створа) к расстоянию между этими створами по прямой L_П.

 

(2.14)

 

где ξ – коэффициент, зависящий от расположения выпуска сточных вод в водоток (при выпуске у берега ξ равен 1, при выпуске сточных вод в стрежень реки ξ равен 1,5);

D – коэффициент турбулентной диффузии, м²/с, определяется по формуле

 

(2.15)

 

где g – ускорение свободного падения, 9,81 (м/с²);

V – средняя скорость течения реки (м/c);

H – средняя глубина реки, (м);

– коэффициент Шези (м^0,5/с), определяемый по формуле Н.Н.Павловского [3] или таблицам. Коэффициент Шези связан с гидравлическим радиусом потока и с коэффициентом шероховатости ложа реки, определяемым по таблицам.

Для летних условий гидравлический радиус R ≈ H (средняя глубина реки).

µ – функция коэффициента Шези, при ≤60 µ =0,7 ∙ +6, при >60 µ=48.

 

Для повышения точности расчетов вместо средних значений V, H, рекомендуется брать их значения в зоне непосредственного смешения сточной жидкости с речной водой.

Для облегчения расчетов в приложении приводятся численные значения величины β в зависимости от значения .

ПРИМЕР 2.1

 

Определить кратность разбавления сточных вод в расчетном (контрольном) створе. Контрольный створ находится на расстоянии (L) 500 м от места выпуска сточных вод. Сброс сточных вод осуществляется через сосредоточенный выпуск, расположенный: а) в стрежне реки, б) у берега при следующих данных: расход сточных вод (q) 0,4 м³/с; расход реки, соответствующий году 95 % обеспеченности, (Q) 120 м³/с, средняя скорость в реке (V_р) 0,35 м/с; средняя глубина (H) 3 м; коэффициент Шези () 47,6 м^0.5/с; скорость истечения сточной воды из выпуска 0,6 м/c (V_o).

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Определяем необходимость расчета начального разбавления по соотношению

. V_o=0,6, что меньше 4V_p, поэтому для приведенного примера расчет начального разбавления не требуется.

2. По формуле 2.15 определяем коэффициент турбулентной диффузии

 

м²/c.

 

3. Определяем коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α по формуле 2.13 при этом учитываем, что коэффициент извилистости φ = 1. Определение ведем по двум заданным вариантам:

 

а) м^-1/3

б) м^-1/3

4. По формуле 2.11 определяем коэффициент смешения γ,

 

а)

б)

По формуле 2.10 находим кратность разбавления

 

а)

б)

ЗАДАНИЕ 2.1

 

Определить кратность разбавления сточных вод.

Исходные данные по приложению 10.

 

ПРИМЕР 2.2

 

Определить нормативы предельно-допустимого сброса для предприятия, имеющего расход сточных вод – 0,2 м³/сек. Содержание загрязняющих веществ в сточной воде: хлоридов – 120 мг/л; взвешенных веществ – 50 мг/л, сульфатов – 80 мг/л, сухого остатка – 148 мг/л; БПК_n – 190 мг/л; свинца – 3,5 мг/л; нитритов – 6,5 мг/л; цинка – 6 мг/л; нитратов – 129 мг/л.

Сброс сточных вод осуществляется в реку ниже границы города. Ниже выпуска сточных вод на прямом участке реки на расстоянии 5 км находится населенный пункт, который использует воды реки для культурно-бытовых целей.

Средний расход воды в реке (Q) составляет 60 м³/сек, средняя скорость V =0,3 м/с, средняя глубина – 1,2 м, коэффициент Шези – 34,4 м^0,5/с. Содержание загрязняющих веществ в реке (фоновая концентрация) – БПК_n – 2,9 мг/л, взвешенные вещества – 1,5 мг/л, цинк – 0,1 мг/л, свинец – 0,01 мг/л, нитраты – 42 мг/л, нитриты - 1,5 мг/л, сульфаты- 380 мг/л, хлориды- 210 мг/л.

Выпуск сточных вод осуществляется в стрежень реки.

 

РЕШЕНИЕ

 

1. Определение условий сброса сточных вод завода.

Для определения необходимой степени очистки сточных вод перед сбросом в реку необходимо определить кратность разбавления у ближайшего пункта водопользования.

 

Определяем коэффициент турбулентной диффузии

 

,

где =34,4 м^0,5/с.

 

м^0,5/с.

м²/с.

Учитывая, что участок реки от места сброса до населенного пункта – прямой, а выпуск сточных вод осуществляется в стрежень реки, принимаем коэффициенты , а φ = 1, тогда