Расчет рассеяния выбросов и сбросов загрязняющих

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

лист для замечаний

Оглавление

1 РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ.. 5

1.1  Общие положения. 5

2 РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА   7

2.1 Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества. 7

2.2 Расстояние х_м (м). 9

2.3 Значение опасной скорости u_м (м/с). 10

2.4 Приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³). 10

3         РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА. РЕШЕНИЕ.. 12

4 загрязнения водных объектов.. 16

4.1 Расчет ПДС для водотоков. 16

4.2 Расчет концентрации примеси С_р в произвольном створе. 17

4.3.Определение приоритетных загрязняющих веществ и источников их сброса……………………………………………………………………………………17

5 расчет загрязнений водных объектов.. 19

список использованных источников.. 23

1 РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ 1.1  Общие положения

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра.

В зависимости от высоты устья источника выброса вредного вещества над уровнем земли (Н) указанный источник относится к одному из следующих четырех классов:

а) высокие источники, Н50 м;

б) источники средней высоты, Н = 10…50 м;

в) низкие источники, Н = 2…10 м;

г) наземные источники, Н2 м.

При одновременном совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ (n), обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q, или значения концентраций n вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, приводится условно к значению концентрации (с) одного из них.

Безразмерная концентрация q определяется по формуле

                                                                               (1)

где с₁, с₂ … с_n (мг/м³) – расчетные концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности;

       ПДК₁, ПДК₂ … ПДК_n (мг/м³) – соответствующие максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Приведенная концентрация (с) рассчитывается по формуле

                                                                              (2)    

где с₁ – концентрация вещества, к которому осуществляется приведение; ПДК₁ – его ПДК; с₂ … с_n и ПДК₂ … ПДК_n – концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

2 РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА 2.1 Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества

С_м (мг/м³)при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м (м) от источника и определяется по формуле

                                                                                              (3)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М (г/с) – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н (м) – высота источника выброса над уровнем земли; h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, h = 1; DТ (⁰С) – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой воздуха Т_в; V₁ (м³/с) – расход газовоздушной смеси.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

- 250 – для районов Средней Азии южнее 40⁰ с.ш., Бурятской АССР и Читинской области;

- 200 – для Европейской территории РФ; для районов южнее 50⁰ с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии; для Азиатской территории; для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

- 180 – для Европейской территории и Урала от 50 до 52⁰ с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше территорий и Украины;

- 160 – для Европейской территории РФ и Урала севернее 52⁰ с.ш. (за исключением  центра ЕТ РФ), а также Украины;

- 140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Для других территорий значения коэффициента А должны приниматься соответствующими значениям коэффициента А для районов со сходными климатическими условиями.

Значения мощности выброса М (г/с) и расхода газовоздушной смеси  V₁ (м³/с) при проектировании предприятий определяется расчетом в технологической части проекта или принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами. Расход газовоздушной смеси определяется по формуле

                                                                                
                         (4)

где D (м) – диаметр устья источника выброса; w₀ (м/с) – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

При определении DТ (⁰С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в (⁰С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г (⁰С) – по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

- для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) равной 1;

- для мелкодисперных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, V_м, V’_м и f_e:

                                                                                
                      (5)

                                                                                                 (6)

                                                                                    
                   (7)

                                                                                
                       (8)

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:

 при f < 100;                                                                  (9)

 при f  100.                                                                           
               (10)

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от V_м по формулам:

n = 1 при V_м  2;                                                                             
                    (11)

n при 0,5  V_м < 2;                                                   (12)

n = 4,4×V_м при V_м < 0,5.                                                                                      (13)

При f   100 (или DТ » 0) и V^’_м  0,5 (холодные выбросы) коэффициент n вычисляется по формулам (11) – (13) при V_м =  V"_м, а при расчете максимального значения приземной концентрации вредного вещества с_м вместо формулы (3) используется формула

                                           (14)

Аналогично при f < 100 и V_м < 0,5 или f   100 и V^’_м <  0,5 (случаи предельно малых скоростей ветра) расчет максимального значения приземной концентрации вредного вещества с_м производится по формуле

,                                                                                              (15)

где m" = 2,86×m при f < 100 и V_м < 0,5;                                                             (16)

      m" = 0,9 при f   100 и V^’_м <  0,5.                                                                 (17)

2.2 Расстояние х_м (м)

Расстояние х_м (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м³) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с_м, определяется по формуле

,                                                                               
                     (18)

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

 при V_м  0,5;                                                                 (19)

 при 0,5 м  2;                                                        (20)  

  при V_м > 2.                                                                 (21)

При f   100 или DТ » 0 значение d находится по формулам:

d = 5,7 при V"_м  0,5;                                                                                          (22)

d = 11,4×V"_м при 0,5 < V"_м  2;                                                                           (23)

 при V"_м > 2.                                                                                     (24)

2.3 Значение опасной скорости u_м (м/с)

Значение опасной скорости u_м (м/с)на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ с_м, в случае f < 100 определяется по формулам:

u_м = 0,5 при V_м  0,5;                                                                                         (25) 

u_м = V_м при 0,5 < V_м  2;                                                                                   (26) 

u_м = V_м×(1+0,12×) при V_м > 2.                                                                        (27)

При f   100 или DТ » 0 значение u_м вычисляется по формулам:

u_м = 0,5 V"_м  0,5;                                                                                               (28)

u_м = V"_м при 0,5 < V"_м  2;                                                                                 (29)

u_м = 2,2×V"_м при V"_м > 2.                                                                                     (30)

2.4 Приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³)

При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ с (мг/м³) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х (м) от источника выбросаопределяется по формуле:

с = S₁×с_м,                                                                               
                                (31)

где S₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения  и коэффициента F по формулам:

 при   1;                                          (32) 

 при 1 <    8;                                                             (33)

  при F  1,5 и   > 8;                          (34)                                                                                                                 

 при F > 1,5 и  > 8.                              (35)

3        РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА. РЕШЕНИЕ

Расчет концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Расчет концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Объем газовоздушной смеси: V1==	м3/с	29,08
2	Перегрев газовоздушной смеси: ΔТ=Тг-Тв=29-25	0С	4
3	Параметр f: f=1000=1000	-	11,27
4	Параметр Vм: Vм=0,65=0,65	м/с	0,86
5	Параметр : V’м=1,3=1,3	-	0,42
6	Параметр fe: fe=800(V’м)3=800∙0,423	-	59,27
7	Параметр m: т.к. f<100, то m= =	-	0,57
8	Параметр n: n при 0,5  Vм < 2  n	-	1,692
9	Опасная скорость ветра um: uм = Vм при 0,5 < Vм  2	м/с	0,86
10	Параметр d:  при 0,5 м  2	-	6,929

Для двуокиси серы и оксилов азота рассчитываем приземные концентрации в атмосферном воздухе, расстояния от источников выбросов, опасную скорость ветра, рассеивание выбросов.

Расчет концентраций двуокиси серы и окислов азота  приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Расчет концентрации двуокиси серы и окислов азота

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Максимальная концентрация SO2: см==	мг/м3	0,166
2	Расстояние от источников выбросов : ==∙50	м	346,45
3	Коэффициент S1 для расстояния х: если x/xм≤1 S1=; если 1м≤8 S1=  при F  1,5 и   > 8 х= 50 м                               х/хм =0,144 х= 100 м                             х/хм = 0,289 х= 200 м                             х/хм = 0,577 х= 400 м                             х/хм = 1,155 х= 1000 м                           х/хм = 2,886 х= 3000 м                           х/хм = 8,659	- - - - - -	0,102 0,329 0,793 0,963 0,543 0,104
4	Концентрация сSO2 на расстоянии х: х= 50 м                               с = 0,166∙0,102 х= 100 м                             с = 0,166∙0,329 х= 200 м                             с = 0,166∙0,793 х= 400 м                             с = 0,166∙0,963 х= 1000 м                           с = 0,166∙0,543 х= 3000 м                           с = 0,166∙0,104	- - - - - -	0,017 0,055 0,132 0,160 0,090 0,017
5	Концентрация cNO2: Концентрация сNO2 и сSO2 связаны соотношением cNO2=cSO2∙=	мг/м3	0,00332
6	Расстояние от источников выбросов : ==∙50	м	346,45
7	Коэффициент S1 для расстояния х: если x/xм≤1 S1=; если 1м≤8 S1=  при F  1,5 и   > 8 х= 50 м                               х/хм =0,144 х= 100 м                             х/хм = 0,289 х= 200 м                             х/хм = 0,577 х= 400 м                             х/хм = 1,155 х= 1000 м                           х/хм = 2,886 х= 3000 м                           х/хм =8,659	- - - - - -	0,102 0,329 0,793 0,963 0,543 0,104
Продолжение таблицы 2
№ п/п	Характеристика, обозначение, расчет	Единица	Значение
8	Концентрация СNO2 на расстоянии х: х= 50 м                               с= 0,00332∙0,102 х= 100 м                             с= 0,00332∙0,329 х= 200 м                             с= 0,00332∙0,793 х= 400 м                             с= 0,00332∙0,963 х= 1000 м                           с= 0,00332∙0,543 х= 3000 м                           с= 0,00332∙0,104	- - - - - -	0,000337 0,00109 0,00263 0,00320 0,00180 0,000345

Расчет концентрации золы представлено в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет концентрации золы

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F	-	2,5
2	Максимальная концентрация золы : сз=cSO2∙=	мг/м3	0,083
3	Расстояние : ==	м	216,53
4	Коэффициент S1 для расстояния х: если x/xм≤1 S1=; если 1м≤8 S1=  при F > 1,5 и  > 8.                              х= 50 м                               х/хм = 0,231 х= 100 м                             х/хм = 0,462 х= 200 м                             х/хм = 0,924 х= 400 м                             х/хм = 1,847 х= 1000 м                           х/хм = 4,618 х= 3000 м                           х/хм = 13,855	- - - - - -	0,23 1,821 0,998 0,783 0,300 0,028
5	Концентрация сз на расстоянии х: х= 50 м                               с = 0,083∙0,23 х= 100 м                             с = 0,083∙1,821 х= 200 м                             с = 0,083∙0,998 х= 400 м                             с = 0,083∙0,783 х= 1000 м                           с = 0,083∙0,30 х= 3000 м                           с = 0,083∙0,028	- - - - - -	0,019 0,151 0,083 0,065 0,025 0,0023

Вывод: Произвели расчет максимального значения приземной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, рассчитали расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация максимальна, получили значение опасной скорости ветра, при которой достигается максимальное значение приземной концентрации вредных веществ и определили рассеивание выбросов вредных веществ.

4 загрязнения водных объектов 4.1 Расчет ПДС для водотоков

ПДС = С_ПДС×q^’, г/час,                                                                            
               (36)

где С_ПДС – концентрация примеси в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества воды в расчетных (контрольных створах), г/м³;

q^’ – максимальный часовой расход сточных вод, м³/час.

Расчетные створы (для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования) находятся в 1 км выше по течению от ближайшего пункта водопользования. Для объектов рыбохозяйственного водопользования расчетные створы располагаются не далее чем в 500 м от створа сброса сточных вод.

С_ПДСi = n×(ПДК_i - С_фi) + С_фi,                                                                               
  (37)

где n – кратность общего разбавления; n = n_н×n₀ (n_н – кратность начального разбавления; n₀ – кратность основного разбавления; при решении задач значение n_н принимается равным единице);

С_фi – фоновая концентрация примеси в водном объекте выше сброса сточных вод, г/м³.

                                                                                
                           (38)

,                                                                               
                      (39)

где g - коэффициент смешения, q – расход сточной воды, м³/с; Q - расход воды в водотоке (минимальный расход 95%-ной обеспеченности для наиболее маловодного месяца гидрологического года) м³/с;

L – расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа, м;

a - коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения:

,                                                                               
                           (40)

где j - коэффициент извилистости реки, j = L/L_пр (L_пр – расстояние от створа выпуска сточных вод до расчетного створа по прямой);

x - коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод, x = 1 (выпуск у берега) или x = 1,5 (выпуск в стрежень);

D – коэффициент турбулентной диффузии, м²/с,

D = (V_ср×h_ср)/200, где V_ср – средняя скорость течения реки и h_ср - средняя глубина реки на участке от створа выпуска сточных вод до расчетного створа.

Для приближенных расчетов принимают D = 0,005 м²/с (средние условия смешения, равнинные реки); D = 0,02 м²/с (интенсивные условия смешения, горные реки).

4.2 Расчет концентрации примеси С_р в произвольном створе

Из уравнения материального баланса примеси:

С_ст×q = C_p×(g×Q + q) - C_ф×g×Q                                                                         
        (41)

,                                                                               
            (42)

где g - коэффициент смешения на участке от створа выпуска сточных вод до расчетного створа.

4.3. Определение приоритетных загрязняющих веществ и источников их сброса

При анализе совокупности источников сброса наиболее приоритетные загрязняющие вещества можно определить по максимальной величине отношения :

, где                                    (43)

Приоритетные источники сброса для определенных примесей устанавливаются по величине отношения . Источники с  < 0,05 – 0,1 из дальнейших расчетов можно исключить (незначительный вклад в загрязнение расчетного створа).

5 расчет загрязнений водных объектов

Расчет ПДС Cr (VI) для водоема хозяйственно-питьевого и культурно- бытового использования в случае сброса у берега представлен в таблице 4.

Таблица 4 – Расчет  ПДС Cr (VI) для водоема хозяйственно-питьевого и культурно- бытового использования в случае сброса у берега

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод (выпуск у берега), ξ	-	1
2	Расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа L: L=1250-1000	м	250
3	Коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α:	-	1,404
4	Коэффициент смешения γ:	-	0,612
5	Кратность основного разбавления n0:	-	2693,8
6	Концентрация  загрязняющего вещества в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества в контрольных створах СПДС:	г/м3	268,03
7	Предельно-допустимый сброс ПДС:	г/час	12061,5
8	Концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе Ср:	мг/л	0,015

Расчет ПДС Cr (VI) для водоема хозяйственно-питьевого и культурно- бытового использования в случае сброса в стержень представлен в таблице 5.

Таблица 5 – Расчет  ПДС Cr (VI) для водоема хозяйственно-питьевого и культурно- бытового использования в случае сброса в стержень

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод (выпуск в стержень), ξ	-	1,5
2	Расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа L: L=1250-1000	м	250
3	Коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α:	-	2,105
4	Коэффициент смешения γ:	-	0,992
5	Кратность основного разбавления n0:	-	4365,8
6	Концентрация  загрязняющего вещества в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества в контрольных створах СПДС:	г/м3	434,398
7	Предельно-допустимый сброс ПДС:	г/час	19547,91
8	Концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе Ср:	мг/л	0,0097

Расчет ПДС Cr (VI) для водоема рыбохозяйственного водоиспользования в случае сброса у берега (расстояние до контрольного створа не меняется) представлен в таблице 6.

Таблица 6 – Расчет ПДС Cr (VI) для водоема рыбохозяйственного водоиспользования в случае сброса у берега

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод (выпуск у берега), ξ	-	1
2	Расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа L: L=1250-1000	м	250
Продолжение таблицы 6
№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
3	Коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α:	-	1,404
4	Коэффициент смешения γ:	-	0,612
5	Кратность основного разбавления n0:	-	2693,8
6	Концентрация  загрязняющего вещества в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества в контрольных створах СПДС:	г/м3	1,347
7	Предельно-допустимый сброс ПДС:	г/час	60,63
8	Концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе Ср:	мг/л	0,015

Расчет ПДС Cr(VI) для водоема рыбохозяйственного водоиспользования в случае сброса в стержень (расстояние до контрольного створа не меняется) представлен в таблице 7.

Таблица 7 – Расчет  ПДС Cr (VI) для водоема рыбохозяйственного водоиспользования в случае сброса в стержень

№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
1	Коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод (выпуск в стержень), ξ	-	1,5
2	Расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа L: L=1250-1000	м	250
3	Коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения α:	-	2,105
Продолжение таблицы 7
№ п/п	Характеристика, обозначения, расчет	Единица	Значение
4	Коэффициент смешения γ:	-	0,992
5	Кратность основного разбавления n0:	-	4365,8
6	Концентрация  загрязняющего вещества в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества в контрольных створах СПДС:	г/м3	2,183
7	Предельно-допустимый сброс ПДС:	г/час	98,235
8	Концентрация загрязняющего вещества в контрольном створе Ср:	мг/л	0,0097

Вывод: Определили кратность основного разбавления, концентрацию примеси в контрольном створе и ПДС Cr (VI) в случае если сброс происходит у берега и в стержень и в случае изменения вида водопользования с хозяйственно-питьевого и культурно-бытового на рыбохозяйственный.

список использованных источников

1.    Гигиенические нормативы химических веществ в окружающей среде/ под ред. Ю.А. Рахманина, В.В. Семеновой, А.В. Москвина. – СПб.: НПО «Профессионал», 2006. – 736 с.

2.    Гусева Т.В. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справ. Материалы/ Т.В. Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заика, В.Н. Виниченко, Е.М. Аверочкин. – М.; Форум, 2007. – 192 с.

3.    Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 375 с.

4.    Комплексные оценки качества поверхностных вод  / под ред. А.М. Никанорова. – Л.: Гидрометоиздат, 1984. – 139 с.

5.    Сердюцкая Л.Ф. Системный анализ и математическое моделирование экологических процессов в водных экосистемах. – М.: Либроком, 2009. – 144 с.

6.    Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений / под ред. Ю.А. Израэля. – М.: Наука, 2001. – 242 с.