в приземном слое атмосферы

Как следует из сказанного выше, НДВ для промышленных предприятий устанавливается с учетом обеспечения выполнения следующего условия:

Сⁱ _и + Сⁱ _ф £ ПДК ⁱ _мр, (1)

где Сⁱ _и – максимальная приземная концентрация i -вещества (без учета фона), создаваемая в совокупности всеми источниками выбросов рассматриваемого объекта (предприятия) в контрольных точках (на границе санитарно защитной зоны), мг/м³;

Сⁱ _ф – фоновая концентрация i -вещества, мг/м³;

ПДК ⁱ _мр – максимальная разовая ПДК i -вещества, мг/м³.

Данное условие должно выполняться как для индивидуальных веществ, так и для групп веществ, обладающих эффектом суммирования вредного воздействия. В случае содержания в атмосферном воздухе веществ, обладающих эффектом суммирования вредного воздействия, сумма отношений концентраций каждого из них к соответствующим ПДК не должна превышать единицу:

С ₁/ ПДК₁ + С ₂/ ПДК₂ + … + С_i / ПДК_i≤ 1. (2)

Основой для обоснования НДВ является прогноз ожидаемых концентраций вредных веществ в контрольных точках приземного слоя атмосферы, создаваемых источником выброса, с учетом фоновых концентраций. Указанный прогноз осуществляется на основе расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Рассеивание примесей в атмосфере – явление, сопутствующее любому выбросу загрязняющих веществ в атмосферу.

Рассеиванию подлежат очищенные и обезвреженные газовые выбросы. Примесь, выброшенная в атмосферу из источника, рассеивается и переносится в воздухе постоянно существующими вихрями разных масштабов. Интенсивность рассеивания в разных погодных условиях различна и определяется главным образом двумя факторами: направлением и силой ветра, температурой воздуха и ее изменением по высоте. Разность температур между слоями воздуха определяется степенью нагретости поверхности земли. Чем сильнее нагрета эта поверхность, тем интенсивнее вертикальное перемещение воздуха. Кроме состояния атмосферы существенное влияние на рассеивание оказывают параметры источника выбросов и особенности рельефа местности.

Все источники выбросов в атмосферу делятся на организованные – специальные технические устройства (труба, аэрационный фонарь, дыхательный и вентиляционный патрубки, вентиляционная шахта и другое), предназначенные для локализации поступления загрязняющих веществ в атмосферный воздух, задания скорости и направления выхода газовоздушной смеси, отходящей от источника выделения; и неорганизованные – не оснащенные специальными техническими устройствами источники выброса: погрузочно-разгрузочные работы, сооружения очистки сточных вод, склады открытого хранения сырья, материалов и отходов (пруды-отстойники и накопители, нефтеловушки, шлако- и хвостохранилища и другое), неплотности технологического оборудования, газоотводов, работы вне помещений (передвижные сварочные посты, окраска и другое) или в производственных помещениях, не оснащенных вентиляционными установками.

Организованные источники в зависимости от размеров делятся на точечные (труба) и линейные (аэрационный фонарь). Источники могут быть подвижными (мобильными) и неподвижными (стационарными). Основными параметрами источников, которые влияют на рассеивание выбросов, являются высота над поверхностью земли, размеры выходного отверстия (устья). Чем больше высота источника, тем больше территория, на которой рассеиваются выбросы. Труба высотой 100 м позволяет рассеивать вещества в круге радиусом до 20 км, а труба высотой 250 м – в радиусе до 75 км.

Характеристиками выбросов, учитываемыми при рассеивании, являются температура выброса, скорость выхода газовоздушного потока, содержание и физические свойства примесей (загрязняющих веществ). С увеличением разности температур между окружающим воздухом и выбрасываемым газовым потоком улучшаются условия рассеивания. Рельеф местности может оказывать существенное влияние на характер рассеивания и распределения примесей вблизи поверхности земли.

Наихудшие условия рассеивания создаются при так называемых неблагоприятных метеорологических условиях. К ним относятся застойные явления, связанные с безветрием (штиль), туманом, нарушением характера изменения температуры воздуха по высоте (температурная инверсия). При неблагоприятных метеорологических условиях возникает опасность значительного увеличения приземных концентраций загрязняющих веществ, возникновения смога и т. д.

В основу математической модели рассеивания, которая приведена в действующем в республике нормативном документе ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», положены численные решения уравнения атмосферной диффузии с различными граничными условиями. Расчет по модели производится с использованием компьютерных программ («Эколог», «Гарант», «Призма» и др.), которые выполняют перебор скоростей и направлений ветра так, что в каждом узле расчетной сетки (точках территории, прилегающей к источникам выбросов) определяется «максимальная» приземная концентрация загрязняющего вещества с учетом фоновых концентраций (либо без их учета) и наличия в выбросах веществ, обладающих эффектом суммирования вредного воздействия. В каждой точке пространства концентрации загрязняющего вещества, создаваемые отдельными источниками выбросов, суммируются.

Эта модель широко используется на практике, в том числе, как уже упоминалось, при обосновании НДВ в атмосферу.

Рассмотрим особенности применения методики относительно расчета загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С _м, мг/м³, выбрасываемого из одиночного точечного источника при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях определяется по формуле (3) (для так называемых «нагретых» выбросов), либо (9) (для «холодных» выбросов).

, (3)

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (для Беларуси принимается равным 160);

M – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (массовый выброс), г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных веществ F = 1, для аэрозолей (пыли, золы и т.п.) зависит от степени очистки выбросов: при степени очистки 90% и более F = 2, при степени очистки 75–90% F = 2,5, при степени очистки менее 75% либо отсутствии очистки F = 3;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

η –безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1);

H – высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается H = 2 м), м;

V – расход газовоздушной смеси, м³/с;

Δ T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси T _г и температурой окружающего атмосферного воздуха T _в, °С.

Расход газовоздушной смеси V, м³/с, определяют по формуле:

, (4)

где D – диаметр устья источника выброса, м;

ω – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, v _м, v' _м и f_e:

f = (10³ ω ² D)/(Н ²D T), (5)

v _м = 0,65(V D T / H)^1/3, (6)

v' _м = 1,3 ωD / H, (7)

f_e = 800(v' _м)³. (8)

Если выполняется условие f_e < f < 100, значение коэффициента m определяется по графикам на рис. 1 в зависимости от f_e. Если условие не выполняется – в зависимости от f.

Рис. 1. – Коэффициент m

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v _м, а при f ≥ 100 в зависимости от v' _м (рис. 2).

Рис. 2. – Коэффициент n

Если разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха невелика и соблюдается условие f ≥ 100 («холодные» выбросы) при расчете С _м вместо формулы (3) используется формула:

, (9)

Расстояние x _м, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С _м, определяется по следующей формуле:

x _м = (5 – F) dH /4, (10)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

d = 2,48(1 + 0,28 f_e ^1/3) при v _м £ 0,5; (11)

d = 4,95 v _м(1 + 0,28 f_e ^1/3) при 0,5 < v _м £ 2; (12)

d = 7 v _м^1/2(1 + 0,28 f_e ^1/3) при v _м > 2. (13)

При f ≥ 100 значение d находится по формулам:

d = 5,7 при v' _м £ 0,5; (14)

d = 11,4 v' _м при 0,5 < v' _м £ 2; (15)

d = 16 v' _м^1/2 при v' _м > 2. (16)

Рис. 3. Коэффициент s ₁ в зависимости от значения отношения x/x _v

Приземная концентрация вредных веществ С_х, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на произвольном расстоянии x, м, от источника выброса определяется по формуле:

C_х = s ₁ C _м, (17)

где s ₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения x / x _м по рис. 3 (легкая примесь – при F £ 1,5).

Величина НДВ устанавливается для конкретного источника и вещества. На основании величины НДВ может быть определена необходимая степень очистки отходящих от источника выделения газовоздушных потоков по i -му веществу перед выбросом в атмосферу:

h_о = (М_i – НДВ _i) / М_i, (18)

где М_i – максимальное выделение загрязняющего вещества из источника, г/с.

Для обоснования НДВ расчетным путем устанавливается такое значение M, г/с, при котором соблюдается условие формулы (1) на расстоянии, ограниченном санитарно-защитной зоной и расположением ближайших жилых домов, природоохранных объектов и др.

Если для источника выделения установлены предельные значения концентрации выброса, как например, для котельных установок, работающих на газообразном, жидком и твердом топливе (СТБ 1626.1-2006), или на биомассе (СТБ 1626.2-2006), то степень очистки может быть определена по формуле:

h_о = (С_i – С _пк _i) / С_i, (19)

где С_i – концентрация i -го загрязняющего вещества в газовоздушном потоке, отходящем от источника выделения, мг/м³;

С _пк _i – предельное значение концентрации выброса i -го загрязняющего вещества (норма выброса) по ТНПА.

Концентрации загрязняющего вещества должны быть приведены к нормальным условиям (температура 0°С, давление 101,3 кПа, для котельных дополнительно содержание кислорода 6% и влажность 0%).

Задание. Определить обосновано ли устанавливается в качестве НДВ для точечного одиночного источника фактический массовый выброс, определенный на основании инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Граница санитарно защитной зоны находится на расстоянии 100 м от источника. Характеристики источника выброса приведены в табл. 1. Значения коэффициента А, характеризующего климатические и метеорологические условия, принять равным 160; коэффициента h, зависящего от рельефа местности, – 1,0; фоновой концентрации загрязняющего вещества – 0,4×ПДК_мр.

Контрольные вопросы

1. Перечислите показатели (условия), которые учитывают при установлении нормативов допустимых выбросов.

2. Дайте определение НДВ.

3. Как классифицируют источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

4. Перечислите факторы, влияющие на рассеивание выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

5. Поясните, что лежит в основе определения необходимой степени очистки отходящих от источника выделения газовоздушных потоков перед выбросом в атмосферу.

Таблица 1

Варианты задания

Характеристика источника выброса	Вариант исходных данных

Загрязняющее вещество	Твердые частицы	SO₂	NO₂	Пыль древесная	СО	Формаль-дегид	Пыль поливинил-хлорида	Фенол	NH₃	Пыль полисти-рола	Твердые частицы	SO₂	NO₂	Пыль древесная	СО
Массовый выброс, г/с				0,3		0,082	0,01	0,02	0,05	0,2		7,5		1,38
ПДК_мр, ОБУВ, мг/м³	0,3	0,5	0,25	0,4		0,03	0,1	0,01	0,2	0,35	0,3	0,5	0,25	0,4
Степень очистки, %		–	–		–	–		–	–			–	–		–
Высота источника, м
Диаметр устья источника, м	1,1			0,35	1,4	0,3	0,25	0,3	0,4	0,5	1,1			0,35	1,4
Скорость выхода газовоздушной смеси, м/с			8,4		5,2	6,2		4,8	3,9	5,1			8,4		5,2
Температура газовоздушной смеси, ^оС
Температура окружающего воздуха, ^оС