Практическая работа №1.

Расчет уровня загрязнения атмосферного воздуха точечными источниками выбросов.

Задание. Для предприятия «ТОПАЗ» рассчитать уровни загрязнения атмосферного воздуха выбросами предприятия на расстоянии x = 500 м от источника выбросов.

Исходные данные к задаче:

Высота трубы предприятия: Н = 27 м.

Диаметр устья трубы: D = 1,2 м.

Температура выбрасываемой газовоздушной смеси: Т_г = 97 ⁰С.

Масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени:

диоксид углерода: М₁ = 3,1 г/с,

окислы азота: М₂ = 2,2 г/с,

свинец: М₃ = 1,4 г/с,

фенол: М₄ = 2,5 г/с.

Определение максимальной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Расчет максимальной концентрации загрязняющего вещества в воздухе производится по следующей формуле:

(1)

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы. Для территории Сибири коэффициент А равен 200.

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с.

F – безразмерный коэффициент, учитыващий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. При наличии на предприятии очистных и газоулавливающих сооружений принимают F = 1 для всех газообразных и мелкодисперсных веществ. Т.к. на предприятии «ТОПАЗ» имеются очистные и газоулавливающие сооружения, примем F = 1.

Г – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. Т.к. на территории, где расположено предприятие «ТОПАЗ», перепад высот не превышает 50 м на 1 км, принимаем Г = 1.

Н – высота источника загрязнения над уровнем земли, м.

V₁ – расход газовоздушной смеси (м³/с), рассчитываемый по формуле:

(2)

D – диаметр устья трубы, м.

W_ср – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с. Принимается W_ср = 7 м/с.

ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего воздуха Т₀. Для г.Томска значение Т₀ принимается равным 24,7 ⁰С:

(3)

Коэффициенты m и n определяются в зависимости от параметров r и q, которые рассчитываются по формулам:

(4)

(5)

(6)

(7)

Определим значение V₁ по формуле (2):

Найдем значение ΔТ по формуле (3):

Рассчитаем значения r и q по формулам (4), (5):

Рассчитаем значения m и n по формулам (6), (7):

Рассчитываем максимальную концентрацию каждого из загрязняющих веществ в воздухе по формуле (1).

Определение расстояния от источника выбросов, на котором достигается максимальная концентрация загрязняющих веществ.

Определение расстояния x_max от источника выбросов, на котором приземная концентрация загрязняющего вещества достигает максимального значения, определяется по формуле:

(8)

k – безразмерный коэффициент, рассчитываемый по формулам:

Для r<100:

(9)

Для r≥100:

(10)

Коэффициент k:

Значение x_max:

Определение метеорологических условий, при которых может быть достигнута максимальная концентрация загрязняющих веществ в воздухе.

Опасная скорость ветра U_max, при которой достигается на расстоянии x_max от источника выбросов максимально возможное значение концентрации вредного вещества C_max, определяется по формулам:

Для r<100:

(11)

Для r≥100:

(12)

Значение U_max:

Определение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере на заданном расстоянии от источника выбросов.

При опасной скорости ветра Umax приземная концентрация С загрязняющего вещества в атмосферном воздухе на расстоянии х от источника выбросов рассчитывается по формуле:

(13)

S₁ – безразмерная величина, зависящая от значения коэффициентов F и , рассчитывающая по формулам (14):

(14)

Коэффициент α:

Определяем значение S₁:

Приземная концентрация загрязняющих веществ:

Отношения концентрации загрязняющих веществ на расстоянии 500 м от источника выбросов к их ПДК_с.с.:

Отчет по работе:

Выводы.

Как показали расчеты, в радиусе 500 метров от источника выбросов предприятия «ТОПАЗ» концентрация окислов азота превышает предельно допустимый уровень в 1,5 раза, свинца – в 117,7 раз, фенола – в 21 раз. Концентрация диоксида углерода не превышает предельный уровень.

В связи с повышенными объемами выбросов загрязняющих веществ предприятию «ТОПАЗ» необходимо принять срочные меры по их ликвидации.

Практическая работа №2.

Расчет предельно допустимых выбросов и минимальной высоты источника выбросов предприятия.

Задача. Определить для предприятия «ГЛОБУС» ПДВ и минимальную высоту трубы с учетом фоновой концентрации загрязняющих веществ, создаваемой предприятием «ТОПАЗ». Расчет выполнить по тем загрязняющим веществам, которые совпадают в выбросах обоих предприятий. Расстояние между предприятиями принять равным 3000 м.

Исходные данные к задаче:

Функционирующее предприятие «ТОПАЗ»:

Высота трубы предприятия: Н = 27 м.

Диаметр устья трубы: D = 1,2 м.

Температура выбрасываемой газовоздушной смеси: Т_г = 97 ⁰С.

Масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени:

диоксид углерода: М₁ = 3,1 г/с,

окислы азота: М₂ = 2,2 г/с,

свинец: М₃ = 1,4 г/с,

фенол: М₄ = 2,5 г/с.

Проектируемое предприятие «ГЛОБУС»:

Высота трубы предприятия: Н = 26 м.

Диаметр устья трубы: D = 2,1 м.

Температура выбрасываемой газовоздушной смеси: Т_г = 135 ⁰С.

Масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени:

аммиак: М₁ = 3,4 г/с,

окислы азота: М₂ = 1,6 г/с,

сажа: М₃ = 9,8 г/с,

фенол: М₄ = 0,9 г/с.

Загрязняющие вещества, выбрасываемые обоими предприятиями: окислы азота и фенол.

Рассчитаем по формулам (13), (14) фоновые концентрации окислов азота и фенола, выбрасываемых предприятием «ТОПАЗ», на расстоянии 3000 м.

Предварительный вывод: фоновые концентрации окислов азота и фенола не превышают ПДК_с.с., следовательно, строительство предприятия «ГЛОБУС» планировать можно. Необходимо продолжить исследование.

Рассчитаем значения ПДВ окислов азота и фенола для предприятия «ГЛОБУС» при условии: .

Определим параметры предприятия «ГЛОБУС», необходимые для последующих расчетов:

А = 200 F = 1 Г = 1

Значение ΔТ рассчитаем по формуле (3):

Значение V₁ определим по формуле (2):

Значения m и n рассчитаем по формулам (4)-(7):

Для расчета значения ПДВ воспользуемся формулой:

(15)

Предварительные выводы:

• предприятие «ГЛОБУС» выбрасывает в атмосферу 1,6 г/с окислов азота, что не превышает значение ПДВ, т.к. отношение М к ПДВ равно 0,7;

• предприятие «ГЛОБУС» выбрасывает в атмосферу 0,9 г/с фенола, что превышает значение ПДВ, т.к. отношение М к ПДВ равно 7,9;

• необходимо продолжить исследование ситуации, т.к. увеличение высоты трубы в итоге должно привести к выполнению неравенств

(16)

(17)

для фенола, выбрасываемого предприятием «ГЛОБУС».

Рассчитаем по формуле (18) минимальную высоту трубы предприятия «ГЛОБУС», при которой неравенства (16), (17) выполняются:

(18)

Отчет по работе:

Выводы:

1. ПДВ окислов азота для проектируемого предприятия «ГЛОБУС» при высоте трубы 26 м составляет 2,14 г/с, планируемый выброс равен 1,6 г/с, что составляет 0,7ПДВ;

2. ПДВ фенола для проектируемого предприятия «ГЛОБУС» при высоте трубы 26 м составляет 0,114 г/с, планируемый выброс равен 0,9 г/с, что составляет 7,9ПДВ;

3. При выбросе только окислов азота минимальную высоту трубы проектируемого предпрития «ГЛОБУС» нужно сделать равной 32,5 м.

4. Для снижения концентрации фенола в атмосферном воздухе до значения, равного или меньшего ПДКс.с., необходимо увеличить высоту трубы проектируемого предприятия «ГЛОБУС» до 105,7 м.

5. Строительство предприятия «ГЛОБУС» возможно, т.к. в конечном итоге минимальная высота трубы составляет 105,7 м, что не превышает максимально допустимой для предприятий (200-250 м).

4. Правильно ли сделали измерение БПК сточной воды, если замер показал БПК = 150 мг·л^-1, а замер ХПК = 170 мг·л^-1?

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) определяется с помощью микроорганизмов (бактерий и простейших), которые окисляют содержащиеся в воде органические вещества. При определении химической потребности в кислороде (ХПК) вместо микроорганизмов применяется смесь бихромата калия и серной кислоты, которая окисляет даже те органические вещества, которые не могут окислять микроорганизмы. Поэтому метод определения ХПК в общем случае должен давать более высокие значения, чем БПК. Следовательно, измерение БПК сточной воды сделали правильно.

5. Почему биота является важнейшим фактором формирования и стабилизации природной среды?

Биота - исторически сложившаяся совокупность живых организмов (растений и животных), обитающая на какой-либо крупной территории. Понятие «биота» не подразумевает экологических связей между видами.

Живое вещество имеет шесть основных функций на нашей планете.

1. Энергетическая. Поступающая на Землю солнечная радиация перераспределяется между отдельными компонентами природной среды. За счет накопленной солнечной энергии на планете протекают все жизненные процессы.

2. Газовая. Обеспечивает газовый состав биосферы. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: углекислый, кислород, азот, метан, сероводород и др.

3. Концентрационная. Живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. Состав живого вещества планеты существенно отличается от состава ее косного вещества. В живом веществе содержатся легкие атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция и др. Концентрация этих элементов в телах живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней природной среде.

4. Окислительно-восстановительная. Живые клетки располагают эффективными катализаторами (ферментами) и способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем абиогенные компоненты.

5. Деструкционная. Заключается в разложении живых организмов после смерти – минерализации органического вещества, т.е. превращении живого вещества в косное. В непрерывном обмене веществ с косной материей обеспечивается образование нового живого вещества, которое не только замещает отмирающие массы, но и привносит новые качества, определяя процесс эволюции органического мира.

6. Информационная. Появилась вместе с первыми живыми существами на планете. Живой организм способен к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы.

Все эти функции входят в одну средообразующую функцию экосферы. Живые организмы обусловили современный состав атмосферы, от которой зависят радиационный и тепловой режимы планеты, а также спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Биота существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности на планете, играет ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от нее во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном. Благодаря биоте создается почва и поддерживается ее плодородие.

Стабильность – способность биосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности под воздействием внутренних для нее факторов (например, скапливающихся продуктов обмена).

Состояние окружающей природной среды в каждый момент времени поддерживается работой множества живых существ. Биота в глобальном масштабе способна долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на ее сложность и динамичность. Биота экосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.