4   Дослідження факторів впливу на рівень забруднення  атмосфери в зоні викидів стаціонарного джерела  

Мета роботи – засвоїти методику та набути практичних навичок

          моделювання і аналізу факторів впливу на забруднення

          атмосфери в зоні викидів стаціонарного джерела.  

Об’єкт дослідження – приземний шар атмосфери в зоні викидів

    локального одиночного точкового стаціонарного

         техногенного джерела.

 Предмет дослідження – фактори впливу на рівень забруднення

         атмосферного повітря.

Завдання – розрахувати та проаналізувати фактори впливу

         на рівень забруднення приземного шару атмосфери в зоні

         викидів  локального точкового стаціонарного джерела.

Основні науково-теоретичні положення

Розглянемо деякі графічні моделі залежності від факторів впливу величини рівня концентрації забруднюючої речовини в приземному шарі атмосфери в зоні викидів одиночного стаціонарного джерела з круглим отвором.

Так, по-перше, характер залежності С = f(M) концентрації речовини (С) від маси її викиду (М) при постійній висоті (H=const) джерела на певній заданій відстані (Х) до джерела є прямою лінією. При цьому має місце X1>X2 >X3 . Графічна модель цієї залежності наведена на рис. 4.1. 

 

      Рисунок 4.1 – характер залежності концентрації (С) від маси викиду (М) при постійній висоті (Н) джерела на заданій відстані (Х) до джерела: С = f(M); H = const; X1 > X2 > X3     

По-друге, характер залежності С = f(X, M) концентрації речовини (С) від відстані (Х) до джерела при заданій змінній масі (М) викиду і постійній висоті (H=const) джерела має вигляд параболоподібної кривої. ЇЇ можна умовно поділити на дві частини: до і після досягнення максимального рівня концентрації.

Спочатку концентрація речовини різко збільшується, тобто крива від джерела до максимального рівня концентрації См зростає. Після досягнення максимального рівня забруднення См далі вона все повільніше, ніж на попередньому відрізку, починає зменшуватися аж до досягнення рівня фонової концентрації Сф. При цьому має місце  M1 > M2 > M3 .

Отже, при H=const максимальний рівень забруднення См тим більший, чим більша маса викиду.

Графічна модель залежності концентрації домішки в атмосфері від відстані (Х) до джерела при заданій масі (М) викиду і постійній висоті (Н) джерела наведена на рис. 4.2. 

Далі характер залежності концентрації (С = f (X, H)) речовини від відстані (Х) до джерела при заданій висоті (Н) джерела і постійній масі (M=const) викиду має вигляд, аналогічний попередній кривій.

Отже, при М=const масимальний рівень забруднення См тим більший, чим більша висота джерела викиду, тобто H1>H2>H3. Графік залежності концентрації С домішки від відстані (Х) до джерела при заданій висоті (Н) джерела і постійній масі (М) викиду наведений на рис. 4.3. 

               

Розглянемо тепер деякі графічні моделі залежності від факторів впливу величини небезпечної відстані Хм (додаток Б).

Так, по-перше, положення небезпечної відстані Хм на осі ОХ при постійній висоті (Н=const) джерела і незмінних інших умовах не залежить від маси (М) викиду, тобто Хм=const за  умови, що M1 > M2 > M3  (рис. 4.2).

По-друге, положення небезпечної відстані Хм на осі ОХ при постійній масі викиду (М=const) і незмінних інших умовах із збільшенням висоти (Н) джерела викиду збільшується, тобто має місце Хм1 >  Хм2 > Хм3  при H1 > H2 > H3  (рис. 4.3).

Аналогічно цьому можна проаналізувати залежність величини небезпечної відстані від агрегатного стану речовини F.

Розглянемо ще деякі дуже важливі в екологічному відношенні показники: мінімальну і оптимальну висоту джерела, що забезпечує вимогу екологічної безпеки См ≤ ГДК при заданих параметрах М, D, Vc, Wc, ∆Т .

Мінімальна висота Нмін [м] локального одиночного точкового стаціонарного джерела викидів забруднюючих речовин у приземний шар атмосферного повітря, при якій забезпечується значення максимальної концентрації См домішки в зоні її впливу викидів, що не перевищує регламент ГДК, тобто забезпечується вимога екологічної безпеки См ≤ ГДК при заданих параметрах М, D, Vc, Wc, ∆Т, розраховується за формулою 

при ∆Т > 0

                  А М F h                 1/2

Нмін =                                               ;                           (4.1 а)

                    ГДК  3√ Vc ∆Т 

 

при ∆Т ≈

                                 А М F D  h      3 / 4 

      Нмін =                                             .                               (4.1 б)

                            8 Vc ГДК

 

Гранично допустимий обсяг витрат палива ГДВП,  т/год, що ще допустимий для утворення у продуктах горіння забруднюючих речовин за умови забезпечення вимоги екобезпеки (См ≤ ГДК при заданих значеннях М, D, Vc, Wc, ∆Т), розраховується за формулою   

ГДВП = 3,6 Н 3 [ ∆Т Vпc {ГДК / (m n h F А Мп) }3 ] 1/2  , (4.2)

де  Мп – питомий об’єм (маса) утвореної забруднюючої  речовини на одиницю маси палива, г/кг;

          Vпc -  питомий об’єм пилогазоповітряної суміші (димових газів), що утворюються при горінні  (викидаються в атмосферу) на одиницю маси палива, куб.м / кг.   

Гранично допустимий викид ГДВ [г/с] в атмосферу забруднюючих речовин за умови забезпечення вимоги екобезпеки (См ≤ ГДК при заданих значеннях М, D, Vc, Wc, ∆Т) розраховується за формулою 

      - для гарячого викиду  (ΔТ > 0;  f < 100)

  ГДВ =  ( ГДК Н2 / А F m n h )   3√ Vc ∆Т   ;                (4.3 а)

       - для холодного викиду (ΔТ ≈ 0;  f ≥ 100)

ГДВг = ( 8 ГДК Vc Н 4 / 3  ) / ( D А  F n h ) ,                        (4.3 б)                        

де   Vc – витрати пилогазоповітряної суміші, куб.м/с, тобто об'єм викиду за одиницю часу (формула 3.1).

 

          Алгоритм виконання роботи 

1 Виписати вихідні дані базового варіанта (результати попередньої роботи, табл.3.3) згідно із заданим варіантом завдання та відповідно до схеми  (табл.4.1). 

2   Розрахувати показник максимального рівня концентрації См досліджуваної забруднюючої речовини за умови зміни висоти джерела, а саме

       при  Н1 =  0,5 Н (модель 1) ;

       при  Н2 = 2 Н   (модель 2),

де Н - висота джерела в базисній моделі (попередня робота). 

3     Розрахувати величину небезпечної відстані Хм при Н1=0,5Н (модель 1) та  Н2= 2 Н (модель 2). 

4    Розрахувати величину Х зони екологічного впливу джерела на забруднення атмосфери за умови зміни висоти джерела при Н1= 0,5 Н і Н2 = 2 Н, тобто числові значення величин L1 і L2 для цих моделей.

5    Порівняти одержані розрахункові показники з показниками  базового варіанта та проаналізувати.

6      Розрахувати мінімальну  висоту Нмін джерела (ф.4.1).  

7      Розрахувати граничний обсяг витрат палива ГВП (ф.4.2). 

8     Розрахувати гранично допустимий викид  ГДВ в атмосферу забруднюючих речовин  (ф.4.3). 

        Одержані результати оформити за схемою згідно з таблицею (табл.4.1).

9      Проаналізувати одержані результати. 

10  Зробити rрунтовні висновки за результатами проведеного дослідження.

 

      

    Таблиця 4.1 –  Результати  розрахунку  факторів  впливу  на

      забруднення повітря в зоні викидів стаціонарного джерела  

 

 

 

       Вимоги щодо оформлення результатів роботи

      Звіт повинен містити:

1    Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання.

2  Результати всіх етапів виконання даного завдання згідно із алгоритмом дослідження оформлені за рекомендованою схемою.

3    Короткий аналіз одержаних результатів. 

4    Стислі висновки щодо одержаних результатів.

 

Питання для самоконтролю

1     Визначити поняття „атмосфера”.

2     Визначити поняття „повітря”.

3     Визначити поняття „забруднююча речовина”.

4     Визначити поняття „джерело забруднення атмосфери”.

5     Визначити поняття „якість повітря”.

6     Визначити поняття „рівень забруднення атмосфери”.

7     Визначити поняття „зона забруднення атмосфери”.

8     Перелічити фактори, що впливають на дальність поширення забруднюючих речовин в атмосфері.  

9     Перелічити фактори, що впливають на форму факела.

10   Навести умови визначення гарячого та холодного викидів (∆Т, f) . 

11  Перелічити фактори впливу на формування рівня забруднення   атмосферного повітря.

12     Вказати, як висота труби впливає на рівень концентрації домішки в атмосфері.  

13   Вказати, як агрегатний стан речовини впливає на рівень концентрації домішки в атмосфері.  

14   Вказати, як перегрів факела впливає на рівень концентрації забруднюючих речовин в атмосфері.   

15    Модель максимального рівня концентрації домішки при гарячому викиді суміші в атмосферу із одиничного стаціонарного техногенного  джерела з круглим отвором за несприятливих метеоумов (формула).

16  Модель максимального рівня концентрації домішки  при холодному викиді в атмосферу  із одиночного стаціонарного  джерела з круглим отвором за несприятливих метеоумов (формула).

17  Модель максимального рівня концентрації домішки при гранично малих небезпечних швидкостях вітру на небезпечній відстані від джерела при викиді в атмосферу із одиничного стаціонарного джерела з круглим отвором (формула).

18  Модель рівня концентрації домішки в атмосфері на довільній відстані від джерела за віссю факела (формула).

19   Модель небезпечної відстані від джерела при викиді в атмосферу із одиничного стаціонарного джерела з круглим отвором (формула).

20   Модель мінімальної висоти одиничного джерела з круглим отвором (труба), при якій приземна концентрація забруднюючої речовини в атмосфері не перевищує ГДК (формула).

21  Модель граничної витрати палива, допустимої для утворення даної речовини в продуктах горіння, при якій концентрація цієї домішки в атмосфері не перевищує ГДК (формула).