Идентификация выбросов в атмосферный воздух

Выбросы технологических процессов и технических систем при их работе в штатных режимах состоят:

— из веществ, поступающих в рабочее помещение; утечек рабочих сред из технических систем при нарушении их герметичности как в рабочую зону цехов, так и на промышленные площадки.

Масса выбросов М, возникающих при проведении технологических процессов, обычно рассчитывается по формуле.

где т_уЛ — удельное выделение загрязняющего вещества на единицу П характерного показателя производственного процесса (при расчете выбросов из плавильных агрегатов принимают, что П — производительность плавильного агрегата, т/ч; при расчете выбросов при электродуговой сварке принимают, что П — расход электродов, кг/ч; при расчете выбросов при резке металлов определяют П как произведение длины реза на толщину разрезаемого металла, м²/ч; при окраске II — расход лакокрасочных материалов, кг/ч); k — поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса; г| — эффективность средств очистки выбросов, доли единицы (при их отсутствии Г| = 0).

Удельные выделения загрязняющих веществ при плавке чугуна в открытых чугунолитейных вагранках и электродуговых печах производительностью до 7 т/ч приведены ниже: загрязняющие вещества… пыль оксид углеоксиды диоксид углерода водороды азота серы удельные выделения веществ, кг/т, из разных плавильных агрегатов:

открытой вагранки 19 200 2,4 0,014 1,54.

электродуговой печи 8,1 1,5 — 0,29.

Когда осуществляют процесс ручной дуговой сварки сталей электродами с покрытием, т_уА на кг электродов составляют 40 г пыли, 2 г фтороводорода, 1,5 г оксидов углерода и азота.

При эксплуатации систем с повышенным давлением возможны утечки газов, паров и жидкостей через уплотнения разъемных соединений, трубопроводов, затворы трубопроводной арматуры (клапаны, вентили и др.).

Утечки газов Q_r (см³/мин) через затворы определяются по формуле.

где k — коэффициент, зависящий от класса герметичности (k = = 1″ ^10),‘ п — коэффициент, зависящий от вида арматуры (для вентилей п = 75*10 для затворов п = 2,6−10^_3); p_t— давление среды в трубопроводе, МПа; D — диаметр условного прохода, мм.

Объемы утечек газов значительно превышают утечки жидкостей <2_Ж, обычно <2,/(2_ж «(НЮ³.

Системы вентиляции рабочих помещений обычно выводят из помещения цеха 97% вредных веществ.

При сжигании топлива (уголь, мазут, природный газ) в котлах ТЭС образуется нетоксичные диоксид углерода (углекислый газ) и водяной пар. Кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие, как оксид углерода, оксиды серы и азота, летучая зола. Для ТЭС мощностью 1000 МВт характерны следующие выбросы: углекислого газа — 560 т/ч; паров воды — 105 т/ч; диоксида серы — 14 т/ч; оксидов азота — 4 и золы 0,85 т/ч при условии, что эффективность очистки дымовых газов от летучей золы составляет 0,99. Вблизи ТЭС, выбрасывающих такое количество загрязнителей, образуются зоны с повышенными (по сравнению с допустимыми) концентрациями вредных веществ протяженностью до 5 км и более.

Автомобильный транспорт при сжигании бензина или дизельного топлива выбрасывает отработавшие газы, состоящие из нетоксичных паров воды, диоксида углерода, азота, кислорода и водорода, а также из таких токсичных веществ, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, сажи, бенз[а]пирен и др. Состав отработавших газов ДВС зависит от режима работы двигателя.

Отработавшие газы ДВС в городах являются основными загрязнителями атмосферного воздуха. По данным обследований, концентрации оксида углерода СО (мг/м³) в воздухе автомагистралей (на краю проезжей части) можно найти по формуле.

где N — интенсивность движения автомобилей, авт/ч.

Характерные концентрации токсичных веществ в атмосферном воздухе для транспортных магистралей приведены ниже:

токсичные вещества… оксид углеоксиды углерода водороды азота концентрация веществ, мг/м³, для следующих категорий улиц:

магистральные… 16,5—28,2 1,8—3,2 6,8—8,0.

общегородские непрерывного движения… 54,3—66,0 6,0—7,7 12,6—15,5.

Концентрации оксида углерода и других токсичных компонентов отработавших газов автомобильных двигателей достигают наибольших значений на перекрестках. В этом случае.

где С_СО(_ПСр) — концентрация СО на перекрестке; С_со — то же на главной магистрали с интенсивностью движения N_{; N₂ — интенсивность движения на второстепенной магистрали.

Для устранения негативного влияния выбросов на приземной слой атмосферы в селитебной зоне устанавливают предельно допустимый выброс в атмосферу. Этот норматив устанавливается для каждого источника выброса так, чтобы содержание загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы от данного источника (или от совокупности источников с учетом перспективы их развития) при рассеивании вредных веществ в атмосфере не превышало норм, но качеству воздуха.

Предельно допустимый выброс определяется по методике ОНД-86 для каждого вещества отдельно. Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях Сф < ПДК определяется по формуле.

Существенно повлиять на величину ПДВ при проектировании источника может высота трубы, которая определяется по формуле.

где Л — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (определяет условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе); М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с (М= ПДВ при концентрациях, равных ПДК); F— безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц загрязняющих веществ в атмосферном воздухе; г| — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае равнинной местности равен 1; т, п — безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Я — высота источника выброса над уровнем земли, м; Vj — расход выбрасываемой газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле.

(D — диаметр устья источника выброса, м; со₀ ^— средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с); АТ — разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Г_в, °С.

При определении значения АТ(°С) принимается температура окружающего атмосферного воздуха Т_в, равная средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г — по параметрам технологического процесса.

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

250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области;

• 200 — для европейской территории России, для районов России южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Республики Молдовы, для среднеазиатских государств СНГ, Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири;
• 180 — для европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины;
• 160 — для европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением Центра ЕТР), а также для Белоруссии, Украины;
• 140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.

Значение безразмерного коэффициента F принимается равным:

• — для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п. практически равна нулю) — 1;
• — для других мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% — 2; от 75 до 90% — 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки — 3.

Коэффициенты тип определяются в зависимости от параметров /, v_M, v',/, рассчитываемых, но формулам.

Коэффициент т определяется в зависимости от/и f_e, по формулам.

Коэффициент п определяется по формулам.

Если значение ПДВ по причинам объективного характера в настоящее время не может быть достигнуто, то вводится поэтапное снижение выбросов загрязняющих веществ от действующих предприятий до значений, обеспечивающих непревышение ПДК. На каждом этапе устанавливают временно согласованный выброс (ВСВ).

Для определения загрязнения атмосферного воздуха выбросами от точечного источника рассчитываются следующие характерные величины:

максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ; опасная скорость ветра, при которой достигается максимальная приземная концентрация;

— расстояние от источника выброса, на котором достигается максимальная приземная концентрация;

приземная концентрация загрязняющих веществ, но оси факела выброса на различных расстояниях от источника.

Расчет проводится по методике ОНД—86. Величина максимальной приземной концентрации загрязняющего вещества С_м (мг/м³) при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяется, но формуле.

Значение опасной скорости и_м (м/с), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации загрязняющих веществ С_м, определяется по формулам.

Расстояние Х_м (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация загрязняющего вещества при неблагоприятных метеорологических условиях на равнинной местности достигает максимального значения С_м, определяется по формуле.

где d — безразмерный коэффициент, рассчитываемый по формулам.

о Приземная концентрация загрязняющих веществ С, (мг/м) при опасной скорости ветра и_м по оси факела выброса на различных расстояниях X, — (м) от источника выброса определяется по следующей формуле.

где S_{j— безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х,/Х_м и коэффициента F по графику, приведенному на рис. 8.7.

Концентрация примеси в приземном слое атмосферы по оси факела выброса на разных расстояниях от источника распределяется следующим образом (рис. 8.8). Вблизи источника концентрация примеси мала (зона Л, зона неорганизованного загрязнения). Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы.

Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб в случае нагретых выбросов и на расстоянии 5—10 высот труб в случае холодных выбросов.

Так, при высоте труб от 100 до 250 м расстояние от точки выброса (от трубы) до точки максимума концентрации в зоне задымления при нагретых выбросах составляет 1—2,5 км, а при холодных — 500 м.

Все это свидетельствует о наличии трех зон неодинакового загрязнения атмосферы: зоны переброса факела (Б)> зоны задымления (5), т. е. зоны максимального содержания загрязняющих веществ, и зоны постепенного снижения.

Рис. 8.7. Графики для определения коэффициента 5_t (легкая примесь 1 — F< 1,5, тяжелая примесь 2 — F> 1,5) для источников средней высоты и высоких уровня загрязнения (Г). Зону задымления можно выделить как участок, на котором С > 0,5 С_м. Совпадение зоны задымления с местами расположения объектов, требующих повышенной чистоты воздуха, недопустимо.

Если из источника выбрасывается несколько различных загрязняющих веществ, то за высоту выброса принимается наибольшее из значений Я, которые определены для каждого вещества в отдельности и для групп веществ с суммирующимся вредным действием.

Рис. 8.8. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов:

А — зона неорганизованного загрязнения; Б — зона переброса факела; В — зона задымления; Г— зона постепенного снижения уровня загрязнения Очевидно, что увеличение высоты трубы всегда снижает уровень загрязнения приземного слоя. Однако такие решения допускаются только после полного использования всех доступных на современном уровне технических средств по сокращению выбросов. Использование на энергетических объектах труб высотой более 250 м, а на других производствах — более 200 м допускается только по специальному согласованию.

Неорганизованные выбросы, как правило, поступают на промышленные площадки и прилегающие к ним территории. Для защиты от таких выбросов используют санитарно-защитные зоны.

Описание состояния загрязненности приземного слоя атмосферы обычно представляют полями изолинии содержания вещества в долях от ПДК (рис. 8.9).

Для расчета нолей загрязнения атмосферного воздуха используют различные программы, основанные на использовании ОНД-86 и ОНД—90.

Рис. 8.9. Изолинии поля загрязнения приземного слоя атмосферы от источника выброса 1.

Как уже отмечалось выше, в реальных производственных городских, региональных и тому подобных условиях атмосферный воздух практически всегда оказывается одновременно загрязненным несколькими веществами.

Совместное негативное влияние загрязняющих веществ на воздух городов и промышленных зон оценивают индексом загрязнения атмосферы (см. подробнее подпараграф 5.2.1).