Розділ 9  РОЗСІЮВАННЯ ШКІДЛИВИХ
РЕЧОВИН В  АТМОСФЕРНОМУ ПОВІТРІ


Ступінь забруднення повітря біля земної поверхні викидами промис­лових підприємств обумовлюється не тільки кількістю забруднювальних речовин, які викидаються, але і їх розподіленням в просторі та часі, а та­кож параметрами виходу пилогазоповітряної суміші. В атмосфері викинуті окремі частинки чи групи частинок рухаються завдяки молекулярній і тур­булентній дифузії, інтенсивність яких при різних погодних умовах різна і визначається, головним чином, двома факторами: вектором швидкості ві­тру та вертикальним темпе­ратурним градієнтом.

 

Вітер – турбулентний рух повітря над поверхнею Землі – є основ­ним метеорологічним фактором, який впливає на розпов­сюдження забруд­нювальних речовин. Залежність концентрації забруднювальних речовин від напряму руху вітру має важливе значення при вирішенні питань розта­шу­вання промислових підприємств в плані міста і виділенні промислової зони. При виборі майданчика для бу­дівництва підприємств необхідно вра­ховувати середньорічну і се­зонну рози вітрів, а також швидкість вітрів окремих румбів. У промислових викидах з низьких джерел (заводських труб) найбільше забруднення спостерігається при слабких вітрах в межах  0...1 м/с. У викидах з високих джерел максимальні концентрації забруднен­ня спостерігаються при швидкостях вітру в межах 3...6 м/с  за­лежно від швидкості виходу газоповітряної суміші з отвору джерела.

 

Температурний градієнт, який характеризує змінювання темпе­ратури повітря за вертикаллю, також впливає на рівень приземної концентрації шкідливих речовин. У звичайних умовах з підніман­ням вверх температура повітря падає; зменшення її в тропосфері складає в середньому 0,5...0,6 °С на 100 м піднімання вверх, а в літні дні в самих низьких шарах воно дося­гає одного градуса і більше. Проте мають місце випадки, коли в окремих шарах тро­посфери спостерігається збільшення температури з висотою. Та­кий стан атмосфери, який характеризується відхиленнями температур­ного градієнта, носить назву температурної  і н в е р с і ї. Розрізняють приземні та припідняті інверсії. Пер­ші характеризуються відхиленнями температур­ного градієнта безпо­середньо біля поверхні Землі, а припідняті – з’явлен-ням більш теплого шару повітря на деякій висоті від поверхні Землі. Тов­щина інверсійного пару також, як і висота інверсій може змінюватися. В інверсійних умовах ослаблюється турбулентний потік, який призводить до погіршення розсіювання промислових викидів і накопичення шкідливих речовин в приземному шарі.


Для низьких джерел викидів найбільш несприятливим є сполучення приземної інверсії зі слабким вітром. Особливо шкідливе забруднення по­вітря, коли при холодних викидах (фар­бувальні, гальванічні та інші цехи машинобудівних підприємств) припіднята інверсія, розміщена безпосеред­ньо над джерелом, суп­роводжується слабким вітром, близьким до штилю, в таких випад­ках викид повинен здійснюватися вище інверсійного шару.


Для того, щоб концентрація шкідливих речовин в приземному шарі атмосфери не перевищувала гранично допустимих максимальних разових концентрацій, пилогазові викиди підлягають розсіюванню в атмосфері че­рез високі труби. При достатньо високій димовій трубі забруднення дося­гають приземного шару атмосфери на знач­ній відстані від труби, коли вони вже встигають розсіятися  в атмосферному повітрі до допустимих концентрацій.


Ступінь розбавлення викидів атмосферним повітрям знаходиться в прямій залежності від відстані, яку цей викид пройшов до да­ної точки.

 


Рисунок 9.1 – Схема розподілення шкідливих речовин в атмосфері при викиді через вертикальну трубу

 

Шкідливі речовини, які вміщуються у викидах розповсюджуються в напрямку вітру в границях сектора, обмеженого досить малим кутом роз­криття факела (2α = 10...20°) біля виходу з труби (рис. 9.1). На відстані від 4 до 20 висот труби (Н) факел торкається землі і деформується.

 

При цьому максималь­на концентрація шкідливих речовин в приземному шарі спостері­гається на відстані (10...40) Н. Таким чином, можна виділити три зони різного забруднення приземного шару атмосфери:
1) зона перекидання факела викиду, яка характеризується відносно невисоким вмістом шкідливих речовин в приземному шарі;
2) зона максимального забруднення приземного шару;
З) зона поступового зниження рівня забруднення.
Основним документом, який регламентує розрахунок розсіюван­ня і визначення приземних концентрацій викидів промислових під­приємств,         є „Методика расчета концентраций в атмосфер­ном воздухе вредных ве­ществ, содержащихся в выбросах предприя­тий, ОНД-86”. Основою мето­дики є умова, при якій сумар­на концентрація кожної шкідливої речовини не повинна перевищува­ти разову гранично допустиму концентрацію даної шкідливої речо­вини в атмосферному повітрі, тобто:
            CΣ = (CM + CФ) ≤ ГДК,                                                           (9.1)
де CM – максимальна концентрація забруднювальних речовин в приземному повітрі, утворювана джерелами викидів, мг/м3;
        CФ – фонова концентрація однакових чи однонаправлених шкідли­вих     речовин, характерна для даної місцевості (приймається за довідкою органів санітарно-епідеміологічної служби), мг/м3.

 

При одноразовій присутності в атмосферному повітрі декіль­кох ре­човин, які мають адитивні властивості для кожної точки місцевості, пови­нна виконуватися умова:
;                                                    (9.2)
де і означає і-ту домішку.

 

При викиді в атмосферу одного чи більше однонаправлених забруд­нювальних речовин з декількох джерел (однакової чи різної висоти), роз­ташованих на значній відстані одне від одного, заб­руднення приземного шару атмосфери розраховують для кожної тру­би. Одержані результати для даної точки місцевості підсумовують з урахуванням падіння концентрацій в перпендикулярному вітру направленні. Залежно від співвідношення ва­лових викидів з джерел і відстані між ними в перпендикулярному  відно­сно вітру направленні максимальна сумарна концентрація забруднюваль­них речовин буде знаходитися або на осі джерела більшої потужності, або між джерелами, але ближче до джерела більшої потужності [41-44].

 

У випадку розрахунку розсіювання викидів, які виділяються в ат­мо­сферу через труби однакової висоти, розташовані  на близькій відстані одна від одної, труби необхідно приймати за одне екві­валентне джерело такої ж висоти з сумарною кількістю забруднювальних речовин.

 

При роз­ташуванні більше двох сусідніх точкових дже­рел на одній лінії і збігу з нею напрямку вітру викиди будуть накладатися один на другий, що при­веде до збільшення приземних концентрацій. Шахматне розташування зо­середжених джерел приводить до зменшення концентрацій домішок в при­земному шарі атмосфери.

 

У вказаному документі [31] наводяться:
- методики розрахунку забруднення атмосфери викидами одинокого джерела, лінійного дже­рела, групи джерел і майданчикових джерел;
-  методика роз­рахунку забруднень атмосфери з урахуванням сумар­ної дії декіль­кох речовин;
-  методики врахування рельєфу місцевості та фонових концентрацій при розрахунку забруднення атмосфери;
- норми щодо визначення мінімальної висоти джерел викидів,  вста­новлення гранично допустимих викидів та визначення меж санітарно-захи­сних зон підприємств.