Гордость – главный враг на пути очищения души от самообмана

Тогда возникает искушение обвинить свою совесть в некомпетентности, в том, что это лишь игра фантазии. Гордость – главный враг на пути очищения души от самообмана. Только испепелив свою гордость в огне раскаяния, можно достичь душевной гармонии. Однако дело стоит того, потому что только достигнув состояния гармонии, человек способен увидеть, что никто вовсе не изгонял нас из рая, что окружающий мир прекрасен, и все наши страдания есть не более, чем предрассудок.

3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ГЕОСФЕРЫ РЕГИОНОВ

Безопасность экологическая – это совокупность состояний, процессов, действий, обеспечивающая экологический баланс в окружающей среде и не приводящая к жизненно важным ущербам (или угрозам возникновения таких ущербов), наносимым природной среде и человеку.

Опасность экологическая – это вероятность ухудшения показателей качества природной среды (состояний, процессов) под влиянием природных и техногенных факторов, представляющих угрозу экосистемам и человеку [3.6].

Жизнедеятельность человека неотделима от функционирования окружающей природной среды (ОПС), которую условно можно разделить на четыре сферы: атмо-, гидро-, лито- и биосферу. В соответствии с законом оптимума [3.8] отклонение значений параметров, характеризующих эти сферы от оптимальных (или нормальных), представляет опасность для жизнедеятельности человека. Изменение параметров ОПС в значительной степени вызвано деятельностью человека в области техносферы, связанной с материальным производством. Величины отклонений параметров среды от оптимальных значений качественно характеризуют степени экологического неблагополучия территорий [3.6]:

относительно удовлетворительная (фоновая или условно нормальная для региона);
напряженная;
критическая;
кризисная, или зона чрезвычайной экологической ситуации (ЧЭС);
катастрофическая, или зона экологического бедствия (ЭБ).

Две последние стадии кратко описаны в табл. 3.1 [3.6].

Таблица 3.1

Признаки, определяющие степень экологического неблагополучия

Объекты

воздействия

Кризисная

(зона ЧЭС)

Катастрофическая

(зона ЭБ)

Естественные

экосистемы

Устойчивые отрицательные изменения экосистем (уменьшение видового разнообразия, исчезновение отдельных видов растений, животных, нарушение генофонда)

Необратимые изменения и разрушение экосистем (нарушение природного равновесия, деградация флоры и фауны, потеря генофонда)

Здоровье

населения

Угроза здоровью населения (увеличение частоты обратимых нарушений здоровья, связанных с загрязнением окружающей среды)

Существенное ухудшение здоровья населения (увеличение необратимых, несовместимых с жизнью нарушений здоровья, появление специфических заболеваний, увеличение частоты обратимых нарушений здоровья)

Обеспечение экологической безопасности включает решение следующих проблем:

нормирования параметров окружающей природной среды (ОПС) и уровней воздействия на нее;
оценки уровня и допустимости воздействия на ОПС;
регулирования (снижения) уровня воздействия на ОПС.

Решение двух первых проблем зависит от вида геосферы, поэтому будет рассмотрено в этом разделе раздельно для атмо-, гидро- и литосферы в п. 3.1, 3.2, 3.3. Напротив, вопросы обеспечения экологической безопасности включены в один подраздел 3.4, поскольку они мало зависят от вида геосферы или ОПС.

3.1. Загрязнение приземного слоя атмосферного воздуха

Нормирование загрязнения атмосферы

Вопрос Какие негативные последствия возможны при антропогенных воздействиях на атмосферу?

Ответ Загрязнение атмосферы приводит к следующим последствиям:

превышение ПДК многих токсичных веществ (CO, NO₂, SO₂, C_nH_m, бензопирена, свинца, бензола и др.) в городах и населенных пунктах;

образование смога при интенсивных выбросах NO_x, C_nH_m;

выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах SO_x, NO_x;

появление парникового эффекта при повышенном содержании CO₂, NO_x, O₃, CH₄, H₂O и пыли в атмосфере и, как следствие, повышение средней температуры поверхности Земли;

разрушение озонового слоя при поступлении в него NO_xи соединений хлора, что создает опасность повышенного ультрафиолетового облучения.

Вопрос Как оцениваются степени опасности вредных веществ и степень загрязнения атмосферного воздуха?

Ответ По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на четыре класса: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высокоопасные; 3 – умеренноопасные и 4 – малоопасные.

Основной характеристикой опасности вредного вещества является его максимальная разовая (усредненная в 20-минутном интервале) предельно допустимая концентрация (ПДК), которая не оказывает на человека или на окружающую среду вредное действие. Кроме разовых ПДК для характеристики опасности используются среднесуточные ПДК_сс. Разовые ПДК веществ устанавливаются для предупреждения рефлекторных реакций человека (ощущение запаха, световой чувствительности, изменение биоэлектрической активности головного мозга и др.), а среднесуточные для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного влияния веществ на организм человека.

Классы опасности ПДК и ПДК_сс регламентированы списком Минздрава СССР № 3086-84 от 27.08.1984 и приведены в [3.5].

Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливают по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышения ПДК.

Кратность превышения К рассчитывается по формуле:

К = с₉₅/ПДК,

где с₉₅– значение концентрации, измеренное с уровнем достоверности 95 %.

Крайние степени экологического неблагополучия, вызванного загрязнением атмосферы, приведены в табл. 3.2 [3.6].

Таблица 3.2

Критерии оценки степени загрязнения атмосферного воздуха

Класс опасности вредного вещества	Кризисная (зона ЧЭС)		Катастрофическая (зона ЭБ)
Класс опасности вредного вещества	кратность превышения ПДК	проценты измерений выше ПДК	кратность превышения ПДК	проценты измерений выше ПДК
1	3…5	30	>5	30
2	5…7,5	30	>7,5	30
3	8…12,5	50	>12,5	50
4	12,5…20	50	>20	50

В [3.6] приведены так же критерии оценки степени загрязнения по ПДК_сси среднегодовым ПДК.

Вопрос Как состав атмосферного воздуха влияет на здоровье людей?

Ответ Разовые сильные загрязнения атмосферного воздуха приводили к смерти большого количества людей. Например, в городе Бхопал (Индия) в 1985 году в результате сильного загрязнения воздуха метилизоционитом пострадало около 200 тыс. человек, из них 2000 умерли.

При повышении предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе увеличивается заболеваемость населения (табл. 3.3) [3.6].

Таблица 3.3

Показатели среднемесячной заболеваемости

взрослого населения на 1 тыс. человек

Болезни органов и систем	Средний показатель	г. Липецк	г. Березники
Злокачественные новообразования	0,25	0,48	0,32
Эндокринная система	0,26	1,09	0,30
Органы пищеварения	1,9	12,1	6,64
Органы дыхания	14,7	32,3	25,0
Система кровообращения	3,06	18,8	11,7
Кожа	0,76	2,4	1,3
Органы чувств	1,18	4,1	3,2

П р и м е ч а н и е. ПДК вредных веществ в воздухе г. Липецка была превышена в 2ё 6 раз, г. Березники – в 2ё 4 раза.

Вопрос При каких метеоусловиях оценивается степень опасности загрязнения атмосферного воздуха?

Ответ Степень опасности характеризуется наибольшим значением концентрации вредных веществ, рассчитанных для неблагоприятных метеоусловий и в том числе опасной скорости ветра, при которой создаются наибольшие концентрации вредных веществ.

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

Вопрос Как оценивается допустимость воздействия на атмосферу?

Ответ Допустимость воздействия оценивается путем сравнения максимальных разовых концентраций с с соответствующими разовыми предельно допустимыми концентрациями вредных веществ, ПДК:

с+с_ф < ПДК, (3.1)

где с_ф – фоновая концентрация того же вещества.

Для вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, допустимость воздействия оценивается по сумме безразмерных концентраций:

(3.2)

ПДК некоторых веществ приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Предельно допустимые концентрации вредных веществ

в атмосферном воздухе населенных мест

Загрязняющее вещество	Класс опасности	ПДК, мг/м³
Загрязняющее вещество	Класс опасности	максимальная разовая	среднесуточная
Пыль нетоксичная	3	0,5	0,15
NO₂	2	0,085	0,04
SO₂	3	0,5	0,05
CO	4	5,0	3,0
Бензин	4	5	1,5

Вопрос Для каких вредных веществ вредное воздействие суммируют?

Ответ Воздействие суммируется для веществ, оказывающих аналогичное биологическое действие, например, разрушение живых тканей кислотами. Аналогичное воздействие производят, например, такие вещества, как:

диоксиды азота и серы, сероводород;
сильные минеральные кислоты (серная, соляная, азотная);
этилен, пропилен, бутилен, анилен;
озон, диоксид азота, формальдегид.

О процессе рассеивания выбросов

Вопрос Каковы основные способы уменьшения антропогенного загрязнения атмосферы?

Ответ Уменьшить загрязнение атмосферы можно следующими способами:

совершенствовать процессы, технологии, оборудование для уменьшения массы выбросов;
выполнять очистку выбросов;
снижать концентрации вредных веществ в приземном слое воздуха за счет рассеивания выбросов.

Последний способ наименее эффективен, т.к. вредные вещества в конечном счете неорганизованно попадают в воду, почву и загрязняют их.

Вопрос Существуют ли ограничения на концентрацию пыли в газах, подвергаемых рассеиванию?

Ответ Величина предельно допустимой концентрации пыли с_п (мг/м³), подвергаемой рассеиванию, ограничена СНиП 2.04.05-86 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха". Значение с_пзависит от расхода выбросов V_г и предельно допустимой концентрации пыли в воздухе рабочей зоны ПДК_рз.

с_п = 100ґ k , V_г і 15000 м³/ч,

с_п = kґ (160 – 4V_г), V_г < 15000 м³/ч, (3.3)

k = 0,3 при ПДК_рз Ј 2,

k = 0,6 ПДК_рз Ј 4,

k = 0,8 ПДК_рз Ј 6,

k = 1 ПДК_рз і 6.

Газы следует подвергать очистке, если концентрация пыли в выбросах превышает с_п или размеры частиц пыли превышают 20 мкм.

Вопрос Как классифицируются источники выбросов?

Ответ Все источники подразделяют на точечные и линейные, затененные и незатененные. Точечными считают 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 ветру.

Незатененные, или высокие, источники располагаются в недеформируемом потоке ветра (в 2,5 раза выше высоты здания 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, Ні 50 м;

б) средней высоты, Н=10…50 м;

в) низкие, Н=2…10 м;

г) наземные, НЈ 2 м.

Вопрос Что влияет на процесс рассеивания выбросов?

Ответ На процесс рассеивания вредных выбросов из труб и вентиляционных устройств оказывают влияние: расположение предприятий и источников выбросов (наличие других зданий в зоне рассеивания), характер местности (впадины, возвышения), состояние атмосферы, высота источника и скорость выброса, диаметр устья трубы, физико-химические свойства выбрасываемых веществ (плотность, размер частиц), температура газов и др.

Вопрос От чего зависит вертикальное и горизонтальное перемещение примесей?

Ответ 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, распределения температур по высоте (инверсия dТ_в/dh > 0, изотермия dT_в/dh = 0 и конвекция dТ_в/dh < 0, где Т_в – температура воздуха, h – высота).

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. 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.

Вопрос Как распределяются концентрации вредных веществ под факелом организованного источника выбросов?

Ответ Характер распределения концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного источника показан на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Распределение концентрации вредного вещества в атмосфере от организованного источника выбросов при наличии фонового загрязнения

Пространство под факелом по мере удаления от источника выброса можно условно разделить на три зоны:

зону переброса факела, характеризующуюся сравнительно невысоким содержанием вредных веществ;
зону задымления с максимальным содержанием вредных веществ, которая распространяется на расстоянии 10…49 высот трубы (эта зона исключается из селитебной застройки);
зону постепенного снижения концентрации вредных веществ.

Вопрос Как в расчётах процесса рассеивания учитывается направление ветра?

Ответ При оценке воздействия на атмосферу в задачах проектирования расчёты проводятся для опасного направления ветра в сторону наибольших фоновых концентраций вредных веществ селитебной территории или на центр города.

Вопрос Какого вида задачи возникают при расчетах процесса рассеивания выбросов?

Ответ Задачи расчета рассеивания можно разделить на две группы:

прямые, заключающиеся в расчете концентраций веществ в приземном слое атмосферы при различных условиях рассеивания;
обратные, заключающиеся в определении минимальной высоты источника выбросов или величины предельно допустимых выбросов, при которых максимальная концентрация загрязнений не превысит заданной величины ПДК – с_ф, где с_ф – фоновая концентрация вещества.

Вопрос Какие основные задачи решаются при расчете загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника?

Ответ Расчет заключается в решении следующих задач [3.4]:

Определение максимального значения концентрации вредного вещества с_м и расстояния по оси факела х_м, на котором будет наблюдаться значение с_м (рис. 3.1) при неблагоприятных метеоусловиях.
Расчет опасной скорости ветра u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли).
Распределение приземных концентраций вредных веществ с при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра u_м в зависимости от расстояний х и y, где х – расстояние по оси факела х, а y – расстояние по перпендикуляру к оси факела.

Дополнительно можно рассчитать распределение концентраций при произвольных скоростях ветра u, определить скорости ветра, при которых на заданном расстоянии от источника выброса концентрации будут максимальны, а также определить размер зоны рассеивания (зоны влияния).

Вопрос Можно ли с помощью известных методик решать более сложные задачи, связанные с рассеиванием выбросов в атмосфере?

Ответ Методика [3.4] позволяет рассчитывать загрязнение атмосферы выбросами точечного, линейного, площадного источников, с учетом следующих усложняющих расчет факторов: сложного рельефа или застройки местности, наличия группы источников, суммации действия нескольких вредных веществ, фоновых концентраций, а также определять минимально допустимые высоты источников выбросов и величины предельно допустимых выбросов ПДВ, г/с.

Расчет концентраций вредных веществ в атмосфере

от одиночного источника выбросов

Вопрос Как рассчитывается максимальное значение концентрации вредного вещества с_м и расстояние х_м, на котором будет достигнуто значение с_м при неблагоприятных метеоусловиях?

Ответ Расчет заключается в решении следующей задачи: определение максимального значения концентрации вредного вещества с_м и расстояния х_м, на котором будет достигнуто значение с_м (рис. 3.1) при неблагоприятных метеоусловиях.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества с_м на расстоянии х_м от источника с круглым отверстием при неблагоприятных метеоусловиях определяется по формуле:

, (3.4)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации (расслоения) атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из устья источника;

h – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (при перепаде высот менее 50 м на 1 км длины h =1);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников Н = 2 м);

D Т – разность температур между температурой выбрасываемых газов Т_г и температурой окружающего воздуха Т_в, ° С, D Т = Т_г - Т_в;

V_г – расход газов,

, (3.5)

где D – диаметр устья источника выбросов, м;

w₀ – средняя скорость выхода газов из устья источника, м/с.

Поясним методику определения параметров, входящих в формулу (3.4).

Коэффициент А принимается для неблагоприятных метеоусловий, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна. Для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Ивановской, Калужской областей А =140.

Величины М, V_г, Т_г определяются расчетом в технологической части проекта или по паспорту установки. Для изменяющихся во времени значений М, V_г, Т_г принимаются такие их величины (усредненные в 20ё 30-минутном), при которых с_ммаксимально.

Температура воздуха Т_в принимается равной средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца по СНиП 2.01.01–82 или средней температуре самого холодного месяца для отопительных котельных.

Значение коэффициента F для вредных газообразных веществ принимается равным единице (F = 1), а для пыли и золы в зависимости от степени предварительной их очистки m (F = 2 при m і 90 , F = 2,5 при 75 Ј m < 90 и F = 3 при m < 7 5 % ) .

Напомним, степенью очистки называют отношение в процентах уловленной массы пыли и золы к поступившей.

Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, v_М, v и f_e:

, (3.6)

, (3.7)

, (3.8)

. (3.9)

Коэффициент m (m = 0,4...1,6) определяется в зависимости от f по рис. 3.2 (приближенно) или по формуле:

(3.10)

Для f_e < f < 100 коэффициент m вычисляется по формуле (3.10) при f = f_е.

Рис. 3.2. Коэффициент m в зависимости от f или f_e

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v_м по рис. 3.3 (приближенно) или по формуле:

;

. (3.11)

Для fі 100 (или D Т» 0, холодные выбросы) при расчете с_м вместо формулы (3.4) используется формула

, (3.12)

где . (3.13)

Рис. 3.3. Коэффициент n в зависимости от v_м и v

Причем n рассчитывается по формулам (3.11) при v_м=v.

В случае предельно малых опасных скоростей ветра при f < 100 и v_м<0,5 или f і 100 и v < 0,5 расчет с_м выполняется по другой формуле:

, (3.14)

где m_н = 2,86 ґ m при f < 100, v_м < 0,5;

m_н = 0,9 при f і 100, v < 0,5 . (3.15)

Расстояние x_мот источника выбросов, при котором достигается максимальное значение концентрации с_м, определяется по выражению

, (3.16)

где безразмерный коэффициент d находится по формуле

при v_м0,5 ,

при 0,5 < v_м2,

при v_м> 2. (3.17)

При f >100 или D Т» 0 значение d находится по-другому:

d = 5,7

d = 11,4ґ v

d = 16 ґ

при v 0,5 ,

при 0,5 < v2 ,

при v> 2 . (3.18)

Значение опасной скорости u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение с_м, в случае f < 100 определяется по формуле:

u_м = 0,5

u_м = v_м

при v_м0,5;

при 0,5 < v_м 2;

при v_м> 2. (3.19)

При f і 100 или D Т» 0 значение u_м находится по другим выражениям:

u_м = 0,5

u_м = v

u_м = 2,2

при v < 0,5 ,

при 0,5 v2,

при v > 2 . (3.20)

Вопрос Как рассчитать распределение приземных концентраций под факелом выбросов для ортогональной координатной сетки [х, у]?

Ответ При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ с в атмосфере на различных расстояниях х от источника выброса определяется по формуле

c = s_{1 ґ}c_м, (3.21)

где s₁– безразмерный коэффициент, зависящий от X = x/x_ми коэффициента F, определяется по рис. 3.4 (приближенно) или по формуле:

s₁= 3X⁴- 8X³+ 6X²	при X 1 ,
s₁ =	при 1 <X 8,
s_{1 =}	при F 1,5 и X > 8,
s₁=	при F > 1,5 и X > 8 . (3.22)

Рис. 3.4. Коэффициент s₁в зависимости от Х=х/х_м и F

При низких источниках выброса H 10 м при X < 1 величина s₁ в (3.21) заменяется на s₁^н, которая рассчитывается по формуле

s₁^н= 0,125ґ (10-H)+0,125ґ (H-2) ґ s₁ при 2Н<10. (3.23)

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере c_у на расстоянии у по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по концентрации с

с_у = s_{2 ґ}с, (3.24)

где s₂ – безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра u, м/c и отношения x/y , определяется по рис. 3.5 (приближённо) или по формуле:

s₂= (1 + 5 ґ t_y+ 12,8 ґ t_y² + 17 ґ t_у³ + 45,1 ґ t_у⁴)^-2, (3.25)

где t_y= u ґ y²/x²при u 5,

t_y= 5 ґ y²/x²при u > 5. (3.26)

Рис. 3.5. Коэффициент s₂ в зависимости от комплекса t_y

Задача Определить максимальное значение концентрации c_м газа SO₂ и расстояние х_м при неблагоприятных метеоусловиях для следующих исходных данных: А=240, V=10,8 м³/с, = 100 ° С, М=12 г/с, Н=35 м, D=1,4 м, h =1. Наименования параметров приведены выше.

Решение Средняя скорость выхода газов из устья истечения выбросов определяется из формулы (3.5):

w₀ = 10,8/(0,785ґ 1,4²)=7,02 м/с.

Коэффициент F для газовых выбросов равен единице

F = 1.

Вспомогательные параметры f, v_м, v, f_eнайдутся по (3.6) … (3.9):

f=1000ґ 7,02^2ґ1,4/(35^2ґ100)=0,563;

v_м

f_e.

Коэффициент m рассчитается по формуле (3.10) при f <100 и f<f_e(0,563<38,8):

Коэффициент n определится по формуле (3.11) при f<100:

n=1, т.к. v_мі 2.

Максимальная концентрация SO₂ в приземном слое воздуха найдется по (3.4):

c_м.

Безразмерный коэффициент d вычислим по формуле (3.17) при v_м>2

Расстояние x_м определим по формуле (3.16)

x_м.

Задача При какой опасной скорости ветра будет достигнута концентрация c_м=0,223 мг/м³? (Исходные данные из предыдущего решения.)

Решение Опасная скорость ветра u_м при f>100 определится по формуле (3.19) при v_м>2 и составит:

u_м.

Задача Как распределяются приземные концентрации с по оси факела при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра? (Исходные данные из предыдущих ответов, если с_м=0,223 мг/м³, x_м=430 м).

Решение Расчет концентраций на различных расстояниях х выполняется по формуле (3.21) с учетом (3.22) при F<1,5. Результаты расчета приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Распределение концентрации вредного вещества (SO₂)

под осью факела

Параметр	Значение
х	100	200	300	400	500	600	800	1000	1200	1400	1600	2000	4300
Х	0,23	0,46	0,70	0,93	1,16	1,62	1,86	2,32	2,79	3,26	3,72	4,65	10
s₁	0,232	0,633	0,914	0,999	0,961	0,902	0,78	0,664	0,562	0,476	0,404	0,296	0,079
c	0,052	0,142	0,204	0,223	0,215	0,202	0,174	0,149	0,126	0,106	0,09	0,066	0,018

В качестве примера рассмотрим расчет концентрации для трех точек х=300; 1000; 4300, для которых соответственно получим Х=0,7; 2,32; 10:

c=(3ґ 0,7⁴–8ґ 0,7³ +6ґ 0,7²)ґ 0,223=(0,72-2,74+2,94)ґ 0,223=2,04;

с=1,13ґ 0,223/(0,13ґ 2,32²+1)=0,252/1,70=1,49;

с=10ґ 0,223/(3,58ґ 100-35,2ґ 10+120)=0,018 мг/м³.

Задача Как распределяются приземные концентрации с в точках, удаленных от оси факела на расстояниях у при условиях, взятых из предыдущего ответа?

Решение Поскольку расчет выполняется для опасной скорости ветра, u=u_м=2,2 м/с.

Определим значение концентрации SO₂ в точке с координатами [х=1000 м, у=100 м] по формулам (3.26), (3.25), (3.24), учитывая, что uЈ 5:

t_y = 2,2ґ 100²/1000²= 0,022;

s₂ = 1/(1+5ґ 0,022+12,8ґ 0,022²+17ґ 0,022³+45,1ґ 0,022⁴)²= 0,8;

c_y = 0,8ґ 0,149 = 0,119 мг/м³ .

Для других координат значения концентраций приведены в табл. 3.6, используя которую и расчеты с другими х и y, построено поле концентраций SO₂(рис. 3.6).

Таблица 3.6

Поле концентрации SO₂ при опасной скорости ветра и неблагоприятных метеоусловиях (c_yґ1000 или c_y в мкг/м³)

y, м	х, м
y, м	100	200	300	400	500	600	800	1000	1200	1400	1600
0	52	142	204	223	215	202	174	149	126	106	90
50	0	36	112	159	173	174	160	141	121	104	88
100	0	1	18	57	90	110	124	119	108	95	83
150	0		1	11	30	52	81	91	89	83	75
200	0			1	7	18	45	62	69	68	64
250	0				1	5	21	38	32	53	53

Рис. 3.6. Поле концентраций SO₂ в приземном слое воздуха в виде линий постоянного уровня (вверху даны расстояния х, кратные высоте источника выброса Н)

Вопрос Как рассчитывается поле концентраций для неблагоприятных метеоусловий и скорости ветра u, м/с, отличающейся от опасной?

Ответ Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества c_мu, мг/м³, находится по формуле

c_мu=rґ c_м , (3.27)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения U=u/u_м по рис. 3.7 (приближённо) или по формуле:

r=0,67ґ U+1,67ґ U²-1,34ґ U³

r=3U/(2U²-U+2)

при UЈ 1,

при U>1. (3.28)

Эту формулу можно использовать при uі 0,5 м/с.

Расстояние от источника выбросов x_мu, на котором приземная концентрация составит c_мu найдётся по формуле

x_мu= pґ x_м , (3.29)

где p – безразмерный коэффициент, зависящий от U.

p=3

p=8,43ґ (1-U)⁵+1

p=0,32ґ U+0,68

при UЈ 0,25;

при 0,25<UЈ 1;

при U>1. (3.30)

Рис. 3.7. Коэффициенты r и p для расчёта c_мu при скоростях ветра,

отличающихся от опасной

Поле концентрации при uu_м рассчитывается по формулам (3.21)…(3.26), где вместо c_м и x_м подставляются значения с_мu и x_мu.

Задача Как уменьшится концентрация c в точке с [x=1000, y=100] при скорости ветра u=4,4 м/с, т.е. в два раза превышающей опасную u_м=2,2? Исходные данные из предыдущих расчётов.

Решение Максимальная концентрация c_мu находится по формуле (3.27) с учётом (3.28) и U=u/u_м=4,4/2,2=2, (U>1):

r=3ґ 2/(2ґ 2²-2+2)=0,75;

c_мu=0,75ґ 0,223=0,167 мг/м³.

Расстояние x_мu рассчитаем по формуле (3.29) с учётом (3.30)

р=0,32ґ 2+0,68=1,32; x_мu=1,32ґ 430=568 м.

Концентрация c_u под осью факела на расстоянии x=1000 м по (3.21) с учётом (3.22):

Х=1000/568=1,76; 1<ХЈ 8;

s₁=1,13/(0,13ґ 1,76²+1)=0,81; с_u=0,81ґ 0,167=0,135 мг/м³.

Концентрация в точке [х=1000, у=100] по формуле (3.24) с учётом (3.25) и U>5:

t_y=4,4ґ 100²/1000²=0,044;

s₂=1/(1+5ґ 0,044+12,8ґ 0,044²+17ґ 0,044³+45,1ґ 0,044⁴)²=0,64

c_yu=0,64ґ 0,135=0,087 мг/м³.

Таким образом, c_мu уменьшилась на 24 %, x_мu – увеличилось на 32 %, а c_yu – уменьшилась на [(0,119/0,087)-1]ґ 100=37 %.

Вопрос Как рассчитываются поля концентраций, если в выбросах содержится несколько вредных веществ?

Ответ Расчет проводится для каждого вещества отдельно по формулам, рассмотренным выше, причем для упрощения расчета величин с_м и х_м для второго и последующего веществ могут использоваться значения с_м и х_м, найденные в предыдущих решениях для первого вещества.

Например, если в выбросах содержатся три вредных вещества SO₂, NO₂ и зола с массовыми расходами M^so2, M^NO2_, M^З и известны значения с^SO2, c^SO2_м, х^SO2_м, то концентрации с^NO2 могут быть найдены по соотношению

с^NO2=c^SO2ґM^NO2/М^SO2, (3.31)

где с^SO2 – концентрации SO₂ тех же точек [x, y], что и искомая концентрация с^NОx.

Поскольку коэффициенты F в (3.4) для газов и золы различны, по упрощенным соотношениям можно найти только с^з_м и х^з_м, используя формулы:

с^з_м = с^SO2_{м ґ}М^з/М^SO2, (3.32)

x^з_м = x^SO2_{м ґ}(5 – F^з)/4. (3.33)

Задача Рассчитать концентрацию NO₂ и золы в точках [x_м, y=0] и [x=1000, y=100] при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра, если М^SO2=12, M^NO2=0,4, М^з=3 г/с, использовав данные предыдущих расчетов для SO₂.

Решение Для оксида азота расстояние х_м не изменится, х^NO2_м=x^SO2_м=430 м, а концентрации в точках [x_м, 0], [1000, 100] найдем по формуле (3.31):

с^NO2_м= 0,223ґ 0,4/12 = 0,0074 мг/м³,

с^NO2= 0,119ґ 0,4/12 = 0,004 мг/м³.

Для выбросов золы расстояние x^з_мопределим по (3.33), приняв, что золоочистка не используется и F=3 (см. пояснение к формуле (3.4)),

x^з_м= 430 ґ (5 – 3)/4 = 215 м.

Максимальную концентрацию золы с^з_м в точке [215, 0], рассчитаем по (3.31)

с^з_м = 0,223ґ 3/12 = 0,056 мг/м³.

Для расчета с^з в точке [1000, 100] вначале найдем с^з_х в точке [1000, 0] по (3.21) с учетом (3.22) и величины Х = 1000/215 = 4,65 (1<XЈ 8)

s₁ = 1,13/(0,13ґ 4,65²+1) = 0,296,

с^з_х = 0,296ґ 0,056 = 0,017 мг/м³.

Значение с^з_хy в точке [1000, 100] вычислим по (3.24) с учетом (3.25), (3.26) и u_м= 2,2 Ј 5. Поскольку координаты и скорость не изменились, t_y = 0,022, s₂ = 0,8 (см. предыдущие ответы) и S^з_xy= 0,8ґ 0,017 = 0,014.

Задача Оценить допустимость воздействия на атмосферу, если расчетные максимальные приземные концентрации веществ при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра соответственно составили с^SO2_м=0,223; с^NO2_м=0,0074; с^з_м=0,056, при фоновых концентрациях с^SO2_ф=0,2; с^NO2_ф=0,02; с^з_ф=0,3 мг/м³.

Решение Два вещества SO₂ и NO₂обладают однонаправленным действием, поэтому оценка допустимости воздействия выполняется по соотношениям (3.1) для золы и (3.2) для газов:

0,3+0,056<0,5 Щ (0,223+0,2)/0,5+(0,02+0,0074)/0,085<1

или 0,356<0,5 Щ 1,16<1,

где Щ – знак логического умножения “И”, а значения ПДК взяты из табл. 3.3.

Условие не выполняется, следовательно, концентрация загрязнений превышает предельные нормы.

Минимальная высота источника выбросов вредных веществ

Вопрос Как и с какой целью рассчитывается минимальная высота источников выбросов вредных веществ?

Ответ При проектировании и реконструкции предприятий, минимальная высота источника выбросов выбирается таким образом, чтобы концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы с учетом их фоновых концентраций с_ф не превышали ПДК.

Расчеты проводятся по каждому веществу, причем, если рассеиваются вещества, обладающие суммацией вредного действия, в расчетах следует использовать приведенные массы выбросов М_с и фоновых концентраций с_ф,с:

(3.34)

c_ф,с=с_ф,1+с_ф,2_ґ(3.35)

Минимальная высота источника для холодных выбросов D Т» 0 находится по формуле

. (3.36)

Если найденному по формуле (3.36) значению Н соответствует v < 2 м/с, то Н уточняется методом последовательных приближений по формуле

, (3.37)

где n_i и n_i-1 –значения коэффициента n, полученные соответственно по значениям H_i и H_i-1 (при i=1 принимается n₀=1).

Формулы (3.36) и (3.37) применяются при D Т>0,если при этом выполняется условие

В противном случае первое приближение следует найти по формуле

. (3.38)

По величине Н₁ определяются величины f, v_м, v, f_e и коэффициенты m_i=1, n_i=1. Новое приближение Н_i+1 находится по формуле

(3.39)

(при i = 1 можно принять m₀= n₀= 1 и Н₀= Н₁).

Если выбрасываемые вещества не обладают суммацией среднего действия, расчет минимальных высот выполняется по каждому веществу при неблагоприятных метеоусловиях и опасной скорости ветра, а для сооружения принимается наибольшее значение Н.

Задача Определить минимальную высоту источника выбросов SO₂ и NO₂ при следующих исходных данных: А=240; F=1; D=2,0; M_c=20; c_фс=0,2; D Т=100; V_г=10; h =1; ПДК^SO2=0,5, где М_с и с_фс – приведенные к SO₂ по (3.34) и (3.35) масса выбросов и фоновая концентрация. Расчеты выполнить с точностью до 0,5 м.

Решение Определим Н по (3.36):

Проверим условие HЈ w_0ґ

w₀=10/(0,785ґ 2²)=3,18, 89,4Ј 3,18ґ .

Оно не выполняется, поэтому первое приближение Н найдем по формуле (3.38):

Уточним величины f, v_м, m и n по (3.6),(3.7), (3.10), (3.11):

f=;

v_м;

m₁=;

n₁=0,532ґ 1,9²-2,13ґ 1,9+3,13=1,0.

Рассчитаем второе приближение Н по (3.39) и определим разницу Н₁-Н₂:

Н₂=40ґ 40-42,7= -2,7 м.

Заданная точность не достигнута (|-2,7|>0,5), поэтому вновь уточним параметры f, v_м , m, n и Н:

f=1000ґ ;

v_м=0,65ґ ;

m₂=;

n₂=0,532ґ 1,86²-2,13ґ 1,86+3,13=1,01;

H_з=42,7ґ

Разница Н_j+1-H_j=42,4-42,7= -0,3 по модулю меньше 0,5, поэтому расчёт закончен. Таким образом, высота трубы для рассеивания выбросов SO₂ и NO₂ должна быть не менее 42,4 м.

Нормирование массы выбросов

Вопрос Как устанавливаются зоны влияния источника загрязнений атмосферы?

Ответ Зоны влияния источника устанавливаются отдельно по каждому вредному веществу или комбинации вредных веществ с суммирующимися вредными действиями. Приближенно зона определяется площадью окружности, радиус которой принимается как наибольшее из двух расстояний от источника: х₁ и х₂, где х₁=10х_м. Значение х₂ определяется как расстояние, начиная с которого сЈ 0,05ПДК. Величина х₂ находится графически или интерполяцией табличной функции с_i=c(x_i), i=1, 2,…,k, или решением уравнений (3.22) при s₁ = 0,05ґ ПДК/с_м.

Задача Определить радиус зоны влияния источника загрязнений, если концентрации газов SO₂ и NO₂,приведенные к SO₂, имеют такие же значения, как в табл. 3.5, а с_м = 0,223, х_м = 430 м, ПДК_SO2=0,5.

Решение Расстояние х₁=10ґ 430=4300 м. Граничное значение концентраций с_г=0,05ґ 0,5=0,025 мг/м³ на расстоянии х₂ находится между значениями 0,066 и 0,018, которые соответствуют расстояниям 2000 и 4300 м. Следовательно, 2000<х₂<4300 м, х₂<x₁. Поэтому радиус зоны влияния равен х₁ = 4300 м.

Вопрос Что такое предельно допустимый выброс (ПДВ), с какой целью его нормируют и где применяют?

Ответ Величина ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что приземные концентрации вредных веществ в совокупности с фоновыми загрязнениями и с учетом перспективы их роста не превысят ПДК для населения, растительного и животного мира.

Значения ПДВ указываются в разделах "Охрана окружающей среды" предпроектной, проектной документации в "Экологическом паспорте предприятия" строящихся и действующих предприятий.

ПДВ устанавливаются не только по каждому источнику, но и для предприятия в целом для условий полной нагрузки оборудования и их нормальной работы. Величины ПДВ не должны превышаться в любой 20-минутный период времени.

Для действующих предприятий, выбросы которых превышают ПДВ, могут устанавливаться временно согласованные выбросы, которые должны поэтапно уменьшиться до значений ПДВ.

Вопрос Как рассчитывается величина ПДВ?

Ответ Величина ПДВ при с_ф< ПДК определяется по формулам

, или (3.40)

при f > 100 или D Т» 0. (3.41)

Для действующих предприятий в формулы (3.40) и (3.41) подставляются значения фоновой концентрации с^д_ф, из которой исключен вклад рассматриваемого источника.

При установлении ПДВ веществ, обладающих однонаправленным действием, сначала определяется ПДВ_с, приведенного к одному из веществ. ПДВ отдельных вредных веществ определяются по составу выбросов.

Вопрос Как определяется значение фоновой концентрации с_ф?

Ответ Фоновые концентрации определяются по нормативной методике при наличии данных наблюдений за приземными концентрациями веществ. Значение с_ф вычисляется по формуле:

с_ф = с^д_фґ (1 – 0,4ґ с_мху/ с^д_ф) при с_мхуЈ 2 с^д_ф,

с_ф = 0,2ґ с^д_ф, при с_мху> 2 с^д_ф, (3.42)

где с_мху – максимальная расчетная концентрация вещества от источника для точки размещения поста замера фона [х, у] при фактических скоростях и направлениях ветра;

с^д_ф – измеренное значение концентрации вещества на посту наблюдения, мг/м³.

При отсутствии данных наблюдений фоновая концентрация определяется расчетным путем.

Для вновь строящихся предприятий с_ф=с^д_ф.

Задача Определить ПДВ₁ и ПДВ₂ соответственно для газов SO₂ и NO₂ при следующих исходных данных: H=35 м; А=240; F=1; m=0,9; n=1; h =1; V_г=10 м³/с; D Т=100; с^д_ф,1=0,2; с_мху,1=0,25; с^д_ф,1=0,02; с_мху,2= = 0,025 мг/м³; М₁=10; М₂=0,4 г/с.

Решение Фоновые концентрации загрязнений при с_мху<2с^д_фдля SO₂ и NO₂ найдём по (3.42):

с_ф,1=0,2ґ (1-0,4ґ 0,25/0,2)=0,1 ,

с_ф,2=0,02ґ (1-0,4ґ 0,025/0,02)=0,01.

Приведённую к SO₂ фоновую концентрацию определим по (3.35) с учётом ПДК из табл 3.4.

с_ф,с=0,1+0,01ґ 0,5/0,085=0,16.

Приведённое значение ПДВ_с рассчитаем по (3.40):

ПДВ_с =.

Значение ПДВ для каждого вещества определим по формулам, полученным из (3.34) при замене М на ПДВ:

ПДВ₁= ПДВ_с-ПДВ_2ґПДК₁/ПДК₂, (3.43)

ПДВ₂=( ПДВ_с-ПДВ₁)ґ ПДК₂/ПДК₁. (3.44)

Из соотношения М₁/М₂=ПДВ₁/ПДВ₂ можно выразить ПДВ₂= =ПДВ_1ґМ₂/М₁ и, подставив его в (3.43), получить уравнение:

ПДВ₁= ПДВ_с- (М₂/М₁)ґ ПДВ_1ґПДК₁/ПДК₂,

из которого выразить и рассчитать ПДВ₁:

ПДВ₁= ПДВ_с/(1+( М_2ґПДК₁/(М_1ґПДК₂))), (3.45)

ПДВ₁=19,4/(1+(0,4ґ 0,5/10ґ 0,085))=15,7 г/с .

Значение ПДВ₂ найдём по (3.44):

ПДВ₂=(19,4-15,7) ґ 0,085/0,5=0,63 г/с.

дальше