Расчет процесса рассеивания выбросов в приземном слое воздуха

Методика расчета концентраций вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, разработана группой авторов главной геофизической лаборатории имени А.И.Воейкова Госкомгидромета.

Общие положения методики

Методика предназначена для расчета концентраций вредных веществ в двухметровом (приземном) слое воздуха над поверхностью земли.

Могут рассчитываться и вертикальные распределения концентраций.

Методика не позволяет рассчитать концентрации на больших расстояниях (>100км). Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха оценивается по значениям концентраций, которые рассчитываются при неблагоприятных метеоусловиях и в том числе при опасной скорости ветра.

Неблагоприятные для рассеивания выбросов метеоусловия характеризуются температурами воздуха, которые возрастают с увеличением высоты над поверхностью земли. Такие условия называются инверсией.

Скорость ветра оказывает неоднозначное влияние на рассеивание вредных веществ. С одной стороны, ее увеличение способствует турбулентному перемешиванию загрязнений с окружающим воздухом и снижению их концентраций за счет разбавления. С другой стороны, ветер уменьшает высоту факела над устьем трубы, пригибая его к поверхности земли и способствуя повышению концентраций в приземном слое атмосферы. Скорость ветра, при которой приземные концентрации при прочих равных условиях имеют наибольшие значения, называется опасной скоростью ветра.

Для предотвращения отклонения струи вблизи горловины трубы скорость выбрасываемых газов должна вдвое превышать опасную скорость ветра на уровне горловины трубы.

На процессы рассеивания вредных выбросов из труб и вентиляционных устройств оказывают влияние многие факторы:

· расположение предприятий и источников выбросов (наличие других зданий в зоне рассеивания);

· характер местности (впадины, возвышения);

· состояние атмосферы (инверсия dТ_в/dh > 0, изотермия dT_в/dh = 0 и конвекция dТ_в/dh < 0, где Т_в – температура воздуха, h – высота над поверхностью земли);

· высота источника, скорость выброса и диаметр устья трубы;

· физико-химические свойства выбрасываемых веществ (плотность, размер частиц);

· температура газов и др.

Распространение промышленных выбросов в атмосфере подчиняется законам турбулентной диффузии. Горизонтальное перемещение примесей зависит в основном от скорости ветра, а вертикальное – от температуры и плотности газов, а также от распределения температур по высоте.

Характер распределения выбросов от одиночного источника загрязнений показан на рис. 3.3, где пространство под факелом по мере удаления от источника разделено на четыре зоны.

Зона задымления (рис. 3.3) имеет максимальную концентрацию вредных веществ и распространяется на расстоянии 10…49 высот трубы. Эта зона, как правило, исключается из зоны застройки.

Рассеивать в атмосфере разрешается не все виды загрязнений. При концентрации пыли в выбросах больше с_п или при размере частиц пыли больше 20 мкм газы следует подвергать очистке:

с_п = 100´ k, V_г ³ 15000 м³/ч,

с_п = k´(160 – 4V_г*10^-3), V_г < 15000 м³/ч,

k = 0,3, при ПДК_рз £ 2,

k = 0,6, 2<ПДК_рз £ 4,

k = 0,8, 4<ПДК_рз £ 6,

k = 1, ПДК_рз ³ 6.

Все источники выбросов подразделяют на точечные и линейные, затененные и незатененные.

Точечными считаются трубы, шахты, когда их поля рассеивания не накладываются друг на друга на расстоянии двух высот здания с заветренной стороны.

Линейными считаются источники, имеющие значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к вектору скорости ветра.

Незатененные, или высокие источники располагаются в недеформируемом потоке ветра (в 2,5 раза выше высоты ближайших зданий Н_зд).

Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени; их высота не превышает Н_зд.

В зависимости от высоты Н устья источника над уровнем земной поверхности их подразделяют на следующие классы:

а) высокие, Н³50 м;

б) средней высоты, Н=10…50 м;

в) низкие, Н=2…10 м;

г) наземные, Н£ 2 м.

В ОНД-86 Госкомгидромета [23] приведены методики расчета загрязнения атмосферы выбросами одиночного, точечного, линейного источников с учетом следующих усложняющих факторов:

· сложный рельеф местности;

· наличие нескольких (площадных) источников;

· группы источников;

· суммирование вредного действия нескольких веществ;

· наличие фоновых загрязнений.

Кроме того, приведены методики решения обратных задач, а именно:

· определение ПДВ;

· определение минимально-допустимой высоты трубы.