Расчет приземных концентраций промышленных выбросов

Л. А. Скорикова 

 

РАСЧЕТ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ 

ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ 

Учебно-методическое пособие 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2017 

 

УДК 628.51:502.3 
ББК  30.69:26.23 
         С 44 
 
 
 

Рецензенты: 

генеральный директор ООО «Агентство инженерного 

и экологического проектирования» А. А. Таников 

 

директор ООО «Статус» С.В. Ворончихин 

 

 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 

 
 
 
Скорикова, Л. А. 
Расчет приземных концентраций промышленных выбросов: 

учебно-методическое пособие / Л. А. Скорикова. – Йошкар-Ола: 
Поволжский государственный технологический университет, 2017. 
– 52 с. 

ISBN 978-5-8158-1867-5 
 
Рассмотрены вопросы рассеивания выбросов загрязняющих веществ 

в атмосферу для предприятия. Приведены физические основы рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосфере. Рассмотрены примеры 
с подробными решениями и пояснениями.  

Для проведения практических занятий по дисциплине «Экспертиза 

безопасности при разработке проектов» и разработки вопросов охраны 
окружающей среды в дипломном проектировании студентов, обучающихся по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» по профилю «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». 

 

УДК 628.51:502.3 
ББК  30.69:26.23 

 

ISBN 978-5-8158-1867-5
© Скорикова Л. А., 2017
© Поволжский государственный
технологический университет, 2017

С 44

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................................... 5 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 6 

1. Механизм рассеивания примеси  
от одиночного точечного источника ......................................................... 8 

2. Методика расчета рассеивания  
выбросов в атмосфере ............................................................................. 13 

2.1. Расчет загрязнения приземного слоя атмосферы  
выбросами одиночного точечного источника  
при опасной скорости ветра ................................................................ 14 

2.1.1. Расчет максимальной приземной концентрации ............. 14 
2.1.2. Расчет приземной концентрации по оси  
и перпендикуляру к оси факела выброса.................................... 20 
2.1.3. Расчет приземной концентрации по перпендикуляру 
к оси факела выброса при скорости ветра, отличающейся  
от опасной скорости ветра ........................................................... 22 

3. Нормы по установлению предельно  
допустимых выбросов ............................................................................. 24 

4. Примеры расчетов ............................................................................... 27 

4.1. Расчет максимальной приземной  
концентрации и расстояния, на котором достигается  
данная концентрация, для одиночного  
точечного источника при заданных направлении  
и опасной скорости ветра .................................................................... 27 

4.2. Расчет ПДВ и степени очистки воздуха  
для одиночного точечного источника; влияние  
на их значения скорости выхода  
пылегазовоздушной смеси из устья источника ................................. 30 

 
 

4.3. Расчет приземной концентрации для одиночного  
точечного источника вдоль оси факела выброса  
при опасной скорости ветра; определение расстояния,  
на котором достигается ПДК .............................................................. 34 

4.4. Расчет приземной концентрации для одиночного  
точечного источника по перпендикуляру к оси факела выброса  
при опасной скорости ветра; определение расстояния,  
на котором достигается ПДК .............................................................. 37 

4.5. Построение поля (изолиний) концентраций  
в приземном слое атмосферы для одиночного  
точечного источника при заданном направлении ветра ................... 39 

5. Задания и исходные данные для расчета ........................................... 43 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ....................................................................................... 47 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ....................................................................... 49 

 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Учебно-методическое пособие знакомит студентов с методами 

расчета рассеивания выбросов загрязняющих веществ в атмосферу 
для предприятий. 

В настоящее время единственным общероссийским документом 

по расчету рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе является приказ Минприроды России от 26.12.2016 № 674 [10]. При выполнении расчетов также следует учитывать методическое пособие 
ОАО «НИИ Атмосфера» [8, 9]. 

В книге рассмотрен механизм рассеивания примеси от одиночного 

точечного источника, приведена методика расчета рассеивания выбросов в атмосфере и нормы по установлению предельно допустимого выброса. 

Учебно-методическое пособие содержит примеры расчетов мак
симальной приземной концентрации, предельно допустимого выброса и степени очистки воздуха для одиночного точечного источника. Приведена методика построения поля (изолиний) концентраций 
в приземном слое атмосферы при заданном направлении ветра, составлены варианты индивидуальных заданий. 

Учебно-методическое пособие рекомендовано для проведения 

практических занятий по дисциплине «Экспертиза безопасности при 
разработке проектов» и разработки вопросов охраны окружающей 
среды в дипломном проектировании студентов, обучающихся по 
направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» по 
профилю «Безопасность жизнедеятельности в техносфере». 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ промыш
ленными предприятиями в атмосферу регламентируются ГОСТ 
17.2.3.02-78 [5] и приказом Минприроды России от 26.12.2016 № 674 
[10]. Указанные документы определяют предельно-допустимый выброс (ПДВ) для каждого конкретного предприятия из условия, чтобы 
сумма создаваемых всеми предприятиями приземных концентраций 
данного вещества или их комбинаций не превышала предельно-допустимую концентрацию (ПДК). ПДВ являются средством текущего 
контроля деятельности предприятия. Использование нормативных 
показателей выбросов позволяет объективно оценить превышение 
ПДК вредных веществ или веществ и примесей, входящих в состав 
выбрасываемых газов в двухметровом слое на уровне земли, а также 
в вертикальном и горизонтальном сечении дымового факела на расстоянии не более 100 км от источника. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха оценивается по значениям концентраций, 
которые рассчитываются при неблагоприятных метеоусловиях и в 
том числе при опасной скорости ветра. 

Не все виды производств работают по безотходной технологии, и 

не для всех загрязняющих веществ разработаны достаточно эффективные способы очистки. Поэтому часто загрязненные выбросы отводят на большую высоту. При этом выбрасываемые вредные вещества, 
достигая приземного пространства, рассеиваются, их концентрация 
снижается до предельно допустимого значения. 

Если в процессе контакта с атмосферой под действием солнечной 

радиации или других факторов происходит трансформация одних соединений в другие, в концентрации и состав компонентов вносятся 
поправки. 

Нормативный метод позволяет рассчитывать поля концентраций 

вредных выбросов, создаваемые дымовыми трубами, а также линейными и плоскостными источниками, под которыми понимаются вентиляционные фонари цехов, улицы с интенсивным движением автотранспорта, а также скопление многочисленных мелких источников. 

Динамические процессы, происходящие в атмосфере, таковы, что 

реально наблюдаемые под факелом концентрации подчиняются не 
стохастическим, а вероятностным законам и меняются в пределах, отличающихся друг от друга на несколько порядков. 

Неблагоприятные для рассеивания выбросов метеоусловия харак
теризуются температурами воздуха, которые возрастают с увеличением высоты над поверхностью земли. Такие условия называются инверсией. 

Скорость ветра оказывает неоднозначное влияние на рассеивание 

вредных веществ. С одной стороны, ее увеличение способствует турбулентному перемешиванию загрязнений с окружающим воздухом и 
снижению их концентраций. С другой стороны, ветер уменьшает высоту факела над устьем трубы, пригибая его к поверхности земли и 
способствуя повышению концентраций в приземном слое атмосферы. 
Скорость ветра, при которой приземные концентрации при прочих 
равных условиях имеют наибольшие значения, называется опасной 
скоростью ветра. 

Для предотвращения отклонения струи вблизи горловины трубы 

скорость выбрасываемых газов должна вдвое превышать опасную 
скорость ветра на уровне горловины трубы.  

На процессы рассеивания вредных выбросов из труб и вентиляци
онных устройств оказывают влияние: расположение предприятий и 
источников выбросов (наличие других зданий в зоне рассеивания), 
характер местности (впадины, возвышения), состояние атмосферы, 
высота источника и скорость выброса, диаметр устья трубы, физикохимические свойства выбрасываемых веществ (плотность, размер частиц), температура газов и др. 

Распространение промышленных выбросов в атмосфере подчиня
ется законам турбулентной диффузии. Горизонтальное перемещение 
примесей зависит в основном от скорости ветра, а вертикальное – от 
температуры и плотности газов, распределения температур по высоте. 

В данной работе приведены материалы к расчету рассеивания вы
бросов загрязняющих веществ в атмосферу для предприятий. 
 
 

1. МЕХАНИЗМ РАССЕИВАНИЯ ПРИМЕСИ  

ОТ ОДИНОЧНОГО ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА 

 

 

С практической точки зрения представляет интерес прогноз, при 

котором загрязнение воздуха для заданных параметров выброса достигает максимального значения. Это происходит при неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ), возникающих достаточно 
часто. В приказе Минприроды России от 26.12.2016 № 674 [10] аномальные неблагоприятные метеорологические условия не взяты в 
расчет, т.к. они реже встречаются на территории России.  

К ним относятся штиль, туман, приподнятая инверсия и т.д. 
Возможны метеорологические условия, при которых факел вы
броса направлен вертикально вверх, например, в зимнюю безветренную погоду от трубы котельной. Условия рассеивания в этом случае 
идеальные. 

Рассмотрим одиночный точечный источник высотой H, который 

обдувается ветром со скоростью u. 

В этом случае можно упрощенно представить факел выброса в 

виде расширяющегося конуса или параболоида вращения, что не меняет картины (рис. 1). 

 

Рис. 1. Модель рассеивания  

при конической форме факела выброса 

Средняя концентрация загрязняющих веществ в круглом основа
нии конуса (вертикальная плоскость) будет пропорциональна его диаметру или, что то же самое, площади этого круга. На некотором расстоянии нижний край конуса коснется земли. В этом сечении конуса 
распределение концентраций симметрично оси факела. Далее, вправо 
от этой точки, большое значение имеет фактор поглощения загрязняющего вещества подстилающей поверхностью. Если это неводная поверхность, то происходит отражение загрязняющего вещества. Так 
как поглощение отсутствует, то загрязняющее вещество в факеле 
вблизи поверхности имеет такую концентрацию, как если бы существовал фиктивный источник, симметричный действующему относительно отражающей поверхности. Во всех точках, где факел выброса 
имеет соприкосновение с землей, концентрация загрязняющего вещества будет вдвое больше той, которая была бы в тех же точках конуса 
при отсутствии отражающей поверхности [12]. Профиль распределения концентраций в нижней от центральной оси части конуса будет 
изменен. С более удаленными точками будет происходить примерно 
то же (рис. 1а). 

Наибольший интерес с позиций нормирования выбросов пред
ставляет распространение загрязняющих веществ в приземном слое 
атмосферы, т.е. на высоте 2 м от земли. 

В ядре факела выброса в плоскости приземного слоя существует 

точка, отстоящая от источника на определенном расстоянии, в которой концентрация имеет максимальное значение. При фиксированных метеорологических параметрах выброса источника можно варьировать скорость ветра. Малые скорости ветра будут незначительно 
сносить факел выброса в сторону. За счет скорости газовоздушной 
смеси в устье источника факел будет направлен вверх. Возрастет эффективная высота источника. Однако расстояние, на котором факел 
достигнет приземного слоя, будет небольшим (рис. 1б). 

Большие скорости ветра сделают эффективную высоту источника 

минимальной, т.к. они сразу же будут сносить факел выброса в сторону, который, однако, достигнет плоскости приземного слоя на гораздо большем расстоянии. За счет большой скорости ветра, а также 
интенсивной турбулентной диффузии будет происходить рассеивание загрязняющих веществ. 

Численное значение точки максимальной концентрации в том и 

другом случае будет различным. Делая перебор реальных скоростей 
ветра для данного источника загрязнения атмосферы, находят такую 
скорость, при которой концентрация в какой-то точке приземного 
слоя имеет максимальное значение см на расстоянии хм от источника 
(рис. 1а). Скорость ветра, при которой достигается максимальная концентрация, называют опасной скоростью ветра uм. Величины см и хм 
определяют соответственно по формулам (2) и (14), а величину uм – 
по формулам (17) и (18).  

Учитывая, что опасная скорость ветра не является метеорологиче
ским параметром, ее определяют для конкретного источника загрязнения атмосферы с конкретными параметрами выбросов. Изменив один 
из параметров источника, например его высоту или скорость выброса 
загрязняющих веществ, получают другое значение опасной скорости 
ветра. При одновременном выбросе загрязняющих веществ от двух и 
более источников загрязнения атмосферы, каждый из которых имеет 
свою опасную скорость ветра, определяют средневзвешенную опасную 
скорость ветра.  

Факел выброса имеет различные ф о р м ы : 
 Коническая форма факела выброса (рис. 1) имеет непрерывно 

расширяющуюся зону смешения. Рассеивание происходит за счет 
вихрей, размер которых значительно меньше ширины струи. Коническую форму наблюдают при слабой конвекции и изотермии. 

 Волнообразная форма (рис. 2а) имеет крупные регулярные из
гибы. Рассеивание происходит за счет крупномасштабных вихрей, 
превосходящих ширину факела выброса. Крупные завихрения, которые заставляют, в сущности, узкий факел блуждать внутри изогнутого конуса, могут порождаться термической конвекцией, обусловленной инсоляцией, либо отрываться от больших зданий или обрывов. Изгибы дымовой струи осуществляют движение вдоль по ветру, 
в то время как сама струя расширяется значительно медленнее за счет 
завихрений, малых по сравнению с шириной струи. 

 Веерообразная форма (рис. 2б). Рассеивание происходит по го
ризонтали больше, чем по вертикали. Дымовой шлейф достигает равновесной   высоты   в   устойчиво  стратифицированном  воздушном  

Рис. 2. Формы факела выброса: 

а – волнообразная; б – веерообразная; в – задымляющая;  
г – восходящая; д – термикообразующая; е – нисходящая 

а)
б)

в)
г)

д)
е)

потоке вскоре после истечения. Для устойчивой стратификации 
наиболее характерны слабые ветры, направление которых может меняться по горизонтали, и тогда дымовая струя выглядит горизонтально блуждающей. Веерообразную форму наблюдают относительно редко. 

 Задымляющая форма (рис. 2в). Рассеивание происходит только 

вниз. Дымовой шлейф при этом расположен под инверсионным 
слоем. Данная разновидность характерна для струи, распространяющейся в хорошо смешанном слое, ниже устойчивого слоя. 

 Восходящая форма (рис. 2г). Рассеивание происходит вверх и по 

горизонтали. Высоты трубы достаточно, чтобы выходящий из нее поток был над инверсионным слоем, ограничивающим ее диффузию по 
направлению вниз. 

 Термикообразующая форма (рис. 2д). Выходящий из трубы по
ток разделен на отдельные массы так, что горячий выброс либо формирует собственные термики (компактные восходящие потоки, образующиеся при нагревании солнцем поверхности земли), либо вливается в уже существующие естественные. Основную массу загрязняющих веществ при этом уносит вверх. 

 Нисходящая форма (рис. 2е). Выходящий из трубы поток время 

от времени относит в зону аэродинамической тени к подветренной 
стороне здания, на котором расположена труба. 

 
Контрольные вопросы 

1. Назовите факторы, влияющие на рассеивание организованных 

выбросов? 

2. Как производится физическое моделирование рассеивания вы
броса? 

3. Что такое опасная скорость ветра? 
4. Назовите формы факела выброса?