Задание-1

1
Задание 1
ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Определить ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника (котельной). 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). 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).
Расчет
1. Величина ПДВ (г/с) по каждому из вредных веществ рассчитывается по
формуле
(Спдк  Сф) Н 2
ПДВ 
 3 W  T , г/с
(1)
A Fmn 
где ПДК - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества,
3
мг/м , Сф -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3; Н - высота источника выброса, м; W - расход газовоздушной смеси, м3/с, который определяется
по формуле:
W
 D
4
2
  , 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=Тг – Тв, °С,
(3)
Тв - средняя температура самого жаркого месяца, а для котельных, работающих только для отопления – это 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, 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 га-
2
зовоздушной 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:
1
m
,
(4)
0,67  0,1  f  0,34  3 f
где при параметре f<100 (а это почти всегда в стандартных источниках),
f=1000·
ωD
,
H 2  ΔT
(5)
n = 0,532 . V2 – 2,13 . V + 3,13;
При скорости ветра, изменяющейся в пределах 0,5<Vветра≤2, м/с
V = 0,65. 3 W  ΔT ;
1
(6)
(7)
H
 - коэффициент, учитывающий влияние рельефа. При перепаде высот ме-
нее 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 (ао/h0).
2. Максимальная концентрация загрязняющего вещества при фиксированных выбросах из источника (Мх, г/с) рассчитывается по формуле:
Сmax =
A  Mx  F  m  n  η
H 2  3 W1  ΔT
,
(8)
При этом замеренная (фиксированная) масса загрязняющего вещества Мx,
может быть любая: больше или меньше величины ПДВ.
Расстояние от источника загрязнения, на котором наблюдается максимальная концентрация вредного вещества, определяется по формуле:
5F
lmax =
4
d  H ,
(9)
d - аэродинамический коэффициент.
При холодных выбросах, когда Т ≈ 0°С, d = 5,7; при горячих выбросах,
то есть Т >> 5°С, коэффициент d определяется по формуле:
d=2,48∙[1+0,28  3
ω0  D
3
800 (1,3
)
Η
.
(10)
3. Построение кривой распределения приземных концентраций загрязнения по оси факела проводится следующим образом. Находим Сх по формуле:
Сх=Сmax∙S0-lx
(11)
3
где Сx - концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м ;
S0-lx - коэффициент пересчета от максимальной концентрации Сmax к концентрации загрязнения в любой точке на расстоянии lx от источника выброса.
Коэффициент S0-lx определяется:
3
при
lx
l max
при 1 <
S0-lx=3.(
<1:
lx
l max
lx
l max
)4 – 8 . (
lx
l max
)3 + 6.(
lx
l max
)2 ,
(12)
1,13
≤8:
S0-lx=
0,13  (
.
lx
l max
(13)
)3  1
Кривая распределения приземных концентраций по оси факела строится
по величине максимальной концентрации и как минимум 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:
Р
l=L0∙
Р0
,
(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
Скорость выхода газовоздушной
смеси  , м/с
Температура газовоздушной смеси Тг, °С
Температура окружающего воздуха Тв,, °С
Загрязняющее вещество *
Фоновые концентрации Сф, г/м3
Перечень данных
Эффективность очистки Э,%
Повторяемость ветров, %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
35
1,5
8
35
1,5
8
35
1,4
8
40
1,4
7
40
1,3
7
40
1,3
7
40
1,2
6
45
1,2
6
45
1,1
6
45
1,1
5
120
12
0
110
110
100
100
95
95
90
90
1
25
2
25
3
25
Предпоследняя цифра шифра
4
5
6
7
8
25
25
20
20 20
9
20
10
20
Зола
СО
NO2
SO2
V2O5
Зола
СО
NO2
SO2
V2O5
0,01
2,0
0,03
0,02
0,0005
0,01
2,0
0,03
0,02
0,0005
9
60
10
60
8
10
12
16
12
10
1
90
2
90
3
80
Предпоследняя цифра шифра
4
5
6
7
8
80
75
75
60 60
С 17
СВ 17
В 16
10
15
17
9
10
11
12
10
12
12
12
12
5
10
8
12
12
12
15
16
15
4
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
12
10
7
9
12
17
14
12
7
8
14
16
16
15
9
12
11
14
15
14
12
12
12
16
12
10
16
17
17
17
12
10
12
16
14
12
10
8
11
13
15
16
15
13
11
9
7
11
18
17
NO2 - диоксид азота
V2O5 оксид ванадия
SO2 - сернистый газ
СО – монооксид углерода (сернистый газ)
• Значения ПДК для загрязняющих веществ приведены в табл. 1.
Таблица 2
Предельно-допустимые концентрации загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе населенных мест [8]
Вещества
ПДК, мг/м3
максимальная
разовая
среднесуточная
Класс
опасности
NO2 - aзота двуокись
(диоксид азота)
0,085
0,04
2
NH3 - aммиак
0,2
0,04
1
0,5
0,05
3
Ацетон
0.35
0.35
4
Бенз(а)пирен
-
0,00001 или
0,1 мкг/100 м3
1
Бензол
1,5
0,1
2
V2O5 - ванадия пятиокись
(оксид ванадия)
-
0,002
1
Водород хлористый
0,2
0,2
2
Дихлорэтан
3
1
2
Кислота азотная
0,4
0,15
2
Кислота серная
0,3
0,1
2
Марганец и его соединения
0,1
0,001
2
Сапса (зола)
0,15 (0,5)
0,05
3
Свинец и его соединения
-
0,0003
1
Сероводород
0.008
-
2
Хлор
0,1
0.03
2
Хром шестивалентный
0,002
0,002
1
СО - окись углерода
(монооксид углерода)
5
3
4
SO2 - aнгидрид сернистый (сернистый газ)
5
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 задания 1
ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Определить ПДВ загрязняющих веществ одиночного источника (котельной). 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).
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 котельная с одиночным источником выбросов, которая работает
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 ω =7 м/с, ее температура Tг=+125°С.
Средняя температура самого жаркого месяца года равна Тв=+25°С.
Фоновые концентрации Сф вредных веществ по данным санитарноэпидемиологической 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%.
6
РАСЧЕТ
Определение величины ПДВ (г/с) для окиси углерода СО, которая рассчитывается (по каждому из вредных веществ) по формуле:
(Спдк  Сф) Н 2
ПДВ 
 3 W  T , г/с,
(1)
A Fmn 
где: Спдк - предельно-допустимая концентрация загрязняющего вещества,
мг/м3,
Сф -фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3;
Н - высота источника выброса, м;
W - расход газовоздушной смеси, м3/с, который определяется по формуле:
W
 D
2
4
  = 3,14  1,4
4
2
 7  10,8 , 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 Тв, °С:
 Т=Тг – Тв=125–25=100 °С
(3)
Тв - 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:
1
1
m

=
0,67  0,1  f  0,34  3 f 0,67  0,1 0,08  0,34  3 0,08
1
0,67  0,1 0,28  0,34  0,43
1

0,85
 1,18 ;
(4)
где при параметре f<100 (а это почти всегда в стандартных источниках),
7
f=1000·
7 1,4
9,8
ωD
=

 0,08 ,
H 2  ΔT 352 100 122,500
(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.
При скорости ветра, изменяющейся в пределах 0,5<Vветра≤2, м/с
V = 0,65
10,8  100
. 3 W1  ΔT
= 0,65
H
.
10800

3
35
(6)
3
35
 0,65.3 30,8  0,65.3,14=2,04
(7)
 - коэффициент, учитывающий влияние рельефа. При перепаде высот ме-
нее 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).
η  1, т.к. местность ровная, с перепадом высот менее 50 м;
Тогда величина ПДВ по СО рассчитается по формуле:
(Спдк  Сф) Н 2
ПДВ 
 3 W  T =
A Fmn 
(5  2)  352
=
3  352
140 1,0 1,18 1,0 1,0
 3 1080 
165,2
10,25  227,86  227,9 , г/с.
2. Определение максимальной концентрации (Мх) СО.
Примем, что замеренное количество выбрасываемой окиси углерода Мх составило 60% от величины ПДВ, т.е. Мх=0,6. 227,9.136,7 г/с.
Сmax =
A  Mx  F m  n  η
H  W  ΔT
2
3
140  136,7  1,0  1,18  1,0  1,0
=

35  1080
2
19138  1,18
3
1225  1,02
 1,85 , мг/м3.
Проверим, соблюдается ли основное законодательное требование по
охране воздуха: Сх ≤ ПДК:
Сmax + Сф= 1,85 +2,0=3,85 мг/м3 < ПДК (5 мг/м3).
Расстояние от источника загрязнения, на котором наблюдается максимальная концентрация окиси углерода, равна:
5F
lmax=
dH , м
4
где d - аэродинамический коэффициент.
При холодных выбросах, когда Т  ~ 0°С, d = 5,7; при горячих выбросах,
то есть Т >> 5°С, коэффициент d определяется по формуле:
d=2,48∙[1+0,28
3
800  (1,3
D
H
) 3 =
7 1,4
2,48 ∙ [1+0,28  800  (1,3
7  1,4
3
3
35
.
.
.
) ]=2,48 [1+0,28 9,23 (1,3
35
) ]=
1,3  9,8
.
.
2,48 [1+2,58 (1,3
35
) ]=2,48 [1+2,58 . 0,36]=2,48 . 1,92=4,72;
8
5 1
Тогда
lmax=
 4,72  35 ≈ 165 м.
4
3. Построение кривой распределения концентрации СО по оси факела.
Для упрощения расчетов величину lx принимаем равной 1/3, 2/3, 1,33 и 1,66 от
lmax. Таким образом, определим концентрацию окиси углерода на расстоянии
55, 110, 220 и 275 м от источника загрязнения (котельной) (рис. 1).
Находим Сх по формуле:
Сх=Сmax∙S0-lx
где Сx - концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м3;
S0-lx - коэффициент пересчета от максимальной концентрации Сmax к концентрации загрязнения в любой точке на расстоянии lx от источника выброса.
Коэффициент S0-lx определяется:
при
lx
l max
S0-lx=3.(
<1:
при 1 <
lx
lx
)4 – 8 . (
l max
lx
l max
)3 + 6.(
lx
)2 ,
l max
(12)
1,13
≤8:
l max
S0-lx=
0,13  (
.
lx
(13)
)3  1
l max
Кривая распределения приземных концентраций по оси факела строится
по величине максимальной концентрации и как минимум четырем точкам на
различных расстояниях от источника выброса.
Коэффициент S0-lx определяется:
при
lx
l max
55
55
.
<1: S0-55 = 3 (
) – 8(
4
165
.
55
3
165
1
.
1
) + 6(
165
1
) = 3( ) - 8( ) – 6 ( )2 = 0,41;
2
4
3
3
3
3
С1 = 1,85 ∙ 0,41 = 0,76 мг/м3;
110
.
S0-110 = 3 (
110
) – 8(
4
165
.
110
3
165
.
) + 6(
2
165
2
2
) = 3( ) - 8( ) – 6 ( )2 = 0,89;
2
4
3
3
3
3
С2 = 1,85 ∙ 0,89 = 1,65 мг/м ;
3
при 1 <
1,13
lx
≤8
l max
S0-220=
0,13  (
lx
lmax
1,13
=
)2  1
0,13  (
165
С3 = 1,85 . .0,96.=1,78 мг/м3;
1,13
S0-275=
0,13  (
lx
lmax
1,13
=
)2  1
1,13

275
0,13  (
165
)2  1
1,36
 0,96
220
 0,83
С4 = 1,85 . 0,83 .= 1,54 мг/м3.
)2  1
9
Рис. 1. Кривая распределения концентраций загрязнения СО по оси факела
3. Определение размеров СЗЗ и ее корректировка с учетом розы ветров.
Для котельной, относящейся по СН-245-71 к V классу предприятий, нормативный размер СЗЗ равен 50 м от центра дымовой трубы. В том случае, когда
расчет показывает, что Сmax+Сф  ПДК, за размер СЗЗ принимается расстояние
от источника выброса до дальней границы зоны максимального задымления,
где величина загрязнения равняется 0,8 от Сmax.
В данном случае Сmax + Сф < ПДК
l=L∙
Р
,
Р0
(14)
где l - длина румба по СЗЗ;
L - 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%.
Размеры СЗЗ по различным румбам составляют:
17
С → l = 50
17
 68 м
СВ → l = 50
 64 м
ЮВ → l = 50 .
 40 м
12,5
9
.
З → l = 50
 36 м
12,5
ЮЗ → l = 50 .
.
В → l = 50 .
12,5
16
12,5
10
Ю → l = 50 .
.
12,5
12
12,5
7
 68 м
 48 м
 28 м
12,5
12
.
СЗ → l = 50
 48 м
12,5
Если расчетная величина расстояния (L) СЗЗ оказалась менее 50 м, то L
10
принимается равной минимальному значению по СЗЗ, т.е. 50 м (рис. 2)
Рис. 2. Размеры СЗЗ с учетом розы ветров района расположения котельной
Выводы:
1. ПДВ загрязняющих веществ (СО) одиночного источника (котельной)
составляет 227,9 г/с.
2. Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ равна
1,85 мг/м3, на расстоянии 165 м..
3. Размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) в соответствии с розой ветров
изменяются от 50 м на юго-западе до 68 м на северо-востоке.