Предельно-допустимые концентрации загрязняющих

Расчет

1. Величина ПДВ (г/с) по каждому из вредных веществ рассчитывается по формуле

, г/с (1)

где ПДК - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³, С_ф -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м³; Н - высота источника выброса, м; W - расход газовоздушной смеси, м³/с, который определяется по формуле:

, м³/с, (2)

- скорость выхода газовоздушной смеси, м/с; D - диаметр устья трубы, м.

T - разница температур выбрасываемого газовоздушного потока Тг и окружающего воздуха Тв, °С:

Т=Т_г – Т_в, °С, (3)

Т_в - средняя температура самого жаркого месяца, а для котельных, работающих только для отопления – этосредняя температура самого холодного месяца года;

А - коэффициент стратификации, учитывающий вертикальные перемещения воздуха в зависимости от степени расчлененности рельефа. Коэффициент А изменяется от 120 до 250, для Московской области А=140;

F - безразмерный коэффициент, учитываю­щий скорость оседания вредных веществ. Для легких газов, у которых скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0, F=1, а для мелкодисперсных аэрозолей и тяжелых газов:

F=2,0 при степени очистки 90%;

F=2,5 " - " 75-90%;

F=3,0 " - " <75%.

Для любых загрязняющих веществ в присутствии паров воды F=3,0;

F=1 - для легких газов, у которых скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0.

m и n - безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси и зависящие от соотношения высоты источника выброса, его диаметра, скорости и температуры отходящих газов.

m и n - безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси и зависящие от соотношения высоты источника выброса, его диаметра, скорости и температуры отходящих газов.

Для круглых источников m и n рассчитываются по формулам:

, (4)

где при параметре f<100 (а это почти всегда в стандартных источниках),

f=1000· , (5)

n = 0,532 ^. V² – 2,13 ^. V + 3,13; (6)

При скорости ветра, изменяющейся в пределах 0,5<Vветра≤2, м/с

V = 0,65^. ; (7)

- коэффициент, учитывающий влияние рельефа. При перепаде высот менее 50 м =1, при перепаде высот более 50 м >1 и зависит от соотношения высоты трубы и высоты препятствия (Н/h₀), а также от соотношения ширины и высоты препятствия (а_о/h₀).

2. Максимальная концентрация загрязняющего вещества при фиксированных выбросах из источника (М_х, г/с) рассчитывается по формуле:

С_max = , (8)

При этом замеренная (фиксированная) масса загрязняющего ве­щества М_x, может быть любая: больше или меньше величины ПДВ, принимается 0,6*ПДВ.

Расстояние от источника загрязнения, на котором наблюдается максимальная концентрация вредного вещества, определяется по формуле:

l_max = , (9)

d - аэродинамический коэффициент.

При холодных выбросах, когда ≈ 0°С, d = 5,7; при горячих выбросах, то есть >> 5°С, коэффициент d определяется по формуле:

d=2,48∙[1+0,28 . (10)

3. Построение кривой распределения приземных концентраций загрязнения по оси факела проводится следующим образом. Находим С_х по формуле:

С_х=С_max∙S_0-lx (11)

где С_x - концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м³;

S_0-lx - коэффициент пересчета от максимальной концентрации С_max к концентрации загрязнения в любой точке на расстоянии l_x от источника выброса.

Коэффициент S_0-lx определяется:

при <1: S_0-lx=3^.()⁴ – 8^.()³ + 6^.()², (12)

при 1 < ≤8: S_0-lx= . (13)

Кривая распределения приземных концентраций по оси факела строится по величине максимальной концентрации и какминимум четырем точкам на различных расстояниях от источника выброса.

4. Размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) определяется по Сани­тарным нормам (СН-245-71) в соответствии с классом предприятия. Корректировка размера СЗЗ с учетом розы ветров, преобладающих в данном районе, выполняется по формуле:

l=L₀∙ , (14)

где l - длина румба по СЗЗ;

L₀ - размер СЗЗ по СН-245-71;

Р - среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба по действительной розе ветров, %,

Р₀ - среднегодовая повторяемость (в %) направления ветров одного румба при круговой розе ветров; при восьмирумбовой розе ветров Р₀=12,5%.

Таблица 1.

Исходные данные

Перечень данных

Последняя цифра шифра

Высота трубы, Н, м

Диаметр устья трубы, D, м

1,5

1,5

1,4

1,4

1,3

1,3

1,2

1,2

1,1

1,1

Скорость выхода газовоздушной смеси , м/с

Температура газовоздушной сме­си Тг, °С

Предпоследняя цифра шифра

Температура окружающего воз­духа Тв, °С

Загрязняющее вещество *

Зола

СО

NO2

SO2

V2O5

Зола

СО

NO2

SO2

V2O5

Фоновые концентрации Сф, г/м3

0,01

2,0

0,03

0,02

0,0005

0,01

2,0

0,03

0,02

0,0005

Перечень данных

Предпоследняя цифра шифра

Эффективность очистки, Э,%

Повторяемость ветров, %

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

NO2 - диоксид азота

V2O5 оксид ванадия

SO2 - сернистый газ

СО –монооксид углерода (углекислый газ)

* Значения ПДК для загрязняющих веществ приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

Предельно-допустимые концентрации загрязняющих

веществ в атмосферном воздухе населенных мест [8]

Вещества	ПДК, мг/м3	Класс опасности
максимальная разовая	среднесуточная
NO2 - aзота двуокись (диоксид азота)	0,085	0,04
NH3 - aммиак	0,2	0,04
SO2 - aнгидрид сернистый (сернистый газ)	0,5	0,05
Ацетон	0.35	0.35
Бенз(а)пирен	-	0,00001 или 0,1 мкг/100 м3
Бензол	1,5	0,1
V2O5 - ванадия пятиокись (оксид ванадия)	-	0,002
Водород хлористый	0,2	0,2
Дихлорэтан
Кислота азотная	0,4	0,15
Кислота серная	0,3	0,1
Марганец и его соединения	0,1	0,001
Сапса (зола)	0,15 (0,5)	0,05
Свинец и его соединения	-	0,0003
Сероводород	0.008	-
Хлор	0,1	0.03
Хром шестивалентный	0,002	0,002
СО - окись углерода (монооксид углерода)

Список использованной литературы:

1. Антипова Т.Н., Ларионова А.М., Коновалова В.А. и др. (всего 6 авт.). Экология. Учебно-методическое пособие к изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов II-III курсов инженерно-технических специальностей. М., МИКХиС, 2008 г., 88 с.

2. Охрана окружающей среды. //Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 1991.

3. Экология. Охрана природы, экологическая безопасность: Учебное по­собие. //Под обшей ред. проф. А.Т. Никитина и проф. С.А. Степанова. - М: Новь, 2000.

4. Санитарные правила по охране атмосферного воздуха населенных мест (СанПиН № 4946-89). - Утв. Минздравом СССР, 1989.

5. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.

Пример выполнения

ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Задание 1

1. Определить ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника (котельной).

2. Определить максимальную приземную (на высоте 1,5 м от земли) концентрацию загрязняющих веществ и расстояние, на котором она может наблюдаться, при наступлении неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), то есть при скорости ветра 0,5 м/с.

Построить кривую распределения приземных концентраций загрязнения по оси факела (для случая НМУ).

3. Уточнить размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) в соответст­вии с розой ветров данного района.

 

Определение ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника проводится по методике, принятой в ОНД-86 (в г/с).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Имеется котельнаяс одиночным источником выбросов, котораяработает на мазуте и производит вредные выбросы, представленные окислами углерода СО (оксидами азота N0₂, серы SO₂, ванадия V₂0₅ и золой). Котельная имеет одну дымовую трубу с диаметром ее устья D=1,4 м и высотой Н=35 м. Скорость выхода газовоздушной смеси составляет =7 м/с, ее температура T_г=+125°С. Средняя температура самого жаркого месяца года равна Т_в=+25°С.

Фоновые концентрации С_ф вредных веществ по данным санитарно-эпидемиологической службы составляют: СО=2 мг/м³ (N0₂=0,03 мг/м³; SO₂=0,2 мг/м³; V₂O₅=0,005 мг/м³ и золы - 0,1 мг/м³). Предельно-допустимые концентрации (ПДК - разовые) вредных веществ приведены в табл.2. ПДК=5,0 мг/м³.

Котельная расположена в Московской области, местность ровная, с перепадом высот менее 25 м. Степень очистки пылегазоочистного оборудования - 80%. В районе расположения котельной среднегодовая повторяемость направления ветров (при вось­мирумбовой розе ветров) составляет С - 17%, СВ- 17%, В - 16%, ЮВ - 12%, Ю - 10%, ЮЗ - 7%, 3-9%, СЗ - 12%.

РАСЧЕТ

Определение величины ПДВ (г/с) для окиси углерода СО, которая рассчитывается (по каждому из вредных веществ) по формуле:

, г/с, (1)

где: Спдк - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³,

С_ф -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м³;

Н - высота источника выброса, м;

W - расход газовоздушной смеси, м³/с, который определяется по формуле:

= , м³/с, (2)

- скорость выхода газовоздушной смеси, м/с; D - диаметр устья трубы, м.

T - разница температур выбрасываемого газовоздушного потока Т_г и окружающего воздуха Т_в, °С:

Т=Т_г – Т_в=125–25=100 °С (3)

Т_в - средняя температура самого жаркого месяца, а для котельных, работающих только для отопления, Тв - средняя температура самого холодного месяца года

А - коэффициент стратификации, учитывающий вертикальные перемещения воздуха в зависимости от степени расчлененности рельефа. Коэффициент А изменяется от 120 до 250.

А=140 - для Московской области.

F - безразмерный коэффициент, учитываю­щий скорость оседания вредных веществ. Для легких газов, у которых скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0, F=1, а для мелкодисперсных аэрозолей и тяжелых газов:

F=2,0 при степени очистки 90%;

F=2,5 " - " 75-90%;

F=3,0 " - " <75%.

Для любых загрязняющих веществ в присутствии паров воды F=3,0.

F=1, т.к. СО - легкий газ, у которого скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0.

m и n - безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси и зависящие от соотношения высоты источника выброса, его диаметра, скорости и температуры отходящих газов.

Для круглых источников m и n рассчитываются по формулам:

= ; (4)

где при параметре f<100 (а это почти всегда в стандартных источниках),

f=1000· = , (5)

n = 0,532 ^. V² – 2,13 ^. V + 3,13=

0,532^.2,04²–2,13^.2,04+3,13=0,532^.4,16-2,13^.2,04+3,13=2,21-4,34=3,13=1,0. (6)

При скорости ветра, изменяющейся в пределах 0,5<Vветра≤2, м/с

V = 0,65^. = 0,65^. 0,65^.3,14=2,04 (7)

- коэффициент, учитывающий влияние рельефа. При перепаде высот менее 50 м =1, при перепаде высот более 50 м >1 и зависит от соотношения высоты трубы и высоты препятствия (Н/h₀), а также от соотношения ширины и высоты препятствия (а/h).

, т.к. местность ровная, с перепадом высот менее 50 м;

Тогда величина ПДВ по СО рассчитается по формуле:

=

= , г/с.

2. Определение максимальной концентрации (М_х) СО.

Примем, что замеренное количество выбрасываемой окиси уг­лерода М_х составило 60% от величины ПДВ, т.е. М_х=0,6^. 227,9^.136,7 г/с.

С_max = = , мг/м³(8)

Проверим, соблюдается ли основное законодательное требование по охране воздуха: С_х ≤ ПДК:

С_max + С_ф= 1,85 +2,0=3,85 мг/м³ < ПДК ( 5 мг/м³).

Расстояние от источника загрязнения, на котором наблюдается максимальная концентрация окиси углерода, равна:

l_max = , м(9)

где d - аэродинамический коэффициент.

При холодных выбросах, когда ~ 0°С, d = 5,7; при горячих выбросах, то есть >> 5°С, коэффициент d определяется по формуле:

d=2,48∙[1+0,28 =2,48 ∙ [1+0,28 ]= (10)

2,48 ^. [1+0,28 ^. 9,23^.(1,3 ]=2,48 ^. [1+2,58^.(1,3 ]=

2,48 [1+2,58 ^. 0,36]=2,48 ^. 1,92=4,72;

тогда l _max= ≈ 165 м.

3. Построение кривой распределения концентрации СО по оси факела. Для упрощения расчетов величину l_x принимаем равной 1/3, 2/3, 1,33 и 1,66 от l _max. Таким образом, определим концентрацию окиси углерода на расстоянии 55, 110, 220 и 275 м от источника загрязнения (котельной) (рис. 1).

Находим С_х по формуле:

С_х=С_max∙S_0-lx (11)

где С_x - концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м³;

S_0-lx - коэффициент пересчета от максимальной концентрации С_max к концентрации загрязнения в любой точке на расстоянии l _x от источника выброса.

Коэффициент S_0-lx определяется:

при <1: S_0-lx=3^.()⁴ – 8^.()³ + 6^.()², (12)

при 1 < ≤8: S_0-lx= . (13)

Кривая распределения приземных концентраций по оси факела строится по величине максимальной концентрации и какминимум четырем точкам на различных расстояниях от источника выброса.

Коэффициент S_0-lx определяется:

при <1: S_0-55 = 3^.()⁴ – 8^.()³ + 6^.()² = 3()⁴ - 8()³ – 6 ()² = 0,41;

С₁ = 1,85 ∙ 0,41 = 0,76 мг/м³;

S_0-110 = 3^.()⁴ – 8^.()³ + 6^.()² = 3()⁴ - 8()³ – 6 ()² = 0,89;

С₂ = 1,85 ∙ 0,89 = 1,65 мг/м³;

при 1 < ≤ 8 S_0-220= =

С₃ = 1,85 ^..0,96^.=1,78 мг/м³;

S_0-275= =

С₄ = 1,85 ^. 0,83 ^.= 1,54 мг/м³.

Рис. 1. Кривая распределения концентраций загрязнения СО по оси факела

* Зона максимального загрязнения принимается при концентрации выше значения 0,75 от С_мах.