Веществ в атмосферном воздухе

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86», утвержденная Государственным комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды 4 августа 1986 г. и действующая до настоящего времени [5].

Эти нормы устанавливают методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Нормы должны соблюдаться при проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий.

Нормы предназначены для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распределения концентраций.

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опасной скорости ветра. Нормы не распространяются на расчет концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источников выброса.

Расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20– 30-минутному интервалу осреднения.

Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества
с_м, мг/м³ при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии х_м, мот источника и определяется по формуле

, (119)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени,г/с; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и п – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников при расчетах принимается
H = 2 м);η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1; ΔT – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_ги температурой окружающего атмосферного воздуха T_в,°C;
V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с, определяемый по формуле

, (120)

где D – диаметр устья источника выброса, м; w₀ – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значения коэффициента А,соответствующие неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, зависят от географического положения и особенностей климата. Коэффициент стратификации A изменяется от 250 до 140, его значения для конкретных регионов приводятся в прил.12.

Значения мощности выброса М,г/с, и расхода газовоздушной смеси V₁, м³/с, при проектировании предприятий определяются расчетом в технологической части проекта или принимаются в соответствии с действующими для данного производства (процесса) нормативами. В расчете принимаются сочетания М и V₁, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение с_м.

При определении значения ΔT,°C, следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в,°С, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01–82, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г,°С – по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и других, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) – 1;

б) для мелкодисперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% – 2; 75–90 % – 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, v_м , v^′_м и f_e:

; (121)

; (122)

; (123)

. (124)

Коэффициент m определяется в зависимости от f по рис. 83 или по следующим формулам:

при f < 100; (125)

при f ≥ 100. (126)

Для f_e < f < 100 значение коэффициента т вычисляется при f = f_e.

Коэффициент п при f < 100 определяется в зависимости от v_мпо рис. 84 или формулам:

при v_м ≥ 2;

при 0,5 ≤ v_м <2; (127)

при v_м < 0,5.

При f ≥ 100 или ∆T ≈ 0 коэффициент n вычисляется по формулам (127) при v_м = v^′_м. Максимальная приземная концентрация при v^′_м ≥ 0,5 (холодные выбросы) рассчитывается вместо формулы (118) по формуле

, (128)

где . (129)

Аналогично при f < 100 и v_м < 0,5 или f ≥ 100 и v^′_м < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет c_м производится по формуле, мг/м³

, (130)

где m′ = 2,86m при f < 100 и v_м < 0,5; m′ = 0,9 при f ≥ 100 и v^′_м < 0,5.

Расстояние x_м от источника выбросов, на котором приземная концентрация c при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения c_м определяется по формуле, м

, (131)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по следующим формулам:

при v_м ≤ 0,5; при 0,5 < v_м ≤ 2; (132)

при v_м > 2

При f > 100 или ∆T ≈ 0 значение d определяется по формулам:

d = 5,7 при v^′_м ≤ 0,5;

d = 11,4 v^′_м при 0,5 < v^′_м ≤ 2; (133)

при v^′_м > 2

Значение опасной скорости u_м, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ c_м в случае f < 100 определяется по формулам:

u_м = 0,5 при v_м ≤ 0,5;

u_м = v_м при 0,5 < v_м ≤2; (134)

при v_м > 2.

При f > 100 или ∆T ≈ 0 значение u_м находится по формулам:

u_м = 0,5 при v^′_м ≤ 0,5;

u_м = v^′_м при 0,5 < v^′_м ≤ 2 (135)

u_м = 2,2v^′_м при v^′_м > 2

При других сочетаниях метеорологических факторов и с учетом поправок на характер рельефа получены аналогичные формулы для расчета приземных концентраций на различных расстояниях от источника выброса.

Расчеты рассеивания выбросов в атмосфере служат основой для установления нормативов предельно допустимых выбросов источников и определения границ санитарно-защитной зоны предприятия.

Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира (ГОСТ 17.2.3.02—78) [26].

Таким образом, ПДВ – это максимальная масса загрязняющего вещества, допускаемая к выбросу в атмосферу из данного источника за 1 с.

При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы учитывают определенные расчетом или экспериментальным способом значения фоновых концентраций вредных веществ в воздухе c_ф,мг/м³, от остальных источников (в том числе от автотранспорта) города или другого населенного пункта. Если в атмосферный воздух выбрасывают одни и те же вещества несколько различных источников, то результирующая приземная концентрация рассчитывается на ЭВМ с помощью унифицированных и утвержденных органами Государственного комитета по гидрометеорологии программ.

При этом в приземном слое воздуха суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вредного вещества в атмосферном воздухе, т. е.

, (136)

где с_т – максимальная концентрация загрязняющих веществ в приземном воздухе, создаваемая источником выбросов, мг/м³; c_ф – фоновая концентрация вещества или вредных веществ, обладающих суммацией вредного действия, создаваемая всеми источниками, за исключением расчетного, мг/м³. Данные по фоновым концентрациям вредных веществ представляются органами санитарно-эпидемиологической службы.

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией вредного действия для каждой точки местности, должно выполняться условие:

. (137)

Для зон санитарной охраны курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха городов, а также для других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха в формуле (137) ПДК заменить на 0,8 ПДК [26].

Значения ПДВ устанавливаются при разработке ведомственных предложений по ПДВ, сводных томов «Охрана атмосферы города и предельно допустимый выброс (ПДВ)», подразделов, касающихся защиты атмосферы от загрязнения, в разделе «Охрана окружающей среды» различных видов предпроектной и проектной документации на строительство новых и реконструкцию существующих предприятий (ППД). Они устанавливаются как для строящихся, так и для действующих предприятий.

Установление ПДВ производится на основе расчета загрязнения атмосферы промышленными выбросами и с учетом перспектив развития предприятия, физико-географических и климатических условий местности, расположения промышленных площадок и участков существующей и проектируемой жилой застройки, санаториев, зон отдыха городов, взаимного расположения промышленных площадок и селитебных территорий.

ПДВ, г/с, устанавливаются для условий полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы. ПДВ не должны превышаться в любой 20-минутный период времени.

ПДВ устанавливаются отдельно для каждого источника выброса, не являющегося мелким. Для мелких источников целесообразно установление единых ПДВ от их совокупностей, с предварительным объединением группы источников в более мощный (с большими значениями с_м, чем у отдельных источников) площадной или условный точечный источник. Неорганизованные выбросы всего предприятия или отдельных участков его промплощадки сводятся к площадным источникам или к совокупности условных точечных источников.

Наряду с ПДВ для одиночных источников устанавливаются ПДВ для предприятия в целом. При постоянстве выбросов они находятся как сумма ПДВ от одиночных источников и групп мелких источников. При непостоянстве во времени выбросов от отдельных источников ПДВ предприятия меньше суммы ПДВ от отдельных источников и соответствует максимально возможному суммарному выбросу от всех источников предприятия при нормальной работе технологического и газоочистного оборудования.

ПДВ определяется для каждого вещества отдельно, в том числе и в случаях учета суммации вредного действия нескольких веществ.

Значение ПДВ, г/с для одиночного источника с круглым устьем в случаях, когда c_ф < ПДК определяется по формуле

. (138)

В случае f > 100 или ∆T ≈ 0 ПДВ определяется по формуле

. (139)

При отсутствии нормативов ПДК вместо них используются значения ориентировочно безопасных уровней загрязнения воздуха (ОБУВ) в порядке, установленном Минздравом СССР. Нормы концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе для растительности и животного мира, утвержденные в установленном порядке, принимаются при расчетах только в случаях, когда они являются более жесткими, чем ПДК.

В методике [5] рассмотрены также вопросы рассеивания выбросов для затененных источников. Приводятся формулы для решения обратных задач, например, определения минимальной высоты источника выброса, обеспечивающего приземную концентрацию вредного вещества не выше нормативной.

Если в воздухе городов или других населенных пунктов концентрации вредных веществ превышают предельно допустимые (ПДК), а значения ПДВ по причинам объективного характера в настоящее время не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выбросов вредных веществ от действующих предприятий до значений, обеспечивающих соблюдение предельно допустимых концентраций вредных веществ, или до полного предотвращения выбросов.

На каждом этапе до обеспечения величин ПДВ устанавливают временно согласованные выбросы вредных веществ (ВСВ) на уровне выбросов предприятий с наилучшей достигнутой технологией производства, аналогичных по мощности и технологическим процессам.

Установление значений ВСВ для действующих предприятий производят теми же методами, что и ПДВ.

Для предотвращения и максимального снижения организованных и неорганизованных выбросов вредных веществ должны быть использованы наиболее современная технология, методы очистки и другие технические средства в соответствии с требованиями санитарных норм проектирования промышленных предприятий.

Величины ПДВ (ВСВ) и материалы по их обоснованию должны быть согласованы с органами, осуществляющими государственный контроль за охраной атмосферы от загрязнения, и утверждены в установленном порядке.

Использование рассеивания вредных веществ в атмосфере за счет увеличения высоты их выброса допускается только после применения всех имеющихся современных технических средств по сокращению выбросов вредных веществ.

ПДВ (ВСВ) пересматривают не реже одного раза в пять лет.

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке токсичной пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы, их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.

Согласно СНиП 2.04.05–86 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» предельно допустимая концентрация пыли с_п, мг/м³, в технологических и вентиляционных выбросах, подвергаемых рассеиванию, определяется в зависимости от объема выбрасываемого воздуха L, тыс. м³/ч:[27]

при объеме более 15 тыс. м³/ч с_п = 100 k; (140)

при объеме 15 тыс. м³/ч и менее с_п = k (160 – 4L), (141)

где k – коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК_рз пыли в воздухе рабочей зоны помещения на постоянных рабочих местах:

ПДК_рз, мг/м³ ≤2 >2 – 4 >4 – 6 >6 – 10

K 0,3 0,6 0,8 1,0

Выбросы воздуха с концентрацией пыли, превышающей с_п, не допускается рассеивать в атмосферу без предварительной очистки. При устройстве систем очистки запыленного воздуха от пыли с частицами размером 20 мкм и более степень очистки должна быть не менее 0,90.