Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации на Эко портале обращайтесь portaleco.ru@gmail.com

 Процессы формирования состава атмосферного воздуха в населенном пункте. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
(10 голоса, среднее 4.60 из 5)
Статьи - Экология города

Процессы формирования состава атмосферного воздуха в населенном пункте. Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.

Рассеивание в атмосфере выбрасываемых из дымовых труб и вентиляционных устройств загрязняющих веществ подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс их рассеивания существенное влияние оказывают следующие факторы: состояние атмосферы, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота и диаметр источника выбросов, расположение источников, рельеф местности. Распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом точечного источника показано на рис.

 Распределение концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы под факелом точечного источника

Рис. Распределение концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы под факелом точечного источника:

а — зона переброса факела; в — зона задымления; с — зона постепенного снижения уровня загрязнения; d — зона загрязнения неорганизованными выбросами

Зона задымления является наиболее опасной и не должна попадать на территорию селитебной застройки. Размеры зоны задымления в зависимости от метеоусловий находятся в пределах 10—50 высот дымовой трубы.

Внутри зоны переброса факела высокие концентрации загрязняющих веществ имеют место за счет неорганизованных выбросов.

Рассеивание в атмосфере газообразных примесей и мелкодисперсных твердых частиц (диаметром менее 10 мкм), имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется одним и тем же закономерностям. Для более крупных частиц пыли эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает.

Поскольку в пылегазоочистных аппаратах крупные частицы улавливаются более эффективно, чем мелкие, в выбросах, прошедших очистку, остаются только мелкие частицы. Их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и рассеивание газообразных примесей.

Влияние климатических условий на рассеивание примесей в атмосфере.

Метеоусловия оказывают существенное влияние на перенос и рассеивание примесей в атмосфере. Наибольшее влияние оказывает режим ветра и температуры (температурная стратификация), осадки, туманы, солнечная радиация.

Ветер может оказывать различное влияние на процесс рассеивания примесей в зависимости от типа источника и характеристики выбросов. Если отходящие газы перегреты относительно окружающего воздуха, то они обладают начальной высотой подъема. В связи с этим вблизи источника создается поле вертикальных скоростей, способствующих подъему факела и уносу примесей вверх. Этот подъем обусловливает уменьшение концентраций примесей у земли. Эта концентрация убывает и при очень сильных ветрах, однако это происходит за счет быстрого переноса примесей в горизонтальном направлении. В результате наибольшие концентрации примесей в приземном слое формируются нри некоторой скорости, которую называют "опасная".

При низких или холодных источниках выбросов повышенный уровень загрязнения воздуха наблюдается при слабых ветрах (w = 0—1 м/с) вследствие скопления примесей в приземном слое. Прямое влияние на загрязнение воздуха в городе оказывает направление ветра. Существенное увеличение концентрации примеси наблюдается тогда, когда преобладают ветры со стороны промышленных объектов.

Если температура окружающего воздуха понижается с высотой, нагретые струи воздуха поднимаются вверх (конвекция), а взамен их опускаются холодные. Такие условия называются конвективными.

Если вертикальный градиент температуры будет отрицательным (температура возрастает с высотой), то вертикально поднимающийся поток становится холоднее окружающих масс и его движение затухает. Такие условия называются инверсионными.

Если повышение температуры начинается непосредственно от поверхности земли, инверсию называют приземной, если же с некоторой высоты над поверхностью земли — приподнятой. Инверсии затрудняют вертикальный воздухообмен и рассеивание примесей в атмосфере.

Для состояния атмосферы в городах наибольшую опасность представляет приземная инверсия в сочетании со слабыми ветрами, т.е. ситуация "застоя воздуха".

Туманы на содержание загрязняющих веществ в атмосфере влияют следующим образом. Капли тумана поглощают примесь, причем не только вблизи подстилающей поверхности, но и из вышележащих, наиболее загрязненных слоев воздуха. Вследствие этого концентрация примесей сильно возрастает в слое тумана и уменьшается над ним. Растворение сернистого газа в каплях тумана приводит к образованию серной кислоты.

Осадки очищают воздух от примесей. После длительных интенсивных осадков высокие концентрации примесей в атмосфере практически не наблюдаются.

Солнечная радиация обусловливает фотохимические реакции в атмосфере с образованием различных вторичных продуктов, обладающих часто более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов. Таким образом, происходит окисление сернистого газа с образованием сульфатных аэрозолей.

В крупных городах формируется свой микроклимат, существенно меняются аэродинамические, радиационные, термические и влажностные характеристики атмосферы. Выделение в городах большого количества тепла, изменение газового и аэрозольного состава воздуха приводят к повышению температуры воздуха и образованию так называемых "островов тепла" (см. разд. 4.7). Повышение температуры над крупным городом по сравнению с температурой окружающей местности может наблюдаться до высоты в несколько сотен метров.

Основы прогноза загрязнения атмосферного воздуха.

Развитие методов прогноза основывается на результатах теоретического и экспериментального изучения закономерностей распространения примесей, выбрасываемых источниками загрязнения атмосферы.

Основное направление изучения распространения примесей состоит в разработке теории атмосферной диффузии на основе математического описания процесса с помощью уравнения турбулентной диффузии. Оно позволяет исследовать распространение примесей от источников различного типа при разных характеристиках среды.

В общем виде задача прогноза загрязнения воздуха математически может быть описана дифференциальным уравнением при определенных начальных и граничных условиях:

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image119.jpeg(4.1)

где t — время; х — координаты; и. — составляющие средней скорости перемещения примеси; kj — составляющие коэффициента обмена; / = 1, 2, 3 — направления осей координат; а — коэффициент, определяющий изменение концентрации за счет превращения примеси.

Применив декартову систему координат, обозначим горизонтальные оси х, и х2 через х и у, вертикальную ось х3 через z, соответственно скорости иj = и; и2 = у; и3 — w\ коэффициенты обмена kt = кх\ к2 = к; к3 =

Тогда уравнение (4.1) приобретает вид:

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image120.jpeg(4.2)

При решении практических задач вид уравнения (4.2) упрощается.

Если ось х сориентирована по направлению средней скорости ветра, то v = 0.

Вертикальные перемещения в атмосфере над горизонтальной однородной поверхностью малы и можно считать w = 0, если примесь легкая и не имеет собственной скорости перемещения.

Если рассматривается тяжелая примесь, постепенно оседающая в атмосфере под воздействием гравитационных сил, то w представляет собой скорость осаждения, которая входит в уравнение со знаком минус.

При наличии ветра можно пренебречь членом с кх, учитывающим диффузию по оси х, поскольку в этом направлении диффузионный поток примеси значительно меньше кпнлекгтиннпт

Изменения концентраций в атмосфере со временем носят обычно квазистационарный характер и поэтому можно принять dq/dt = 0.

Таким образом, уравнение (4.2) можно свести к виду:

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image121.jpeg

При рассмотрении сохраняющейся консервативной примеси:

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image122.jpeg

При прогнозе загрязнения воздуха основной интерес представляет определение ожидаемых концентраций в приземном слое h — 1,5—2 м.

Как показали исследования, в приземном слое воздуха до уровня z — h коэффициент обмена возрастает пропорционально высоте; скорость является логарифмической функцией высоты.

При z = 0 (на уровне поверхности земли) можно приближенно принять в качестве предельного значения к; = v — коэффициент молекулярной диффузии для воздуха.

Аналитическое решение уравнения диффузии можно записать для случая, когда и и заданы степенными функциями от z (и — utz!", kz = k,z) для легкой сохраняющейся примеси (w — а = 0).

Наземная концентрация (при z = 0):

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image123.jpeg

где М— выброс вещества от источника в единицу времени мг/с; Я — высота источника выброса, м.

Характерной особенностью распределения наземной концентрации q по оси х является наличие максимума ее qm на расстоянии хт от источника.

Он находится из условия: dq/dx = dq/dy = 0.

Результаты расчета распределения концентрации примесей от одиночного точечного источника можно проиллюстрировать графически (рис. 4.5).

Распределение концентраций примеси в воздухе от одиночного точечного источника различной высоты

Рис. 4.5. Распределение концентраций примеси в воздухе от одиночного точечного источника различной высоты Н. Н, < Н2 < Н3

Расчеты показывают, что при одинаковых параметрах выбросов максимальная приземная концентрация примеси от более высокого источника меньше и наблюдается на большем расстоянии от источника.

Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

Методика предназначена для решения практических задач, связанных с прогнозом загрязнения атмосферного воздуха. Она позволяет производить расчеты рассеивания примесей, выбрасываемых в атмосферу одиночными точечными, линейными и группой источников, с учетом влияния рельефа местности, определять предельные концентрации загрязняющих веществ в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикальное распределение концентраций.

Степень загрязнения атмосферного воздуха определяется наибольшим расчетным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, опасной скорости ветра.

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image125.jpeg

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в едини-

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией вредного действия, рассчитывается суммарная концентрация q в долях ПДК:

 

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image126.jpeg

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См, мг/м3 при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии хм и определяется по формуле:
цу времени, г/с; F — коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе; т, п — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н — высота источника выброса над уровнем земли, м; (для наземных источников принимается Н— 2 м); т] — коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае равной или слабопересеченной местности с перепадом высот меньше 10 м/км принимается r\— 1); V, — объемный расход газовоздушной смеси, м3/с; А Т— разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха, °С.

Максимальная концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы прямо пропорциональна массовому расходу загрязняющего вещества М и обратно пропорциональна квадрату высоты источника Нг.

Повышение температуры и момента количества движения струи выбрасываемых газов приводит к увеличению высоты дымового факела и снижению приземной концентрации загрязняющих веществ.

Коэффициент А при неблагоприятных метеорологических условиях, обеспечивающих максимальные значения концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, имеет следующие значения на территории Украины: севернее 50° с.ш. А = 160; для источников в зоне от 50 до 52° с.ш. А = 180; южнее 50° с.ш. - 200.

При определении А Т температуру окружающего атмосферного воздуха принимают равной средней температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года в 1300 по местному времени.

Значения коэффициента F:

для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость оседания которых близка к нулю, F — 1;

для прочих мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки газов в пылеуловителе г\ > 0,9 F = 2; при 0,75 < г| < 0,9 F = 2,5; при г\ < 0,75 F= 3;

при наличии данных о дисперсном составе пыли в зависимости от соотношения V/U при V/U < 0,015 F= 1; при 0,015 < V/U < 0,03 F= 1,5;

/"определяется, как указано выше, для прочих мелкодисперсных аэрозолей, где У — скорость витания частиц такого диаметра dg, что масса всех частиц диаметром больше dg составляет 5% от общей массы частиц, м/с; UM — опасная скорость ветра, м/с.

Для получения значений коэффициентов тин определяются следующие промежуточные коэффициенты:

/ = lOOOw/D/^A Г; VM = 0,65л/ VA Т/Н; VM'= l,3w0D/№, ft= 800(К')\

где D — диаметр устья дымовой трубы, м; w0 — скорость выхода газовоздушной смеси из дымовой трубы, м/с.

Разработка нормативов ПДВ и ВСВ для стационарных источников. ПДВ

устанавливается для каждого стационарного источника из расчета, что совокупный выброс от всех источников загрязнения атмосферного воздуха города с учетом перспективы развития не приведет к превышению норматива ПДК м р в приземном слое. ПДВ устанавливается для условий полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы. ПДВ не должен превышаться в любой 20-минутный период времени. Для мелких источников целесообразно установление ПДВ от их совокупности с предварительным объединением их в площадной или условный точечный источник. ПДВ определяется для каждого вещества отдельно, в том числе и в случае суммации вредного действия нескольких веществ.

По результатам расчета нормативов ПДВ для каждого стационарного источника выбросов устанавливается суммарный предельный выброс предприятия в целом.

ПДВ устанавливают с учетом фоновых концентраций (разд. 4.5.3).

Для реконструируемого предприятия расчеты выполняют по фактическому положению и на перспективу.

Для одиночного источника с круглым устьем в случае Сф < ПДК ПДВ определяют по формуле:

Iienaiea: C:\WINDOWS\TEMP\FineReader10\media\image127.jpeg

Для источника с прямоугольным устьем ПДВ определяют по тем же формулам при D = D3, Vl = У1э.

Установлению ПДВ для источника предшествует определение его зоны влияния.

Для предприятий и источников, зоны влияния которых целиком расположены в пределах города, где суммарная концентрация от всех источников С < ПДК, значения выбросов, используемых при расчетах, принимаются в качестве ПДВ.

Если С^ >ПДК (фоновая концентрация, из которой исключен вклад рассматриваемого источника), то увеличение объемов выбросов от реконструируемого объекта и строительства на предприятии новых объектов с выбросами тех же веществ или веществ, обладающих с ними эффектом суммации, может быть допущено только при одновременном обеспечении снижения выбросов на остальных объектах рассматриваемого предприятия или на других предприятиях города.

Наряду с максимальным разовым значением ПДВ в г/с устанавливаются годовые значения ПДВ в т/год для отдельных источников и предприятия в целом.


Похожие статьи:

Добавить статью в закладки

 
Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Полное или частичное копирование материалов сайта разрешается только при указании активной ссылки на экологический портал!
Материалы размещены и подготовлены для образовательных и некоммерческих целей.
ООО "Новая Экология" © 2010 - 2017