Ochrona Powietrza

Projekt nr 1

Obliczanie odległości X_m występowania stężenia maksymalnego

zanieczyszczenia powietrza S_m

Wydział Rolniczo-ekonomiczny Rafał Cichoń Kierunek : Ochrona środowiska Dawid Łapa 2015/16

Podstawą obliczeń jest Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 26 I 2010 roku w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu. Dziennik Ustaw nr 16 z 2010 roku, Poz. 87.

1.Dane do obliczeń poziomów substancji w powietrzu:

Parametry emitora:

- Geometryczna wysokość emitora liczona od poziomu terenu h=200 [m]

- Średnica wewnętrzna wylotu emitora d=9 [m]

-Prędkość gazów odlotowych na wylocie emitora v=18 [m/s]

-Temperatura gazów odlotowych na wylocie emitora T=394 [K]

- Maksymalna emisja uśredniona dla 1 godziny 150* 10³ mg/s SO₂

Dane meteorologiczne

- Średnia temperatura powietrza dla okresu obliczeniowego T₀ = 280,15 [K]

- Statystyka stanów równowagi atmosfery, prędkości i kierunków wiatru (róża wiatru).

-Wartość współczynnika aerodynamicznej szorstkości terenu Z_O = 0,5

Tabela 1. Sytuacje meteorologiczne

Tabela 2. Stałe zależne od stanów równowagi atmosfery

2. Obliczenia

2.1 Obliczanie efektywnej wysokości emitora (wysokość pozornego pkt-uemisji) wg wzoru : H=h+Δh

Wysokość efektywna zależy od prędkości wylotowej gazów v, emisji ciepła Q i prędkości wiatru na wysokości wylotu z emitora uh

Emisje ciała obliczam wg. wzoru: Q= $\frac{\pi d2\ }{4}$ ^.$\frac{273,16}{T}$ ^. 1.3 ^. V ^. ( T-T₀) [kJ/s]

Q= $\frac{(\pi)9\ }{4}$ ^.$\frac{273,16}{394}$ ^. 1.3 ^. 18 ^. ( 394-280,15) = 117501,8 [kJ/s]

Dla Q≥ 24000 [kJ/s], Δh oblcizamy ze wzoru :

Prędkość wiatru na wysokości wylotu emitora u_h dla h ≤ 300m :

U_h = u_a ^. ($\frac{h}{14}$)^m [m/s]

I tak dla równowagi silnie chwiejnej, U_a=1m/s otrzymujemy

U_h = 1 ^. ($\frac{200}{14}$)^0,08 = 1,237

Dla Q≥ 24000 [kJ/s], Δh oblcizamy z wzoru :

Δh= Δh_c= Δh = $\frac{1,126\ \times \ {117501,8}^{0,,58}}{{1,237}^{0,7}}$

Δh_c = 1,126 ^.116874,16^0,58 / 1,23^0,7 = 846,23[m]

Zatem efektywna wysokość emitora:

H=200 +846,23=1046,23[m]

2.2.Parametry meteorologiczne:

Średnią prędkość wiatru w warstwie od geometrycznej wysokości emitora do efektywnej wysokości emitora dla H≤300mi H≠hobliczamy wg wzoru:

$\overset{\overline{}}{\mathbf{u}} = \frac{u_{a}}{\left( H - h \right) \times \ 14^{m}} \times \left\lbrack \frac{(300^{1 + m} - h^{1 + m}}{(1 + m)} + (H - 300) \times 300^{m} \right\rbrack$

$$\overset{\overline{}}{\mathbf{u}} = \frac{1}{\left( 1046,23 - 200 \right) \times \ 14^{0,08}} \times \left\lbrack \frac{(300^{1 + 0,08} - 200^{1 + 0,08}}{(1 + 0,08)} + (1046,23 - 300) \times 300^{0,08} \right\rbrack$$

= 1,35

A)Współczynnik poziomej dyfuzji atmosferycznej:

σ_y = A × x^a

A= 0,088 × (6 × m^-0,3 + 1- ln $\frac{H}{z_{0}}$)

Jeżeli $\frac{H}{z_{0}}$ nie zawiera się w przedziale od 10 do 1500 współczynnik A oblicza się przyjmując:

• $\frac{H}{z_{0}}$ = 10, gdy $\frac{H}{z_{0}}$ < 10

• $\frac{H}{z_{0}}$ = 1500, gdy $\frac{H}{z_{0}}$ > 1500

A= 0,088 × (6 × 0,08 ^-0,3 + 1- ln 1500 )=0,571

σ_y= 0,571 *x^0,888

B)Współczynnik pionowej dyfuzji atmosferycznej

σ_z = B * x^b

B = 0,38 × m^1,3 × (8,7 – ln $\frac{H}{z_{0}}$ )

Jeżeli $\frac{H}{z_{0}}$ nie zawiera się w przedziale od 10 do 1500 współczynnik B oblicza się przyjmując:

• $\frac{H}{z_{0}}$ = 10, gdy $\frac{H}{z_{0}}$ < 10

• $\frac{H}{z_{0}}$ = 1500, gdy $\frac{H}{z_{0}}$ > 1500

B= 0,38 × m^1,3 × (8,7 – ln 1500)=0,02

σ_z = 0,02 * x^1,284

2,3Najwyższe ze stężeń maksymalnych substancji w powietrzu Sm dla pojedynczego emitora

Stężenie maksymalne substancji gazowej uśrednionej dla 1 godziny S_m w określonej sytuacji meteorologicznej oblicza się ze wzoru :

S_m = C₁ $\frac{\text{Eg}}{\overset{\overline{}}{u}\ \text{AB}\ }$ ($\frac{B}{H}$)^g × 1000 [μg/m³]

Gdzie stałe zależne od stanu równowagi atmosfery C₁ i g podano w tabeli 2 a współczynniki A i B obliczono powyżej.

S_m = 0,213 $\frac{150000}{1,35*0,571*0,020}\left( \frac{0,020}{1046,23} \right)$ ^1,692 × 1000 = 18,66 [μg/m³]

Stężenie S_m występują w stosunku do emitora w odległości x_m wyrażonej wzorem :

x_m = C₂ ($\frac{H}{B}$ )^1/b [m] X_m= 0,815 $\left( \ \frac{1046,23}{0,020}\ \right)$^1/1,284 =4819,22

Stan równowagi atmosfery	Ua	Q [kJ⋅s^-1]	uh[m⋅s^-1]	∆ h	H	u	A	B	Sm[µg⋅m^-3]	xm [m]
silnie chwiejna	1	117501,8	1,237	846,2327	1046,23	1,35	0,54158	0,015018	18,65543	4819,322
	2	117501,8	2,474	520,9173	720,92	2,63	0,574354	0,020325	20,8158	2848,829
	3	117501,8	3,711	392,1976	592,20	3,91	0,591662	0,023127	20,77354	2210,281
chwiejna	1	117501,8	1,463	752,5903	952,59	1,68	0,369704	0,034797	18,86537	7796,514
	2	117501,8	2,925	463,2737	663,27	3,24	0,40156	0,045772	21,28753	4390,887
	3	117501,8	4,388	348,7978	548,80	4,78	0,418232	0,051516	21,3357	3326,232
	4	117501,8	5,851	285,1784	485,18	6,30	0,429075	0,055252	20,75767	2793,941
	5	117501,8	7,313	243,9381	443,94	7,80	0,436892	0,057945	19,99154	2470,263
Lekko chwiejna	1	117501,8	1,684	681,886	881,89	2,02	0,29109	0,055947	15,28286	14242,76
	2	117501,8	3,368	419,75	619,75	3,85	0,322132	0,07206	17,435	7665,874
	3	117501,8	5,052	316,029	516,03	5,63	0,338249	0,080427	17,54876	5681,373
	4	117501,8	6,736	258,3865	458,39	7,40	0,348673	0,085837	17,10313	4709,139
	5	117501,8	8,420	221,0206	421,02	9,15	0,356156	0,089721	16,4824	4126,006
	6	117501,8	10,104	194,5386	394,54	10,89	0,361873	0,092689	15,81957	3734,493
	7	117501,8	11,789	174,6398	374,64	12,62	0,366427	0,095053	15,16637	3451,968
	8	117501,8	13,473	159,0555	359,06	14,36	0,370166	0,096994	14,54333	3237,605
obojętna	1	117501,8	2,050	594,1387	794,14	2,59	0,221437	0,092103	9,36015	40311,13
	2	117501,8	4,101	365,7353	565,74	4,85	0,25128	0,115596	10,85866	20240,3
	3	117501,8	6,151	275,3613	475,36	7,05	0,266597	0,127653	11,00029	14515,8
	4	117501,8	8,201	225,1365	425,14	9,21	0,276423	0,135388	10,75013	11796,72
	5	117501,8	10,252	192,579	392,58	11,36	0,283435	0,140907	10,37116	10198,98
	6	117501,8	12,302	169,5048	369,50	13,49	0,288765	0,145103	9,956768	9142,175
	7	117501,8	14,352	152,1666	352,17	15,62	0,292994	0,148432	9,544125	8388,28
	8	117501,8	16,403	138,5877	338,59	17,74	0,296455	0,151156	9,14844	7821,51
	9	117501,8	18,453	127,6198	327,62	19,85	0,299352	0,153437	8,775504	7378,688
	10	117501,8	20,503	118,5463	318,55	21,95	0,301824	0,155383	8,426849	7022,358
	11	117501,8	22,554	110,8953	310,90	24,06	0,303963	0,157067	8,102052	6728,877
lekko stała	1	117501,8	2,626	499,6935	699,69	3,48	0,166133	0,148213	4,02013	203903,4
	2	117501,8	5,251	307,5974	507,60	6,41	0,194377	0,18088	4,768203	92718
	3	117501,8	7,877	231,5895	431,59	9,25	0,208651	0,19739	4,871012	63525,29
	4	117501,8	10,502	189,3484	389,35	12,04	0,217715	0,207873	4,776881	50248,05
	5	117501,8	13,128	161,9663	361,97	14,80	0,224133	0,215295	4,614884	42662,75
stała	1	117501,8	3,222	432,9667	632,97	4,40	0,134824	0,203424	1,747274	998294,9
	2	117501,8	6,444	266,5223	466,52	8,01	0,161674	0,243302	2,107891	414645,7
	3	117501,8	9,667	200,6641	400,66	11,51	0,175066	0,263192	2,166461	272766,7
	4	117501,8	12,889	164,0637	364,06	14,94	0,183496	0,275713	2,129469	210696

Sprawdzenie warunku na wartość maksymalną stężenia

Warunek: S_mm ≤ 0,1 D₁

Wartość dopuszczalna (D₁) dla SO₂= 350 μg/m³

0,1 × 350= 35 μg/m³

(S_mm)21,29 μg/m³ ≤ 35 μg/m³

Wnioski

Z powyższych obliczeń wynika , że warunek konieczny został spełniony . Dopuszczalny poziom stężenia SO₂ w powietrzu uśredniony dla jednej godziny , nie zostaje przekroczony dla D₁ = 50 μg/m³. Środki służące ograniczeniu SO₂ do atmosfery nie są konieczne do podjęcia.