Процессы и аппараты защиты окружающей среды : оценка воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ

MS 1701 
Кафедра теплофизики и экологии металлургического производства 

Ю.М Кочнов, И.В. Барышева, Л.А. Мирошкина 

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 

Оценка воздействия на окружающую среду 
выбросов загрязняющих веществ 

Учебное пособие 

для. студентов специальностей 1103,3302,3301, 
всех специальностей направления 651300 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института 

МОСКВА 2002 

К75 
Котов Ю.М., Барышева И.В., МирошкинаЛ.А. 
Процессы и 
аппараты защиты окружающей среды: Оценка воздействия на 
окружающую среду выбросов загрязняющих веществ: Учеб. 
пособие - М.: МИСиС, 2002. - 95 с. 

Пособие предназначено для самостоятельного выполнения студентами расчетов, необходимых для оценки воздействия на окружающую среду 
выбросов загрязняющих веществ, при выполнении домашних заданий и 
курсовых работ по дисциплинам «Процессы и аппараты защиты окружаю 
щей среды», «Защита водного и воздушного бассейнов», «Экологическая 
экспертиза, ОВОС и сертификация» и другим для студентов специальностей 
1103, 3302, 3301, а также всех специальностей металлургического направ 
ления 651300. Может быть использовано при выполнении разделов «Охрана 
окружающей среды» в дипломном проектировании 

Пособие содержит краткое теоретическое введение, примеры рас 
четов и задачи для самостоятельного решения, позволяющие ознакомиться 
с методами расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном 
воздухе, методами определения границ и размеров санитарно защитных зон 
предприятий. В приложениях приведены справочные материалы, необходимые для самостоятельного решения задач. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2002 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

1 Предисловие 
4 

1 Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ в 

атмосферном воздухе 
6 

1 1 Расчет рассеивания выбросов из одиночного источника 
7 

1 2 Расчет рассеивания выбросов от группы источников 
17 

1 3 Расчет загрязнения атмосферы выбросами линейного 

источника 
24 

1 4 Расчет загрязнения воздуха на промплощадке с учетом 

влияния застройки 
27 

1 5 Расчет распределения концентрации от одиночного 
точечного источника при произвольных скоростях и 
направлениях ветра 
34 

1 6 Учет фоновых концентраций при расчетах загрязнения 

атмосферы 
35 

1 7 Определение мощности выброса М и высоты 

источника Н, соответствующих заданному уровню 
максимальной приземной концентраций при прочих 
фиксированных параметрах выброса 
37 

1 8 Задачи для самостоятельного решения 
42 

2 Санитарно-защитные зоны 
47 

2 1.- Требования к установлению СЗЗ 
47 
2 2 Определение расчетной границы СЗЗ по показателям 

загрязнения атмосферного воздуха 
S3 

2 3 Установление зоны воздействия выбросов вредных 

веществ предприятия для корректировки СЗЗ 
60 

2 4 Задачи для самостоятельного решения 
70 

Библиографический список 
80 

Приложения 
82 

1. ПРЕДИСЛОВИЕ 

Конституционные права граждан на благоприятную окружающую среду защищаются законодательными актами Российской 
Федерации посредством предупреждения негативных воздействий 
хозяйственной и иной деятельности на окружающую природную 
среду Среди основных законодательных актов, призванных защищать правд граждан на. благоприятную окружающую среду, можно 
назвать Федеральные Законы РФ «Об охране окружающей среды» от 
10 01 2002 [1], «Об охране атмосферного воздуха» от 04 05 1999 г 
[2], «Об экологической экспертизе» от 23 11 1995 г [3], «О санитар­
но-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 03 99 г [4] 

Процесс, способствующий принятию экологически ориенти 
рованного управленческого решения о реализации намечаемой хозяйственной и иной деятельности, путем определения возможных 
неблагоприятных воздействий, оценки экологических последствий и 
установления соответствия намечаемой деятельности экологическим 
требованиям, получил название «оценка воздействия на окружающую среду» Оценка воздействия на окружающую среду любой хозяйственной деятельности, представляющая собой сложную проце 
дуру, проводится согласно Положению об оценке воздействия на окружающую среду [5] 

При оценке воздействия выбросов загрязняющих веществ в 
атмосферный воздух следует учитывать соответствие выбросов за 
грязняющих веществ установленным нормативам уровня загрязнения, а именно- предельно допустимым концентрациям загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (ПДК) [6,7] 

В данном пособии рассматриваются основные требования в 
части расчета концентрации загрязняющих веществ в атмосферном 
воздухе при размещении и проектировании предприятий, нормировании выбросов в атмосферу реконструируемых и действующих предприятий, сформулированные в общесоюзном нормативном документе 
(ОНД 86) «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе 
вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» [8] 

Пособие содержит краткое теоретическое введение, примеры 
расчетов и задачи для самостоятельного решения, позволяющие ознакомиться с методами расчетов рассеивания загрязняющих веществ 

4 

в атмосферном воздухе и установления нормативов предельно допустимых выбросов (ЦДВ) 

Следует особо отметить, что авторы пособия не ставят целью 
научить решению сложных инженерных задач по расчету рассеива 
ния выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а стре 
мятся на примере конкретных задач ознакомить с методами расчетов 
Для выполнения сложных инженерных расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе следует пользоваться согласованными компьютерными программными продуктами 

При оценке воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ очень важно является определение соответствия гигиеническим требованиям воздуха в местах жизнедеятельности 
человека Поэтому в соответствии с Федеральным Законом РФ «О 
санитарно эпидемиологическом 
благополучии 
населения» 
от 
30 03 99 г [4] предприятия, их отдельные здания и сооружения с 
технологическими процессами, являющимися источниками воздей 
ствия на среду обитания и здоровье человека, необходимо отделять 
от жилой застройки санитарно-защитными зонами (СЗЗ) 

6 данном пособии приводятся методы определения размеров 
санитарно-защитных зон предприятий и их границ В этой части пособие содержит краткое теоретическое введение, примеры расчетов и 
задачи для самостоятельного решения, позволяющие ознакомиться с 
методами определения размеров СЗЗ^ предприятий и их границ с учетом выбросов загрязняющих веществ, воздействия физических фак 
торов (шума и проч ) 

В приложениях приведены справочные материалы, необхо 
димые при самостоятельном решении задач 

5 

1. РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ ВЫБРОСОВ 
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 
В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ 

Основным документом, регламентирующим расчет рассеива 
ния выбросов загрязняющих веществ в атмосфере и определение 
приземных концентраций вредных веществ, является Общесоюзный 
нормативный документ (ОНД - 86) [8], предназначенный для расчета 
приземных концентраций- в двухметровом слое над поверхностью 
земли, а также вертикального распределения концентраций Эти 
нормы не распространяются «а расчёт концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источника выброса 

В зависимости от высоты Н источника выброса вредного ве 
щества над уровнем земной поверхности указанный источник относится к одному из следующих классов: а) высокие источники - при 
Н5 50 м, б) источники средней высоты - при Я = 10...50 м; в) низкие 
источники, Н = 2... 10 м; г) наземные источники - Н < 2 м. 

Для источников всех указанных классов в расчетных формулах длина (высота) выражена в метрах (м), время- в секундах (с), 
масса вредных веществ - в граммах (г), их концентрация в атмосфер 
ном воздухе- в миллиграммах на кубический метр (мг/м3), концен 
трация на выходе из источника - в граммах на кубический метр (г/м3) 

Возможное опасное загрязнение приземного слоя атмосферы 
определяется по наибольшей рассчитанной величине приземной кон 
центрации вредных веществ С„ (мг/м3), которая может установиться 
при неблагоприятных метеорологических условиях Неблагоприятные 
метеорологические условия, учитываемые в этом расчете,- опасная 
скорость ветра и интенсивный вертикальный турбулентный обмен, 
при которых концентрации достигают максимальной величины 

В основе методики ОНД - 86 [8] лежит положение, что вели 
чина наибольшей концентрации каждого вредного вещества 
Си (мг/м3) в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальной разовой ПДК данного вредного вещества в атмосферном 
воздухе,те С„<ПДК 

При одновременном совместном присутствии в атмосфере 
нескольких вредных веществ, обладающих свойством суммации дей 

6 

ствия, их безразмерная суммарная концентрация q не должна превышать единицы по формуле 

q = С,/ПДК, + С2/ПДК2 +... + СЛТДК„ <, I, 
(1 1) 

где С[, С2,..., С„ - концентрации вредных веществ в атмосферном 
воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3, 
ПДК), ПДК2,..., ПДК„ - максимальные разовые предельно допустимые концентрации соответствующих вредных веществ в 
атмосферном воздухе, мг/м3 

1 1. Расчет рассеивания выбросов 
из одиночного источника 

Величина максимальной приземной концентрации вредных 
веществ Си (мг/м3) при выбросе нагретой газовоздушной смеси из 
одиночного точечного источника с круглым устьем при неблагопри 
ятных метеорологических условиях на расстояний Хи (м) от источни 
ка определяется по формуле 

Н2ЩАТ 

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации 
атмосферы, определяющей условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе в данной мест 
ности 

Значения коэффициента А; соответствующие неблагоприят 
ным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимаются 
равными 

250- для районов Средней Азии южнее 40 град северной 

широты, Бурятии и Читинской области, 
200 - для европейской территории бывшего СССР, для районов РФ южнее 50 град северной широты, для остальных районов Нижнего Поволжья, для азиатской терри 
тории бывшего СССР, Дальнего Востока и остальной 
территории Сибири и Средней Азии, Казахстана, Кав 
каза, Молдавии, 

7 

180- для европейской территории РФ и Урала от 50 до 
52 град северной широты за исключением попадаю 
щих в эту зону перечисленных выше районов, 

160- для европейской территории СССР, Среднего Повол 
жья, Урала севернее 52 град северной широты, а так 
же для Украины; 

140 - для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, 
Калужской и Ивановской областей, 

120 - для Центральной части европейской территории СССР 
М- масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в 
единицу времени, г/с, 

Н- высота источника выброса (трубы) над уровнем земли, м, 
V\ - объемный расход газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле 

У1=Щ-ъ> 
(13) 

4 

где D - диаметр устья источника выброса, м, 

м»о - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с 
AT- разность между температурой выбрасываемой газовоздуш 
ной смеси Тт и температурой окружающего атмосферного возду 
ха Г., °С, 
F- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере Значение коэффициента F 
принимается 
1) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэро 
золей (пыли, золы и т п, скорость упорядоченного оседания ко 
торых практически равна нулю) - 1, 
2) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п 1) при 
среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не 
менее 90% - 2, от 75 до 90% - 2,5, менее 75% и при отсутствии 
очистки - 3, 
х\ - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа 
местности Районы расположения металлургических предпри 
ятий являются, как правило, ровной или слабопересеченной местностью с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км Поэтому для расчетов принимается х\ =1 Расчеты загрязнения атмо 
сферы выбросами вредных веществ с учетом влияния перепада 

высот рассмотрены в отдельных разделах ОНД - 86 [8], 
т и п - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия вы 
хода газовоздушной смеси из устья источника выброса Значения 
коэффициентов тип определяются в зависимости от параметров 
/,Л, и„, и м 

/ = 1000-^Р_, 
(14) 

».-*$£. 
(15) 

o L = U ^ , 
(16) 

/. = 800(oL)5 
(17) 

При значениях параметра/< 100, когда из источника выбрасываются нагретые газы, значение коэффициента т находят по формуле 

т= 
= 
= , 
(18) 

0,67 + 0,1^7+0^4^7 

Примечание. 
При значениях параметра/> 100 или АГ«0 значение козффициентов т и я находят по формулам, приведенным в специальной литературе[8} 

Величина коэффициента л в зависимости от численного значения параметра и» (м/с) определяется по формулам 

при о„ < 0,5 п ~ 4,4о„, 
(1 9, а) 

при 0,5 < им < 2 и = 0,532 о„2 - 2,13и„ + 3,13, 
(1 9, б) 

при ом £ 2 п = 1 
(1 9, в) 

В процессе проведения расчетов рассеивания загрязняющих 

веществ в атмосферном воздухе точка с максимальной приземной 
концентрацией вредных веществ См (мг/м3) будет находиться на оси 
факела (по направлению среднего за рассматриваемый период ветра) 
на расстоянии хи (м) от источника выброса, которое определяют по 
формуле 

дм=-Ц^</Я, 
(ПО) 

9 

где d- безразмерная величина, определяемая по формулам 

d = 2,48(1 + 0.2Ц/£; при им ^ 0,5, 
(1 11, а) 

d = 4,95им (1+0,28^//) при 0,5 < им <. 2, 
(1 11, б) 

d = 7 ^ ( 1 + 0,28^/7) приим>2 
О И,в) 

Значение опасной скорости ветра «„ (м/с) на уровне устья 
трубы, при которой приземные концентрации вредных веществ С„ 
достигают максимальных значений, зависит от величины ии и принимается равной 

им = 0,5 при им <, 0,5, 
(1 12, а) 

"м = о» при 0,5 < и„ <2, 
(1 12, б) 

«м = Ом (1+ 0,12 7 7 ) при ом > 2 
(1 12, в) 

Максимальное значение приземной концентрации вредного 
вещества Ст (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических уело 
виях и скорости ветра и (м/с), отличающей от опасной скорости вет 
ра им (м/с), определяется по формуле 

Ст = гСи, 
(1 13) 

где г - безразмерная величина, определяемая в зависимости от отно 
шения и/им по формулам 

г = 0,67(и/мм) + 1,67(и/им)2 - 1,34(ы/им)3 при и/им £ 1, (1 14, а) 

г=пс 
/ У ^ / 
^ 
приИ/им>1 
(114,6) 

2(и/мм) -(и/им)+2 

Примечание 
При проведении расчетов не используются значения скорости ветра к < 0 5 м/с, а также и > и*, где и* - значение скорости ветра, превышаемое для данной местности в среднем многолетнем режиме в 5 % случаев Это значение запрашивается в региональных службах Росгидромета. 

Расстояние от источника выброса хыи (м), на котором при 
скорости ветра и и неблагоприятных метеорологических условиях 
приземная концентрация вредных веществ достигает максимального 
значения Ст (мг/м3), определяется по формуле 

хт=рхм, 
(1 15) 

Ю 

гдер - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от 
отношения и/им по формулам 

р = 3 
при и/ии £ 0,25; 
(1 16, а) 

р = 8,43(1 - и/им)5 + 1 
при 0,25< и/им < 1, 
(1 16, б) 

р = 0,32 и/им + 0,68 
прии/и„>1, 
(116, в) 

При опасной скорости ветра и„ приземная концентрация 
вредных веществ С (мг/м ) в атмосфере по оси факела выброса на 
различных расстояниях х (м) от источника выброса определяется по 
формуле 

C = SlCu, 
(1 17) 

где s\ - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от 
отношения xlxu и коэффициента F по формулам 

sl=3(x/xu)4-i(x/xu)3 
+ 6(x/x^)i 
щях1хи<.\, 
(118,а) 

' ' 
= 0 , 1 3 < х / " м ) ' 
+ 1 
приКх/,^8; 
(118,6) 

^ Х 5 8 ( , / , м ) ^ - 3 5 Д , / , м ) + 120 
* • " * « * > * <118>*> 

5, = 0,1(х/хи)2
+2,47(Л/хм)-17,8 
n p H F > l , 5 H ^ > 8 (И8,г) 

Для низких и наземных источников (высотой Я не более 
10 м) при значениях х/хиа < 1 величина st в (1 17) заменяется на вели 
чину •$", определяемую в зависимости от х/хт и Я по формуле 

*,"= 0,125(10-Я)+0,125(Я-2>, при2 <,Н< 10 
(1 19) 

Примечание 
Аналогично определяется значение концентрации вред 
ных веществ на различных расстояниях по оси факела при других значениях скоро 
стей ветра и и неблагоприятных метеорологических условиях По формулам (1 13), 
(115) определяются значения величин Сш и хт В зависимости от отношения xlxuxi 
определяется значение s( по формулам (1 18), (1 19) Искомое значение концентра 
ции вредного вещества определяется умножением Сиа на S\ 

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере Су (мг/м3) на расстоянии у (м) по перпендикуляру к оси факела 
выброса определяется по формуле 

11