ПРОЦЕССЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Изменение концентрации примесей в атмосфере

Распространение в атмосфере выбрасываемых из высоких источни­ков (труб) загрязняющих веществ подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние ока­зывает состояние атмосферы, расположение предприятий, характер мест­ности, физические свойства выбросов, высота трубы, диаметр ее устья и др. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном ско­
ростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

На рис. 3.18 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выбросов. По мере удаления от трубы в направлении, совпадающим с направлением ветра, концентрация вредных примесей в приземном слое атмосферы сначала на­растает, достигает максимума на расстоянии 10.40 высот трубы и затем медленно убывает, что позволяет говорить о наличии трех зон неодинако­вого загрязнения атмосферы: зоны переброса факела выбросов, характери­зующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в при­земном слое атмосферы, зоны задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зоны постепенного снижения уровня загрязнения.

Для решения практических задач, прежде всего расчета величин ПДВ, наибольший интерес представляют случаи достижения при данных параметрах наиболее высоких уровней концентрации примеси в призем­ном слое воздуха, а также расчет соответствующих минимальных коэффи­циентов метеорологического разбавления. В основу расчета берутся эти уравнения в упрощенном виде.

Решение уравнения (3.127) при сформулированных выше граничных ус­ловиях, с использованием зависимостей (3.128)-(3.130), приводит к следующему уравнению для максимальной приземной концентрации при неблагоприятных метеорологических условиях:

Cm = AM Fnmn/[H2(VAT)ll\ (3.139)

Где А - параметр, характеризующий переносные свойства атмосферы (на терри­тории СНГ значения А для различных районов изменяются в диапазоне

213 1|3

140.250 с мгІК г); М - интенсивность источника примеси, гіс; V =

23

ND0 w0/4 - объемный расход газовоздушной смеси, м Іс; F - безразмерный множитель, учитывающий оседание загрязнителя в атмосфере (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость оседания которых практически равна нулю, F = 1; для иных аэрозолей F = 2 при степени очистки выбросов є не менее 90%; F = 2,5 при є = 75.90% и F = 3 при є = 0. 75%); ц - безразмер­ный коэффициент, учитывающий влияние рельефа (в случае ровной местности или местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, ц = 1); m и n - коэффициенты, значения которых зависят от параметров

Vm = 0,65( VAT/H)112, міс (3.140); f= 1000(wo2D</H2AT), м І(с2К) (3.141), характеризующих условия истечения газовоздушной смеси и находятся по графикам на рис. 3.19.

Для маломощных слабо нагретых (холодных) выбросов, к которым относятся большинство вентиляционных выбросов, расчет максимальной приземной концентрации при "опасной" скорости ветра ведется по форму­ле

CM = AMFnn D0/(8 H4/3V), (3.142)

1/3

Где А - параметр, имеющий размерность мгм /г и равный по величине пара­метру А в формуле (3.139). Значение безразмерного множителя n также опре­деляется по рис. 3.19,б, но параметр VM вычисляется по формуле

Vm = 1,3 (woDq/H), м/с. (3.143)

°'3 1

Рис. 3.19,б. Зависимость множителя n от параметра VM

Расстояние, на котором достигается максимальная концентрация на по­верхности земли, находится из соотношения

Xm = (5 - F)dH/4, (3.144)

Где d - безразмерный множитель, значение которого определяется по рис. 3.20,а и 3.20,б (нагретые выбросы) и рис. 3.21 (холодные выбросы).

Значения приземных концентраций в произвольных точках на оси Ох подсчитываются по формуле

С = S1Cm, (3.145)

Где s1 - безразмерный множитель, определяемый по рис. 3.22.

Приземные концентрации в точках с координатами х, у находятся по фор-

Муле

CY — S2 С,

Где s2 - коэффициент, величина, которого находится по рис. 3.23, где t

2 2 u(y/x) при u < 5 м/с; t — 5(y/x) при u > 5м/с.

ЦІ 0,2 03

Рис. 3.23. Зависимость коэффициента s2 от параметра t.

Формулы (3.139), (3.142) дают возможность рассчитать необходимую вы­соту выброса Н, если известны интенсивность источника примеси и условия ис­течения газовоздушной смеси. Полагая См = ПДК, получаем: - для A T > 0 - нагретые выбросы

H — [АМРтпп/(ПДКГ1/3АТ1/3)]1/3; (3.147)

- для AT « 0 - холодные выбросы

H — [AMFA/(8 ^ДК)]3/4. (3.148)

Поскольку значения коэффициентов m и n зависят от Н, задача решается путем последовательных приближений, то есть подбором ищутся значения Н, при которых уравнения (3.147), (3.148) будут удовлетворяться.

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу также могут быть рас­считаны с помощью уравнений (3.139), (3.142). Полагая в них См = ПДК, М = ПДВ, находим:

- нагретые выбросы

ПДВ = ПДК^2(^ AT)1/2/(AFm n п); (3.149)

- холодные выбросы

ПДВ = [ПДК. H^A Fn n)](8 V/Do). (3. 150)

В формулах (3.147)-(3.150) фигурирует максимально разовое значение

ПДК.

Формула (3.144) позволяет определить границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятия. Размеры СЗЗ вычисляются с учетом среднегодовой повторяемо­сти направления ветров рассматриваемого румба Р (%):

L=Xm(P/Po), (3.151)

Где Р0 - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой ро­зе ветров, %. Например, при восьмирумбовой розе ветров Р0 = 100/8 = 12,5%.

Изложенная методика расчета справедлива для неблагоприятных метеоро­логических условий, когда турбулентный перенос в вертикальном направлении максимален. Такая ситуация соответствует большим отрицательным (сверх­адиабатическим) градиентам температур, способствующим развитию естествен­ной конвекции.

Максимальное значение приземной концентрации в этом случае выше, чем при равновесном состоянии атмосферы или при формировании инверсион­ного слоя.

Наличие местных аномалий давления и температуры, связанных с влия­нием различных факторов (обтекание препятствий ветровым потоком, горизон­тальные градиенты температуры, процессы испарения и др.) может существен­но влиять на форму факела и распределение концентраций.

Совершенно иначе происходит распространение примеси от низких ис­точников, которые находятся в вихревых (отрывных) зонах, образующихся при об­текании зданий и сооружений ветром. Примесь вовлекается в циркуляционное движение, концентрация ее увеличивается до того момента, когда турбулент­ный перенос через границу вихревой зоны уравновесит интенсивность источ­ника примеси. Далее распределение концентраций в вихревой зоне стационарно.