Продолжение. Начало см.Часть 1-3.

Расчет загрязнения атмосферы выбросами свалочного газа по модели ОНД-86

В соответствии с /1/ максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества (ЗВ), в нашем случае-свалочного газа-Cm (мг/куб м) при выбросе из одиночного точечного источника с круглым устьем (см. Часть 3) достигается при неблагоприятных метеоусловиях на растоянии Хm (м) от источника и определяется по формуле:

Cm= А • М • F • m • n • ɳ / (H^2 • (V1•∆T)^)0,333), (1)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для Московской области А=140, для других регионов - в соответствии с Приложением 2 /1/; М(г/c)- масса свалочного газа, выбрасываемая в атмосферу в единицу времени; m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовозушной смеси из устья источника выброса; H(м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников Н= 2 м); ɳ - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающем 50 м на 1 км, ɳ=1; ∆T (град.С)- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв; V1 (куб м/c) - расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:

V1=0,25 • π • D^2 • Ѡо, (2)

где D (м) - диаметр устья источника выброса; Ѡо(м/c)- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Вычисляем V1 по определенному (cм. Часть 1) M через известную среднюю плотность свалочного газа ρ=1247,55 г/куб м: V1=М/ρ.

Тогда средняя скорость выхода биогаза из устья источника будет:

Ѡо=М/(0,25 • ρ • π • D^2) (3).

Значение безразмерного коэффициента F принимается для газообразных ЗВ равным 1.

Коэффициенты m и n определяются в зависимости от параметров ʋm, ʋʹm,f и Fe:

ʋm=0,65((V1• ∆T)/H)^0,333), (4)

ʋʹm=1,3Ѡо•D/H, (5)

f = 1000Ѡо^2 •D/(H^2•∆T), (6)

Fe= 800( ʋʹm^3). (7)

При f ˂ 100 m вычисляется:

m= 1/(0,67 + 0,1 f^0,5 + 0,34 f^0,333). (8)

Для fe ˂ f ˂ 100 коэффициент m вычисляется при f = Fe.

Коэффициент n при f ˂ 100 вычисляется по формуле:

n= 4,4 ʋm при ʋm˂ 0,5, (9)

n=0,532 ʋm^2 - 2,13 ʋm + 3,13 при 0,5 ≤ ʋm ˂ 2. (9а)

Расстояние Хm от источника выброса, на котором приземная концентрация ЗВ при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения Сm определяется по формуле:

Xm= 0,25(5-F)•d•H, (10)

где безразмерный коэффициент d при f ˂ 100 находится по формуле:

d= 2,48 (1+ 0,28Fe^0,333) при ʋm≤ 0,5, (11)

d= 4,95 ʋm (1+0,28 f^0,333) при 0,5 ˂ʋm≤ 2. (11а)

При опасной скорости ветра Um на стандартном уровне флюгера (10 м от поверхности земли), при которой достигается наибольшая приземная концентрация ЗВ Сm, в случае f ˂ 100 определяется по формуле:

Um= 0,5 при ʋm≤0,5 (12)

Um= ʋm при 0,5 ˂ ʋm ≤ 2. (12а)

При опасной скорости ветра Um приземная концентрация ЗВ в атмосферном воздухе на оси факела от точечного источника на расстоянии Х определяется по выражению:

С= S1• Cm, (13)

где S1- безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения Х/Xm и коэффициента F:

S1= (X/Xm)/(3,556(X/Xm)^2-35,2(X/Xm)+120) при 8 ˂ X/Xm ≤ 100 и F ≤ 1,5, (14)

S1= 144,3 (X/Xm)^-0,2333 при X/Xm ˃ 100, F ≤ 1,5. (14а)

Максимальная приземная концентрация ЗВ Сmu при неблагприятых метеоусловиях искорости ветра U, отличающейся от опасной скорости Um, определяется по формуле:

Сmu= r • Сm, (15)

где r - безразмерная величина, определяемая по формуле:

r= 3(U/Um)/(2(U/Um)^2-U/Um+2) при U/Um˃1. (16)

Расстояние от источника выброса Xmu, на котором при скорости ветра U и неблагоприятных погодных условиях достигается максимальная приземная концентрация Cmu ЗВ, определяется по формуле:

Xmu= p • Xm, (17)

где p - безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

p= 0,32 U/Um + 0,68 при U/Um˃1. (18)

Приземная концентрация ЗВ при скорости ветра U ≠ Um на произвольном расстоянии по оси факела от источника выбросов определяется по формулам (13), (14), сначала применив (18) и (17).

Приземная концентрация ЗВ в атмосферном воздухе Сy на расстоянии y по нормали к оси факела выброса определяется по формуле:

Сy= S2 • C, (19)

где S2 - безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

S2= 1/(1+5 ty+12,8 ty^2+17 tu^3+45,1 ty^4)^2, (20)

где tu=U•y^2/х^2 при U≤ 5м/c, (21)

tu=5•y^2/х^2 при U˃5м/c. (22)

Произведем расчет призеных концентраций свалочного газа от полигона ТКО с накопленным активным объемом мусора около 1 млн т (М=400 г/c), при диаметре устья точечного источника D=1 м, ∆T= 20 град.С. Важное замечание про высоту устья источника Н. В Части 3 мы предлагали принимать Н по возвышению верхней плоскости тела полигона. Однако, представляется, что это уместно только в случае, если с подветренной стороны полигона растет густой лес, и полигон будет обтекаться воздухом преимущественно по верхушкам деревьев. Если же с подветренной стороны тела полигона (в направлении на анализируемый участок) нет леса или иных высоких препятствий, то поток воздуха будет обтекать полигон, поднимаясь по наветренному склону и опускаясь по подветренному, т.е. тело полигона не будет влиять на Н, и Н надо принимать равным как для наземного источника - 2 м. Выполним расчеты для Н=2 м и 20 м.

При Н=20 м:Ѡо=0,41 м/с, V1= 0,32 куб м/c,ʋm =0,44,ʋʹm= 0,027,f = 0,02,fe= 0,016, m=1,3, n=1,94, Xm=53,2 м, Сm= 192 мг/куб м, Um=0,5 м/с приземная концентрация С свалочного газа на расстояниях 500/1000/1500/2000 м от источника будут соответственно, мг/куб м: 17,5/5/2,8/1,9. На тех же расстояниях для группы суммации концентрации С (х0,0092, см. Часть 3) будут, мг/куб м: 0,16/0,046/0,026/0,017. То же для метана (х 0,529, см. Часть 3), мг/куб м: 9,25/2,65/1,48/1/.

Повторим расчет при Н=2 м: Ѡо=0,41 м/с, V1= 0,32 куб м/c,ʋm =0,96,ʋʹm= 0,27,f = 2, fe= 15,7, m=0,81, n=1,56, Xm=12,1 м, Сm= 9537 мг/куб м, Um=0,96 м/с, приземная концентрация С свалочного газа на расстояниях 500/1000/1500/2000 м от источника будут соответственно, мг/куб м: 90/39/18/9. На тех же расстояниях для группы суммации концентрации С будут, мг/куб м: 0,83/0,36/0,17/0,08. То же для метана, мг/куб м: 47,6/20,6/9,5/4,7.

Выполним расчет для средней скорости ветра в июле 2,4 м/с (Московская область) при Н=2 м: Ѡо=0,41 м/с, V1= 0,32 куб м/c, Um=0,96 м/с, U= 2,4 м/с, Сmu= 4208 мг/куб м, приземная концентрация С свалочного газа на расстояниях 500/1000/1500/2000 м от источника будут соответственно, мг/куб м: 61/25/16/12. На тех же расстояниях для группы суммации концентрации С будут, мг/куб м: 0,56/0,23/0,15/0,11. То же для метана, мг/куб м: 32/13/8,5/6,3. На расстоянии 50 м от оси факела на тех же расстояниях от источника концентрации С по группе суммации будут, мг/куб м: 0,44/0,22/0,15/0,11, то же для метана, мг/куб м: 25/12/8,2/6,2.

Предварительные выводы

1. Можно предполагать, что на распространение загрязняющих веществ от полигона ТКО не будет оказывать заметного влияния место выхода газов, в частности - при расположени газосборных скважин на вершине тела полигона. Для безлесой местности, скорее всего, правильнее считать, что устья точечных источников выхода газов не возвышаются над прилегающими территориями. При наличии на подветренном склоне полигона (со стороны анализируемого земельного участка) густого леса, можно ожидать, что ветровой поток будет преимущественно идти над лесом, что в пределе позволяет считать расположение источников выхода газов с полигона по его верхней плоскости.

2. Расчеты по модели ОНД-86 показали непротиворечивые результаты принятых санитарно-защитных зон (СЗЗ) для средних полигонов ТКО (около 1000 м), при назначении которых, однако, учитываются не только экологические, но и экономические факторы. Последние - занижают СЗЗ.

3. Концентрации вредных веществ в СЗЗ полигона, а особенно - на теле полигона- могут кратно превышать ПДК как разовые, так и среднесуточные. Склоны полигона ТКО без дегазации, а также с пассивной системой дегазации не могут использоваться в рекреационных целях.

4. Наибольшие концентрации ЗВ вблизи полигона ТКО будут наблюдаться при слабых ветрах (0,5-1 м/с). При таких ветрах для средних полигонов на безлесой местности могут быть превышены как разовые, так и среднесуточные ПДК по группе суммации и метану на удалении 1,5-2,5 размера СЗЗ.

5. При средней скорости ветра в июле для Московской области (ок. 2,5 м) на расстояни 1-1,5 СЗЗ предельные разовые ПДК по группе суммации и метану, по данной модели, на средних полигонах превышены не будут. Среднесуточные ПДК, если их не осреднять по всему году, могут быть превышены на удалении до 2,5 СЗЗ по группе суммации и до 1,5 СЗЗ по метану. В остальные месяцы года эмиссия биогаза ниже, а скорость ветра выше, что приведет к улучшению ситуации.

6. Наихудшим является расположение земельного участка с подветренной стороны полигона по преимущественным направлениям ветра.

7. За пределами СЗЗ расчетные концентраци ЗВ мало зависят от принятого количества точечных источников биогазов. На интересующих удалениях средний полигон ТКО можно представлять максимум 2-мя точечными источниками.

Продолжение следует.

Источники

1. Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, утв. Приказом Минприроды от 06.06.2017 № 273.