РГР 1. Расчет концентрации ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ веществ в районе выброса

Воронежская государственная технологическая академия

М.И. САЛИКОВА, Ж.С. АМЕЛИНА,

С.С. ЗАРЦЫНА

Практикум

по курсу «Экология»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Воронеж

2002

УДК 577.4 (076.5)

ББК Б1я7

С 16

Научный редактор д. т. н., профессор А.М.ГАВРИЛЕНКОВ

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра химии Воронежской государственной

лесотехнической академии;

доцент Х. С. ШИХАЛИЕВ

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

Саликова М.И.

С 16Практикум по курсу «Экология»: Учеб. пособие

/ М.И. Саликова. Ж.С. Амелина, С.С. Зарцына; Воронеж. гос.

технол. акад. Воронеж, 2002. с.

ISBN 5-89448- -

Практикум составлен в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки инженеров по направлению 655900 «Технология продуктов из сырья животного происхождения» (специальности 270900 – «Технология переработки мяса и мясных продуктов» и 271100 – «Технология переработки молока и молочных продуктов»). Практикум предназначен для закрепления теоретических знаний дисциплины цикла ЕН. Приведены краткие теоретические сведения, изложены методики расчетов и оценки основных параметров загрязнения атмосферного воздуха и природных вод.

401120000 – 02

С --------------------- Без объявл. УДК 577.4(076.5)

ОК2 (03) – 2002 ББК Б 1я7

ISBN 5-89448- - ã Саликова М.И., Амелина Ж.С.,

Зарцына С.С., 2002

ã Воронеж. гос. технол. акад.,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Методические рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . .
Раздел 1.Расчет параметров загрязнения атмосферного воздуха от стационарных источников. . . . . . . . . . .
РГР 1. расчет концентрации загрязняющих веществ в районе выброса . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 2. Расчет предельно допустимого выброса . . .
РГР 3. Расчет рассеивания от стационарных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 4. Расчет и построение санитарно-защитной зоны предприятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 5. Расчет выделений загрязняющих воздух веществ при проведении окрасочных работ . . . . . . . . . .
РГР 6. Расчет содержания загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлива паровых и водогрейных котлов
Раздел 2.Оценка возможности использования сточных вод и определение ущерба из-за загрязнения водного источника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 1. Оценка возможности использования сточных вод пищевых предприятий для орошения . . . . . . . . . .
РГР 2. Расчет класса опасности осадка и определение способов его утилизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 3. Определение допустимых норм внесения осадка как удобрения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 4. Определение ущерба, наносимого предприятию из-за загрязнения водного источника . . . . . . . . .
Раздел 3.Оценка и прогнозирование экологического состояния водного объекта. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
РГР 1. Оценка экологической ситуации водного объекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ПРЕДИСЛОВИЕ

Согласно ГОС инженер должен иметь представление об экологической безопасности проектируемого и действующего производства, иметь опыт анализа влияния производственной деятельности человека на окружающую среду на стадии эксплуатации технологического оборудования и технологических процессов. Современному инженеру необходимо уметь анализировать основные последствия влияния производственной деятельности на окружающую среду и принимать обоснованные с экологической точки зрения технические и технологические решения.

Целью практикума является освоение основных расчетов, необходимых при оценке влияния на окружающую среду производственной деятельности на стадии эксплуатации технологического оборудования и технологических процессов.

При создании практикума использованы современные действующие нормативные документы, в которых изложены методики расчетов экологических параметров («Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», «Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах», «Гигиенические требования к использованию сточных вод и осадков для орошения и удобрения», «Рекомендации по использованию осадков городских сточных вод в земельном строительстве и сельском хозяйстве» и др.).

Практикум написан доцентами кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ВГТА: М.И. Саликовой (раздел 1), С.С. Зарцыной (раздел 2), Ж.С. Амелиной (раздел 3).

ВВЕДЕНИЕ

Противоречие общества и среды обитания в современных условиях выразилось в форме экологического кризиса. Негативные последствия антропогенной деятельности затронули все сферы сосредоточения жизни – атмосферу, гидросферу, литосферу. Возникающие нарушения в биосфере становятся тормозом развития производства и общества в целом.

В «Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию», принятой в 1996 г., сформулированы задачи, одна из которых - «ведение хозяйственной деятельности в пределах емкости экосистем на основе массового внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий».

Квалифицированная оценка воздействия реализованного или проектируемого технологического процесса – сложная и комплексная задача. Ее решение возможно лишь при детальном рассмотрении влияния производства на все составляющие экосистем. Научно обоснованным подходом к оценке экологической обстановки является сопоставление фактических и нормативных параметров.

Оценка воздействия на окружающую среду - это процесс исследования влияния хозяйственной деятельности и прогноза ее последствий. Порядок осуществления этой деятельности регламентируется «Положением об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации», утвержденному в 1994 г. При этом большое значение имеют расчеты экологических параметров, примеры которых приведены в настоящем пособии.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Рабочие программы дисциплины «Экология» предусматривают 3 расчетные работы (РГР) из бюджета времени самостоятельной работы студента (4-5 часов на одну расчетную работу).

Выбор трех РГР из 11 работ, приведенных в настоящем практикуме, осуществляется студентом совместно с преподавателем-консультантом с учетом специальности студента.

Структура практикума в рамках каждой РГР содержит небольшую по объему теоретическую часть, в которой дается характеристика основных параметров расчета, методика расчета, многовариантные задания, требования к оформлению и контрольные вопросы для подготовки к защите работы.

Графическая часть работ представляет собой интерпретацию расчетных данных или схемы, позволяющие прогнозировать развитие экологической ситуации.

Справочные данные, необходимые для выполнения расчетов, приводятся в настоящем практикуме, что сокращает время на поиск студентом нужной информации.

Сроки сдачи РГР определяются соответствующими рабочими программами дисциплины и графиком самостоятельной работы студентов.

Раздел 1

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

РГР 1. Расчет концентрации ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ веществ в районе выброса

Теоретическая часть

Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющим веществом называют примесь в атмосфере, оказывающую неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.

При нормировании состояния воздушной среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК) [1]:

ПДК_р.з - это максимальная концентрация примеси в воздухе рабочей зоны производственных помещений, которая при ежедневной работе в течение 8 ч за все время рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений;

ПДК_м.р - это максимальная разовая концентрация примеси в атмосферном воздухе, воздействие которой на организм человека не вызывает рефлекторных реакций. Эта концентрация установлена для предупреждения вреда человеку при кратковременном воздействии атмосферных примесей;

ПДК_с.с - это максимальная среднесуточная концентрация примеси в атмосферном воздухе, которая в течение сколь угодно длительного времени не окажет прямого или косвенного влияния на организм человека.

Состояние воздушной среды оценивают по фактическим концентрациям примесей в данное время. Они изменяются в зависимости от метеорологических условий, характера выброса в атмосферу, вида и плотности жилой застройки и других факторов.

При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Она может определяться расчетным путем.

Расчетная часть

Цель работы: расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, определение расстояния от источников выброса, на котором концентрация вредного вещества становится максимальной.

Задание: рассчитать параметры максимального загрязнения приземного слоя атмосферного воздухаисточниками промышленных выбросов по варианту, заданному преподавателем (табл.1.1).

Т а б л и ц а 1.1

Исходные данные для расчета

	Характеристика источника, м	Параметры пылегазовоздушной среды в устье источника
Координаты	Вы-сота Н	Дли-на L	Ширина b	Диа-метр D	Ско-рость w0, м/с	Загрязняющие вещества	Концен-трация С, мг/м3
Х	У
				-	-	0,42	14,66	Пыль зерновая	16,2
				-	-	0,32	10,45	Пыль сахарная	25,0
О к о н ч а н и е т а б л. 1.1.
				-	-	0,45	7,23	Пыль мучная	3,4
				-	-	0,45	12,06	Пыль сухого молока	19,1
				1,48	0,40	-	11,49	Углерода оксид	29,0
								Азота диоксид	6,14
				-	-	0,25	1,20	Пыль металлич.
								с содерж. диоксида кремния 70-20%	7,0
				0,40	0,45	-	15,32	Пыль органическая	56,6
				0,20	0,20	-	13,28	Марганца диоксид	1,4
				-	-	0,30	3,60	Серная кислота	0,7
				-	-	0,50	3,50	Натрия гидроксид (аэрозоль)	0,75
				-	-	0,45	10,50	Аммиак	30,0
				-	-	0,30	11,20	Сероводород	21,5
				-	-	0,32	8,30	Метан	10,2
				-	-	0,25	9,36	Метилмеркаптан	25,5
				0,45	0,45	-	3,45	Формальдегид	5,5
				0,40	0,45	-	9,20	Диоксид серы	18,2
				-	-	0,50	3,20	Сажа	32,0
				0,50	0,30	-	6,40	Винилацетат	86,0
				-	-	0,60	4,80	Пропанол	69,5
				-	-	0,50	6,50	Фреон ХФУ-12	80,5
				0,6	0,4	-	8,70	Этанол	20,8
				-	-	0,60	1,30	Уксусная кислота
				-	-	0,3	0,8	Пары парафина
				-	-	0.4	1,4	Фенол	1,5
				-	-	0,4	2,5	Метилэтилкетон	2,5
				-	-	0,3	1,8	Метиламин	0,8
				-	-	0,46	1,7	Ацетоальдегид	1,9
				0,5	0,5	-	2,4	Ацетон	12,2
				-	-	0,5	1,9	Масляная кислота	10,5
				-	-	0,4	2,9	Фурфурол	1,9

Для расчетов величину Δ t принять равной:

для вариантов 1-15 – 0 ˚С,

для вариантов 16-30 – 20 ˚С.

1.Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из источника, которое достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м (м) от источника, определяют по формуле

АМFmnh

С_м = + С_ф, (1.1)

Н^{2 3}ÖV₁Dt

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H - высота источника выброса над уровнем земли, м; h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае слабопересеченной местности h = 1; Dt - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси t_г и температурой окружающего атмосферного воздуха t_в , ˚С; V_i - расход газовоздушной смеси, м³/c; С_ф – фоновая концентрация вещества, мг/м³ [3].

2. Объем газовоздушной смеси V_i (м³/с), выбрасываемой в единицу времени, вычисляют по формуле

V_i = pD²w₀ / 4 , (1.2)

где D - диаметр устья источника выброса, м; w₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса, м/с.

Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газо-воздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производят по приведенным выше формулам при средней скорости w₀ (м/с) и значениях D = D_э (м) и V_i = V_iэ (м³/с).

Эффективный диаметр устья D_э (м) определяют по формуле

D_э = 2Lb / (L + b), (1.3)

где L - длина устья, м; b - ширина устья, м.

Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси V _iэ(м³/с) определяют по формуле

V _iэ = pD_э² w₀ / 4 (1.4)

Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D_э равняется длине стороны квадрата. Остальные расчеты рассеивания загрязняющих веществ производят как для выбросов из источника с круглым устьем.

3. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимают по следующим данным.

Географическое положение объекта	Значение коэффициента А
Районы Бурятской АР и Читинской области
Европейская территории РФ: районы РФ южнее 50° с.ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа; Азиатской территории РФ; Дальний Восток и остальная территория Сибири
Европейская территория РФ и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов
Европейская территория РФ и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ЕТР)
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области

4. Массу вещества, выбрасываемого в единицу времени, М (г/с) определяют по формуле

М = СV_i10^-3. (1.5)

5. Значение безразмерного коэффициента F принимают:

а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю, равной 1;

б) для крупнодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п.) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % - 2; от 75 до 90 % - 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки - 3.

6. Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f, V_м, V_м¢ и f_е :

f = 1000w₀²D / (H²Dt); (1.6)

V_м = 0,65³Ö(V_iDt) / H; (1.7)

V_м¢ = 1,3w₀D / H; (1.8)

f_е = 800(V_м¢)³. (1.9)

Коэффициент m зависит от f :

m = 1 / (0,67 + 0,1Öf + 0,34 ³Ö f ) при f < 100; (1.10)

m = 1,47 / ³Ö f при f ³ 100. (1.11)

Для f_е < f < 100 значение коэффициента m вычисляется при f = f_е.

Коэффициент n при f < 100 зависит от параметра V_м :

n = 1 при V_м ³ 2 ; (1.12)

n = 0,532V_м² - 2,13V_м + 3,13 при 0,5 £ V_м< 2; (1.13)

n = 4,4V_м при V_м < 0,5. (1.14)

При f ³ 100 или Dt » 0 коэффициент n определяется по формулам (1.12) – (1.14) при V_м = V_м¢.

7. Значение безразмерного коэффициента h устанавливают на основе анализа картографического материала, представляющего рельеф местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, h = 1, в других случаях значение h выбирают из справочных таблиц.

8. При f ³ 100 или Dt » 0 и V_м ³ 0,5 (холодные выбросы) значение максимальной приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) определяют по формуле

АМFnh

С_м = К (1.15)

Н ³ÖН

где К = D / 8V_i = 1 / 7,1Öw₀V_i . (1.16)

9. Аналогично при f < 100 и V_м< 0,5 или f ³ 100 и V_м¢< 0,5 (случаи предельно опасных скоростей ветра) максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) рассчитывают по формуле

АМFm¢h

С_м = (1.17)

Н^{2 3}ÖН

где m¢ - безразмерный параметр:

m¢ = 2,86m при f < 100, V_м < 0,5;

m¢ = 0,9 при f ³ 100, V_м¢ < 0,5.

10. Расстояние Х_м (м) от источника, на котором при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м (мг/м³) определяют по формуле

Х_м = (5 - F)dH / 4, (1.18)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по формулам:

d = 2,48(1 + 0,28 ³Ö f_е ) при V_м £ 0,5 , (1.19)

d = 4,95 V_м (1 + 0,28 ³Öf ) при 0,5 < V_м £ 2 , (1.20)

d = 7 ³ÖV_м (1 + 0,28 ³Öf ) при V_м > 2. (1.21)

При f > 100 или Т » 0

d = 5,7 при V_м.¢ £ 0,5; (1.22)

d = 11,4 V_м ¢ при 0,5 <V_м¢ £ 2; (1.23)

d = 16ÖV_м ¢ при V_м >2. (1.24)

11. Значение опасной скорости ветра U_м (м/с) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ, определяют в зависимости от параметра f:

U_м = 0,5 м/с при V_м £ 0,5 и f < 100; (1.25)

U_м = V_м при 0,5< V_м £ 2 и f < 100; (1.26)

U_м = V_м (1 + 0,12 Öf ) при V_м > 2 и f < 100. (1.27)

U_м = 0,5 при V_м¢ < 0,5 и f ³ 100 или t » 0; (1.28)

U_м = V_м¢ при 0,5 < V_м¢ £ 2 и f ³ 100 или t » 0; (1.29)

U_м = 2,2 при V_м¢ > 2 и f ³ 100 или t » 0. (1.30)

12. После выполнения расчетов проверяют следующее условие:

(С_м + С_ф ) / ПДК_м..р £ 1, (1.31)

где С_ф - фоновая концентрация вредного вещества (мг/м³), из которой исключен вклад рассматриваемого предприятия, С_ф = 0,3ПДК_м.р.

ПДК_м..р - предельно допустимая максимально разовая концентрация (мг/м³), определяемая из справочника [2].

Содержание отчета

· Титульный лист установленной формы.

· Цель РГР и задание.

· Расчеты максимальной концентрации, расстояния от источника, на котором образуется максимальная концентрация, опасной скорости ветра по изложенной методике.

· Графическое изображение источников выбросов на местности и расстояния от источников, на которых образуется максимальная концентрация.

Вывод, в котором необходимо сравнить полученные значения максимальных концентраций для каждого из выбрасываемых веществ с найденными в справочной литературе ПДК_м..р.

· Список использованных литературных источников.

Контрольные вопросы

1.Что представляют собой величины ПДК_р.з, ПДК_м.р, ПДК_с.с ?

2. Как рассчитываются максимальные концентрации

при неблагоприятных метеоусловиях для нагретых и

холодн выбросов?

3. Какие параметры учитываются в расчете опасной

скорости ветра?

4. Каково значение предельно допустимых максималь -

но разовых концентраций для выбрасываемы веществ?

5. Как производится выбор безразмерных коэффициен-

тов А и F?