28.Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере

Совершенствование технологических процессов, применение высокоэффективных систем газоочистки позволяют в значительной мере уменьшить размеры промышленных выбросов в воздушный бассейн. В то же время полностью уловить пыле- и газообразные примеси в отходящих газах практически невозможно, и выделение в атмосферу некоторой части вредных веществ пока еще неизбежно. Для того чтобы концентрация вредного вещества в приземном слое атмосферы не превышала предельно допустимую максимальную разовую концентрацию, пылегазовые выбросы подвергаются рассеиванию в атмосфере через высотные трубы.

Распространение в атмосфере выбрасываемых из труб промышленных выбросов подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий, характер местности, физические свойства выбросов, высота трубы, диаметр устья и др. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

На рис. 41 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере над факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов концентрация вредностей в приземном слое атмосферы сначала нарастает, достигает максимума и затем медленно убывает, что позволяет говорить о наличии трех зон неодинакового загрязнения атмосферы: зона переброса факела выбросов, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; зона задымления - зона максимального содержания вредных веществ и зона постепенного снижения уровня загрязнения.

Рис. 41. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от организованного высокого источника выброса

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов промышленных предприятий в атмосфере и определение приземных концентраций вредных веществ, являются «Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74». В основу методики указаний положено то, что величина наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вредного вещества в атмосферном воздухе.

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих аддитивными свойствами, должно выполняться условие (1) для каждой точки местности.

Согласно действующей методике минимальная высота Н_min одноствольной трубы для рассеивания газовоздушных выбросов, имеющих температуру выше температуры окружающего воздуха, определяется по формуле

H_min=√AMk_Fmn/ПДК ³√1/QΔT,

где А - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей. В зависимости от метеорологических условий для субтропической зоны Средней Азии A=240; для Казахстана, Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии, Сибири, Дальнего Востока и остальных районов Средней Азии - 200; Севера и Северо-Запада европейской территории СССР, Среднего Поволжья, Урала и Украины - 160; Центральной части европейской территории СССР - 120; М - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с; Q - объемный расход газовоздушной смеси, выбрасываемой из всех труб, м³/с; k_F - коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере. Для газов k_F=1, для пыли при эффективности очистки газоочистной установки более 0,90-2,5 и менее 0,75-3; ΔT - разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего атмосферного воздуха. Температуру окружающего воздуха принимают по средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов; m и п - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Величина безразмерного коэффициента m определяется по графику (рис. 42) в зависимости от параметра:

f=10² ω²_гD/H²_minΔT,

где wr - средняя скорость выхода газов из устья источника, м/c;D =1,13 √Q/ω_г - диаметр устья источника выбросов, м.

Рис. 42. Зависимость коэффициента m от параметра f

Величина безразмерного коэффициента n определяется в зависимости от величины υ_m, м/с:

υ_m=0,65 ³√QΔ/H_min

υ_m ≤ 0,3n=3,0; υ_m > 2n=1,0;

0,3 < υ_m ≤ 2,0n=3-√(υ_m-0,3)(4,36-υ_m)

Максимальная концентрация вредных веществ у земной поверхности достигается на оси факела выброса (по направлению среднего за рассматриваемый период ветра) на расстоянии х_m от источника выброса и не должна превышать максимальную разовую концентрацию данного вещества в атмосфере:

C_m=AMk_Fmn/H²³√QΔT ≤ ПДК.

Если коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере k_F<2, то x_m kF ≥ 2, то xm=5-k_F/4 k_dH. Значение безразмерного параметра k_d находится по номограмме (СН 369-74) либо расчетным путем:

υ_m ≤ 2k_d=4,95υ_m(1+0,28 ³√f);

υ_m > 2kd=7,0√υ_m(1+0,28 ³√f).

Распределение концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы по оси факела на различных расстояниях х от источника выброса находят по формуле C_x=S₁C_m. Безразмерная величина Si зависит от отношения x/x_m (рис. 43). При x/x_m>8 величина S₁ зависит от скорости оседания взвешенных частиц выбросов.

Рис. 43. Зависимость безразмерной величины S₁ от х/х_m: для аэрозолей kF>2,0; для газообразных выброcов kF=1,0

Приземная концентрация вредных веществ в атмосфере С_у на расстоянии у от поверхности земли определяется по формуле C_у=S₂C_x. Безразмерная величина S₂ зависит от скорости ветра ω_m, м/с, расстояния от источника выброса и высоты над поверхностью земли:

S2=[1+8,4ω_m(у/x)²]^-1,0[1+28,2ω²_m(у/x)⁴]^-1,0

Для выброса холодной газовоздушной смеси (температура выбрасываемых газов близка температуре окружающего воздуха) через одиночную трубу с круглым сечением устья минимальная высота трубы

H_min=⁴√AMk_Fn/ПКД D/8Q)³

Более подробные сведения по расчетам рассеивания вредных веществ в атмосферу, облегчающие проведение расчетов, приведены в указаниях СН 369-74. Видное место в системе мероприятий по охране атмосферного воздуха занимают планировочные мероприятия, позволяющие при постоянстве валовых выбросов существенно снизить воздействие загрязнения окружающей среды на человека. Особое внимание следует уделять выбору площадки для промышленного предприятия и взаимному расположению производственных зданий и жилых массивов. Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов должны выбираться с учетом аэроклиматической характеристики и рельефа местности. Промышленное предприятие должно быть расположено на ровном возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания промышленных выбросов практически сводится на нет. Взаимное расположение предприятий и населенных пунктов определяется по средней розе ветров теплого периода года. Для данной местности промышленные предприятия, являющиеся источниками выделения вредных веществ в окружающую среду, располагаются за чертой населенных пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов, чтобы выбросы уносились в сторону от жилых кварталов.

Производственные здания и сооружения промышленных предприятий обычно размещают по ходу производственного процесса. Вместе с тем цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует располагать на краю производственной территории со стороны, противоположной жилому массиву. Кроме того, взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветров в сторону жилых кварталов их выбросы не объединялись.

Требованиями «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН 245-71» предусмотрено, что предприятия, являющиеся источниками выделения в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ, следует отделить от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размеры санитарно-защитной зоны до границы жилой застройки устанавливаются в зависимости от мощности предприятия, условий осуществления технологического процесса, характера и количества выделяемых в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ. В соответствии с классификацией промышленных предприятий в зависимости от выделяемых вредностей установлено пять величин санитарно-защитных зон, м: для предприятий I класса - 1000; II класса - 500; III класса - 300; IV класса - 100; V класса - 50.

Предприятия с технологическими процессами, не выделяющими в атмосферу вредных веществ, допускается размещать в пределах жилых районов. Машиностроительные предприятия по степени воздействия на окружающую среду в основном относятся к IV и V классам.

При наличии неблагоприятных аэрологических условий для рассеивания производственных выбросов в атмосфере, при отсутствии или недостаточной эффективности очистных устройств предприятия санитарно-защитная зона может быть увеличена, но не более чем в 3 раза по совместному решению Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава СССР и Госстроя СССР.

Размеры санитарно-защитной зоны могут быть уменьшены при изменении технологии, совершенствовании технологического процесса и внедрении высокоэффективных и надежных в эксплуатации очистных устройств.

Санитарно-защитная зона не может рассматриваться как резервная территория предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки. Вместе с тем на территории санитарно-защитной зоны допускается размещать производства более низкого класса вредности, чем основное производство, для которого установлена эта зона, а также пожарные депо, гаражи, склады, административные здания, научно-исследовательские лаборатории, стоянки транспорта и т. п.

Для максимального ослабления влияния на окружающее население производственных загрязнений атмосферного воздуха территория санитарно-защитной зоны должна быть благоустроена и озеленена. Озеленение производится газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. Со стороны жилого массива ширина полосы древесно-кустарниковых насаждений должна быть не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м - не менее 20 м.