2 Расчеты рассеивания веществ в

АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

Расчеты рассеивания веществ в атмосферном воздухе проводятся по методике [7] (далее–Методика).

В общем случае для решения как прямой (расчет приземных концентраций веществ в атмосферном воздухе, создаваемых выбросами, на заданных (но не более 100 км) расстояниях от источника выброса), так и обратной (расчет нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу) задачи расчетов рассеивания веществ в атмосферном воздухе необходимо установить:

• метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания веществ в атмосферном воздухе в районе расположения предприятия (температура воздуха, коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности и др.);

• характеристики параметров выбросов (масса загрязняющих веществ, агрегатное состояние и дисперсность веществ, высота источника выброса, температура и скорость выхода из устья источника газовоздушной смеси и др.);

• данные о фоновых концентрациях веществ в атмосферном воздухе в районе расположения источника/предприятия (без учета выбросов источника/предприятия), о наличии в выбросах веществ, обладающих эффектом суммации вредного действия.

Поскольку по Методике определяются разовые концентрации, относящиеся к 20-минутному интервалу времени, то для расчетов используют максимально разовые предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, а также значения масс загрязняющих веществ (мощностей выброса), отнесенные к этому же интервалу времени.

При использовании расчетно-аналитического метода мощность выброса рассчитывается по формуле

для одного источника ,	(2.1)
для N однотипных источников ,	(2.2)

где С_max  максимальная концентрация загрязняющего вещества в газовоздушной смеси в устье источника выбросов, мг/м³; V₁ – объемный расход газовоздушной смеси в устье источника выбросов, м³/с.

Значения С_max, V₁ принимаются по данным инструментального контроля. Продолжительность отбора проб при инструментальных замерах концентраций загрязняющих веществ должна составлять 20 мин. Объемный расход газовоздушной смеси рассчитывается по измеренной средней скорости выхода газовоздушной смеси из устья источника:

.

(2.3)

В случае определения выбросов, обусловленных сжиганием топлива, объем газовоздушной смеси продуктов сгорания V₁, м³/с, может быть рассчитан по формуле

,

(2.4)

где Q  расход твердого или жидкого топлива, кг/год, или расход газообразного топлива, м³/год; V_о  расход воздуха, необходимый для сгорания единицы массы или объема топлива, м³/кг или м³/м³;   время работы источника выделения, час/год.

В расчетах принимают значения V_о: уголь  5,5 м³/кг; дизтопливо  10,8 м³/кг; мазут  8,4 м³/кг; газ  10 м³/м³.

При наличии в выбросе нескольких загрязняющих веществ с одинаковым ЛПВ эффект их отрицательного действия усиливается (эффект суммации вредного действия веществ) (таблица 2.1). В этих случаях при нормировании необходимо исходить из соблюдения более жесткого требования  сумма отношений концентраций каждого из загрязняющих веществ в атмосферном воздухе к соответствующим ПДК не должна превышать единицы или для территорий, подлежащих особой охране,  0,8 [8].

Рекомендуется следующий алгоритм расчета при нормировании выбросов для одиночного источника.

1 Расчет для каждого вещества максимальных приземных концентраций С_м1, С_м2, …, С_мi в атмосферном воздухе, создаваемых выбросом от источника.

2 Проверка выполнения основного условия нормирования:

без учета эффекта суммации вредного действия веществ ,	(2.5)
с учетом эффекта суммации вредного действия веществ ,	(2.6)

Таблица 2.1 – Перечень веществ, обладающих эффектом суммации [9]

1	Аммиак, сероводород
2	Аммиак, сероводород, формальдегид
3	Аммиак, формальдегид
4	Азота диоксид и оксид, мазутная зола, серы диоксид
5	Азота диоксид, гексан, углерода оксид, формальдегид
6	Азота диоксид, гексен, серы диоксид, углерода оксид
7	Азота диоксид, серы диоксид
8	Азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол
9	Акриловая и метакриловая кислоты
10	Акриловая и метакриловая кислоты, бутилакрилат, бутилметакрилат, метилакрилат, метиметакрилат
11	Ацетальдегид, винилацетат
12	Ацетон, акролеин, фталевый ангидрид
13	Ацетон, фенол
14	Ацетон, ацетофенон
15	Ацетон, фурфурол, формальдегид и фенол
16	Ацетон, трикрезол
17	Ацетофенон, фенол
18	Аэрозоли пятиокиси ванадия и окислов марганца
19	Аэрозоли пятиокиси ванадия и сернистый ангидрид
20	Аэрозоли пятиокиси ванадия и трехокиси хрома
21	Бензол и ацетофенон
22	Валериановая, капроновая и масляная кислоты
23	Вольфрамовый и сернистый ангидриды
24	Гексахлоран и фозалон
25	2,3-Дихлор-1,4-нафтахинон и 1,4-нафтахинон
26	1,2-Дихлорпропан, 1,2,3-Трихлорпропан и тетрахлорэтилен
27	Изопропилбензол и гидроперекись изопропилбензола
28	Изобутилкарбинол и диметилвинилкарбинол
29	Метилгидропиран и метилентетрагидропиран
30	Моно, ди- и трипропиламины
31	Мышьяковистый ангидрид и свинца ацетат
32	Мышьяковистый ангидрид и германий
33	Озон, двуокись азота и формальдегид
34	Пропионовая кислота и пропионовый альдегид
35	Свинца оксид, серы диоксид
36	Сероводород и динил
37	Сероводород, формальдегид
38	Сернокислые медь, кобальт, никель, серы диоксид
39	Серы диоксид, кислота серная
40	Серы диоксид, никель металлический
41	Серы диоксид, сероводород
42	Серы диоксид, углерода оксид, фенол и пыль конверторного производства
43	Серы диоксид, фенол
44	Серы диоксид, фтористый водород
45	Серы диоксид и трехокись серы, аммиак и окислы азота
46	Сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная)
47	Углерода оксид и пыль цементного производства
48	Уксусная кислота и уксусный ангидрид
49	Уксусная кислота, фенол, этилацетат
50	Фурфурол, метиловый и этиловый спирты
51	Циклогексан и бензол
52	Этилен, пропилен, бутилен и амилен

где С_мi  расчетная максимальная приземная концентрация i-го загрязняющего вещества; C_фi  фоновая концентрация i-го вещества в атмосферном воздухе в месте расположения источника выброса; ПДК_i  предельно допустимая максимально разовая концентрация i-го вещества в атмосферном воздухе населенных мест.

3 Установление нормативов ПДВ.

А) Для веществ, для которых выполняется основное условие нормирования, нормативы ПДВ устанавливаются на уровне фактических выбросов М_i, г/с, значения которых были использованы при расчетах С_мi.

Б) При невыполнении условия нормирования нормативы ПДВ для загрязняющих веществ, не обладающих эффектом суммации, рассчитываются по формулам

для нагретых выбросов ,	(2.7)
для холодных выбросов .	(2.8)

Для веществ, обладающих эффектом суммации, нормативы ПДВ устанавливаются в соответствии с п.8.5.10 Методики.

Требуемая степень очистки выбросов по i-ому веществу _треб, %, рассчитывается по формуле

.

(2.9)

На результатах расчета рассеивания загрязняющих веществ базируется и обоснование размеров СЗЗ для объектов, их отдельных зданий и сооружений с технологическими процессами, являющимися источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека

Санитарно-защитная зона отделяет территорию промышленной площадки от жилой застройки, ландшафтно-рекреационной зоны, зоны отдыха, курорта с обязательным обозначением границ специальными информационными знаками.

Размеры СЗЗ установлены санитарными правилами и нормами [10] в зависимости от мощности, условий эксплуатации, характера и количества выделяемых в окружающую среду загрязняющих веществ, создаваемого шума, вибрации и других вредных физических факторов. В соответствии с классификацией предприятий и производств, тепловых электрических станций, складских зданий и сооружений установлено пять размеров минимальных санитарно-защитных зон: предприятия I класса – 1000 м; II класса – 500 м; III класса – 300 м; IV класса – 100 м; V класса – 50 м.

В соответствии с Методикой (п.8.6.1) достаточность ширины СЗЗ по принятой классификации должна быть подтверждена расчетами рассеивания выбросов в атмосфере для всех загрязняющих веществ. Если расчетные концентрации нормируемых загрязняющих веществ в контрольных точках, расположенных на границе СЗЗ, превышают ПДК, производится уточнение размеров СЗЗ (п.8.6.2 Методики). Расчеты, уточняющие размеры СЗЗ, проводятся по каждому из восьми румбов среднегодовой розы ветров района расположения предприятия. Далее вновь проводится расчет рассеивания с уточненной СЗЗ.

Уменьшать санитарно-защитную зону можно только при: 1) объективном доказательстве стабильного достижения уровня техногенного воздействия на границе СЗЗ и за ее пределами в рамках и ниже нормативных требований по материалам систематических (не менее чем годовых) лабораторных наблюдений за состоянием загрязнения воздушной среды (для вновь размещаемых предприятий возможен учет лабораторных данных объектов-аналогов); 2) подтверждении замерами снижения уровней шума и других физических факторов в пределах жилой застройки ниже гигиенических нормативов; 3) уменьшении мощности, изменении состава, перепрофилировании предприятия и связанным с этим изменением класса опасности (п.2.19 [10]).

Размеры СЗЗ L_р, м, по каждому направлению ветра рассчитываются по формуле

,

(2.10)

где L_о  расчетный размер участка местности, где приземная концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе С_i, мг/м³, с учетом фоновой концентрации от других источников превышает ПДК_мр.i; Р  среднегодовая повторяемость направления ветра рассматриваемого румба, %; Р_о  повторяемость направления ветра рассматриваемого румба при круговой розе ветров, %.

Для восьмирумбовой розы ветров повторяемость направления ветра рассматриваемого румба составляет Р_о=100/8=12,5%. Данные по среднегодовой повторяемости направления ветра рассматриваемого румба получают в территориальном органе Росгидромета.

Если химическое загрязнение атмосферы является определяющим фактором, размер СЗЗ может устанавливаться:

• от границы территории промплощадки: в случае организованных и неорганизованных источников при наличии технологического оборудования на открытых площадках, наличия источников, рассредоточенных по территории предприятия, наличия наземных и низких источников, холодных выбросов средней высоты;

• от источника выбросов загрязняющих веществ: в случае наличия только высоких источников нагретых выбросов.

Примеры решения задач

Задача 2.1. Источник выброса  котельная тепловой мощностью 200 Гкал, работающая на угле, располагается на ровной местности в Красноярском крае. Золоочистка отсутствует. Исходные данные для расчета приведены в таблице 2.2.

Определить: а) приземные концентрации золы, которые создаются в атмосферном воздухе от нагретых выбросов котельной на заданном удалении (50, 100, 200, 400, 500, 1000, 3000 м) от нее; б) выполняется ли основное условие нормирования выбросов золы.

Таблица 2.2 – Исходные данные для расчетов

№ пп.	Характеристика, обозначение	Ед.изм.	Значение
	Число дымовых труб N	шт.	1
	Высота дымовых труб Н	м	35
	Диаметр устья трубы D	м	1,4
	Скорость выхода газовоздушного потока о	м/с	7
	Температура газовоздушного потока ТГ	оС	125
	Температура окружающего воздуха ТВ	оС	25
	Выброс диоксида серы MSO2	г/с	12
	Выброс золы Mзола	г/с	2,6
	Выброс оксидов азота (в пересчете на диоксид азота) MNO2	г/с	0,2
	Фоновая концентрация вещества в атмосферном воздухе в районе расположения котельной (без учета выбросов котельной): Сф SO2 Сф зола Сф NO2	мг/м3 мг/м3 мг/м3	0,025 0,25 0,07
	Предельно допустимая максимальная разовая концентрация вещества в воздухе населенных мест: ПДКмр SO2 ПДКмр зола ПДКмр NO2	мг/м3 мг/м3 мг/м3	0,5 0,5 0,085
	Ширина СЗЗ	м	500

Решение. Расчеты проводятся по Методике, на пункты и формулы которой даются ссылки. Алгоритм решения задачи и результаты расчетов приведены в таблице 2.3.

Проверку выполнения основного условия нормирования выбросов угольной золы, не обладающей суммацией вредного действия, проводим по формуле (2.5): (0,12+0,25)/0,5=0,741, следовательно, основное условие нормирования выполняется.

Таблица 2.3 – Алгоритм решения и результаты расчетов

№ пп.	Характеристика, обозначение, расчетная формула	Ед.изм.		Значение
	Коэффициент  (п.2.1)	-		1
	Коэффициент А (п. 2.2)	-		200
	Коэффициент F для золы (п. 2.5)	-		3
	Объемный расход газовоздушного потока (формула 2.2):	м3/с		10,8
	Перегрев газовоздушного потока :	оС		100
	Параметр f (формула 2.3):	-		0,56
	Параметр vм (формула 2.4):	м/с		2,04
	Параметр (формула 2.5):	-		0,36
	Параметр fe (формула 2.6):	-		38,58
	Параметр m (формула 2.7а или рисунок 2.1): при f<100 =	-		0,98
	Параметр n (формула 2.8а или рисунок 2.2): при f<100 и vм 2	-		1
	Опасная скорость ветра uм (формула 2.16в): при vм >2	м/с		2,2
	Параметр d (формула 2.14в): при f<100 и vм >2	-		12,3
Расчет концентраций золы
	Максимальная приземная концентрация золы См (формула 2.1):		мг/м3	0,12
	Расстояние от источника, на котором достигается См (формула 2.13):		м	215