Розподіл концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері

Зміст

1. Загальні положення

2. Розподіл концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері

2.1 Розрахунок очікуваної максимальної концентрації забруднювань (Смакс
, мг/м3
)

2.2 Визначення відстані (Хм
, м) до місця, де очікується максимальна концентрація Смакс.
Виконується за формулами

2.3 Розрахунок небезпечної швидкості вітру Um
(м/с)

2.4 Розрахунок гранично допустимих викидів (ГДВ)

2.5 Встановлення категорії небезпечності підприємства та уточнення розмірів санітарно-захисної зони

2.6 Визначення мінімальної висоти джерела викидів

Список літератури

1. Загальні положення

Метою роботи - є вдосконалення теоретичних знань та придбання практичних навичок експертизи проектних рішень щодо охорони атмосферного повітря.

На розгляд експертних органів проектну документацію подіють у вигляді розділу «Охорона атмосферного повітря» у складі матеріалів проекту «Охорона навколишнього середовища».

Для визначення впливу викидів шкідливих речовин на забруднення приземного шару атмосфери, а також з метою визначення їх кількісних характеристик, у проектних матеріалах наводять розрахунки забруднення атмосфери.

Склад проектної документації та повнота її розробки повинні відповідати нормативним вимогам, які містяться у ДСТ 17.2.3.02-78 «Охорона природи. Атмосфера. Правила встановлення допустимих викидів шкідливих речовин промисловими підприємствами» і «Інструкції щодо порядку розгляду, узгодження та експертизи заходів по охороні повітря та видачі дозволу на викид забруднюючих речовин в атмосферу по проектним рішенням», ОНД 1-84.

При розробці проектів на будівництво нових та реконструкцію існуючих підприємств (об’єктів), створення нових технологічних процесів та підприємств необхідно передбачати заходи, які забезпечують дотримання норм ГДК у приземному шарі атмосфери шляхом встановлення норм гранично допустимих викидів.

Регламентом проведення державної екологічної експертизи при обґрунтуванні й оцінці впливу на атмосферу рекомендується розглядати наступне.

1. Характеристика існуючого і прогнозованого забруднення атмосферного повітря. Повинний проводитися розрахунок і аналіз очікуваного забруднення атмосферного повітря після введення проектованого об'єкта в експлуатацію на границі СЗЗ, у житловій зоні, на об'єктах особливої охорони і ін. природних територіях, що знаходяться в зоні впливу даного об'єкта.

2. Метеорологічні характеристики і коефіцієнти, що визначають умови розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі.

3. Параметри джерел викидів забруднюючих речовин, кількісні і якісні показники викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря при встановлених (нормальних) умовах експлуатації підприємства і максимальному завантаженню устаткування.

4. Обґрунтування даних про викиди ЗВ повинне в т.ч. містити перелік заходів щодо запобігання і зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу й оцінку ступеня відповідності застосовуваних процесів, технологічного і пилогазоочисного устаткування передовому рівневі.

5. Характеристика можливих залпових викидів.

6. Перелік забруднюючих речовин і груп речовин, що володіють сумуючою шкідливою дією.

7. Пропозиції по встановленню нормативів гранично припустимих викидів та заходів щодо їхнього досягнення.

8. Обґрунтування прийнятих розмірів СЗЗ (з урахуванням троянди вітрів).

9. Перелік можливих аварій: при порушенні технологічного режиму; при стихійних лихах.

10. Аналіз масштабів можливих аварій, заходу щодо запобігання аварійних ситуацій і ліквідації їхніх наслідків.

11. Оцінка наслідків аварійного забруднення атмосферного повітря для людини й НС.

12. Заходу щодо регулювання викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря в періоди аномально несприятливих метеорологічних умов.

13. Організація контролю за забрудненням атмосферного повітря.

14. Обсяг природоохоронних заходів і оцінка вартості капітальних вкладень на компенсаційні заходи і заходи для захисту атмосферного повітря від забруднень, у тому числі при аваріях і несприятливих метеоумовах.

2. Розподіл концентрацій забруднюючих речовин в атмосфері

Він підпорядковується законам турбулентної дифузії. На розсіювання викидів суттєво впливає стан атмосфери, розміщення підприємства і характеристика джерел викидів (висота джерела, діаметр гирла тощо), особливості місцевості, фізичні та хімічні властивості речовин, що викидаються. Горизонтальне переміщення суміші визначається, як правило, швидкістю вітру, а вертикальне - розподілом температур у вертикальному напрямку.

З віддаленням від джерела викиду (труби) в напрямку розподілу промислових викидів відокремлюють три зони забруднення атмосфери:

1) зону перекиду факела викидів (вона характеризується невисоким вмістом шкідливих речовин у приземному шарі повітря);

2) зону задимлення з максимальним вмістом шкідливих речовин (ця зона найнебезпечніша для населення), яка залежить від метеорологічних умов і може бути розміщена у межах 10 - 49 висот джерела викиду (труби) від забудови;

3) зону поступового зниження рівня забруднення.

2.1 Розрахунок очікуваної максимальної концентрації забруднювань (Смакс
, мг/м3
) щодо викидів гарячої газової суміші

Значення максимальної приземної концентрації прямо пропорційне до обсягу викидів з джерела і обернено пропорційне квадрату висоти джерела викиду (труби) над землею. Підйом гарячих потоків майже повністю зумовлений підйомною силою газів, що мають вищу температуру, ніж навколишнє повітря.

Очікувана максимальна концентрація забруднювань (Смакс
, мг/м3
) щодо викидів гарячої газової суміші визначається за рівнянням:

(2.1)

де А - коефіцієнт , який залежить від температурної стратифікації атмосфери і враховує частоту температурних інверсій із значеннями:

240	200	160	120
субтропіки Середньої Азії	Казахстан, Нижнє Поволжя, Кавказ, Молдова, Сибір, Далекий Схід	Прибалтика, захід Європейської частини, середнє Поволжя, Урал, Україна	Центральна частина Європейської частини

А=160 (Запоріжжя).

М - маса шкідливої речовини, викинутої в атмосферу за одиницю часу, г/с;

F - безрозмірний коефіцієнт, який ураховує швидкість осідання забруднювача у атмосфері із значеннями:

гази, мілкодисперсні золи, не осідаючі	пил при коефіцієнті очистки
	не менш 90 %	від 90 до 75%	менш 75%
1	2	2,5	3

F=2,5 (85%).

h - безрозмірний коефіцієнт, який ураховує вплив рельєфу місцевості, якщо місцевість рівна або з перепадом висот, які не перевищують 50 м на 1 км, h=1;

V1
- витрата газоповітряної суміші, яку визначають за формулою:

(2.2)

де W0
- середня швидкість виходу газів з труби, м/с;

D - діаметр труби, м.

m - безрозмірний коефіцієнт, який ураховує умови виходу газів з труби:

(2.3)

(2.4)

де Н - висота труби над землею, м;

DТ - різниця між температурою газоповітряної суміші, що викидається (Тг
) ітемпературою навколишнього атмосферного повітря (Тп
), °С.

DТ=70-20=50 °С.

n - безрозмірний коефіцієнт, який залежить від параметра Vм
:

(2.5)

якщо Vм
< 0,3; n = 3 (2.5, а)

якщо Vм
> 2; n = 1 (2.5, б)

якщо 2 > Vм
> 0,3; (2.5, в)

, так як 2 >1,968> 0,3, то

Усі розрахунки зводимо у таблицю 1.

Таблиця 1 – Максимальні приземні і гранично допустимі концентрації ЗР, що викидаються заводом по вижигу коксу

ЗР	М, г/с	Н, м	V1 , м3 /с	Коефіцієнти							Cмакс, мг/м3	ГДКмр, мг/м3	ГДКсд, мг/м3	Клас шкідл. реч-н
				A	F	h	m	n		Vm
SO2	12,5	33	18,31	160	1	1	0,828	1,003	1,71	1,968	0,157	0,5	0,05	3
CO	120				1						1,51	5,0	3,0	4
пил	0,105				2,5						0,0033	0,15	0,15	3
зола	0,4				2,5						0,0126	0,5	0,05	3
NOx	0,7				1						0,0088	0,085	0,04	2

Висновок: так як ні по одній із речовин не спостерігається перевищення ПДК, то розмір СЗЗ приймаємо рівним Хmax
=430 м.

2.2 Визначення відстані (Хм
, м) до місця, де очикується максимальна концентрація Смакс.
Виконується за формулами

якщо F <2, то Хм
= dH; (2.6)

якщо F 2, то . (2.6, а)

Значення безрозмірного параметра d залежить від параметра Vм
, його знаходять за формулами (при f < 100):

Vм
< 0,5, то (2.7, а)

0,5 <Vм
< 2, то (2.7, б)

Vм
> 2, то (2.7, в)

0,5<1,968<2, то

Якщо F<2 (SO2
, CO, NOx), то

Якщо F2 (пил, зола), то

Результати зводимо у таблицю.

Таблиця 2 – Результати розрахунків відстані формування максимальних приземних концентрацій для заводу по вижигу коксу

d	13,0004
Забруднююча речовина	Ангідрид сірчаний SO2	Оксид вуглецю CO	Пил	Зола	Діоксид азота NOx
F	1	1	2,5	2,5	1
Хm (м)	429,01	429,01	268,13	268,13	429,01

2.3 Розрахунок небезпечної швидкості вітру Um
(м/с), при якій досягаються значення приземної концентрації

шкідливих речовин Смакс

Визначення проводиться формулами:

Um
= 0,5, при Vм
< 0,5 (2.8, а)

Um
= Vм
, при 0,5 < Vм
< 2 (2.8,б)

Um
= Vм
(1 + 0,12), при Vм
> 2 (2.8,в)

Так як 0,5 <1,968
<2, то Um
= Vм
=1,968.

2.4 Розрахунок гранично допустимих викидів (ГДВ)

ГДВ визначається для кожної забруднюючої речовини окремо, при встановленні ГДВ ураховується фонова концентрація Сф
цієї речовини (табл. 3).

Таблиця 3 - Фонові (Сф
) та гранично допустимі концентрації (ГДК) забруднювачів

Концентрація	зола	пил	SO2	CO	NOx
Cф , мг/м3	0,11	0,042	0,011	1,87	0,031
ГДК, мг/м3	0,5	0,15	0,5	5,0	0,085

Значення ГДВ (г/с) для одиночного джерела у випадках Сф
< ГДК визначається за формулою:

(2.9)

Усі розрахунки зводимо у таблицю 4.

Таблиця 4 – Підсумкова таблиця та визначення гранично допустимих викидів підприємство – завод по вижигу коксу, м. Запоріжжя.

№	Характеристики, розрахунок	Значення
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	Висота димових труб, H, м Діаметр труби, D, м Швидкість виходу газоповітряної суміші,W0 , м /с Температура газоповітряної суміші, Тг , ºС Температура повітря, Тв , ºС Викид двоокису сірки, МSO2 , г/с Викид оксиду вуглецю, Мсо , г/с Викид оксидів азоту, МNox , г/с Викид пилу, Мп , г/с Викид золи, Мз , г/с Коефіцієнти у формулі (2.1): А η F для газів F для пилу та золи Об’єм газоповітряної суміші, V1 , м3 /с (за формулою 2.2) Перегрів газоподібної суміші ,∆Т, ºС Параметр f (за формулою 2.4) Параметр Vm (за формулою 2.5),м/с Параметр m (за формулою 2.3) Параметр n ( за формулою 2.5, в) Небезпечна швидкість вітру Uм (за формулою 2.8,б), м/с Параметр d ( за формулою 2.7,б) Розрахунок ГДВ для кожної забруднюючої речовини, г/с	33,0 1,8 7,2 70 20 12,5 120 0,7 0,105 0,4 160 1 1 2,5 18,31 50 1,71 1,968 0,828 1,003 1,968 13,0004 38,91 249,1 4,3 3,44 12,41

2.5 Встановлення категорії небезпечності
підприємства та уточнення розмірів санітарно-захисної зони

Для визначення категорії небезпечності підприємства використовують дані про викиди забруднюючих речовин в атмосферу за формою статистичної звітності 2ТП-повітря. У цій формі має бути розшифрування «вуглеводнів» і не повинно бути інформації про сумарні викиди шкідливих речовин в атмосферу від групи підприємств.

Категорію небезпечності підприємств (КНП) обчислюють за виразом:

КНП = ,

де Мі - маса викиду і-тої речовини, т/рік;

ГДК - допустима концентрація і-тої речовини, мг/м3
;

n - кількість викинутих підприємством шкідливих речовин, які забруднюють атмосферу;

аі
- безрозмірна константа, яка дає змогу порівняти ступінь шкідливості i-тої речовини зі шкідливістю сірчистого газу (визначають за табл. 5).

Таблиця 5 - Значення аi
для речовин різних класів небезпеки

Константа	Клас небезпеки
	I	II	III	IV
аi	1,7	1,3	1,0	0,9

Для розрахунку КНП за відсутності середньодобових значень ГДК використовують значення максимально разових ГДК, ОБРВ або зменшені в десять разів значення ГДК робочої зони забруднюючих речовин.

Значення КНП для речовин, щодо яких немає інформації про ГДК або ОБРВ, прирівнюють до маси викидів даних речовин. За величиною КНП підприємства поділяють на 4 категорії небезпечності. Граничні умови для з'ясування категорії небезпечності підприємства наведено в табл. 6.

Таблиця 6 - Граничні умови для визначення категорії небезпеки підприємства.

Категорія небезпеки підприємства	Значення КНП
I II III IV	КНП 106 106 > КНП 104 104 > КНП 103 КНП 103

Залежно від КНП здійснюють облік викидів забруднюючих речовин в атмосферу, запроваджують періодичність контролю за викидами підприємств і визначають санітарно-захисну зону (СЗЗ) від джерел забруднень до житлових районів. У таких зонах розміщують адміністративно-службові приміщення, склади, гаражі, депо тощо.

Дані заносимо у таблицю 7.

Таблиця 7 – Розрахунок КНП котельні

Забруднююча речовина	М, т/рік	ГДК	аi	КНП
SO2	394	0,05	1	788
CO	4415	3	0,9	448
Пил	–	0,15	1	–
NOx	22,1	0,04	1,3	1379
Разом				2637

Як свідчать приведені дані підприємство належить до ІІІ категорії небезпечності і, відповідно, стандартна СЗЗ становить 300м.

Але необхідно провести уточнення цієї відстані з урахуванням «рози вітрів» і відстані формування концентрацій забруднюючих речовин у межах ГДК.

Уточнення розмірів стандартної СЗЗ проводять з урахуванням «рози вітрів» за формулою:

,

– відстань від джерела забруднення до межі санітарної зони, м. Її обчислюють за співвідношеннями:

якщо Х < Lсан
ст
, то Lсан
= Lсан
ст
;

якщо Lсан
ст
< X < 3 Lсан
ст
, то Lсан
= Х;

якщо Х > 3 Lсан
ст
, то Lсан
= 3 Lсан
ст
,

де Lсан
ст
– розміри стандартної санітарно-захисної зони, м;

Х - найбільша відстань, де формується концентрація забруднюючої речовини в межах ГДК;

Р – середньорічна повторюваність напрямку вітру;

Р0
– повторюваність напрямку вітрів одного румба при круговій “розі вітрів” (при восьмирумбовій “розі” Р0
= 100/8 = 12,5%).

Так як Lсан
ст
< X < 3 Lсан
ст.
, тобто 300м<429м<900м, то Lсан
= Х=429м.

Дані подаємо у таблицю 8.

Таблиця 8 – Уточнена санітарно-захисна зона для заводу по вижигу коксу

Напрямки вітру	Пн	Пн-Сх	Сх	Пд-Сх	Пд	Пд-Зх	Зх	Пн-Зх
Р	8	6	9	16	11	11	24	15
Р/Р0	0,64	0,48	0,72	1,28	0,88	0,88	1,92	1,2
Lсан ст	300	300	300	300	300	300	300	300
Lсан (Х)	429	429	429	429	429	429	429	429
Lсан 1	256	192	298	512	352	352	768	480

2.6
Визначення мінімальної висоти джерела викидів

Мінімальна висота одиночного джерела викидів (труби) Н (м), якщо встановлені значення М (г/с), Wo (м/с), V (м3
/с), D (м), визначається за формулою:

(2.11)

Якщо виконуються умови:

(2.12)

то значення Н є остаточним.

Якщо знайдене значення , то значення мінімальної висоти труби визначається за формулою:

(2.13)

За знайденим таким чином значенням Н1
визначають значення f1
, Vm1
, та встановлюються у першому приближенні коефіцієнти m=m1
і n = n1
. Якщо , то за значеннями m1
та n1
визначається друге наближення Н=Н2
за формулою:

(2.14)

В загальному випадку (і +1) –е наближення Н і+1
визначається за формулою:

(2.15)

де mi
,ni
– відповідає Hi
, а mi-1
, nі-1
- Hi-1
.

Уточнення значення Н призводиться поки два послідовно знайдених значення Н будуть відрізнятися менш ніж на 1 м

Так як , то значення мінімальної висоти труби визначається за формулою:

За знайденим таким чином значенням Н1
визначають значення f1
, Vm

>2, то n1
=1

Так як Н1
=14,62м, а Н2
=11,32м, то уточнення висоти труби необхідно продовжувати:

Тепер різниця між значеннями Н2
і Н3
складає 1м, тобто остаточне значення висоти труби приймаємо 10 м.

Список літератури

1. Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе веществ, содержащихся в выбросах предприятий / ОНД-86. Л., Гидрометеоиздат, 1987.

2. Указания к расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74 М., 1975.

3. Инструкция о порядке рассмотрения, согласования и экспертизы воздухоохранных мероприятий и выдачи разрешений на выброс загрязняющих веществ в атмосферу по проектным решениям. М., Гидрометеоиздат, 1984.