Расчет_выбросов_точечный_источник

1.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМПЕРАТРИЦЫ ЕКАТЕРИНЫ Ⅱ
Расчет рассеивания выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу
от одиночного точечного источника
Определение Cм, Xм, uм, J и НДВ по МРР-2017 (приказ Минприроды № 273)
Дисциплина «Экология (отраслевая)»
Выполнил аспирант кафедры Геоэкологи Шиляев В.К.

2.

Цель и задачи работы
Ц
Цель
!
Изучить методику определения параметров
загрязнения воздушного бассейна от одиночных
точечных источников предприятия.
Результат
Обоснованный вывод о наличии или отсутствии
превышения ПДКм.р. за границей санитарнозащитной зоны.
1
Рассчитать Cм максимальную приземную концентрацию, мг/м³
2
Определить Xм и uм расстояние до точки максимума и опасную скорость ветра
3
Оценить J опасность загрязнения атмосферы указанными веществами
4
Рассчитать НДВ нормативно допустимый выброс, г/с
2

3.

1
Атмосфера и антропогенное воздействие
– Строение, состав и функции атмосферы
– Источники и масштабы загрязнения
– Глобальные последствия: парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди
3

4.

Атмосфера: общие сведения
▪ Атмосфера — газовая оболочка Земли, удерживаемая силой
тяжести и вращающаяся вместе с планетой
▪ Масса атмосферы — 5,15·10¹⁵ т, это около одной миллионной
массы Земли
▪ Слои: тропосфера (0–12 км), стратосфера (12–50 км), мезосфера
(50–90 км), термосфера (90–500 км), экзосфера (500–2500 км)
▪ Переходные слои — тропопауза, стратопауза, мезопауза: в них
температурный градиент меняет знак
▪ Верхняя граница условна: плотность газа плавно убывает до
плотности межпланетной среды
4

5.

Строение атмосферы
Распределение температуры и особенности слоев
Слой
Высота
Температура
Особенности
Тропосфера
0–12 км
падает на 0,65 °С/100 м
80 % массы и 90 % водяного пара, погода, турбулентность
Стратосфера
12–50 км
растет до ≈ 0 °С
озоновый слой, поглощение УФ-излучения
Мезосфера
50–90 км
падает до −90 °С
самый холодный слой, серебристые облака
Термосфера
90–500 км
растет до 1500 °С
ионизация газов, полярные сияния
Экзосфера
500–2500 км
—
рассеивание газов в космос
Расчет рассеивания выбросов ведется в приземном слое тропосферы — именно здесь определяющую роль играют ветер и
температурная стратификация.
5

6.

Значение атмосферы
З
Защитная
Т
Поглощает жесткое УФизлучение, сжигает метеорные
тела
К
Климатообразующая
Перенос тепла и влаги,
формирование климата и
погоды
Теплобалансовая
Ж
Работает как «одеяло»: без нее
средняя T Земли была бы −18 °С
Р
Ресурсная
Сырье для получения N₂, O₂, Ar,
инертных газов
Жизнедеятельная
Необходима для поддержания
жизни всех биологических
видов на Земле
Ф
Физическая
Среда распространения света и
звука, защита от космических
лучей
6

7.

Химический состав атмосферы
Сухой воздух у поверхности Земли, % по объему
▪ N₂ — 78,084 %; O₂ — 20,946 %; Ar — 0,934 %
▪ CO₂ — 0,035 % (и продолжает расти)
▪ Прочие: Ne, He, CH₄, Kr, H₂, N₂O, Xe
▪ Водяной пар не входит в состав сухого воздуха: его
доля меняется от 0,2 до 4 %
▪ Состав до высоты ≈ 100 км практически постоянен
благодаря перемешиванию
▪ Примеси антропогенного происхождения составляют
доли процента, но именно они нормируются
7

8.

Антропогенное воздействие на атмосферу
Вклад отраслей в суммарный выброс
кг
300 кг в год
столько выбросов приходится в среднем
на каждого жителя Земли
▪ Автотранспорт — основной источник в городах: CO,
NOₓ, CH, сажа
▪ Металлургия и энергетика дают пылевые и
сернистые выбросы
▪ Загрязнение носит трансграничный характер
8

9.

Масштабы поступления загрязнителей
Ежегодное поступление в атмосферу, млн т
≈ 1 млрд т
> 60 %
суммарный выброс в
год
доля стран-эмитентов
▪
Природные источники (вулканы, пыльные бури,
пожары) дают сопоставимые массы, но
рассредоточены
▪
Опасность антропогенных выбросов — в их
локальной концентрации у поверхности земли
9

10.

Последствия: парниковый эффект
Парниковый эффект — повышение температуры нижних слоев атмосферы за счет поглощения
теплового излучения Земли
Газ
Вклад в эффект
Основной источник
H₂O (водяной пар)
36–72 %
естественное испарение, усиливается
нагревом
CO₂
9–26 %
сжигание топлива, сведение лесов
CH₄
4–9 %
добыча газа, животноводство, свалки
O₃ (тропосферный)
3–7 %
фотохимический смог
Фреоны (CFCs)
<7%
холодильная техника, аэрозоли
Следствия
• смещение климатических зон
• рост средней температуры
• рост числа экстремальных
явлений
• таяние ледников и мерзлоты
• подъем уровня Мирового
океан
10

11.

Последствия: озоновые дыры и кислотные дожди
Разрушение озонового слоя
Кислотные дожди
▪
Приведенная толщина озонового слоя — всего ≈ 3 мм
▪
Осадки с pH < 5,6 (нормальный дождь имеет pH ≈ 5,6)
▪
Разрушители: фреоны, галоны, метан, оксиды азота
▪
Предшественники: SOₓ, NOₓ, NH₃, HCl
▪
Одна молекула фреона разрушает до 10⁵ молекул O₃
▪
SO₂ + H₂O → H₂SO₃ → H₂SO₄; NO₂ + H₂O → HNO₃
▪
Последствия УФ: гибель микроорганизмов и планктона,
угнетение роста растений, рак кожи и катаракта
▪
Последствия: гибель хвойных лесов, закисление
водоемов, рост подвижности алюминия, коррозия и
разрушение памятников
11

12.

Основные загрязнители атмосферы
Обзор групп веществ, подлежащих нормированию
П
Пыль и аэрозоли
Г
Соединения Pb, Hg, Mn, Zn, Cr,
Ni; зола; неорганическая пыль
К
Канцерогены
Бенз(а)пирен, диоксины,
формальдегид
Газообразные
Ц
SOₓ, COₓ, NOₓ, H₂S, углеводороды
CxHy
Р
Радиоактивные
Аэрозоли радионуклидов,
радон
Цианиды
HCN и соли синильной кислоты
— II класс опасности
М
Микроорганизмы
Биологическое загрязнение,
споры, бактерии
12

13.

2
Классификация источников и
нормирование
– Виды источников загрязнения атмосферы
– Классы опасности и виды ПДК
– НДВ, санитарно-защитная зона, индекс загрязнения атмосферы
13

14.

Классификация источников загрязнения
Признак
Виды
Примеры
Подвижность
стационарные / передвижные
труба котельной / автомобиль, тепловоз
Организация выброса
организованные / неорганизованные
труба с газоходом / утечка через неплотности
Геометрическая форма
точечные / линейные / площадные
устье трубы / конвейер / отвал
Высота H
наземные до 2 м, низкие 2–10 м, средние 10–30 м,
высокие > 30 м
чем выше источник, тем лучше рассеивание
Температура
горячие (ΔT >> 0) / холодные (ΔT ≈ 0)
дымовая труба / вентшахта
В практической работе рассматривается одиночный точечный организованный источник с круглым устьем.
14

15.

Типы источников: примеры
Точечный организованный
дымовая труба, вентиляционная шахта, выхлопная труба
Линейный организованный
ряд вентшахт, факельные установки, аэрационный
фонарь
Площадной организованный
пруд-отстойник, бассейн, гидроотвал с системой сбора
Точечный неорганизованный
утечка из фланца трубопровода, открытый люк
Линейный неорганизованный
конвейер, пылящая автодорога, траншея
Площадной неорганизованный
породный отвал, склад сыпучих, открытая стоянка
15

16.

Типы источников: примеры
Точечный организованный
16

17.

Типы источников: примеры
Точечный неорганизованный
17

18.

Типы источников: примеры
Линейный организованный
18

19.

Типы источников: примеры
Линейный неорганизованный
19

20.

Типы источников: примеры
Площадной организованный
20

21.

Типы источников: примеры
Площадной неорганизованный
21

22.

Источник выделения и источник загрязнения
Два разных понятия, которые нельзя путать
1
Источник выделения ЗВ
2
Объект или технологический процесс, в котором
загрязняющее вещество образуется.
Источник загрязнения (выброса)
Объект, от которого вещество непосредственно
поступает в атмосферный воздух.
→
Примеры: двигатель, плавильная печь, реактор,
дробилка, окрасочная камера.
Примеры: устье трубы, вентшахта, аэрационный
фонарь, свеча рассеивания.
Один источник выделения может обслуживаться несколькими источниками выброса — и наоборот. В расчете рассеивания
используются параметры именно источника выброса: H, D, ω₀, Tг.
22

23.

Классы опасности вредных веществ
ГОСТ 12.1.007-76 и СанПиН 1.2.3685-21
Класс
Характеристика
Типичные представители
ПДК, мг/м³
I
чрезвычайно опасные
бенз(а)пирен, V₂O₅, O₃, диоксины, Hg, HF
< 0,1
II
высокоопасные
H₂S, формальдегид, фенол, цианиды, Cl₂, As
0,1–1,0
III
умеренно опасные
NO, NO₂, SO₂, SO₃, сажа, нитраты, пыль неорганическая
1,1–10
IV
малоопасные
NH₃, CO, CH₄, сульфаты, хлориды
> 10
▪ Класс опасности определяет коэффициент k в индексе загрязнения атмосферы (ИЗА)
▪ От класса опасности зависит требуемый размер санитарно-защитной зоны предприятия
▪ Чем ниже ПДК, тем жестче норматив выброса: для веществ I класса НДВ на порядки меньше
23

24.

Нормирование качества воздушной среды
ПДК — предельно допустимая концентрация, мг/м³
ПДКм.р.
Максимальная разовая
Осреднение 20–30 мин. Не должна вызывать рефлекторных реакций: запах,
раздражение слизистых. Используется в расчете рассеивания.
ПДКс.с.
Среднесуточная
Осреднение за сутки. Защищает от хронического, в том числе
резорбтивного, воздействия. Применяется при расчете ИЗА.
ПДКс.г.
Среднегодовая
Оценка долгосрочного (хронического) риска от загрязнения воздуха в
населенных пунктах. Определяется как среднее арифметическое всех
регулярных измерений концентрации вещества за календарный год.
ПДКр.з.
Рабочей зоны
8-часовой рабочий день, не более 41 часа в неделю. Как правило, в десятки
раз выше ПДКм.р. для населенных мест.
24
Для курортных, санаторных зон и мест отдыха ПДКс.с. принимается на 25 % меньше табличного значения.

25.

Нормативно допустимый выброс (НДВ)
Ранее — ПДВ, предельно допустимый выброс
НДВ — масса вещества (г/с), при которой приземная концентрация на границе СЗЗ не превышает ПДК
▪ Норматив устанавливается для каждого источника и каждого вещества отдельно
▪ Учитывается фоновая концентрация Сф от других предприятий и транспорта: расчет ведется по разности (ПДК − Сф)
▪ Условие достижимости: Сф < ПДК. Если фон уже превышает норматив, требуется снижение выбросов по территории в
целом
▪ Если НДВ технически недостижим, устанавливается ВРВ — временно разрешенный выброс с планом поэтапного
снижения
▪ Превышение норматива — основание для повышенной платы за НВОС и административной ответственности
25

26.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ)
СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03
СЗЗ — территория с особым режимом использования вокруг объекта, отделяющая источник воздействия от жилой застройки.
1000 м
500 м
300 м
100 м
50 м
I класс
II класс
III класс
IV класс
V класс
Недопустимо размещать
Допустимо размещать
жилые дома, детские и спортивные площадки,
образовательные и лечебные учреждения, садовые участки,
предприятия пищевой промышленности
гаражи, склады, пожарные депо, объекты инженерной
инфраструктуры, питомники и зеленые насаждения — не
менее 40 % площади СЗЗ
26

27.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ)
27

28.

Условия соблюдения ПДК
Одно вещество
C ᵢ ≤ ПДК ᵢ
Группа суммации (однонаправленное действие)
C₁ / ПДК₁ + C₂ / ПДК₂ + … + Cₙ / ПДКₙ ≤ 1
▪ Классические группы суммации: NO₂ + SO₂; SO₂ + H₂S; сильные минеральные кислоты; аммиак + формальдегид
▪ При наличии фона условие принимает вид: (C + Cф) ≤ ПДК
▪ Проверка выполняется в расчетной точке на границе СЗЗ и ближайшей жилой застройки
28

29.

Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА)
Комплексная оценка качества воздуха города
ИЗАᵢ = kᵢ · ( Cᵢ / ПДКс.с.ᵢ )
Cᵢ — среднегодовая концентрация; kᵢ — коэффициент класса опасности
Класс опасности
I
II
III
IV
ИЗА₅ < 7
Коэффициент k
1,7
1,3
1,0
0,9
допустимый уровень загрязнения
▪ ИЗА₅ рассчитывается по пяти веществам с наибольшими единичными индексами
▪ Градации: < 5 — низкий; 5–7 — повышенный; 7–14 — высокий; > 14 — очень высокий уровень
▪ Показатель используется Росгидрометом для ранжирования городов и ведения приоритетного списка
29

30.

Факторы, влияющие на рассеивание
Что определяет приземную концентрацию
А
Аэродинамические
высота и диаметр устья, температура и скорость выхода
ГВС ω₀ — определяют подъем факела
М
Метеорологические
скорость и направление ветра, температурная
стратификация, температура воздуха
Т
Топографические
рельеф, застройка, наличие лесных массивов и водоемов
— учитываются коэффициентом η
Максимум приземной концентрации достигается при опасной
скорости ветра uм и безразличной стратификации атмосферы.
30

31.

3
Алгоритм расчета рассеивания
– Исходные данные и справочные коэффициенты A, F, η
– Вспомогательные параметры f, vм, v′м, fe и коэффициенты m, n
– Формулы для Cм, Xм, uм, НДВ и опасности загрязнения J
31

32.

Методология расчета: МРР-2017
§
Приказ Минприроды России № 273 от 06.06.2017
«Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе»,
раздел V
▪ Расчет ведется на неблагоприятные метеорологические условия (НМУ): опасная скорость и опасное направление ветра,
безразличная стратификация, высокая температура воздуха
▪ Температура воздуха Tв принимается по средней максимальной температуре 13 часов самого жаркого месяца года
▪ Не используются скорости ветра u < 0,5 м/с
▪ Не используются скорости u > u*, где u* — скорость, превышаемая в данной местности в 5 % случаев
▪ Результат расчета — верхняя огибающая возможных концентраций, то есть заведомо консервативная оценка
32

33.

Общая последовательность расчета
▪
Шаги 1–4 не зависят от конкретного
вещества: это параметры источника и
газовоздушной смеси
▪
Коэффициенты m и n рассчитываются один
раз для источника
▪
Шаг 5 повторяется для каждого
загрязняющего вещества — меняются только
MиF
▪
Xм зависит от вещества через F: для пыли (F
= 2,5…3) максимум ближе к источнику
▪
Проверка «Cм ≤ ПДКм.р. − Сф» — главный
критерий соблюдения норматива
33

34.

Исходные данные для расчета
Обозн.
Величина
Ед. изм.
Откуда берется
H
высота источника над уровнем земли
м
проект, паспорт источника
D
диаметр устья трубы
м
проект
ω₀
скорость выхода ГВС из устья
м/с
замер или ω₀ = 4V₁ / (πD²)
V₁
объемный расход ГВС
м³/с
замер, паспорт вентилятора
Tг / Tв
температура ГВС / атмосферного воздуха
°С
замер / СП 131.13330
M
мощность (интенсивность) выброса
г/с
инвентаризация выбросов
A, F, η
коэффициенты стратификации, оседания, рельефа
—
таблицы МРР-2017
Значения ПДК принимаются по СанПиН 1.2.3685-21; фоновая концентрация Сф — по данным Росгидромета.
34

35.

Шаг 1. Объем ГВС и разность температур
V₁ = ( π · D² / 4 ) · ω₀
ΔT = Tг − Tв
▪ V₁ — объем выбрасываемой пылегазовоздушной смеси, м³/с
▪ Если задан V₁, то обратной задачей находится ω₀ = 4V₁ / (π · D²)
▪ ΔT — разность температур выбрасываемой смеси и окружающего воздуха, °С
↑
Горячий выброс: ΔT >> 0
факел обладает тепловой плавучестью и поднимается
выше устья трубы
→
Холодный выброс: ΔT ≈ 0
подъем факела определяется только начальной
скоростью ω₀
35

36.

Коэффициент стратификации A
Зависит от климатического района расположения источника
Регион Российской Федерации
A
Республика Бурятия и Забайкальский край
250
Европейская территория южнее 50° с. ш., Нижнее Поволжье, азиатская территория (кроме пп. 1 и 3)
200
Европейская территория и Урал от 50° до 52° с. ш.; азиатская территория севернее Полярного круга и западнее 108° в. д.
180
Европейская территория и Урал севернее 52° с. ш. (кроме центра европейской территории)
160
Владимирская, Ивановская, Калужская, Московская, Рязанская, Тульская области
140
Если источник расположен ближе 3 км от границы районов с разными A, принимается A, равное полусумме указанных значений.
36

37.

Коэффициент оседания F
Учитывает скорость упорядоченного оседания частиц
Характеристика выброса
F
Газы и мелкодисперсные аэрозоли (пыль, зола), скорость оседания которых практически равна 0
1
Мелкодисперсные аэрозоли при степени очистки не менее 90 %
2
Мелкодисперсные аэрозоли при степени очистки от 75 % до 90 %
2,5
Мелкодисперсные аэрозоли при степени очистки менее 75 %
3
Мелкодисперсные аэрозоли при отсутствии очистки
3
▪ Чем крупнее частицы и хуже очистка, тем больше F и тем выше расчетная приземная концентрация
▪ Для одного и того же источника F разный для газов (F = 1) и для пыли
▪ Степень очистки берется из паспорта газоочистной установки и подтверждается замерами
37

38.

Шаг 2. Вспомогательные параметры
f = 1000 · ω₀² · D / ( H² · ΔT )
vм = 0,65 · ∛( V₁ · ΔT / H )
v′м = 1,3 · ω₀ · D / H
fe = 800 · ( v′м )³
▪ f — параметр, характеризующий соотношение динамического и теплового подъема факела
▪ vм — характерная скорость, определяемая тепловой мощностью выброса, м/с
▪ v′м — характерная скорость для холодных выбросов (определяется только импульсом струи), м/с
▪ fe — граничное значение f, при котором тепловой подъем перестает быть определяющим
38

39.

Шаг 3. Коэффициент m
Учитывает условия выхода газовоздушной смеси из устья
m = 1 / ( 0,67 + 0,1·√f + 0,34·∛f )
m = 1,47 / ∛f
!
при f < 100
при f ≥ 100
Особый случай
При fe < f < 100 значение m вычисляется при f = fe
С ростом f подъем факела ослабевает, m уменьшается — и приземная
концентрация Cм снижается.
39

40.

Шаг 3. Коэффициент n
Определяется по vм при f < 100
n=1
n = 0,532·vм² − 2,13·vм + 3,13
n = 4,4 · vм
!
при vм ≥ 2
при 0,5 ≤ vм < 2
при vм < 0,5
При f ≥ 100 или ΔT ≈ 0
коэффициент n вычисляется по тем же формулам, но при
подстановке vм = v′м
40

41.

Шаг 4. Cм для горячих выбросов
Условие применения: ΔT >> 0
Cм = ( A · M · F · m · n · η ) / ( H² · ∛( V₁ · ΔT ) )
результат — максимальная приземная концентрация, мг/м³
Обозначение
Смысл величины
Единицы
A
коэффициент температурной стратификации атмосферы
—
M
интенсивность (мощность) выброса вещества
г/с
F
коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества
—
m, n
коэффициенты, учитывающие подъем факела над трубой
—
η
коэффициент рельефа местности (ровная местность — η = 1)
—
H
высота источника выброса
м
41

42.

Шаг 4. Cм для холодных выбросов
Условие применения: ΔT ≈ 0
Cм = ( A · M · F · n · η ) / H ⁴ᐟ³ · K
K = D / ( 8 · V₁ ) = 1 / ( 7,1 · √( ω₀ · V₁ ) )
▪ Тепловой подъем факела отсутствует, поэтому в знаменателе нет множителя ∛(V₁·ΔT)
▪ Влияние геометрии и расхода учитывается вспомогательным коэффициентом K
▪ Коэффициент m в формулу не входит: подъем определяется только импульсом струи
▪ Тот же порядок расчета применяется при f ≥ 100 (доминирует динамический напор)
42

43.

Шаг 5. Расстояние Xм
Точка, где приземная концентрация достигает максимума
Xм = ( 5 − F ) / 4 · d · H
d — безразмерный коэффициент, зависящий от режима истечения
▪ Для газов (F = 1) множитель (5 − F)/4 = 1, для пыли при F = 3 он равен 0,5
▪ Чем крупнее частицы, тем ближе к источнику ложится максимум концентрации
▪ Xм сопоставляется с размером СЗЗ: если Xм больше размера зоны, максимум может попасть на жилую застройку
▪ Высокая труба «отодвигает» максимум и уменьшает его значение — но увеличивает площадь рассеивания
?
Практический смысл
Xм показывает, где размещать контрольную точку и пост наблюдения за качеством воздуха.
43

44.

Безразмерный коэффициент d
При f < 100
При f > 100 или ΔT ≈ 0
Условие
Формула
Условие
Формула
vм ≤ 0,5
d = 2,48 · ( 1 + 0,28 · ∛fe )
v′м ≤ 0,5
d = 5,7
0,5 < vм ≤ 2
d = 4,95 · vм · ( 1 + 0,28 · ∛fe )
0,5 < v′м ≤ 2
d = 11,4 · v′м
vм > 2
d = 7 · √vм · ( 1 + 0,28 · ∛fe )
v′м > 2
d = 16 · √v′м
▪ Выбор строки таблицы выполняется по значению vм (или v′м для холодных выбросов)
▪ Множитель (1 + 0,28·∛fe) учитывает вклад начальной скорости истечения
▪ Ошибка в выборе диапазона — самая частая ошибка в расчете: проверяйте границы 0,5 и 2
44

45.

Шаг 6. Опасная скорость ветра uм
Скорость на уровне флюгера, обычно 10 м от земли
При f < 100
При f > 100 или ΔT ≈ 0
Условие
uм, м/с
Условие
uм, м/с
vм ≤ 0,5
uм = 0,5
v′м ≤ 0,5
uм = 0,5
0,5 < vм ≤ 2
uм = vм
0,5 < v′м ≤ 2
uм = v′м
vм > 2
uм = vм · ( 1 + 0,12 · √f )
v′м > 2
uм = 2,2 · v′м
▪ Опасная скорость — та, при которой достигается наибольшая приземная концентрация Cм
▪ При слабом ветре факел не прижимается к земле, при сильном — интенсивно разбавляется: максимум лежит между этими
режимами
▪ Значение uм сопоставляется с розой ветров района для оценки повторяемости НМУ
45

46.

Распределение концентрации по оси факела
Качественный вид зависимости C(x)
▪
У основания трубы концентрация
близка к нулю
▪
Максимум Cм достигается на
расстоянии Xм
▪
Далее концентрация монотонно
убывает
▪
На границе СЗЗ сравнивают
расчетное C с ПДКм.р.
▪
Если Xм < границы СЗЗ, максимум
остается на территории
предприятия
46

47.

Шаг 7. Расчет НДВ
Значение норматива при условии Сф < ПДК
Горячие выбросы (ΔT >> 0)
НДВ = ( ПДК − Сф ) · H² · ∛( V₁ · ΔT ) / ( A · F · m · n · η )
Холодные выбросы (ΔT ≈ 0)
НДВ = ( ПДК − Сф ) · H ⁴ᐟ³ · 8 · V₁ / ( A · F · n · η · D )
▪ Размерность НДВ — г/с, то есть та же, что и у фактического выброса M
▪ Удобная проверка: НДВ = M · ПДК / Cм — формулы отличаются только заменой Cм на ПДК
▪ Если M > НДВ, требуются природоохранные мероприятия либо оформление ВРВ
47

48.

Шаг 8. Опасность загрязнения атмосферы J
J = C / ПДК
✓
(одно вещество)
J≤1
норматив соблюден, дополнительных мероприятий
не требуется
J = ΣᵢCᵢ / ПДКᵢ (группа суммации)
✕
J>1
превышение ПДК, необходимы мероприятия по
снижению выброса
▪ Пример группы суммации в расчетной практике: J = C(NOₓ)/ПДК(NOₓ) + C(SO₂)/ПДК(SO₂)
▪ Величина J безразмерна и показывает, во сколько раз концентрация отличается от норматива
▪ Для веществ разных классов опасности индексы не складываются, если они не образуют группу суммации
48

49.

4
Пример расчета
– Предприятие в г. Новосибирске, два источника выброса
– Пошаговый расчет Cм, Xм, uм, НДВ и J
– Формулировка вывода о соблюдении нормативов
49

50.

Исходные данные. г. Новосибирск
Параметр
Источник № 1
Источник № 2
Высота источника H, м
105
112
Диаметр устья D, м
1,9
3,4
Температура ГВС Tг, °С
170
37
Температура воздуха Tв, °С
16
16
Объем ГВС V₁, м³/с
13
15
Выбрасываемые вещества, г/с
PM2.5 — 25; пыль цементная — 33,1
NO₂ — 19,4; CO — 12,6
Степень очистки ГВС, %
78
—
A = 200
F = 1 и F = 2,5
азиатская территория РФ (Новосибирск)
газы и PM2.5 — F = 1; цементная пыль при очистке 78 % — F = 2,5
50

51.

Источник № 1. Шаг 1: ω₀, ΔT
Задан объемный расход, скорость находим обратной задачей
ω₀ = 4 · V₁ / ( π · D² ) = 4 · 13 / ( π · 1,9² ) = 13 / 2,835 = 4,59 м/с
ΔT = Tг − Tв = 170 − 16 = 154 °С
▪ ΔT = 154 °С >> 0 — выброс горячий, применяется формула для горячих источников
▪ Площадь устья: π·D²/4 = π·1,9²/4 = 2,835 м²
▪ Скорость 4,59 м/с — типична для дымовой трубы с естественной тягой
51

52.

Источник № 1. Шаг 2: f, vм, v′м, fe
f = 1000 · 4,59² · 1,9 / ( 105² · 154 ) = 39 944 / 1 697 850 = 0,0235
vм = 0,65 · ∛( 13 · 154 / 105 ) = 0,65 · ∛19,07 = 0,65 · 2,67 = 1,74 м/с
v′м = 1,3 · 4,59 · 1,9 / 105 = 0,108 м/с
fe = 800 · 0,108³ = 1,00
▪ f = 0,0235 < 100 — используются формулы «первой ветви» для m, n, d и uм
▪ Условие fe < f < 100 не выполняется (f = 0,0235 < fe = 1,00), поэтому m считается при фактическом f
▪ vм = 1,74 попадает в интервал 0,5 ≤ vм < 2 — это определяет формулы для n, d и uм
52

53.

Источник № 1. Шаг 3: коэффициенты m и n
m = 1 / ( 0,67 + 0,1·√0,0235 + 0,34·∛0,0235 ) = 1 / 0,783 = 1,278
n = 0,532 · 1,74² − 2,13 · 1,74 + 3,13 = 1,603 − 3,697 + 3,13 = 1,036
Величина
Значение
Комментарий
√f
0,153
f = 0,0235
∛f
0,287
кубический корень из f
m
1,278
f < 100, тепловой подъем значителен
n
1,036
0,5 ≤ vм < 2
53

54.

Источник № 1. Шаг 4: Cм для PM2.5
F = 1 — мелкодисперсный аэрозоль, оседание ≈ 0
Cм = ( 200 · 25 · 1 · 1,278 · 1,036 · 1 ) / ( 105² · ∛(13 · 154) )
Cм = 6 616 / ( 11 025 · 12,60 ) = 6 616 / 138 926 = 0,048 мг/м³
0,048
0,16
0,30
Cм, мг/м³
ПДКм.р., мг/м³
J = Cм / ПДК
Вывод: расчетная концентрация составляет 30 % от норматива — превышения нет.
54

55.

Источник № 1. Шаг 4: Cм для цементной пыли
F = 2,5 — очистка 78 % (диапазон 75–90 %)
Cм = ( 200 · 33,1 · 2,5 · 1,278 · 1,036 · 1 ) / 138 926 = 0,158 мг/м³
0,158
0,5
0,32
Cм, мг/м³
ПДКм.р., мг/м³
J = Cм / ПДК
▪ Знаменатель не изменился — он зависит только от параметров источника, а не от вещества
▪ Пыль нормируется как взвешенные вещества: ПДКм.р. = 0,5 мг/м³ (СанПиН 1.2.3685-21)
▪ Повышение F с 1 до 2,5 увеличивает расчетную концентрацию в 2,5 раза — очистка напрямую влияет на результат
55

56.

Источник № 1. Шаг 5: Xм и uм
d = 4,95 · 1,74 · ( 1 + 0,28 · ∛1,00 ) = 8,59 · 1,28 = 11,0
Вещество
F
(5−F)/4
Xм = (5−F)/4 · d · H
Xм, м
PM2.5
1
1,00
1,00 · 11,0 · 105
1155
Пыль цементная
2,5
0,625
0,625 · 11,0 · 105
722
uм = vм = 1,74 м/с
(так как 0,5 < vм ≤ 2)
Максимум концентрации пыли лежит вдвое ближе к трубе, чем максимум PM2.5: крупные частицы оседают быстрее.
56

57.

Источник № 1. Шаг 6: расчет НДВ
Фоновая концентрация принята Сф = 0
НДВ = ( ПДК − Сф ) · H² · ∛( V₁·ΔT ) / ( A · F · m · n · η )
Вещество
ПДКм.р., мг/м³
Числитель
Знаменатель
НДВ, г/с
M, г/с
Оценка
PM2.5
0,16
0,16 · 138 926
200·1·1,278·1,036 = 264,7
84,0
25
M < НДВ
Пыль цементная
0,5
0,5 · 138 926
200·2,5·1,278·1,036 = 661,7
105,0
33,1
M < НДВ
▪ Проверка по эквивалентной формуле: НДВ = M · ПДК / Cм = 25 · 0,16 / 0,048 = 84 г/с
▪ Фактические выбросы составляют 30 % и 32 % от нормативов соответственно
▪ Норматив утверждается в составе проекта НДВ на срок 7 лет
57

58.

Источник № 2: сводка расчета
H = 112 м, D = 3,4 м, ΔT = 37 − 16 = 21 °С, V₁ = 15 м³/с
Параметр
Значение
Параметр
Значение
ω₀ = 4V₁/(πD²)
1,65 м/с
m
1,250
f
0,0352
n
1,623
vм
0,92 м/с
d
5,31
v′м
0,065 м/с
Xм
595 м
fe
0,222
uм
0,92 м/с
Вещество
M, г/с
F
Cм, мг/м³
ПДКм.р., мг/м³
J
НДВ, г/с
NO₂
19,4
1
0,092
0,2
0,46
42,1
CO
12,6
1
0,060
5,0
0,01
1052
NO₂ и CO не образуют группу суммации, поэтому индексы J не складываются.
58

59.

Сводный результат расчета
Сравнение расчетных концентраций с нормативами
▪
Все четыре вещества дают J < 1
▪
Наиболее напряженная позиция — NO₂
(J = 0,46)
▪
Резерв по NO₂: 42,1 − 19,4 = 22,7 г/с
▪
Ближайший к предприятию максимум
— пыль (722 м)
▪
При расширении производства первой
лимитирующей позицией станет NO₂
59

60.

Вывод по примеру
1
Cм < ПДКм.р. для всех веществ максимум — 0,158 мг/м³ по цементной пыли при ПДК 0,5 мг/м³
2
J < 1 по каждому веществу опасность загрязнения атмосферы не превышает допустимого уровня
3
M < НДВ для всех позиций фактические выбросы не превышают 50 % расчетных нормативов
4
Xм = 595…1155 м максимумы концентраций находятся за границей СЗЗ — требуется контроль в жилой зоне
5
Мероприятия по снижению не требуются достаточно поддерживать проектную степень очистки 78 %
Расчет выполнен для неблагоприятных метеоусловий и потому дает верхнюю оценку концентраций.
60

61.

5
Мероприятия и мониторинг
– Способы снижения выбросов и очистки газов
– Организация мониторинга атмосферного воздуха
– Нормативно-правовая база и ответственность
61

62.

Мероприятия по снижению загрязнения
Т
Технологические
С
малоотходные технологии, замена сырья и топлива,
автоматизация процессов, рециркуляция дымовых
газов
П
Пространственно-планировочные
организация и озеленение СЗЗ, рациональное
размещение предприятий с учетом розы ветров
Санитарно-технические
газопылеочистное оборудование, герметизация,
увеличение высоты труб, аспирация узлов пересыпки
К
Контрольно-запретительные
нормирование выбросов, мониторинг, запрет
отдельных технологий и видов топлива, плата за НВОС
62

63.

Мониторинг атмосферного воздуха
▪ Наблюдение за уровнем загрязнения в городах и промышленных центрах (система Росгидромета)
▪ Контроль источников выбросов и регулирование выбросов в период НМУ
▪ Производственный экологический контроль на предприятии — обязателен для объектов I и II категорий
▪ Автоматические системы контроля выбросов на источниках объектов I категории (ФЗ № 219)
Стационарные посты
непрерывные наблюдения по
полной программе, 4 раза в
сутки
Маршрутные посты
передвижная лаборатория по
заданному маршруту в
фиксированные сроки
Подфакельные
(передвижные)
замеры под факелом источника
на разных расстояниях от трубы
63

64.

Очистка выбросов от пыли: оборудование
Группа
Аппараты
Принцип действия
Сухие механические
пылеосадительные камеры,
циклоны, мультициклоны
гравитация и
центробежная сила
Мокрые
скрубберы, пенные аппараты,
скрубберы Вентури
улавливание частиц
жидкостью
Фильтры
рукавные (тканевые),
зернистые, волокнистые
механическое задержание
на пористой перегородке
Электрические
сухие и мокрые
электрофильтры
зарядка частиц в
коронном разряде и
осаждение
Эффективность аппаратов напрямую определяет
коэффициент F в расчете рассеивания.
64

65.

Сравнение пылеулавливающих аппаратов
Аппарат
Эффективность
Улавливаемые частицы
Особенности
Пылеосадительная камера
40–50 %
> 50 мкм
простая, дешевая, применяется как первая ступень
Циклон
65–85 %
> 10 мкм
компактен, но высокое гидравлическое сопротивление
Скруббер Вентури
до 99 %
> 1 мкм
скорость газа 40–150 м/с, образуются сточные воды
Рукавный фильтр
до 99,9 %
до 1 мкм
требует охлаждения газа ниже 200 °С, замена рукавов
Электрофильтр
до 99,9 %
до 0,1 мкм
высокие капитальные затраты, низкие
эксплуатационные
На практике применяют многоступенчатые схемы: циклон как первая ступень, рукавный фильтр или электрофильтр — как вторая.
Именно степень очистки определяет коэффициент F в расчете.
65

66.

Очистка от газообразных загрязнителей
А
Абсорбция
поглощение газа жидкостью (промывка растворами щелочей, воды, аминов). Применение: SO₂, H₂S, HCl
Ад
Адсорбция
поглощение твердым сорбентом — активированный уголь, цеолиты, силикагель. Применение: пары растворителей, Hg
К
Каталитическое превращение
перевод вредных веществ в безвредные на катализаторе. Применение: NOₓ (SCR), CO в автомобильных нейтрализаторах
Т
Термическое дожигание
окисление при 800–1200 °С с утилизацией тепла. Применение: углеводороды, органические растворители, запахи
Метод выбирают по составу и температуре газа, требуемой степени очистки и возможности утилизации улавливаемого продукта.
66

67.

Нормативно-правовая база
Документ
Предмет регулирования
ФЗ № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»
основы природоохранного регулирования, категории объектов НВОС
ФЗ № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха»
нормирование выбросов, разрешительная документация
Приказ Минприроды № 273 от 06.06.2017 (МРР-2017)
методы расчетов рассеивания выбросов
ГОСТ 17.2.3.02-2014
правила установления допустимых выбросов
СанПиН 1.2.3685-21
гигиенические нормативы: значения ПДК
СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03
санитарно-защитные зоны и санитарная классификация объектов
Расчет рассеивания входит в состав проекта НДВ, материалов ОВОС и документации на получение комплексного экологического
разрешения.
67

68.

Ответственность за нарушения
Статья 251 УК РФ «Загрязнение атмосферы»
1
Нарушение правил выброса штраф до 80 000 руб. либо лишение права занимать определенные должности до 5 лет
2
Причинение вреда здоровью человека штраф до 200 000 руб. либо исправительные работы до 2 лет
3
Смерть человека по неосторожности принудительные работы или лишение свободы на срок до 5 лет
§
Административная ответственность
Ст. 8.1, 8.21 КоАП РФ: выброс без разрешения, нарушение условий разрешения, неисправность очистных сооружений — штрафы
до 250 000 руб. и приостановка деятельности до 90 суток
68

69.

Итоги занятия
▪ Разобрали строение, состав и функции атмосферы, а также глобальные последствия ее загрязнения
▪ Освоили классификацию источников выброса и систему нормирования: ПДК, НДВ, СЗЗ, ИЗА
▪ Изучили методику МРР-2017: расчет f, vм, m, n и максимальной приземной концентрации Cм
▪ Научились определять Xм, опасную скорость ветра uм, норматив НДВ и опасность загрязнения J
▪ Выполнили полный расчет для двух источников и сформулировали вывод о соблюдении ПДК
▪ Рассмотрели мероприятия по снижению выбросов, оборудование очистки и правовую базу
Следующий этап — оформление отчета по практической работе с выводом по своему варианту.
69

70.

Вопросы для самоконтроля
1
Что такое ПДК? Какие виды ПДК вы знаете и чем они отличаются?
2
Чем горячий выброс отличается от холодного и как это влияет на формулу расчета Cм?
3
Как вычисляется коэффициент m и в каком случае он рассчитывается при f = fe?
4
Что такое опасная скорость ветра и почему максимум концентрации достигается именно при ней?
5
Как определить НДВ для одиночного источника и что делать, если фактический выброс его превышает?
6
Почему для пыли максимум концентрации расположен ближе к источнику, чем для газов?
70

71.

Спасибо за внимание!
Вопросы и переход к самостоятельному расчету по вариантам