Индивидуальные практические работы

Список методических пособий для практических работ.

Практическое задание 1.

Задача.Рассчитать площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ) и оценить экономическую эффективность природоохранных мероприятий по защите атмосферы в пригородной зоне отдыха от загрязнения выбросами промышленного предприятия. Исходные данные приведены в табл. 1 и 2.

Методика решения задачи приведена в методическом пособии [1] в разделе «Внешние ресурсы».

Таблица 1

Влияние систем очистки на количество

выбросов предприятия

Вариант данных для расчета	Наименование вещества	Масса выброса, т/год
m1, до установки систем очистки	m2, после установки систем очистки
	Аммиак
Сернистый газ
Диоксид серы
	Оксид углерода
Метилмеркоптан
Оксид азота
	Сероводород
Диоксид серы
Никель		0,77
	Аммиак
Цемент
Диоксид серы
	Цианистый водород		1,5
Диоксид кремния
Сероводород
	Ацетон
Диоксид серы
Соединения свинца	0,6	0,33
	Сероводород
Метилмеркоптан
Никель	1,3	0,77
	Оксид углерода
Цемент
Оксид азота

Зона активного загрязнения для организованных источников высотой Н >10 м представляет собой кольцо между окружностями с внутренним и внешним радиусами r_внутр и r_внеш, которые рассчитываются по формулам

r_внутр = 2φ · Н,(1)

r_внеш = 20φ · Н, (2)

где Н – высота источника;

φ – поправка на тепловой подъем факела, которая рассчитывается по формуле

φ = 1+∆t/75,(3)

где ∆t – значение разности температуры выбрасываемой газовоздушной смеси в устье источника и температурой окружающей среды (табл. 2).

Таблица 2

Параметр	В а р и а н т данных для расчета
Высота источника Н, м
Температура в устье источника t1,0С
Скорость оседания загрязнения, см/с	0,5					0,8
Температура окружающей среды t2,0С
Скорость ветра на уровне Флюгера И, м/с	-			-			0,5
Капиталовложения в очистное оборудование, млн р.
Эксплуатационные расходы, млн р./год				6,0

Пример решения задачи (I типа).

Расчет площади ЗАЗ.

Подставим в формулы значения и проведем вычисления:

– среднегодовое значение разности температур:

∆t = 90 – 10 = 80° С;

– поправка φ на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере:

φ = 1+80/75 = 2,07;

– внутренний радиус ЗАЗ равен

r_внутр = 2 · 2,07 · 70 = 289,8м;

– внешний радиус ЗАЗ равен:

r_внеш =20 · 2,07 · 70 = 2898м;

– площадь внутреннего круга S_внутр равна

S_внутр = · r²_внутр = 3,14 · 289,8² = 263709,8856м²;

– площадь внешнего круга S _{внеш .} равна

S _внеш = · r²_внеш = 3,14 · 2898² = 26370988,56 м²;

площадь зоны активного загрязнения равна

S _ЗАЗ = 26370988,56 – 263709,8856 = 26107278,6744м² = 26,1км².

Ответ:Площадь зоны активного загрязнения составляет 26,1 км².

2. Расчет экономической эффективности мероприятий по защите атмосферы

Определяем экономическую эффективность природоохранных мероприятий по формуле:

Е = (Э – З – С) / К, (4)

где С – дополнительные эксплуатационные расходы, р./год;

К – единовременные капитальные вложения, р./год.

3 – приведенные затраты на строительство и внедрение оборудования;

Э – предотвращенный годовой экономический ущерб после проведения атмосферозащитных мероприятий, который определяется как разность между экономическим ущербом (У₁) до проведения мероприятий и экономическим ущербом (У₂) после их проведения:

Э = У₁ – У₂ . (5)

Приведенные затраты (З) на строительство рассчитываются по формуле:

З = С + Е_н · К, (6)

где Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; принимается равным 0,12.

Расчет годового экономического ущерба в результате загрязнения атмосферы (У₁) до проведения защитных мероприятий и (У₂) после проведения защитных мероприятий рассчитывается следующим образом:

У₁ = γ · f · σ · μ₁, (7)

У₂ = γ · f · σ · μ₂, (8)

где γ– величина удельного ущерба от одной условной тонны выбросов, р./усл. т (γ = 2400 р./усл. т);

f – коэффициент, учитывающий характер и условия рассеивания выброшенных источником примесей;

σ – коэффициент, учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха на территориях с различной плотностью и чувствительностью реципиентов;

μ₁, μ₂ – суммарная масса выбросов загрязняющих веществ, приведенная к единице токсичности, усл. т/год соответственно; (μ₁) до проведения защитных мероприятий и (μ₂) после проведения защитных мероприятий.

Значение коэффициента f, учитывающего характер и условия рассеивания примесей, определяется следующим образом:

f = , (9)

где H – высота источника, м;

φ – поправка на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере (φ = 2,07, рассчитывался ранее по формуле (3);

U – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера,

м/с (дано по условию).

В данном случае скорость оседания газообразных примесей и легких мелкодисперсных частиц находится в пределах от 1 до 20 см/с.

Коэффициент , учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха (далее коэффициент относительной опасности загрязнения воздуха) определяем по табл. методического пособия [1]: для центральной части города (по условию)равна 6.

Суммарная масса выбросов загрязняющих веществ, приведенная к единой токсичности, (μ₁) до проведения защитных мероприятий и (μ₂) после проведения защитных мероприятий, определяется по формуле:

μ₁ = (10)

μ₂ = , (11)

где N – общее число примесей, содержащихся в выбросах источника (дано по условию);

A_i – показатель относительной агрессивности i-го вещества, усл. т/т (значение A_i для каждого вещества дано в табл. методического пособия) [];

m₁, m₂ – масса годового выброса примеси i-го вида в атмосферу, т/год (дано по условию для каждого вещества). m₁– до установки систем очистки, m₂ – после установки систем очистки.

Рассчитываем:

μ₁ = = 40 000 · 4,64 +30 000 · 16,5+30 000 · 16,5= 185 600 + 495 000+ 495 000= 1 175 600 (усл. т/т);

μ₂ = = 10 000 · 4,64 +10 000 · 16,5+8 000 · 16,5 = 46 400 + 165 000 + 132 000= 343 400 (усл. т/т);

f = = ;

У₁= γ · f · σ · μ₁= 2400 · 2,34 · 6 · 1 175 600 = 3 961 301 710.

У₂= γ · f · σ · μ₂ = 2400 · 2,34 · 6 · 343 400 = 1 157 120 610.

Э = У₁ – У₂ = 3 961 301 710 – 1 157 120 610 = 2 804 181 100.

З = С + Е_н · К = 30 000 000 + 0,12 · 200 000 000 = 230 000 000 р./г).

Вывод:при Е Е_н (4,2 > 0,12) делаем заключение об эффективности внедрения воздухозащитных мероприятий.

Методическое пособие…

Практическое задание 2.

Задача. Рассчитать массу выбросов вредных веществ в воздух, поступающих от автотранспорта, и количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ и обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды на участке автотрассы.

Методика решения задачи приведена в методическом пособии [2] в разделе «Внешние ресурсы».

Результаты промежуточных расчетов следует оформлять в виде таблиц (см. табл. 2 – 8).

Таблица 1.

Вариант данных для расчета	Протяженность участка l1, м	Временной интервал, мин

Пример решения задачи. Рассчитаем количество выбросов вредных веществ в воздух, поступающее от автотранспорта на участке автотрассы, расположенного вблизи института БГУИР (между 2-м и 4-м учебными корпусами), если протяженность участка составляет 1 км, а временной интервал – 20 мин.

1. Определяем количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 мин. Количество единиц автотранспорта за 1 ч рассчитывают, умножая на 3 исходное количество. Рассчитываем общий путь (L, км), пройденный количеством автомобилей каждого типа за час, по формуле

L = N_i · l, (1)

где N_i – количество автомобилей каждого типа; (i – обозначение типа авто транспорта (i = 1 для легковых автомобилей; i = 2 для грузовых автомобилей; i = 3 для автобусов; i = 4 для дизельных грузовых автомобилей);

l – длина участка, км (по условию равна 1 км).

Данные расчетов по каждому типу автотранспорта заносим в табл. 2.

Таблица 2.

Тип автотранспорта	Всего за 20 мин, ед.	За час, Ni, ед.	Общий путь за 1 ч, L, км
1. Легковые автомобили
2. Грузовой автомобиль
3. Автобус
4. Дизельный грузовой автомобиль

Рассчитываем количество топлива (Q_i, л), сжигаемого двигателями автомашин, по формуле

Q_i = L_i · Y_i, (2)

где L_i – общий путь каждого вида автотранспорта за 1 час;

Y_i – удельный расход топлива;

Q₁ = 789 · 0,12 = 94,68 л;

Q₂ = 9 · 0,31 = 2,79 л;

Q₃= 6 · 0,42 = 2,52 л;

Q₄= 3 · 0,33 = 0,99 л.

Полученный результат заносим в табл. 3.

Таблица 3.

Количество сожженного топлива каждым видом транспортного средства

Тип автотранспорта	Li, км	Qi, л
1. Легковой автомобиль		94,68
2. Грузовой автомобиль		2,79
3. Автобус		2,52
4. Дизельный грузовой автомобиль		0,99
	Всего Σ Q	100,98

Определяем общее количество сожженного топлива каждого вида (Σ Q) при условии использования вида топлива каждым типом автотранспорта в соотношении N_б / N_д (N – количество автомобилей с бензиновым (б) или дизельным (д) двигателем).

Результаты заносим в табл. 4.

Таблица 4.

Количество сожженного бензина и дизельного топлива

Тип автотранспорта	Тип двигателя, Nб / Nд	Бензин, л	Дизтопливо, л
1. Легковой автомобиль	600/189	72,0	22,68
2. Грузовой автомобиль	9/0	2,79	-
3. Автобус	0/6	-	2,52
4. Дизельный грузовой автомобиль	0/3	-	0,99
	Всего Σ Qi	74,79	26,19

Рассчитываем количество каждого из выделившихся вредных веществ по каждому виду топлива. Результаты заносим в табл. 5.

Таблица 5.

Количество каждого из выделившихся вредных веществ

по каждому виду топлива

Вид топлива	Σ Qi, л	Количество выделившихся вредных веществ, л
СО	Углеводороды(С5Н12)	ΝΟ2
Бензин	74,79	44,69	7,48	2,99
Диз. топливо	26,19	2,61	0,79	1,04
	Всего (V)	47,3	8,27	4,03

Рассчитываеммассу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле

m = (3)

где М – молярная масса вещества;

V – количество выделившихся вредных веществ, л.

М (СО) = 12 + 16 = 28;

М (С₅Н₁₂) = 5 · 12+1 · 12 = 72;

М (NО₂) = 14 + 16 · 2 = 46.

2. Рассчитываемколичество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ и для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды. Результаты заносим в табл. 6.

Таблица 6.

Масса выделившихся вредных веществ в атмосферу из-за работы

автотранспорта

Вид вещества	Масса, г	Количество воздуха, м3	ПДК мг/м3
СО	59,13		5,0
Углеводороды	26,6
NО2	8,3		0,085

Практическое задание 3.

Задача. Рассчитать нормативы допустимых сбросов (ДС) и предельно допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах, сбрасываемых в водотоки рыбохозяйственного использования. Выпуск сточных вод береговой. Исходные данные приведены в табл. 1, 2. Фоновые концентрации принимаются в размере 70 % от ПДК.

Методика решения задачи приведена в методическом пособии [2] в разделе «Внешние ресурсы».

Таблица 1.

Наименование показателей, мг / дм3	Вариант данных для расчета
Расход сточных вод, м3 / с (q)
0,005	0,006	0,006	0,007	0,008	0,007	0,002	0,004
Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, мг / дм3
Взвешенные вещества	7,1	7,0	8,0	8,3	8,1	7,9	7,8	6,9
Сухой остаток		-		-		-		-
БПК5	4,7	4,3	4,9	4,35	4,63	4,1	3,9	4,0
ХПК	-	-	-	12,0	-	11,5	-	11,1
Азот аммонийный	0,26	-	0,31	-	0,32	-	0,29	-
Азот нитритный	0,06	-	-	0,07	-	-	-	-
Азот нитратный	-	7,8	-	-	-	8,1	-	8,0
Фосфаты	-	-	-	0,85	-	-	-	-
Фосфор общий	-	-	0,2	-	-	-	0,17	-
Хлориды		-	-	-		-	-	-
Сульфаты	-	91,0	-	-	-	87,0	-
Нефтепродукты	-	-	-	0,05	-	-	-	-
СПАВ	-	-	-	-	0,35	-	-	-
Железо	0,35	-		-	-	0,15	-	-
Медь	-	0,01	-	-	-	-	0,012	-
Цинк	-	-	-	-	0,012	-	-	0,011
Свинец	-	-	0,06	-	-	-	-	-
Хром	-	-	-	-	-	0,11	-	-

Таблица 2.

Исходные гидрологические данные

Вариант данных для расчета	Расход воды в русле реки, м3/с (Q)	Средняя глубина Нср, м	Vср, м/с	Коэффициент извилистости (φ)
	1,05	0,85	0,45	1,06
	1,10	1,15	0,42	1,07
	1,12	0,96	0,30	1,10
	1,3	1,20	0,41	1,12
	1,45	1,10	0,52	1,05
	1,35	1,25	0,37	1,08
	0,95	0,97	0,41	1,07

Пример решения задачи.

Пусть даны следующие гидрологические характеристики реки:

Расход воды в реке 95 % обеспеченности, м³/с 0,256;

Средняя скорость течения реки, м/с 0,25;

Средняя глубина реки,м 0,60;

Расстояние до расчетного створа по фарватеру,м 500;

Вид выпуска сточных вод береговой;

Расчетный расход очищенных сточных вод, м³/с 0,0064.

Исходя из нормативов допустимых концентраций, нормы предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ ПДС (г/ч, т/год) определяются по формуле

ПДС = q · ДК, (1)

где q – расход сбрасываемых сточных вод, м³/ч ;

ДК – расчетная допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг / дм³ или мг / л, рассчитывается по формуле:

ДК = ·(ПДК – Сф) – ПДК, (2)

где ПДК – предельно–допустимая концентрация загрязняющих веществ в воде водотока, мг / дм³(используются табличные данные в указанном методическом пособии []);

Сф – фоновая концентрация того же загрязняющего вещества в воде водотока выше створа выпуска сточных вод, мг / дм³(см. по условию);

Q и q – расходы воды в водотоке и сбрасываемых сточных водах соответственно, м³ / с;

а – коэффициент смешения сточных вод с водой водотока. Коэффициент а рассчитывается по формуле:

, (3)

где α – коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения сточных вод с водой водотока, который определяется по формуле

, (4)

где φ– коэффициент извилистости водотока, равный отношению расстояний между выпуском и контрольным створом по фарватеру и по прямой (принимается равным 1);

ξ – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа выпуска (ξ = 1 при береговом и ξ = 1,5 при русловом выпуске);

Е – коэффициент турбулентной диффузии, который определяется по форму Потапова :

Е = V_СР · H_СР / 200 , (5)

где V_СР , м/с и H_СР , м – соответственно средняя скорость течения воды и средняя глубина водотока на участке между выпуском сточных вод и контрольным створом (даны по условию).

По формуле (19) определяем коэффициент турбулентной диффузии:

Е = V_CP · H_CP / 200 = 0,25 · 0,6 / 200 = 0,00075 .

По формуле (18) вычисляем коэффициент учета гидравлических факторов:

Далее по формуле (17) определяем коэффициент:

По формуле (2) для примера рассчитываем допустимую концентрацию по ХПК (ПДК = 30 мг/л – справочная величина, С_ф – принимаем 70 % от ПДК:

Допустимый сброс определяем по формуле (1):

, или 78,6 т/г.

Ответ: 78,6 т/год – ДС; 390 мг/л – ДК.

Практическое задание 4.

Задача. Рассчитать степень разбавления сточных вод, необходимую для достижения ПДК для рыбохозяйственного пользования и санитарно-бытовым пользовании, используя следующие данные:

Концентрация сульфата меди (СuSO₄) в выпускаемых сточных водах составляет 5 мг/л. ПДК этого соединения для санитарно- бытовых целей – 1 мг/л, ПДК для рыбохозяйственных целей составляет 0,5 мг/л. Содержание сульфата меди в водоеме до выпуска составляет 0,03 мг/л.

Методика решения задачи приведена в методическом пособии [3] в разделе «Внешние ресурсы».

Пример решения задачи.

Для определения степени разбавления (n) сточных вод в водоеме используется формула:

n = (С_О– С_В) / (С – С_В) , (1)

где С_О – концентрация загрязняющих веществ в выпускаемых сточных водах;

С_В– концентрация загрязняющих веществ в водоеме до выпуска;

С – концентрация загрязняющих веществ в водоеме (ПДК).

Для рыбохозяйственных целей:

n = (5 – 0,03) / (0,5 – 0,03) = 10,57;

Для санитарно-бытовых целей:

n = (5 – 0,03) / (1 – 0,03) = 5,12.

Ответ: степени разбавления (n) сточных вод: для рыбохозяйственных целей – 10,57; для санитарно-бытовых целей – 5,12.

Практическое задание 5.