Методические подходы к учёту скорости оседания различных пылевых фракций для задач оценки экспозиции населения мелкодисперсными частицами

очистки не менее 90%) значение коэффициента F рано 2; при средней очистке (средний эксплуатационный коэффициент очистки от 75 до 90%) F=2,5; при грубой очистке (средний эксплуатационный коэффициент очистки менее 75%) и при отсутствии очистки F=3. Кроме того, в ОНД-86 рассматриваются некоторые частные случаи, когда F=3. Как показывает практика, в большинстве случаев при установлении значения коэффициента F руководствуются именно этим подходом.

- при установленном дисперсном составе выбросов значение коэффициента F устанавливается в зависимости от безразмерного отношения А (1):

F = Vg / Um (1)

где v_g (м/с) - скорость оседания, которая соответствует скорости оседания частиц с диаметром d _g при условии, что масса всех частиц с диаметром больше d _g , составляет 5% общей массы частиц; u_M (м/с) - опасная скорость ветра (определяется расчётным путём в соответствии с п. 2.9 ОНД-86 или по результатам расчётов при определении максимальных приземных концентраций с использованием унифицированных программ расчёта загрязнения атмосферы (УПРЗА), реализующих положения ОНД-86).

В условиях свободного падения скорость движения частиц постоянна, при этом аэродинамическое сопротивление, действующее на частицу, становится равным её массе. Если выбрасываемая газовоздушная смесь состоит из мелких частиц, сопоставимых по размерам с длиной свободного пробега молекул газа, то взаимодействие с этими молекулами приводит к броуновскому движению, которое накладывается на процесс осаждения, приводя к смещению (витанию) частиц. По имеющимся зависимостям в работах авторов А.Г. Ветошкин, К.Р. Таранцев, А.Я. Корольченко [2, 4] определены скорости осаждения частиц различных размеров и их смещение при броуновском движении. Авторами отмечается, что скорость осаждения и величина броуновского движения соизмеримы для частиц с размерами примерно 0,5 мкм и меньше. С уменьшением размера частиц скорость осаждения резко снижается и возрастает броуновское смещение. Поэтому высокодисперсные частицы газовоздушных смесей практически не осаждаются, а благодаря броуновскому движению перемещаются в любом направлении (витают). Скорость осаждения частицы сферической формы в области действия закона Стокса определяется по формуле (2):

v

g

10 ⁸ * d 2 * р * g 18* ц

где v g ’, см/с - скорость оседания частиц (vg, м/с = vg’*10^-2); g = 981 см/с² - ускорение силы тяжести; d_g, мкм - диаметр частиц; р , г/см³ - плотность частиц; ц , г/см*с - динамическая вязкость среды.

При расчете скорости осаждения частицы, плотностью воздуха пренебрегаем. Динамическая вязкость воздуха ( ц ) определяется по формуле (3):

ц = 1.75*10 - 4

* (273 + 1 Г⁸³

0.683

,

где t, ⁰С - температура газа. Тогда формула (2) приобретает вид (4):

v

g

1.46*10 - 4 * d 2 * р * g

( 273 + 1 Г³

Как показывают натурные исследования [5, 6] зачастую пылевые частицы промышленных выбросов имеют форму, отличную от шарообразной. Для учёта формы частиц в формулу, описывающую закон Стокса вводится эквивалентный диаметр ( d экв ), который определяется через коэффициент х (табл. 1).

В соответствии с п. 2.5 ОНД-86 исходя из соотношения v g / и м принимаются следующие значения коэффициента F (табл. 2).

Таблица 1. Значение коэффициента х для частиц различной формы

Форма частиц	Значение х
шаровая	1
округлённая с неровной поверхностью	2,4
продолговатая	3
пластинчатая	5
для смешанных тел	2,9

Таблица 2. Значения коэффициента F в зависимости от параметров

Параметр v g / u м	Коэффициент оседания F
< 0,015	1,0
0,015 <  v g /им <  0,03	1,5
> 0,03	2,0-3,0 с учетом степени очистки

В силу неоднородности распределения частиц выбросов различных производственных процессов по фракциям и различную скорость оседания частиц разных размеров и формы рекомендуется конкретизировать значения коэффициента F для различных значений соотношения v g / и м , что позволит более достоверно определять значения призменных концентраций частиц различных размеров при проведении расчетов. Устанавливать значение коэффициента F в зависимости от соотношения v g / и м рекомендуется с использованием графика, представленного на рис. 1.

Рис. 1. График зависимости коэффициента F от соотношения v g / и м

Представленный график описывается

v уравнением: F = *66,(6). В случае, если установленное значение коэффициента F<1 -при определении максимальных приземных концентраций принимаем F=1. Если установленное значение коэффициента F>3 - при определении максимальных приземных концентраций принимаем F= .

Полученные результаты. Появление данных о дисперсном составе выбросов повышает требования к последующему использованию этой информации [5, 6]. Предложенные подходы были апробированы на примере оценки загрязнения от выбросов машиностроительного предприятия. Так, при обработке стали Р18 на заточном станке В3-18 (диаметр заточного круга 150 мм), в атмосферный воздух выбрасываются частицы фракции РМ10 2,67% от общего объема частиц.

Твердые частицы менее 10 мкм

ПДК = 0,3 мг/мЗ        СП - Номинальные ’Лето

Концентрация в долях ПДК                Масштаб 1:6000

• Имш:-м^, кои^твацли — йад^ний

СЗ РаемегиоййЕъб1Ты

+ Т»«ензе ИЗА

а)

Твердые частицы менее 10 мкм

ПДК = 0,3 мг/мЗ        СП - Номинальные - Лето

Концентрация В ДОЛЯХ ПДК                Масштаб 1:6000

• Hsdjv-wi*, -i'>i«s-"ai-^ л -- ИИ№чми

б)

в)

Рис. 2. Изолинии рассеивания частиц РМ10 с применением различных коэффициентов оседания F: а) F=1,5; б) F=1,2; в) F=1,0

Коэффициент оседания, рассчитанный в соответствии с прилагаемым выше алгоритмом, принимает значение равное 1,2. При использовании положений ОНД-86 для случая, когда дисперсный состав известный, значение коэффициента было бы принято 1,5, при отсутствии -было бы равно 1. Модельные расчёты рассеивания, выполненные с использованием программного комплекса «РОСА» версия 3.2. показали, что изменение коэффициента существенно влияет по результаты оценки уровня загрязнения при моделировании рассеивания выбросов (рис. 2).

Установлено, что при F=1,2 расстояние, на котором достигается величина, к примеру 0,4 ПДК, составляет более 420 м, тогда как при значении F=1,5 расстояние не превышает 300 м. Следует отметить, что расстояние 50, 100, 150 м порой могут оказаться значимыми с правовой и гигиенической точки зрения, например, при установлении размеров санитарно-защитных зон или при выборе места для строительства жилых зданий. На текущий момент принципиально важным является накопление данных о доле частиц с разными размерами и формой, что позволит выполнять корректное моделирование загрязнения, и, соответственно повысит надежность оценки экспозиции населения пылями, в том числе наиболее опасными - мелкодисперсными.

Выводы: предложенные подходы, основанные на установлении физически обоснованного коэффициента оседания пылевых частиц разных фракций, позволяют повысить корректность оценки приземных концентраций твердых веществ, в том числе размерами менее 10 мкм (PM10) при проведении расчетов рассеивания примесей в выбросах промышленных предприятий. Качественная оценка загрязнения в свою очередь является основой снижения неопределенностей при оценке экспозиции и рисков для здоровья населения.