Расчет предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу

1.1 Актуальность охраны атмосферного воздуха.

Защита атмосферного воздуха от загрязнений вредными веществами является одной из главных задач в охране окружающей среды. При загрязнении атмосферы становится вредным вдыхаемый людьми воздух, а при появлении вредных веществ в атмосферной влаге и осадках:

происходит химическое загрязнение водоемов, почвы, снижается их биопродуктивнооть;

угнетается растительность и животный мир, в тканях и в организме которых возможно накопление несвойственных им вредных химических соединений;

интенсифицируется коррозия инженерных сооружений, износ зданий, оборудования и предметов быта.

Для устранения явлений, отражающихся на здоровье людей, ухудшающих состояние природных ресурсов и материальных ценностей, необходимо полное устранение выбросов химических вредностей в воздушную среду. Но современный уровень науки и техники, социально-экономические возможности общества не позволяют пока перейти на безотходные технологические процессы. Переходным этапом к безотходному производству может явиться использование малоотходной техники и технологии, основанных на максимальном снижении выделений аэрозолей (пыли), паров и газов в атмосферный воздух. Важным мероприятием по защите атмосферы могут стать также высокоэффективные пылегазоулавливающие установки, снижающие концентрацию вредных примесей в выбросах предприятий.

1.2 Источники загрязнения атмосферы и их характеристики.

Источниками химического загрязнения атмосферы являются
промышленные предприятия, транспортные средства и знергетичес
кие объекты, работающие на органическом топливе, утилизация
отходов сжиганием.

Выбросы в атмосферу подразделяются по следующим основным признакам:

1) по виду источников;

2) по температуре выбрасываемой пылегазовоздушной (ПГВ) смеси;

3) по высоте и форме выбросного устройства.

По виду источники бывают технологические и вентиляционные. К технологическим относятся трубы теплоэлектростанций и котельных, продувка технологического оборудования, выхлопы двигателей внутреннего сгорания, местные отсосы от постов окраски, сварки, пайки, гальванических ванн. Эти источники характеризуются высокими концентрациями загрязняющих веществ в выбрасываемой смеси. К вентиляционным источникам относятся системы общеобменной вентиляций помещений. Эти источники при малых концентрациях вредных веществ в выброса характеризуются большими объемами воздуха, загрязненного В помещениях и выбрасываемого в атмосферу.

По температуре ПГВ смеси подразделяются на:

холодные, когда температура ПГВ смеси Тсм и температура
наружной атмосферы Тн одинаковы или Тсм < Тн;

нагретые, когда ΔТ = Тсм - Тн > 0.

Форма выбросных устройств может быть в виде труб (точечные источники) И аэрационных фонарей - вытянутых вдоль всей длины здания застекленных надстроек на крыше, через открываемые проемы в которых воздух из помещения поступает в атмосферу (линейные источники). По высоте расположения над земной поверхностью выбросные устройства бывают низкие и высокие. К низким относятся источники, выбросы которых поступают в циркуляционную 80ну здания, возникающую при обтекании его воздушным потоком. От высоких источников факел выброса распространяется в атмосфере вне циркуляционных зон.

Размеры циркуляционных зон зданий (lц,х1) определяются их высотой Нзд и шириной b (.рис. 1.1). При этом к узким относятся здания шириной в b ≤ 2,5 Нзд, к широким – шириной b > 2,5 Нзд. Смежными считаются два параллельно расположенных здания с расстоянием между ними X1 не более 8Нзд, если первое по потоку здание широкое, и не более 10Нзд, если оно узкое здания рассматриваются как отдельно стоящие при больших расстояниях между ними.

Высота источника Н (рис.1.1), которая влияет на загрязнение циркуляционных зон (граничное положение) определяется по следующим формулам:

для узкого отдельно стоящего здания:

Нгр =0,36 b₃ + 2,5 Нзд [м] ; (1.1)

для широкого отдельно стоящего здания:

Нгр=0,36b₃ + 1,7 [м] ; (1.2)

для группы зданий:

Нгр=0,36(b₃+Х₁) + Нзд [м] (1.3)

где b3- расстояние от источника, расположенного в пределах
крыши, до заветренной стены здания. Источники, выбрасыващие
вредные вещества на высоте, превышающей Игр не загрязняют
циркуляционные зоны над и за зданием.

Рис. 1.1. Размеры циркуляционных зон, возникающих при обтекании воздушным потоком зданий, и область (заштрихована) расположения устьев низких источников: α и б - соответственно узкого и широкого отдельно стоящих; в - группы с первым по потоку узким зданием; г - то же, с широким зданием. Пунктиром показаны циркуляционные зоны: 1 - единая, 2 - наветренная, 3 - заветренная, 4 - межкорпусная.

Понятие о предельно допустимом выбросе вредных
веществ в атмосферу.

Критерием загрязненности воздушной среды, возникающей при вентиляционных и технологических выбросах, являются создаваемые ими концентрации вредных веществ С в контролируемых зонах на территории промышленной площадки предприятия и (или) жилой застройки. При превышении содержания С предельно допустимых концентраций (ПДК) для выбрасываемых веществ уровень загрязненности атмосферного воздуха является опасным для здоровья людей и требующим специальных мер по ограничению количества вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени – величины М, измеряемой в г/с или мг/с. Значение М в этом случае должно быть снижено до величины, называемой предельно допустимым выбросом - ПДВ.

ПДВ - это такое количество i-го вредного вещества, поступающее в атмосферу от источники выброса, при котором максимальное значение Смi, возникающее при действии источника, не превышает предельно допустимых уровней, т.е.

Сmi <= ПДК (1.4)

При этом за критерий экономически допустимого уровня загрязненности воздуха принята величина максимально разовой ПДК для населенных мест (ПДК_м) и 0,3 ПДК_р, для территорий промплощадки, где ПДК_р - это допустимое содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений.

ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе для населенных мест и в воздухе рабочей зоны, наиболее используемых и образующихся в радиоэлектронном производстве, приведены в табл.1.1.

Для большинства выбросов характерен сложный, многокомпонентный состав загрязнителей в ПГВ смеси. Соотношение (1.4) справедливо при наличии в воздушной среде одного или нескольких вредных веществ неоднонаправленного действия. Если совместно присутствующие вещества сходны; по химическому строению или характеру биологического действия на организм человека, их вредное влияние на здоровье суммируется, и поэтому они относятся к группе однонаправленных. Эффектом суммации действия обладают следующие сочетания
вредных веществ:

а) ацетон и фенол;

б) озон, двуокись азота и формальдегид;

в) сернистый газ, фенол, двуокись азота;

г) сернистый газ и сероводород;

д) сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная) и щелочи;

е) серный и сернистый ангидрид, аммиак, окислы азота;

ж) ароматические углеводороды (толуол и ксилол).

При совместном присутствии в атмосфере n веществ однонаправленного действия безвредность воздушной среды определяется выполнением условия

(1.5)

где С₁, С₂..., С_n - фактические концентрации вредных веществ в воздухе; ПДК₁, ПДК₂, ПДК_n- предельно допустимые концентрации этих веществ.

Таблица 1.1.

№ П№п.	Вещества	Агрегат-ное Ссос-то-яние	Предельно допустимые концентрации веществ в мг/м³
В воздухе рабочей зоны	В атмосферном воздухе населенных пунктов
Максимально разовая	Средне-су-точная
	Азота окислы (в пересчете на NO₂)	п		0,085	0,085
2.	Акролеин	п	0,7	0,03	0,03
3.	Ацетон	п		0,35	0,35
4.	Бензин-растворитель (в пересчете на C)	п			1,5
5.	Дихлорэтан	п	10⁺
6.	Ангидрит сернистый	п		0,5	0,05
7.	Серный ангидрит	п		-	-
8.	Ксилол	п		0,2	0,2
9.	Марганец и его соединения (в пересчете на MnO₂)	а	0,3	-	0,01
10.	Озон	п	0,1	0,16	0,03
11.	Свинец и его неорганические соединения	а	0,01	-	0,0003
12.	Серная кислота	п		0,3	0,1
13.	Сероводород	п	10⁺	0,008	0,008
14.	Соляная кислота	п		0,2	0,2
15.	Толуол	п		0,6	0,6
16.	Углеродная окись	п
17.	Фенол	п	5⁺	0,01	0,01
18.	Формальдегид	а	0,5	0,036	0,03
19.	Хромовый ангидрид, хроматы, бихроматы (в пересчете на СrO₃)	а	0,01	0,0015	0,0015
20.	Цианистый водород, соли синильной кислоты (в пересчете на HCN)	п	0,3⁺	-	0,01
21.	Эпихлоргидрид	п		0,2	0,2

Примечание: В табл. 1.1 приведены преимущественные агрегатные состояния веществ, выбрасываемых производственным оборудованием: п - пары и (или) газы, а - аэрозоли.

1.4 Исходные данные для определения ПДВ и последовательность расчета.

Определение ПДВ для предприятий проводится на основе следующих данных:

1. Габариты и размещение производственных зданий на плане предприятия, размеры промплощадки и расстояние от источников выброса до жилых застроек.

2. Географическое местоположение рассматриваемых объектов выброса и окружающей территории, преобладающие скорости и направления ветров для данной местности, фоновое загрязнение воздушных потоков.

Состав ПГВ-смеси и условия ее поступления в атмосферу - высота выбросного отверстий и ее местоположение на зданий, сечение трубы или другой конструкций выбросного отверстия, скорость выхода ПГВ смеси и ее температура.

Местоположение расчетной точки (РТ) в контролируемой зоне, где необходимо обеспечить допустимое содержание вредных веществ в воздухе. Положение этой точки определяется ее расстоянием X от источника выброса (РТ1), а в случае, если эта точка не лежит на оси факела рассеяния вредности (РТ2), такие и от кратчайшего расстояния у от этой точки до оси факела (рис. 1.2).

Рис.1.2. Возможное положение расчетных точек в факеле
рассеивания вредностей (l - длина здания, ИВ - источник выброса, ЭК - эпюры концентраций в сечениях I и II факела рассеивания).

Расчет ПДВ следует производить в следующей последовательности:

1. Определить валовый выброс М_i каждого вредного вещества, поступающего из источника в атмосферу:

[м²/с] (1.6)

где С_оi - концентрация загрязняющего вещества в выбросном отверстии, m²/m³;

L - объем ПГВ смеси, выбрасываемой источником, м³/с Величина L определяется по формуле:

[м³/с] (1.7)

где S₀ - сечение выбросного отверстия, m²;

Для труб , [м²], где D - диаметр трубы;

W - скорость выхода ПГВ смеси через выбросное отверстие в атмосферу, [м/с].

С учетом высоты здания Н_зд и его ширины b определить категорию здания: узкое оно или широкое.

Рассчитать с учетом Н_зд расстояния b_з от ИВ до заветренной стороны здания и расстояния Х₁ между зданиями (если на промплощадке находится группа близко расположенных, друг к другу зданий), граничную высоту Н_гр (по формулам 1.1, 1.2 или 1.3) и определить затем высотную категорию ИВ. При высоте выбросного отверстия над поверхностью земли Н>Н_гр ИВ относится к высоким, при Н<Н_гр ИВ является низким.

4. При наличии вредных веществ - в вентиляционно-технологическом выбросе установить для ПГВ смеси доминирующее вещество, по отношению к которому необходимо рассчитать ожидаемый уровень загрязнения воздуха и, при необходимости, величину ПДВ. Доминирующим считается i - тое вещество, для которого показатель П_gi будет наибольшим. Расчет этого показателя производится по следующие формулам:

для низких источников:

[м³/с] (1.8)

для высоких источников:

[м³/с] (1.9)

Для промышленной площадки, где воздух используется в системе приточной вентиляции:

а для населенных пунктов:

Соблюдение условия безвредности по доминирующему веществу, безусловно, обеспечит ПДК по другим веществам меньшим значением П_gi.

При совместном присутствии в составе ПВ выброса веществ, обладающих как разнонаправленным, так и суммацией действия, показатель доминируемости для группы из однонаправленных веществ рассчитывается для низких источников по формуле:

[ ] (1.10)

и для высоких источников по формуле:

[ ] (1.11)

где 1, 2,..., m - вид и общее количество однонаправленных веществ.

Если П_gi окажется наибольшим, последующий расчет ПДВ следует вести для данной группы однонаправленных веществ, для которой предварительно необходимо найти условную концентрацию и условный выброс всех однонаправленных веществ на основе приведения их к первому веществу с использованием следующих формул:

[ ] (1.12)

[ ] (1.13)

5. Рассчитать для доминирующего вещества ожидаемую концентрацию C_x(C_y) в РТ с учетом высотной категории ИВ по формулам из табл. 1.2 или табл. 1.З.

6.Если на промплощадке расчетные значения

или , требование безопасности к воздушной среде обеспечено и в последующем расчете ПДВ нет необходимости. Но при условии или необходимо ограничение валового выброса М до уровня ПДВ, величина которого должна быть рассчитана по формулам, указанным ниже, для населенных мест ПДВ воздействующих на них ИВ должны быть рассчитаны в случае, если или .