Построение кривой распределения приземных концентраций по оси факела.

Приземная концентрация вредных веществ С в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях l (м) от источника выброса определяется по формуле:

С = S × С_max, мг/м³

где С – концентрация загрязнения в любой точке по оси факела, мг/м³;

s - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения l/ l_max по формулам:

4. Размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) определяется по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 в соответствии с классом опасности предприятия. Размера СЗЗ с учетом розы ветров, преобладающих в данном районе, корректируется по формуле:

где l–длина румба по СЗЗ, м;

L₀ – размер СЗЗ по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, м

Р - среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба по действительной розе ветров (%); Р₀ - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров (%); при восьмирумбовой розе ветров Р₀ =12,5%

Пример выполнения задания 1

Рассмотрим котельную с одиночным источником выбросов. Котельная, работающая на мазуте, производит вредные выбросы, представленные оксидом углерода (СО).

Котельная имеет одну дымовую трубу диаметром устья D =1,4 м и высотой Н= 40 м. Скорость выхода газовоздушной смеси w составляет 7 м/с, ее температура Т_г=125°С. Степень очистки пылегазоочистного оборудования Э=80%.

Котельная расположена в Московской области, местность ровная с перепадом высот менее 25м. Средняя температура самого жаркого месяца года Т_в равна +25°С.

Фоновые концентрации Cф загрязняющих веществ и климатические характеристики района предоставлены ГУ «Московский ЦГМС-Р». Фоновая концентрация СО = 2 мг/мг³. ПДК_МР оксида углерода приведены в табл.1. ПДКмр = 5,0 мг/м³.

В районе расположения котельной среднегодовая повторяемость направления ветров (при восьмиугольной розе ветров) составляет: C-17%, СВ-17%, В-16%, ЮВ-12%, Ю-10%, ЮЗ-7%, З-9%, СЗ-12%.

Решение

1.Определение величины ПДВ для оксида углерода (СО)

Разница температур:

DТ = Т_г-Т_в =125-25 = 100°С;

расход газовоздушной смеси:

;

Коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса:

при

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, А =140 (для Московской области);

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F =1 так как СО - легкий газ, у которого скорость упорядоченного осаждения в воздухе равна 0;

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, h=1 так как местность ровная, с перепадом высот менее 50м.

Предельно-допустимый выброс равен:

2. Определение максимальной концентрации СО.

Замеренное количество выбрасываемого вещества составило 60% от величины ПДВ

М = 0,6 ×ПДВ = 0,6×348,3 = 209,0 г/с

Максимальная концентрация оксида углерода равна:

Проверим, соблюдается ли требование по охране воздуха:

С_max + С_ф £ ПДК

1,80 + 2,0 = 3,8 мг/м³ < ПДК (5,0 мг/м³)

Расстояние от источника загрязнения, где наблюдается максимальная концентрация оксида углерода:

При аэродинамический коэффициент равен

3. Построение кривой распределение концентрации СО в приземном слое атмосферы.

Для упрощения расчетов величина l принимается равной 1/3, 2/3, 1,33 и 1,66 от l_max т.е.

l1= 1/3× lmax = 1/3×467 = 156 м l2= 2/3× lmax = 2/3×467 = 311 м

l3= 1,33× lmax = 1,33×467 = 621 м l4= 1,66× lmax = 1,66×467 = 775 м

концентрация СО равна:

С₁ = S₁ × С_max = 0,41×1,8 =0,74 мг/м³

С₂ = S₂× С_max = 0,89×1,8 =1,6 мг/м³

концентрация СО равна

С₃ = S₃× С_max = 0,96×1,8 =1,73 мг/м³

С₄ = S₄× С_max =0,83×1,8=1,49мг/м³

По полученным данным строим кривую распределения концентрации СО по оси факела (рис. 1).

Рис.1 Кривая распределения концентраций СО

в приземном слое атмосферы

Пространство под факелом по мере удаления от источника выброса можно условно разделить на три зоны:

– зону переброса факела, характеризующуюся сравнительно невысоким содержанием вредных веществ;

– зону задымления с максимальным содержанием вредных веществ, которая распространяется на расстоянии 10…49 высот трубы;

– зону постепенного снижения концентрации вредных веществ.

4. Определение размеров СЗЗ и ее корректировка с учетом розы ветров. Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 котельная относится к V классу предприятий с нормативным размером СЗЗ 50 метров от центра дымовой трубы.

В том случае, когда расчет показывает что С_max + С_ф ³ ПДК, за размер СЗЗ принимается расстояние от источника выброса до дальней границы зоны максимального задымления, где величина загрязнения равна 0,8С_max.

В данном случае С_max + С_ф < ПДК. Размер СЗЗ по различным румбам составляет:

Если расчетная величина l оказалась менее 50м, то принимается l равная минимальному значению СЗЗ, т.е. 50 м. По полученным данным строим СЗЗ (рис.2) Рис.2 Размер СЗЗ с учетом розы ветров района расположения котельной

Таблица 4

Исходные данные для задания 1

Перечень данных	Последняя цифра учебного шифра
Высота трубы Н, м
Диаметр устья трубы D, м	1,5	1,5	1,4	1,4	1,3	1,3	1,2	1,2	1,1	1,1
Cредняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса w, м/с
Температура газовоздушной смеси Тг, °С

Перечень данных	Предпоследняя цифра учебного шифра
Температура окружающего воздуха Тв, °С
Загрязняющее вещество*	сажа	оксид углерода (СО)	оксид азота (NO2)	диоксид серы (SO2)	пятиокись ванадия (V2O5)	сажа	оксид углерода (СО)	оксид азота (NO2)	диоксид серы (SO2)	пятиокись ванадия (V2O5)
Фоновые концентрации Сф, мг/м3	0,01	2,0	0,03	0,02	0,0005	0,01	2,0	0,03	0,02	0,0005

*Значение ПДК для загрязняющих веществ приведены в табл.1

Продолжение таблицы 4

Исходные данные

Перечень данных	Последняя цифра учебного шифра
Эффективность очистки Э, %
Повторяемость ветров, %	С-17	С-10	С-9	С-12	С-12	С-5	С-12	С-15	С-8	С-16
СВ-17	СВ-15	СВ-10	СВ-10	СВ-12	СВ-10	СВ-12	СВ-16	СВ-10	СВ-12
В-16	В-17	В-11	В-12	В-12	В-8	В-12	В-15	В-12	В-10
ЮВ-12	ЮВ-17	ЮВ-14	ЮВ-12	ЮВ-12	ЮВ-10	ЮВ-12	ЮВ-12	ЮВ-15	ЮВ-9
Ю-10	Ю-14	Ю-16	Ю-11	Ю-12	Ю-16	Ю-10	Ю-10	Ю-16	Ю-7
ЮЗ-7	ЮЗ-12	ЮЗ-16	ЮЗ-14	ЮЗ-12	ЮЗ-17	ЮЗ-12	ЮЗ-8	ЮЗ-15	ЮЗ-11
З-9	З-7	З-15	З-15	З-16	З-17	З-16	З-11	З-13	З-18
СЗ-12	СЗ-8	СЗ-9	СЗ-14	СЗ-12	СЗ-17	СЗ-14	СЗ-13	СЗ-11	СЗ-17

Охрана поверхностных вод

Задание 2

Определить ПДС сточных вод из очистных сооружений города в реку, которая используется в качестве источника централизованного водоснабжения для другого населенного пункта, расположенного вниз по течению реки. Определить необходимую степень очистки по взвешенным веществам и БПК_полн.

Решение

Определение ПДС сточных вод проводится согласно Методике расчета предельно допустимых сбросов (пдс) веществ в водные объекты со сточными водами [12].

Для расчета ПДС сточных вод необходимо определить кратность разбавления (n)по методу В.А.Фролова – И.Д. Родзиллера:

,

где Q - расход воды в створе реки у места выпуска, м³/с;

q - расход сточных вод, м³/с;

- коэффициент смешения, показывающий какая часть речного расхода смешивается со сточными водами в максимально загрязненной струе расчетного створа:

где L - расстояние от выпуска до расчетного створа по фарвате­ру, м;

е – основание натурального логарифма, е=2,7

a- коэффициент, учитывающий гидравлические условия реки:

где - коэффициент извилистости русла (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру (L_ф) к расстоянию по прямой (L), при прямом русле =1)

- коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега , при русловом выпуске );

D - коэффициент турбулентной диффузии, для равнинных рек определяется по формуле:

где V_ср- средняя скорость течения реки на всем участке смешения, м/сек; H_ср - средняя глубина реки на расчетном участке, м

Величина ПДС определяется для всех категорий водопользования как произведение максимального часового расхода сточ­ных вод - q(м³/ч) на допустимую концентрацию загрязняющего ве­щества С_ПДС (г/м³):

ПДС = q× C_ПДС, кг/ч

При расчете сброса сточных вод определяется значение C_ПДС, обеспечивающее нормативное качество воды в контрольных створах для консервативных и неконсервативных веществ.

Вещества называются консервативными, когда концентрация загрязняющих веществ изменяется только при их разбавлении.

Для неконсервативных веществ концентрация изменяется вследствие протекания химических, физико-химических и биохимических процессов, которые называются процессами самоочищения.

1. Определение С_ПДС для консервативных загрязняющих веществ:

где С_ПДК- предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в воде водотока, мг/л или г/м³(табл. 2);

С_ф- фоновая концентрация загрязняющего вещества в водотоке выше выпуска сточных вод, г/м³;

Отдельно рассматриваются взвешенные вещества, так как в действующей системе экологического нормирования ПДК для взвешенных веществ не установлена. Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения» содержание в водоеме взвешенных веществ ниже сброса сточных вод не должно увеличиваться по сравнению с фоновыми показателями более, чем на 0,25 мг/л.

При условии, что С_см = ПДК, а содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25мг/л по сравнению С_ф (т.е. DС = 0,25 мг/л), формула С_ПДС для взвешенных веществ имеет вид:

2. Определение С_ПДС для неконсервативных загрязняющих веществ

где k- коэффициент неконсервативности, 1/сут;

Значение коэффициента неконсервативности принимается по данным натурных наблюдений или по справочным данным и пересчитывается исходя из температуры и скорости течения воды реки;для данного случая k=0,006

t - время добегания от места выпуска сточных вод до расчетного створа, сут.

где -коэффициент перевода времени t в сутки.

Биологическая потребность в кислороде (БПК) - количество кислорода, необходимое для полного биологического окисления загрязнений содержащихся в сточных водах.

Показатель загрязнения воды, характеризуемый количеством кислорода, которое за установленное время (обычно 5 суток- БПК₅ или 20 суток -БПК_полн) пошло на окисление загрязнителей при температуре 20°С, содержащихся в единице объема воды (мг/л или г/м³.)

Определение С_ПДС по БПК.

где k₀ - осредненное значение коэффициента неконсервативнос­ти органических веществ, обусловливающих БПК_полн фона и сточ­ных вод, 1/сут;

k₀ = 0,065 1/сут;

С_п.в. - концентрация, обусловленная органическими ве­ществами, смываемыми в водоток атмосферными осадками с пло­щади водосбора на последнем участке пути перед контрольным ство­ром длиной 0,5 суточного пробега.

Значение С_п.в принимается равным: для горных рек – 0,6 - 0,8 г/м³; для равнинных рек– 1,7 -2 г/м³; для рек болотного питания – 2,3 - 2,5 г/м³. Если расстояние от выпуска сточных вод до контрольно­го створа меньше 0,5 суточного пробега, то С_п.в принимается равной нулю.

Необходимая степень очистки для очистных сооружений определяется по формуле:

,

где С_пост – концентрация вещества поступающего на очистные сооружения, г/м³

Пример выполнения задания 2

Определить ПДС сточных вод в реку. Сброс сточных вод осуществляется в реку, среднемесячный расход Q при 95% обеспеченности составляет по данным гидрометеорологической службы 30 м³/с. Средняя скорость течения реки V_ср на участке от выпуска до расчетного створа равна 0,64 м/с. Средняя глубина реки Н_ср равна 1,2м.

Выпуск сточных вод производится с расходом q равным 0,6 м³/с. Выпуск береговой. Для водотоков I категории (водоемы санитарно-бытового водопользования) соответствие нормам проверяется в створе, расположенном на 1 км выше водозабора. Расстояние от места выпуска до расчетного створа по фарватеру L_ф = 3,5 км. Участок прямой, извилистость выражена слабо.

Река используется в качестве источника централизованного водоснабжения и содержит фоновые концентрации: БПК_полн = 1,8 мг/л,

взвешенных веществ , сульфатов , хлоридов , нефтепродуктов .

Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на очистные сооружения С_пост=200 мг/л, содержание органических веществ, выраженных БПКполн = 250 мг/л.

Рис.3 Схема сброса сточных вод в реку

Решение

1. Определение кратности разбавления:

Коэффициент турбулентной диффузии:

Коэффициент, учитывающий гидравлические условия реки:

Коэффициент смешения:

Кратность разбавления сточных вод равна:

2. Определение ПДС для консервативных веществ:

Для сульфатов:

ПДК сульфатов равна 500 мг/л (см. табл. 2)

Допустимая концентрация SO₄ равна:

Предельно допустимый сброс равен:

Для хлоридов:

= 350 мг/л (см. табл. 2)

Для взвешенных веществ:

3. Определение ПДС для неконсервативных веществ:

Для нефтепродуктов

= 0,3 мг/л (см. табл. 2)

Время добегания сточных вод:

ПДС по БПК:

Поскольку время добегания t = 0,06 сут < 0,5 сут то С_п.в. =0

1. Определение необходимой степени очистки для очистных сооружений

По взвешенным веществам:

По БПК:

Таблица 5

Исходные данные для задания 2

Перечень данных	Последняя цифра учебного шифра
Расход воды в реке Q, м3/с
Расход сточных вод q, м3/с	0,5	0,54	0,6	0,62	0,64	0,66	0,7	0,75	0,8	0,85
Средняя скорость течения реки Vср, м/с	0,5	0,52	0,54	0,56	0,58	0,64	0,62	0,64	0,66	0,68
Средняя глубина реки Нср, м	1,2	1,25	1,3	1,32	1,34	1,36	1,38	1,40	1,42	1,44
Расстояние от выпуска до расчетного створа L, км	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8
Расстояние по фарватеру до расчетного створа Lф, км	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8
Вид выпуска	береговой	русловой

Продолжение таблицы 5

Перечень данных	Предпоследняя цифра учебного шифра
Количество загрязнений в воде водоема по БПКполн, Cф, мг/л	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	1,2	1,4	2,6	1,8	2,0
Количество взвешенных веществ в воде водоема, ,мг/л	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6
Фоновые концентрации загрязняющих веществ в воде водоема, мг/л
хлориды Cl-
сульфаты SO4-
нефтепродукты	0,02	0,05	0,01	0,08	0,04	0,02	0,05	0,01	0,08	0,05
Концентрация взвешенных веществ в сточных водах, поступающих на очистку, Спост, мг/л
Концентрация загрязнений в сточных водах, поступающих на очистку по БПКполн, Спост, мг/л

Значение ПДК для загрязняющих веществ приведены в табл.2

ОХРАНА ПОЧВ

Задание 3

В результате очистки бытовых сточных вод образуется осадок. Одним из способов утилизации осадка сточных вод является использование его в качестве органоминерального удобрения, при этом одновременно решается ряд задач: исключается необходимость хранения (захоронения) и повышается плодородие почв. Применение осадка сточных вод возможно при условии, что не будет происходить загрязнение почвы вредными веществами.

Определить объем и высоту осадка, который допустимо использовать в качестве удобрения при рекультивации городских почв.

Решение

Исходя из равномерного смешения осадка с плодородным слоем почвы уравнение материального баланса, имеет вид:

где С_ф – фоновая концентрация i-оговещества, мг/кг почвы; М – масса плодородного слоя почвы, кг; С_ос– концентрация i-оговещества в осадке, мг/кг почвы; m – масса осадка, кг; С_см– концентрация i-оговещества в в почве после смешивания ее с осадком, мг/кг почвы;

Для того, чтобы осадок можно было использовать в качестве удобрений, необходимо соблюдение следующего основного условия:

где ПДК - предельно допустимая концентрация i-оговещества, мг/кг почвы (значения ПДК приведены в табл.3)

Объем W (м³) и массы М (т) плодородного слоя почвы на участке определяется по формулам:

W = H×S

М = W×r_п

где Н – мощность почвенного слоя, м

S – площадь объекта рекультивации, м²

r_п – плотность почвы, т/м³

Масса осадка m, подлежащего размещению на участке, определяется из уравнения материального баланса:

Объем осадка V, предназначенный для утилизации на участке, составит:

, м3

где r_ос – плотность осадка, т/м³

Высота осадка будет равна :

, м

Пример выполнения задания 3

Осадок, образовавшийся при очистке бытовых сточных вод, содержит медь в концентрации С_ос=13,2 г/м³. Плотность осадка r_ос равна 1,2т/м³. Почвенный слой участка представлен дерново-подзолистыми почвами суглинистого механического состава мощностью Н = 0,2 м и плотностью r_п =1,5 г/м³. Фоновая концентрация меди в почве поданным санитарно-эпидемиологической службы (СЭС) Сф = 0,3 мг/кг почвы. Значения ПДК приведены в табл.3. Площадь участка 0,5 га.

Схема утилизации осадка представлена на рис. 4

Рис.4 Схема утилизации осадка

Решение

Объем и масса плодородного слоя почвы на участке площадью S = 0,5 га (5000 м²) составят:

W = H×S = 0,2 ×5000 = 1000 м³

М = W×r_п = 1000×1,5 = 1500 т

Чтобы осадок сточных вод использовать в качестве удобрений, концентрация меди в почве после смешивания ее с осадком не должна превышать ПДК.

С_см = ПДК^Cu = 3,0 мг/кг почвы

Для расчета массы осадка концентрацию осадка сточных вод необходимо перевести из г/м³ в мг/кг почвы:

Масса осадка m, подлежащего размещению на участке равна:

т

Объем осадка, который может быть размещен на площади 0,5 га составит:

при этом высота осадка будет равна:

Необходимо рассчитать объем и высоту осадка для всех загрязняющих элементов, содержащихся в осадке и выбрать такие объем V и высоту h при которых не будет происходить загрязнения почвы.

В таблице 6 приведены исходные данные для задания 3.

Таблица 6

Исходные данные для задания 3

Перечень данных	Последняя цифра учебного шифра
Площадь участка S, га	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Мощность почвенного слоя Н, м	0,2	0,2	0,3	0,3	0,3	0,25	0,25	0,3	0,3	0,2
Плотность почвенного слоя rп т/м3	1,51	1,52	1,53	1,55	1,60	1,62	1,63	1,65	1,60	1,55
Фоновое содержание в почвенном слое:
меди , мг/кг почвы	0,3	0,2	0,4	0,3	0,2	0,6	0,8	0,6	0,8	0,5
марганца , мг/кг почвы
нитратов , мг/кг почвы
ванадия , мг/кг почвы

Перечень данных	Предпоследняя цифра учебного шифра
Плотность осадка rос, т/м3	1,2	1,22	1,25	1,3	1,35	1,4	1,42	1,3	1,25	1,35
Содержание в осадке:
меди, , г/м3
марганца, , г/м3
нитратов , г/м3
ванадия, , г/м3

Образование отходов

Задание 4

Рассчитать количество и массу люминесцентных ламп подлежащих утилизации.

Решение

Ртутные лампы (люминесцентные и ртутные лампы для наружного освещения), как отходы, образуются при смене перегоревших ламп. Согласно «Справочным материалам по удельным показателям образования важнейших видов отходов производства и потребления» (НИЦПУРО, 1999) [14] количество ртутных ламп подлежащих утилизации рассчитывается по формуле:

где О_р.л. - количество ртутных ламп, подлежащих утилизации, шт.;

К_р.л. - количество установленных ртутных ламп на предприятии, шт.

Ч_р.л. - среднее время работы в сутки одной ртутной лампы, при работе в одну смену Ч_р.л= 4,57 час;

С -число рабочих смен в году (252 смены);

Н_р.л. - нормативный срок службы одной ртутной лампы, час.

Масса отработанных источников света М_p.л определяется по формуле:,

М_p.л = О_р.л.×m_р.л×10^-6, т/год

m_p.л - масса источников света , г;

Отработанные люминесцентные и ртутные ламп должны храниться в крытом помещении, недоступном для посторонних лиц, желательно с ровным кафельным полом, в специальных металлических контейнерах. Лампы в контейнерах следует устанавливать вертикально с опорой на цоколи. Отработанные лампы передаются специализированному предприятию по договору (в среднем 1 раз в 1-2 года).

При разрушении люминесцентных ламп их осколки должны быть собраны в контейнер для транспортировки (нельзя выбрасывать), а в случае отделения ртути ее нейтрализация осуществляется в 2 стадии:

1) механическая нейтрализация- шарики ртути собирают влажной бумагой (фильтровальной или газетной), после чего бумагу не выбрасывают, а помещают в банку с пробкой и заливают раствором (в 1 л воды 10 мл КМnO₄ и 5 мл концентрированной соляной кислоты) и выдерживают в течение нескольких дней;

2) химическая - демеркуризация раствором хлорного железа, 20%-ным раствором FeCl₃ обильно смачивают поверхности, куда попала ртуть, затем несколько раз протирают щеткой и оставляют до полного высыхания. Через 1-2 суток поверхность тщательно промывают мыльной, а затем чистой водой. Раствор хлорного железа готовят из расчета 10 л на 25-30 м² площади помещения.

Таблица 7

Исходные данные для задания 4

Предпоследняя цифра шифра	Тип лампы*	Нормативный срок службы лампы*, час	Масса**, г	Количество ламп, шт
	ЛБ 40-1
ЛД 80
	ЛД 65
ЛБС 20
	ЛБР 80
ЛД 40
	ЛД 80
ЛД 40
	ЛБР 80
ЛДЦ 20
	ЛБС 20
ЛД 80
	ЛБ 40-1
ЛД 80
	ЛР 40
ЛД 80
	ЛБС 20
ЛД 65
	ЛД 40
ЛБР 80

Первая буква: Л – люминесцентная; последующие буквы: (цветность) Д – дневная; Б – белая; ХБ – холодно-белая; ТБ – тепло-белая; Ц – цветовой тон (улучшенная цветопередача); Р – с рефлекторным отражающим слоем; А – амальгамные; цифры –мощность лампы, Вт

* * Методические рекомендации по оценке объемов образования отходов производства и потребления, М, 2003