<<
>>

§ 3. Разработка нормативов ПДВ

Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере. После выхода ЗБ из источника выбросов, они не остаются в атмосфере в неизменном виде. Прежде всего, происходят физические изменения, особенно в процессе динамических явлений, таких как перемещение и распространение в пространстве, турбулентная диффузия, разбавление и т.

д. Кроме того, ЗВ способны вступать в химическое взаимодействие с другими компонентами атмосферного воздуха, меняя во времени и пространстве свой количественный и качественный состав.

В данном разделе рассматриваются аспекты физического превращения загрязняющих веществ.

Выбросы вредных веществ, содержащихся в отходящих газах промышленных предприятий, осуществляются через дымовые трубы. Главное их назначение — отводить выбросные газы за пределы приземного слоя и рассеивать их. Рассеивание является одним из путей достижения установленных нормативов качества воздуха в приземном слое атмосферы в районе расположения предприятия.

Эффективность рассеивания зависит от многих факторов и, прежде всего, от высоты трубы Н (которая может достигать 300 и более метров) и от высоты подъема дымовых (выбросных) газов над устьем трубы. Высота подъема газов обеспечивается направленным вверх движением со скоростью со0, а также всплыванием теплых газов, выпускаемых в более холодный окружающий воздух. На эту высоту существенное влияние оказывает горизонтальное движение ветра, уменьшающее действие и вертикальной скорости, и эффекта всплывания.

Струя газа, выходя из дымовой трубы, разбавляется незагрязненным воздухом. Поэтому имеет место снижение концентрации вредных компонентов дымовых газов, составляющее суть явления рассеивания.

В общем случае степень разбавления выбросов находится в прямой зависимости от расстояния, которое прошел этот выброс до данной точки. Вредные вещества, содержащиеся в выбросе, распространяются по направлению ветра в пределах сектора, ограниченного довольно малым углом раскрытия факела вблизи выхода из трубы в 10—20°.

Если принять, что угол раскрытия факела не меняется с расстоянием, то площадь поперечного сечения факела должна возрастать пропорционально квадрату расстояния и, следовательно, концентрация вредных веществ должна падать обратно квадрату расстояния.

При построении картины рассеивания вредных компонентов дымовых газов следует иметь ввиду, что наибольший практический интерес представляет не вертикальное распределение концентрации в пространстве (в частности, по высоте факела), а изменение концентрации в приземном слое атмосферы, т. е. в двухметровом слое над поверхностью земли, где в основном пребывают люди. Динамика распределения концентрации в этом слое на различных расстояниях от дымовой трубы представлена на рис. 15.1. У основания трубы и далее вплоть до приземления дымового факела концентрация вредных компонентов равна нулю. Затем она быстро растет до максимальной величины См, хотя в газовой струе продолжает неуклонно падать. После чего по мере отдаления от трубы медленно убывает за счет дальнейшего разбавления выбросов незагрязненным воздухом.

Рис. 15.1. Аксонометрическая схема изменения приземной концентрации вредных веществ

Вышеизложенное в полной мере относится к теоретически ожидаемой картине распределения концентрации. Однако, как показывают натурные замеры, в ближайшей к предприятию зоне всегда обнаруживаются вредные компоненты выбросных газов. Причиной этого чаще всего являются не какие-то другие промышленные предприятия в данной местности, формирующие фоновое загрязнение атмосферного воздуха, а неорганизованные источники выбросов рассматриваемого предприятия (неплотности в газовых трактах, площадки для перевалки сырья, топлива и складирования отходов). Вследствие этого ближайшая к предприятию зона получила название зоны неорганизованного загрязнения.

Влияние различных факторов на приземное распределение загрязняющих веществ.

Вредные вещества, выбрасываемые с дымовыми газами промышленных предприятий, переносятся и рассеиваются в атмосфере по-разному в зависимости от ряда факторов: метеорологических, климатических, рельефа местности и характера расположения на ней объектов предприятия, высоты дымовых труб и гидродинамических параметров истечения выбросных газов. При этом к важнейшим метеорологическим и климатическим факторам относят скорость ветра, температурную стратификацию (распределение температур окружающего воздуха в вертикальном направлении вблизи дымовой трубы), температуру окружающего воздуха. Особая роль их проявляется в нижнем слое атмосферы — до высоты 50-250 м над поверхностью земли.

Поступившие в атмосферу частицы перемещаются благодаря молекулярной и турбулентной диффузии. Рассеивание газовой струи, осуществляемое за счет молекулярной диффузии, незначительно. Основная доля диффузионного переноса приходится на турбулентную диффузию. Перенос происходит под воздействием ветра в направлении от большего давления к низкому. Ветер, который представляет собой турбулентное движение воздуха над поверхностью Земли, является метеорологическим фактором, существенно влияющим на горизонтальное перемещение вредных примесей.

Информация о скоростях и направлениях ветра для рассматриваемого района расположения промышленного предприятия используется для анализа и выявления частоты образования неблагоприятных метеорологических условий, при которых возникает повышенное загрязнение воздуха.

Каждому источнику выбросов в зависимости от высоты его, объема и температуры газов соответствует своя так называемая опасная скорость ветра им, когда имеет место наибольшая приземная концентрация вредных веществ См. Сущность понятия опасной скорости ветра для источника выражается в следующем: при штиле или малых скоростях ветра дымовой факел беспрепятственно поднимается на большую высоту и не попадает в ближайшие к источнику приземные слои воздуха. При большой скорости ветра дымовой факел активно перемешивается с большим объемом окружающего воздуха; в результате этого, хотя факел и достигает земли, величины приземных концентраций невелики.

Таким образом, между штилем и высокой скоростью ветра есть такая скорость им, при которой дымовой факел, прижимаясь к земле, на определенном расстоянии хм, создает наибольшую величину приземной концентрации См.

Сравнение опасных скоростей ветра с характеристикой ветров по данным климатических наблюдений позволяет определить фактическое влияние промышленного предприятия на загрязнение воздуха в городе или поселке.

Сильное влияние на уровень приземной концентрации вредных веществ оказывает температурная стратификация, которая определяется способностью поверхности Земли поглощать или излучать тепло. При обычном состоянии атмосферы в дневное время земная поверхность нагревается и за счет конвективного теплообмена нагревает приземной слой воздуха. В этих условиях по мере подъема вверх температура падает. Температурный градиент составляет примерно 0,6 °С на каждые 100 м подъема вверх. Ночью при ясной погоде поверхность Земли отдает в окружающее пространство (подобно любому нагретому предмету) большое количество лучистого тепла. При этом земная поверхность, охлаждаясь сама, снижает температуру приземного слоя воздуха, который остывает быстрее верхних слоев. В результате происходит инверсия (поворот) распределения температур в воздушной оболочке Земли — температура воздуха с высотой (до верхних границ инверсионного слоя) повышается.

Более благоприятные условия для вертикального и горизонтального рассеивания дымовых газов создаются при обычном состоянии атмосферы. С одной стороны, снижение температуры с высотой способствует энергичному всплыванию дымовых газов, а с другой стороны, восходящие потоки более теплого воздуха интенсифицируют перемешивание дымовых газов с атмосферным воздухом. В инверсионных условиях ослабляются и всплывание дымовых газов, и турбулентный обмен, что ведет, в конечном итоге, к ухудшению рассеивания выбросов и накоплению вредных веществ в приземном слое (рис. 15.2). Приземная инверсия формируется особенно интенсивно во время ясной морозной погоды.

Способствуют образованию инверсионного слоя и

Рис. 15.2. Схема распространения дымовых струй, выбрасываемых из высоких труб: а) при нормальном состоянии атмосферы; б) при состоянии инверсии

антициклоны, при которых происходит сжатие нижнего слоя воздуха с выделением тепла в окружающую среду.

В случае расчета приземных концентраций вредных веществ температурная стратификация учитывается с помощью коэффициента стратификации А, отражающего региональные неблагоприятные условия вертикального и горизонтального перемешивания примесей, которые поступают в атмосферный воздух с дымовыми газами. Коэффициент А зонирован по территории России и стран СНГ Главной геофизической обсерваторией им. А. И. Воейкова (рис. 15.3).

Рис. 15.3. Схема зонирования коэффициента стратификации А на территории Российской Федерации и государств СНГ

Опасная скорость ветра в сочетании с неустойчивой стратификацией и интенсивным переносом примесей сверху вниз образует совокупность неблагоприятных метеорологических условий, при которых наблюдается максимальное значение приземной концентрации вредных веществ См.

На характер перемещения и рассеивания в атмосфере вредных веществ, выбрасываемых с дымовыми газами, влияют также рельеф местности и температура окружающего атмосферного воздуха. Чем выше последняя, тем в меньшей степени проявля

ется эффект всплывания дымовых газов. Поэтому расчеты приземных концентраций обязательно проводят при средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца года, используя данные многолетних климатических наблюдений в районе расположения предприятия.

Рельеф местности, даже при наличии невысоких возвышенностей, изменяет микроклимат в отдельных районах, например города, а также характер рассеивания вредных веществ.

Натурными замерами зафиксированы высокие концентрации вредных примесей с заветренной стороны холмов, что объясняется образованием за холмами зон пониженных давлений, где наблюдается встречное по отношению к основному потоку движение воздуха.

Расчет приземных концентраций вредных веществ выполняется в соответствии с требованиями нормативного документа ОНД-86, утвержденного Госкомгидрометом в 1986 году.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества Ся (мг/м3) при выбросе дымовых газов из одиночного источника определяется из соотношения:

(15.2)

где М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; V — объем выбросных (дымовых) газов, м3/с; А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; F — коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение безразмерного коэффициента F для газообразных веществ и аэрозолей, у которых скорость упорядоченного оседания близка к нулю, принимается равным 1, а для летучей золы при отсутствии очистки — 3; ц — коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности т] = 1;тип — безразмерные коэффициенты, отражающие гидродинамические условия выхода газовоздушной смеси из дымовой трубы.

Методики расчета приземных концентраций вредных веществ даже для одиночного источника выбросов довольно громоздки. Они намного усложняются в случае нескольких источников выбросов. Реально на промышленных предприятиях число источников достигает нескольких десятков или даже сотен. Поэтому

подобного рода расчеты, как правило, выполняются с использованием компьютерной техники, требующей соответствующего программного обеспечения.

Нормирование выбросов в атмосферу. Основным средством для соблюдения ПДК вредных веществ в приземном слое является установление нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу. ПДВ устанавливают таким образом, чтобы выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности всех других источников в данном районе с учетом перспективы его развития и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создавали приземные концентрации, превышающие максимальные разовые предельно допустимые концентрации (ПДК ).

ПДВ определяется индивидуально в зависимости от расположения источника выброса по отношению к жилым массивам, сочетания выбросов вредных веществ от рассматриваемого источника с выбросами от других источников, влияния условий рассеивания в данном географическом районе, температуры окружающего воздуха, рельефа местности и других факторов. Поэтому для одинаковых по техническим параметрам источников выбросов величины ПДВ могут быть разными.

Нормативы ПДВ устанавливаются на основании расчета приземных концентраций (т. е. расчета См — максимальной приземной концентрации при неблагоприятных метеорологических условиях, в том числе при опасной скорости ветра) и сопоставления результатов расчета с предельно допустимыми концентрациями. Величина ПДВ определяется в виде массы выбросов в единицу времени, в граммах в секунду. Для одиночного источника с круглым устьем рекомендуется формула

(15.3)

где Сф — фоновая концентрация, которая характеризует загрязнение атмосферы в населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный. Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения (~20 минут), что и максимальная разовая ПДК. В общем случае должно соблюдаться условие С + Сфlt; ПДК.

Для каждого из ЗВ, содержащихся в выбросных газах, величину ПДВ устанавливают отдельно. Кроме того, по каждому веществу устанавливается суммарная величина ПДВ в делом для предприятия.

Если в воздухе городов или других населенных пунктов концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения ПДВ в настоящее время не могут быть достигнуты, то по согласованию с региональными органами Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзора) предусматривается поэтапное, с указанием длительности каждого этапа, снижение выбросов вредных веществ до значений ПДВ, обеспечивающих достижение ПДК. На каждом этапе вплоть до обеспечения значений ПДВ устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ) вредных веществ. Их уровень не должен превышать величины выбросов лучших (в экологическом отношении) отечественных производств, которые были достигнуты в предэтапном году.

"Проект нормативов ПДВ является базовым документом для технического задания на осуществление мероприятий по уменьшению выбросов и должен содержать план по их снижению. Нормативы ПДВ пересматриваются в случае изменения технологии или объемов производства, но не реже одного раза в 5 лет. 

<< | >>
Источник: Под ред. проф. В. В. Денисова. Экология города: Учебное пособие. 2008

Еще по теме § 3. Разработка нормативов ПДВ:

  1. Разработка оптимальных режимов тепловой обработки различных групп кулинарной продукции в пароконвектомате
  2. 23. Общие этические принципы в деловом общении
  3. Глава III. ГОСУДАРСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ОБЛАСТИ БЕЗОПАСНОГО ОБРАЩЕНИЯ С ПЕСТИЦИДАМИ И АГРОХИМИКАТАМИ, НАДЗОР И КОНТРОЛЬ ЗА БЕЗОПАСНЫМ ОБРАЩЕНИЕМ С ПЕСТИЦИДАМИ И АГРОХИМИКАТАМИ
  4. Глава V. НОРМИРОВАНИЕ В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
  5. ПРОБЛЕМЫ ЭКОТОКСИКОЛОГИИ И НОРМИРОВАНИЕ В ПОЧВЕ ПЕСТИЦИДОВ И ДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ М.С, Соколов, Б.П. Стрекозов
  6. § 4. Нормативы в сфере охраны окружающей среды
  7. § 5. Стандарты, нормативы и лимиты в областиприродопользования и охраны окружающей среды
  8. § 3. Разработка нормативов ПДВ
  9. § 4. Разработка нормативов ПДС
  10. ТЕМА 5. ЛОКАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ. ЭКОЛОГО-ИНЖЕНЕРНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ