Забруднюючих речовин в атмосферу

 

Пилогазоповітряна суміш, яку викидає з свого отвору стаціонарне джерело (труба), завжди дуже відрізняється від навколишнього атмосферного повітря не лише своїми фізичними, хімічними і іншими характеристиками, але й своєю поведінкою.

Цей викид є стороннім тілом по відношенню до навколишнього середовища і прагне зберегти свій склад, характер і форму якнайдовше. Тому він дістав назву факела. Цей факел зазнає постійного впливу з боку повітряних мас. Його форма, напрямок руху та поведінка залежать від багатьох технічних параметрів джерела, особливостей технологічного процесу та процесів, які відбуваються в атмосфері.

Процеси, які відбуваються в атмосфері, чинять чи не найбільший вплив як на рівень забруднення, так і перш за все на формування форми і характеру димового факела (рисунок 4.2):

1 За відсутності вітру стовп диму піднімається вгору, поступово втрачаючи свою потужність з ростом висоти.

2 При сильному вітрі факел займає майже горизонтальне положення, далеко простягаючись вздовж цього напрямку і дуже поступово втрачаючи силу.

3 Сильна конвекція повітря формує хвилеподібний шлейф диму.

4 Слабка конвенція формує конусоподібний факел.

За наявності інверсії можливі три випадки (рисунок 4.3): викид здійснюється в самому інверсійному шарі, над ним або під ним. Саме випадок, коли джерело знаходиться під нижнім краєм інверсійного шару, створює умови для підвищеного рівня забруднення, задимлення приземного шару повітря, формування смогів та інших небезпечних екологічних ситуацій.

Наступним важливим питанням є розподіл концентрації домішку в самому тілі факела. Очевидно, слід чекати, що найбільша концентрація речовин буде поблизу його осі. Саме вздовж цієї осі переміщується основна маса речовин. Ближче до країв вона зменшується, а самі домішки мають тенденцію одні до осідання на поверхню землі, а інші до підйому в вищі шари атмосфери.

На вертикальному зрізі факела (перпендикулярному до його осі) на будь-якій відстані (х) від джерела, концентрація (С) речовини в факелі розподіляється за нормальним законом Гауса (рисунок 4.4).

Перерлічені форми факелів далеко не вичерпують все різноманіття, а лише ілюструють основні характерні види для стаціонарних джерел. Нагадаємо, що дальність переміщення і розповсюдження забруднюючих речовин сягає десятків, а для високих джерел сотень і тисяч кілометрів.

Доцільно простежити поведінку факела безпосередньо поблизу його виходу з гирла (отвору) труби. Положення осі факелу за висотою над поверхнею землі на різній відстані від джерела залежить перш за все від теплової характеристики пилогазоповітряної суміші викиду (за умови, що висота джерела не змінюється). Чим вище перегрів факела (ΔТ), тим стрімкіше він підіймається вгору (рисунок 4.5).

Величину підйому осі факела відносно висоти джерела можна розрахувати за формулою

 

ΔZ=3,75·R·W/U+1,6·g·V·ΔТ/(ТаU3), (4.1)

 

де R – радіус гирла (отвору) труби, м;

U – швидкість вітру, м/с;

W – швидкість виходу факела з отвору, м/с;

V – витрати суміші, м3/с;

Та – температура атмосфери, 0С;

ΔТ – перегрів факела, 0С;

g = 9,8 м/с2 – const.

Корисно розглянути питання залежності рівня концентрації домішку в повітрі від рівня (висоти) осі факела над поверхнею землі та на різних відстанях від даного джерела. Дослідження свідчать, що чим далі від джерела перебуває факел, тем менший рівень концентрації речовини на його осі.

Одночасно, чим вище над поверхнею землі знаходиться вісь факела на даній відстані від джерела, то концентрація домішку в факелі змінюється не прямо пропорційно, а за складним законом. До того ж, на різних відстанях (х) від джерела концентрація (С) домішку на осі факела з ростом висоти (Z) факела змінюється щораз за певним, притаманним певним умовам, законом (рисунок 4.6).