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: Xmax – расстояние по оси факела от источника выброса, на котором при опасной скорости ветра Umax достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества Сmax.
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, vм, v ′ м и fe 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 Сmax и вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества Сmax на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и опасной скорости ветра Umax, расстояние Xmax по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается максимальная концентрация при опасной скорости ветра Umax и величину опасной скорости ветра Umax;
– вычисляют максимальную концентрацию загрязняющего вещества Сmax , U на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ Umax, а также расстояние Xmax , U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;
– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества СU,X на оси факела при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U ≠ Umax на расстояние X ≠ Xmax , U по оси факела от источника выброса до точки, в которой достигается эта концентрация;
– вычисляют концентрацию загрязняющего вещества СU ,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ Umax 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 Мi – 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; Hi – высота i -го источника выброса, м; Мi – мощность i -го источника выброса, г/с; ПДКм.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 Сmax при выбросе «горячей» (Δ T > 0; f < 100, vм ≥ 0,5) газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра U = Umax на расстояния Xmax 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 Сmax 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 vм < 0,5 или f ≥ 100 и v ′ м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет Сmax 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 Xmax от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения Сmax 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 Umax на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ Сmax, 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 Umax 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 Umax, рассчитывают по формуле, мг/м3:
| Сmax , U = r Сmax | (2.32) |
где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U / Umax 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 Umax 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 Сmax , U, определяется по формуле, м:
| Xmax , U = р Xmax, | (2.35) |
где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения U / Umax 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 Umax 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 / Xmax, 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 / Xmax < 1 величина s 1 в (2.39) заменяется на величину s 1 н, определяемую в зависимости от X / Xmax 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 ≠ Umax и в неблагоприятных метеорологических условиях. По формулам (2.32), (2.35) находят значения величин Сmax , U и Xmax , U. В зависимости от отношения X / Xmax , U вычисляют значение s 1 по формулам (2.40)… (2.44). Искомое значение концентрации вредного вещества С,X, U определяют путем умножения Сmax , U на s 1.
2.10. Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере СU,X,Y при заданной скорости ветра U ≠ Umax 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 tY, 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 tY 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
