Санитарно-технические. Рассеивание выбросов в атмосфере


Санитарно-технические мероприятия включают очистку вентиляционного воздуха от вредных веществ, утилизацию и обезвреживание отходов. Выбор метода и аппаратов для очистки выбрасываемого воздуха определяется свойствами и концентрацией содержащихся вредных веществ. К санитарно-техническим мероприятиям относятся также рассеивание выбросов через выбросные вентиляционные и дымовые трубы.

 Рассеивание выбросов в атмосфере

            Одной из мер защиты воздушного бассейна является рассеивание газообразных веществ и пыли в атмосфере при выбросе через высокие дымовые трубы. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр источника и т.д.

                        На рисунке 1 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере над факелом организованного высокого источника выброса.       

 Рис.1. Схема рассеивания и распределения концентраций вредных веществ в

приземном слое атмосферы под факелом высокого и мощного источника выбросов.

Можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы:

1. зона переброса факела выброса – характеризуется относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;

2. зона задымления – характеризуется максимальным содержанием вредных веществ;

3. зона постепенного снижения уровня загрязнения.

            Зона задымления является наиболее опасной для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10-49 высот трубы. Поэтому для оценки состояния окружающей среды следует помнить, что суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать ПДК:

Cmax + Сф  ≤ ПДК

Cmax ≤ ПДК - Сф

Высота выброса и скорость газового потока. С увеличением высоты трубы и скорости выбрасываемого газового потока эффективность рассеивания  загрязнений   увеличивается, т.е. рассевание выбросов происходит в большем объеме атмосферного воздуха, над большей площадью поверхности земли.

Выбросы рекомендуется делать на эффективной высоте НЭ (рис. 2).






Описание: Темный диагональный 2


Подпись: НЭ = НТР + DН

Трубы строят как можно выше (180 – 250 м и более). Для увеличения скорости истечения газов из устья трубы применяют факельный  способ выброса, который предусматривает наличие на конце трубы специального устройства (конфузора с направляющими насадками). Эти устройства позволяют  увеличить дальнобойность выходящей струи газа. Значение величины DН находят по формуле:

где  - начальная скорость газовоздушной смеси в устье трубы, м/с;

 - разница температур газов и атмосферного воздуха, 0С;

 - диаметр устья трубы, м;

  - скорость ветра, м/с;

 - температура атмосферного воздуха, 0С.  

Если выбросы холодные, т.е. =0, то величину DН находят по формуле:

,

Где V – количество газовоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу, м3/с.

Если предприятие находится вблизи жилых домов (на расстоянии не более 5-кратной высоты зданий), то рекомендуемая эффективная высота выброса должна быть не менее 2,5×h(здания):                                        .

Горизонтальное перемещение примесей выбрасываемого газового потока определяется скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении.

            Скорость ветра. Ветер – турбулентное движение воздуха над поверхностью земли. Направление и скорость ветра  не остаются постоянными, скорость ветра возрастает при увеличении перепада атмосферного давления. Наибольшее загрязнение атмосферы возможно при слабых ветрах  0 - 5 м/с  при рассеивании выбросов  на  малых высотах в приземном слое атмосферы. При выбросах из высоких источников наименьшее рассеивание загрязнений  имеет место при скоростях ветра 1 - 7 м/с (в зависимости от скорости выхода струи газа из устья трубы).

Температурная стратификация. Способность поверхности земли поглощать или излучать тепло влияет на вертикальное распределение температуры  в атмосфере. В обычных условиях при подъеме вверх  на 1 км  температура уменьшается  на » 6,50С: градиент температуры равен 6,50С/км. В реальных условиях могут наблюдаться отклонения от равномерного  уменьшения температуры с высотой – температурная инверсия. Различают приземные и приподнятые инверсии. Приземные характеризуются   появлением более теплого слоя воздуха непосредственно у поверхности земли, приподнятые – появлением более теплого слоя воздуха (инверсионного слоя)  на некоторой высоте. В инверсионных условиях ухудшается рассеивание загрязнений, они концентрируются в приземном слое атмосферы. При выбросе загрязненного газового потока из высокого источника наибольшее загрязнение воздуха возможно при приподнятой инверсии, нижняя граница которой находится над источником выброса и наиболее опасной скорости ветра 1 – 7 м/с. Для низких источников выбросов наиболее неблагоприятным является сочетание приземной инверсии со слабым ветром.

Рельеф местности. Даже при наличии сравнительно небольших возвышенностей существенно изменяется микроклимат в отдельных районах и характер рассеивания загрязнений. Так в пониженных местах образуются застойные, плохо проветриваемые зоны с повышенной концентрацией загрязнений. Если на пути загрязненного потока находятся здания, то над зданием скорость воздушного потока увеличивается, сразу за зданием – снижается, постепенно увеличиваясь по мере удаления, и на некотором расстоянии от здания  скорость потока воздуха принимает первоначальное значение. Аэродинамическая тень – плохо проветриваемая зона, образующаяся при обтекании здания потоком воздуха. В зависимости от типа зданий и характера застройки образуются   различные зоны с замкнутой циркуляцией воздуха, что может оказывать существенное влияние на распределение загрязнений.

 













Только низкие  источники выбросов,  высота которых не превышает высоты крыши здания,  загрязняют циркуляционные зоны зданий.

Высота источников выбросов  НЗАГР, при которой они загрязняют циркуляционные зоны, определяется из формул:

- для узкого отдельно стоящего здания                НЗАГР = 0,36 ВЗ + 2,5 НЗД;

- для широкого  отдельно стоящего здания          НЗАГР = 0,36 ВЗ + 1,7 НЗД; 

- для группы зданий                                               НЗАГР = 0,36 (ВЗ + Х) + НЗД;

где ВЗ – расстояние от источника выброса до заветренной стороны здания.

Методика расчета рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах, основана на определении концентраций этих веществ (мг/м3) в приземном слое воздуха. Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется  по наибольшему рассчитанному значению концентрации вредных веществ, которое может установиться на некотором расстоянии от источника выброса при наиболее неблагоприятных метеоусловиях (скорость ветра достигает опасного значения, наблюдается интенсивный турбулентный вертикальный обмен).

Расчет рассеивания выбросов  проводится по ОНД-86. (ОНД – основной нормативный документ).

Предприятия, выбрасывающие в окружающую среду вредные вещества, должны быть отделены от жилой застройки санитарно-защитными зонами (СЗЗ). Расстояние от предприятия до жилой застройки (размеры санитарно-защитной зоны) устанавливаются в зависимости от количества и вида выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ, мощности предприятия, особенностей технологического процесса.

               Предприятие (класс)                      Размеры СЗЗ

            1 класс                                                          1000 м

            2 класс                                                            500 м

            3 класс                                                            300 м

            4 класс                                                            100 м

            5 класс                                                              50 м.

При определенных условиях границы санитарно-защитной зоны могут быть увеличены, но не более, чем в 3 раза.

Одна из функций санитарно-защитной зоны – биологическая очистка атмосферного воздуха средствами озеленения. Древесно-кустарниковые насаждения газопоглотительного назначения (фитофильтры)  способны поглощать газообразные загрязняющие вещества. Например, установлено, что луговая и древесная растительность может связывать 16-90% сернистого газа. Роль отдельных компонентов биоценоза в связывании загрязнений зависит от периода вегетации и фотосинтетической активности, температуры, освещенности, влажности воздуха. Расчет поглотительной способности насаждений рассчитывается по формуле:

где Р - поглотительная способность 1 га насаждений за вегетацию, кг/га;

U – сухая фитомасса листьев и хвои, кг;

К – коэффициент физиологически допустимого накопления серы

      (лиственные породы -  0,002; хвойные – 0,001);

ТU – время удаления серы из листьев и хвои (10 дней);

ТВ – длительность вегетации, дней.

Для насаждений с фитомассой листьев и хвои 5 т/га уровень накопления серы составляет (в кг на 1 га насаждений):

  • физиологически допустимый - 150 кг (для лиственного леса), 36 кг (для хвойного леса);
  • при слабых повреждениях (до 20%) – 300 кг и 83 кг соответственно;
  • при средних повреждениях (40%) - 412 кг и 145 кг соответственно;
  • при сильных повреждениях – 720-800 кг и 260 кг соответственно.

Для растительности определяют три уровня поглотительной способности:

1. физиологический (недопустимы некрозы и снижение фотосинтетической продуктивности);

2. биологический (допускается определенная степень повреждения листьев и хвои, снижение продуктивности и возможная гибель особо чувствительных видов);

3. максимальный (потенциальный)(возможна гибель растительности, засоление или отравление почв).

В соответствии с уровнями поглотительной способности коэффициент К в формуле принимает следующие значения (таблица 1):

Таблица 1 Значения коэффициента физиологически допустимого накопления серы

Уровень поглотительной способности растительности

Лиственные породы

Хвойные породы

физиологический

0,002

0,001

биологический

0,004; 0,006

0,002

максимальный

0,01

0,004



 


Фронтальная часть зеленого фильтра должна быть представлена групповыми и линейными посадками с коридорами, образующими организованную аэродинамическую систему. Средняя и  тыловая части фильтра должны способствовать полному перехвату газообразных загрязнений. Для этой цели рекомендуются семирядные трехъярусные  лесные полосы с возрастающей густотой зеленых насаждений. Площадь насаждений в санитарно-защитных зонах зависит от класса промышленного предприятия. Ассортимент растений подбирают в соответствии с климатическими и почвенными условиями, составом и количествами загрязнений, расстояниями от источников выбросов. Обычно вблизи промышленных предприятий по состоянию растительности выделяют несколько характерных зон:

 - в радиусе 100-500 м погибают многие древесные (в первую очередь хвойные) породы. В этой зоне следует высаживать наиболее устойчивые  виды травянистых растений и некоторых кустарников;

- в радиусе 500 – 1000 м возможно создание устойчивых газонов, защитных полос и других форм насаждений из устойчивых  кустарников и древесных пород;

- в радиусе 1 - 2 км  для озеленения используют среднеустойчивые и даже газочувствительные виды. Устойчивость фитофильтра в некоторых случаях можно повысить путем промывания лиственной массы (полив).

Таблица 2 Некоторые виды растений, используемые для озеленения СЗЗ

при различных загрязнениях

№ п\п

Ассортимент растений
(примеры)

Загрязнение

Оксиды  серы

Фенолы, ксилол

Оксиды азота

1.

Айва японская

+

 

 

2.

Арония черноплодная

+

+

+

3.

Барбарис обыкновенный

+

 

+

4.

Береза плакучая

 

+

 

5.

Береза повислая

+

 

+

6.

Вишня обыкновенная

 

+

+

7.

Груша обыкновенная

+

 

+

8.

Ель колючая

 

 

+

9.

Ель колючая серебристая

 

+

+

10.

Клен остролистный

+

 

 

11.

Липа

+

+

 

12.

Липа мелколистная

 

 

+

13.

Лиственница

 

 

+

14.

Роза (культурные сорта)

 

+

 

15.

Сирень обыкновенная

+

+

+

16.

Тополь

 

 

+

17.

Туя западная

+

+

+

18.

Форзиция

 

 

+

19.

Черемуха обыкновенная

+

 

 

20.

Черемуха обыкновенная

+

 

+

21.

Яблоня домашняя

+

 

 

22.

Ясень обыкновенный

+