Модель распространения вещества в атмосфере от точечного источника и нахождение экологического ущерба

К факторам, влияющим на загрязненность территории, относятся прежде всего стационарные источники в виде трубы, выбрасывающей газовую смесь с присутствием различных загрязняющих веществ. Имеют значение параметры трубы, состав выбрасываемой смеси, погодные условия и рельеф местности. При сильном ветре и отсутствии температурной приземной инверсии площадь распространения загрязняющих веществ велика, но заметно снижается концентрация.

При отсутствии ветра площадь территории определяется только диффузией, поэтому она невелика, а концентрации весьма существенны. Ситуация становится критичной при условиях полного штиля и наличии температурной инверсии. Над источником загрязнения образуется своеобразная «крыша» и загрязняющие вещества с максимальной концентрацией располагаются на локальном участке, приближенном к источнику.

Часть из перечисленных параметров постоянна (высота трубы, диаметр устья, рельеф), другие являются переменными величинами (характеристики смеси: температура, скорость выхода, концентрация в ней веществ; а также погодные условия). Для осуществления мер по охране атмосферы необходимым условием являются своевременные прогнозы состояния воздушного бассейна данной территории. Для этой цели создаются математические модели распространения загрязнений.

Пусть имеется стационарный источник высотой 43 м и диаметром устья 1,9 м. Скорость выброса загрязняющих веществ - 1100 г/с, средняя скорость выхода смеси из устья - 5 м/с. Разность между температурой выбрасываемой смеси и атмосферного воздуха составляет 215°С. Произвести расчет для угарного газа (СО), определить координату точки хт, в которой концентрация вредного вещества максимальна, вычислить концентрацию СО на удалении Х1 = хт / 2, х3 = 3хт, х4 = 6хт. Определить величину Eпдк - расстояние, за пределами которого концентрация вредного вещества меньше ПДК.

Вычислить в тех же самых точках приземные концентрации газа на перпендикулярах к оси факела выброса. Построить на основании полученных данных графики. Предложить и рассмотреть возможные инженерные решения по снижению уровня загрязнения.

В условных обозначениях задача запишется так:

М =1100 г/с;

Н = 43 м;

D = 1,9 м;

?0= 5 м/с;

?Т = 215°С.

1. Произведем расчет рассеивания загрязнения.

2. Максимальная концентрация загрязняющих веществ и расстояние от источника до точки максимальной концентрации.

3. Приземные концентрации загрязняющих веществ по оси факела выброса.

График приземной концентрации газа по оси факела выбросов показан на рис.4.1.

График приземной концентрации СО по оси факела выбросов

Рис.4.1. График приземной концентрации СО по оси факела выбросов

Учитывая, что среднесуточная ПДК для СО равна 3 мг/м3, получаем, что

4. Приземные концентрации загрязняющих веществ на перпендикулярах к оси факела выброса:

		Хт /2	Хт	3Хт	6Хт
	tу	280,882	561,764	1685,293	3370,586
у1	50	0,089	0,022	0,002	0,001
у2	100	0,355	0,089	0,010	0,002
у3	200	1,420	0,355	0,039	0,010
у4	300	3,196	0,799	0,089	0,022
у5	400	5,682	1,420	0,158	0,039
		Хт /2	Хт	3Хт	6Хт
	tу	280,882	561,764	1685,293	3370,586
у1	50	2,13	6,03	3,82	1,49
у2	100	0,15	3,10	3,55	1,46
у3	200	0,00	0,22	2,64	1,36
у4	300	0,00	0,00	1,61	1,20
у5	400	0,00	0,00	0,81	1,01

График приземных концентраций газа на перпендикулярах к оси факела выброса показан на рис.4.2.

Какие возможные инженерные решения могут быть предприняты? Одно из них - увеличение высоты трубы. Произведем подсчет:

График приземных концентраций газа СО на перпендикулярах к оси факела выброса

Рис.4.2. График приземных концентраций газа СО на перпендикулярах к оси факела выброса

Таким образом, требуемая высота трубы для данного источника загрязнения атмосферы есть 70,12 м.

Теперь сравним, насколько изменится расстояние от источника до точки максимальной концентрации вредных веществ и величина этой концентрации.

Максимальная концентрация загрязняющих вещества получится равной

Расстояние от источника до точки максимальной концентрации есть

Таким образом, получается, что за счет увеличения высоты трубы на 61% величина максимальной концентрации загрязняющего вещества снизилась фактически на ту же величину - на 60%.

Опираясь на методику определения величины предотвращенного экологического ущерба от антропогенного воздействия на атмосферный воздух определим данную величину для рассмотренной выше ситуации:

Упр = 74 · 0,333 · 1,12 · 24 = 662 руб.,

где 74 руб. /усл.т — показатель удельного ущерба атмосферному воздуху, наносимого выбросом единицы приведенной массы оксида углерода для Центрального экономического района РФ; 0,333 — коэффициент относительной эколого-экономической опасности СО, выбрасываемого в атмосферный воздух; 1,12 — коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территории Тверского региона; 24 т — величина выброса СО, не поступившая в атмосферу с объекта в результате осуществления вышепредложенного инженерного мероприятия.