Пылегазовые выбросы

Конечная цель нормирования состоит в том, чтобы, независимо от режимов антропогенных или природных факторов, максимальная концентрация примеси в воздухе не превышала ПДК в атмосферном воздухе конкретного населенного пункта. Для этого прежде всего необходимо установить, какая же фактически С_м может сформироваться в воздухе и на каком расстоянии от источника хм это произойдет (см. рис.6). Значение С_м для нагретых выбросов определяется по формуле (15):

а для холодных (16):

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия перемешивания примесей; он варьирует для разных географических районов от 140 (для центра европейской части России) до 250 (для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., а также, например, для Бурятии и Читинской области); F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания веществ из атмосферы и принимаемый за 1 для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пылей, зол и т. п.), скорость оседания которых практически равна 0; при степени очистки пылегазовой смеси от таких частиц 90%, он принимается равным 2, при 75—90% 2,5, при <75%—3; m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из источника, которые вычисляются при помощи дополнительных параметров или устанавливаются по специальным графикам-номограммам; Н — высота источника выброса над уровнем земли, м; ∆T — разность между температурой газовоздушной смеси и температурой наружного воздуха, причем первая берется по технологическим нормативам для данного вида производства, а последняя принимается равной средней максимальной температуре воздуха наиболее жаркого месяца; V₁ — объем газовоздушной смеси (в м³/с), поступающей от источника в атмосферу, определяемый по дополнительной формуле (17):

где ω₀ — средняя скорость выхода смеси из устья источника, м/с; D — диаметр устья источника, м; если расчет ведется для группы источников, то берется их суммарный диаметр; для источников с квадратным устьем D принимается равным стороне квадрата;

К — дополнительная величина, выражаемая в с/м², определяемая по формуле (18):

M — количество вещества, выбрасываемого через источник в единицу времени, т.е. мощность выброса, г/с или т/год; η — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание примесей и называемый коэффициентом шероховатости, который принимается равным 1 для ровной местности с перепадами высоты не более 50 м на 1 км расстояния х; для других случаев η определяется по дополнительным таблицам.

На площадках предприятий могут присутствовать несколько сходных источников, выбрасывающих одно и то же или близкое по действию на организм вещество, примерно одинаковые высоту, диаметр устья, трубы, параметры газового потока. В случае достаточно близкого их расположения друг к другу формула (15) преобразуется к виду (19):

где М — суммарная мощность выброса всеми источниками; V — суммарный расход газовоздушной смеси; N — число источников.

Формула (18) для холодных выбросов принимает вид (20):

а формула (16) имеет вид (21):

Расстояние х_м от источника до места, где создается максимальная приземная концентрация примеси С_м, устанавливается по формуле (22):

где безразмерный коэффициент d определяется по дополнительным формулам для холодных и нагретых газопылевых смесей (согласно ОНД—86).

Рассчитав значения С_м для каждого вредного вещества и для каждого источника выброса, можно перейти к расчету предельно допустимого выброса ПДВ. Для этого проведем несложные алгебраические операции. Во-первых, преобразуем формулы (15) и (16) относительно мощности выброса:

для нагретых выбросов (23)

для холодных выбросов (24)

Заменяя далее в (23) и (24) С_м на известный норматив для данного вещества, т. е. на его ПДК, мы получим именно то предельное значение М, которое не позволит ни при каких условиях С > ПДК. Это и будет предельно допустимый выброс.

Таким образом, регламентация выбросов в атмосферу осуществляется путем установления ПДВ вредных веществ в атмосферу, т.е. нормативов, устанавливаемых из условия, чтобы содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышало нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира. Единицы ПДВ—г/с или т/год, и этот показатель на производстве при контроле и инвентаризации выбросов следует сравнивать с фактической мощностью выброса М, выражаемой в тех же единицах.

Согласно ГОСТ 17.2.3.02—78 «Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями», а также ОНД—86, ПДВ устанавливаются для каждого источника загрязнения атмосферы при условии, что выбросы вредных веществ от данного и от совокупности других источников с учетом рассеивания не создадут приземной концентрации вредных веществ, превышающих ПДК. При этом обязательно учитываются фоновые концентрации тех же веществ от внешних источников С_ф и эффект суммаций. Окончательные формулы для расчета ПДВ имеют вид:

для нагретых выбросов (25)

для холодных выбросов (26)

Все, о чем сказано выше, относится к точечным источникам выбросов с круглым устьем. При аналогичных расчетах для линейных источников или для одиночных источников с прямоугольным устьем (например, шахт) вносятся некоторые коррективы.

Так, в случае прямоугольного точечного источника расчет загрязнения атмосферы предусматривает введение в формулы средней скорости выхода газовоздушной смеси из трубы ω₀, а вместо диаметра устья источника D и расхода газовоздушной смеси V₁ используют так называемые эффективные значения D_э и V_э1. При этом (27):

где L — длина устья источника; b — его ширина, м;

При расчете рассеивания выбросов от линейного источника длиной L наибольшая концентрация вредной примеси С_м наблюдается на расстоянии х_м от проекции центра источника на земную поверхность. В качестве линейного источника в данном случае принимаем аэрационный фонарь при условии, что ветер дует вдоль него.

Если ветер перпендикулярен линейному источнику или имеет произвольное направление, то вычисления основываются на аппроксимации линейного источника совокупностью одинаковых равноудаленных точечных источников, на числа которых N делится аэрационный фонарь:

где х — наименьшее расстояние от аэрационного фонаря до расчетной точки на местности, м; u — расчетная скорость ветра, м/с.

Мы не рассматриваем более подробно все особенности расчетов загрязнения воздуха, отсылая читателей к нормативным документам. Изложенное выше приведено здесь преимущественно с одной целью: показать процессы изменения экологической обстановки (в данном случае состояния атмосферы) в результате сложного взаимодействия природных (метеорологических) и технических факторов.

В реальных условиях предприятие нередко не в состоянии по объективным техническим причинам выдержать установленные для него ПДВ по всем загрязняющим ингредиентам. В этих случаях концентрация в расчетных точках, например в воздухе населенного пункта, может превышать ПДК. В подобных ситуациях вводится поэтапное снижение выбросов, т. е. до выхода на ПДВ на промежуточных этапах устанавливаются временно согласованные выбросы (ВСВ) на уровне тех выбросов, которые обеспечиваются аналогичными по мощности предприятиями с наилучшей достигнутой технологией.

Временно согласованные выбросы должны быть согласованы с государственными органами, на которые возложен контроль за состоянием окружающей среды.

Для проведения указанных выше расчетов (независимо от того, выполняются ли расчеты вручную или на ЭВМ), необходимо располагать полной достоверной информацией по всем выбросам предприятия и их источникам. Такую информацию получают в результате инвентаризации промышленных выбросов, под которой понимается систематизация сведений об источниках выбросов на предприятий, о количестве и составе выбросов. На основании данных инвентаризации предприятие разрабатывает планы по снижению выбросов на тот или иной срок с учетом требуемых затрат и составляет ежегодные отчеты об охране атмосферного воздуха.

Таким образом, перед инженером производства стоят сложные и ответственные задачи по обеспечению регламентированных выбросов вредных веществ (ПДВ или ВСВ), которые входят в круг его профессиональных обязанностей. Эти задачи (обеспечение условия М≤ПДВ) решаются на основе создания и внедрения ресурсосберегающих технологических процессов, совершенствования и поддержания в безаварийном состоянии оборудования, с помощью мероприятий по очистке и обезвреживанию отходящих газов, а также организационных мероприятий, например перепрофилирования отдельных производств, замены сырья и топлива и т. п.