Статья не тему: "Распространение экологически вредных примесей в приповерхностном слое атмосферы"

Распространение экологически вредных примесей в приповерхностном слое атмосферы

Выбросы  загрязняющих  веществ  через  производственные  трубы  предприятий  оказывают  существенно  вредное  воздействие  на  экологию  окружающей  среды  и,  в  том  числе,  на  человека.  Вследствие этого важно знать зависимость между количеством экологически вредных выбросов в единицу времени и их содержанием в  воздухе  на  различных  высотах  и  различных  расстояниях  до  трубы.

Для  определения  этой  зависимости  наметились  несколько  подходов  в  исследованиях:  один  из  них  связан  с  решением  уравнения  турбулентной  диффузии  с  постоянными  коэффициентами  [1,  3,  4],  другие  состоят  в  использовании  формул  статистической  теории  [1]  или  полуэмпирических  соотношений  [2,  4].

В  данной  работе  развит  первый  подход.  Но  в  отличие  от  [1,  4],  где  рассматриваются  точечные  или  линейные  источники  выбросов  загрязняющих  веществ,  предполагается,  что  источник  выбросов  у  устья  трубы  носит  объемный  гауссов  характер  и  описывается  следующим  выражением  [3]:

,

(1)

где:    —  объемная  плотность  выделения  примесей  в  начале  координат,  расположенном  в  центре  выходного  сечения  трубы,  кг/(м³ ×с);

  —  радиус  трубы  на  выходе,  м;

,  ,    —  декартовы  прямоугольные  координаты,  причем  ось    совпадает  с  направлением  ветра,  ось    перпендикулярна  скорости  ветра,  ось    направлена  от  выходного  сечения  трубы  к  поверхности  земли  при  определении  концентрации  примеси  в  приземном  слое  воздуха  ()  и  направлена  вверх,  когда  находится  концентрация  загрязняющих  веществ  в  верхних  слоях  атмосферы; 

  —  высота  трубы;

  —  коэффициент,  который  учитывает  подъем  выбросов  над  устьем  трубы  (ось    направлена  вверх,  )  и  сосредоточенность  выбросов  у  среза  производственной  трубы  при  исследовании  концентрации  примеси  в  приземном  слое  атмосферы  (). 

При  допустимом  упрощении  задачи  из  дифференциального  уравнения  турбулентной  диффузии  получено  выражение  для  определения  концентрации  экологически  вредных  производственных  выбросов  в  приземных  слоях  атмосферы:

, , , ,

(2)

где:    —  массовый  расход  примеси  через  трубу;

;

  —  корни  характеристического  уравнения  ;

;

  —  приведенный  коэффициент  поглощения. 

Расчет  по  (2)  проводился  для  реальных  производственных  условий  работы  медеплавильного  комбината:

·     примесь  —  оксид    выбрасывается  с  расходом  =1,0  кг/с  из  трубы  ЗАО  «Карабашмедь»  [5]; 

·     высота  действующей  трубы  =100  м; 

·     диаметр  устья  трубы  =2  м; 

·     полуширина  ветрового  слоя  500  м,  скорость  ветра  =5  и  10  м/с;

·     плотность  воздуха  =1,29  кг/м³;

·     средний  коэффициент  турбулентной  диффузии  =10  м/с  [1]; 

·     приведенный  коэффициент  поглощения    для  скорости  5  м/с  равен  4,8×10^-4  м^-1;  для  скорости  10  м/с  =8,3×10^-4  м^-1.

При  малых  расстояниях  до  трубы  для  различных  высот  от  поверхности  земли    наблюдается  ярко  выраженный  максимум  концентрации  примеси,  положение  которого  по  координате    зависит  как  от  высоты  ,  так  и  от  скорости  ветра.

При  удалении  от  трубы  на  значительные  расстояния  (1000  м  и  более)  максимум  концентрации  примесей  размыт  и  на  поверхности  земли  (=)  составляет:  =4,2×10^-6  (при  этом  1300  м)  при  скорости  ветра  5  м/с  и  =2×10^-6  (2600  м)  при  скорости  ветра  10  м/с.  Эти  значения  концентрации  примеси  для  трубы  высотой  100  м  оказались  в  50—100  раз  выше  действующих  предельно  допустимых  концентраций  для  оксида  серы  (=0,05  мг/м³  =5×10^-8  кг/м³)  [4]. 

Сравнение  полученных  расчетных  концентраций  с  известной  методикой  [2,  4]  показало  не  только  одинаковый  функциональный  характер  зависимости    у  поверхности  земли,  но  и  количественное  совпадение  значений  с  точностью  до  10  %.

Увеличение  высоты  трубы,  как  и  увеличение  скорости  ветра,  значительно  снижает  концентрацию  примеси  в  атмосфере.  Так,  у  поверхности  земли  при  увеличении  высоты  трубы  вдвое  (=200  м)  для  расстояния  от  трубы  в  5000  м  концентрация    уменьшается  в  5  раз,  но  все  равно  оказывается  выше  ПДК  примерно  в  10  раз.

Выводы.

1.  Предложена  методика  определения  рассеяния  выбросов  экологически  вредных  загрязняющий  веществ  из  производственной  трубы  в  приземном  слое  атмосферы.

2.  Проведены  расчеты  рассеяния  оксида  серы    из  производственной  трубы,  которые  показали,  что  при  скорости  ветра  10  м/с  уже  на  расстоянии  3000  м  концентрация  примеси  примерно  одинакова  по  высоте  приземного  слоя  атмосферы  и  при  заданном  расходе    (1,0  кг/с)  превышает  ПДК  для  трубы  высотой  100  м  в  50—100  раз.

3.  При  реконструкции  производства  для  обеспечения  экологической  безопасности  требуется  строительство  новой  трубы  высотой  не  менее  200  м  при  одновременном  уменьшении  вредных  выбросов  в  10  раз  за  счет  установки  газоочистных  сооружений.

Список  литературы:

1.Волков  Э.П.  Контроль  загазованности  атмосферы  выбросами  ТЭС.  М.:  Энергоатомиздат,  1986.  —  256  с.

2.Методика  расчета  концентраций  в  атмосферном  воздухе  вредных  веществ,  содержащихся  в  выбросах  предприятий.  Л.:  Гидрометиздат,  1987.  —  25  с.

3.Прохоров  А.В.  Диффузия  выхлопных  газов  реактивного  самолета  /  А.В.  Прохоров  //  Актуальные  проблемы  гуманитарных  и  естественных  наук.  —  2013.  —  №  1.  —  С.  14—16.

4.Рихтер  А.А.  и  др.  Охрана  водного  и  воздушного  бассейнов  о  выбросов  тепловых  электростанций.  М.:  Энергоатомиздат,  1981.  —  296  с.

5.Шрамм  Е.О.  Мы  и  экология  //  Карабашский  рабочий.  Челябинск:  ЗАО  «Издательство  «Газета»  и  Ко»,  —  2000.  —  №  8  (8219).  —  С.  1.

Краткое описание документа:

Представлена методика расчета рассеяния экологически вредных примесей при выбросах из производственной трубы. Получено выражение для расчета концентраций выбросов загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Проведен проверочный расчет распространения выбросов на примере рассеяния сернистого ангидрида. На основании расчетов предложены рекомендации по реконструкции существующих производственных труб с целью соблюдения экологических и санитарных норм.