Задача 2. Выброс вредных веществ твердых частиц, оксидов серы, азота, углерода от нагретых источников рассеивается в приземных слоях атмосферы

Выброс вредных веществ твердых частиц, оксидов серы, азота, углерода от нагретых источников рассеивается в приземных слоях атмосферы.

Тепловая электростанция выбрасывает в атмосферу М, т/час, диоксида серы. Температура газовоздушной смеси Т₁ = 123⁰ С. высота трубы Н (м), диаметр устья Д = 5 м, средняя скорость выхода газовоздушной смеси W₀, м/с; электростанция расположена в Тульской области (А = 140). Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года Т₀ = 23 ⁰ С. Принять коэффициент h = 1. Определить величину максимальной приземной концентрации примеси С_м, м²/м³, и расстояние Х _м, м, на котором она достигается. Рассчитать величины С _м и Х _м при скорости ветра u₁, м/с.

Таблица исходных данных

Задаваемые величины

Варианты

Мощность выброса загрязняющих веществ М₀,т/ч

Высота трубы Н, м

Средняя скорость выхода смеси W₀, м/с

Скорость ветра u₁, м/с

Продолжение таблицы исходных данных

Задаваемые величины

Варианты

Мощность выброса загрязняющих веществ М₀,т/ч

Высота трубы Н, м

Средняя скорость выхода смеси W₀, м/с

Скорость ветра u₁, м/с

Решение.

I. Величину максимальной предельной концентрации вредных веществ С_м, мг/м², для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круговым устьем при неблагоприятных условиях на расстоянии Х_м, м, от источника определяем по формуле:

где А – коэффициент для неблагоприятных метеоусловий, при которых концентрация выбрасываемых вредных веществ в воздухе достигает максимальных значений;

М – величина выброса вредных веществ, г/сек,

F – коэффициент, учитывающий степень дисперсности части вредных веществ для газообразных и мелкодисперсных частиц, F = 1;

h - коэффициент, учитывающий рельеф местности, определяется из анализа картографического материала, если в радиусе 50 высот трубы от источника перепад отметок местности не превышает 50 м на
1 км, то h = 1;

Величину безразмерного коэффициента m рассчитаем по формуле

где f – параметр, который можно рассчитать следующим образом:

Значение безразмерного коэффициента n определим в зависимости от величины параметра V_M:

где V₁- объемная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м³/с,

;

DТ – разность температур, ⁰ С,

DТ = Т₁ – Т₀,

Отсюда коэффициент n:

а) n = 1 при V _м ³ 2;

б) n = 0,532 V²_м – 2,13 V _м + 3,13 при 0,5 £ V _м < 2;

в) n = 4,4 V _м при V _м < 0,5;

Определение выбросов в атмосферу паров ГСМ

Задача 3

При хранении горюче-смазочных материалов в окружающую среду выделяются пары бензина, дизельного топлива, имеют место проливы ГСМ, их попадание в канализацию, водоемы, почву, что наносит существенный вред окружающей среде.

Хозяйство горючесмазочных материалов (ГСМ) состоит из n резервуаров вместимостью по 10 м³ и m резервуаров дизельного топлива по 25 м³ каждый. Определить количество выбросов в атмосферу загрязняющих веществ за счет испарения.

Таблица исходных данных

Кол-во резервуаров

В А Р И А Н Т Ы

Продолжение таблицы исходных данных

Кол-во резервуаров

В А Р И А Н Т Ы

Решение.

1. Резервуарная емкость, м³, для бензина или дизельного топлива составляет:

V _{б е н з.}= 10 × n,

V _{д и з.т о п л.} = 25 × m,

2. Массу бензина и диз. топлива m, кг, находим по формулам:

m _{б е н з}= V_бенз × r_{б е н з},

m _{д и з.т.}= V_{д и з.т.} × r_{д и з.т.},

где r_{б е н з} - плотность бензина, r_{б е н з}= 790 кг/м³;

r_{д и з т.} – плотность дизельного топлива, r_{д и з.т.} = 830 кг/м³.

3. Количество выбросов П_Р, кг/ч, в атмосферу загрязняющих веществ из резервуаров за счет испарения составляет:

П_Р = 4,46 × V_Ж ×r_Ж × М_П (К_5Х + К_5Т) × [К₆ × К₇ (1 – h)] × 10 ^{– 9},

где М_П – молярная масса паров жидкости;

h – коэффициент эффективности газоулавливающего устройства резервуара (в данном случае h = 0);

К_5Х, К_5Т – поправочные коэффициенты, зависящие от давления насыщенных паров Р_S и температуры газового пространства t ^P_T соответственно в холодное и теплое время года;

К₆ – поправочный коэффициент, зависящий от давления насыщенных паров и годовой оборачиваемости резервуаров;

К₇ – поправочный коэффициент, зависящий от термической оснащенности и режима эксплуатации;

Р_S – давление насыщенных паров (ГПА), принимается в зависимости от значений эквивалентной температуры кипения жидкости,

здесь t _{н к}, t _{к к}– температуры соответственно начала и конца кипения жидкости

В зависимости от значений эквивалентно температуры кипения жидкости определяем давление насыщенных паров (см. [1, табл. П.4.1.]).

4. Определяем коэффициенты К₅, К₆, К₇. Для наземных металлических не обогреваемых резервуаров температура за шесть наиболее холодных месяцев определяется по формуле

t ^Р_ах = К_1Х + К_2Х × t _{а х} + К_3Х × t^Р_{ж х};

за шесть наиболее теплых месяцев – по формуле

t^Р_{а т} = К₄ (К_1Т + К_2Т × t _{а т} + К_3Т × t^Р_{ж т}),

где t _{а х}, t _{а т} – средние арифметические значения температуры атмосферного воздуха соответственно за шесть наиболее холодных и шесть наиболее теплых месяцев года, ⁰ С;

К_1Х, К_2Х, К_3Х, К_1Т, К_2Т, К_3Т – коэффициенты за шесть наиболее теплых и наиболее холодных месяцев (см. [1, табл. П.1.1.]);

К₄ = 1,14 (резервуар наземный, окраска алюминиевая, зона южная);

t^Р_ГХ = 0,3 + 0,37 × (- 6) + 0,62 × 5 = 1,18 ⁰ С;

t^Р_ГТ = 1,14 × 6,12 + 0,41 × 29 + 0,51 × 20 = 32,16 ⁰ С.

В зависимости от температуры газового пространства в холодное и теплое время года t^Р_ГХ, t^Р_ГТ.

Определяем коэффициенты К₅, К₆, и К₇ в холодное и теплое время по таблице:

К₅ для бензинов: К_5Х = 0,167; К_5Т = 0,693

К₅ для диз. топлива: К_5Х = 0,094; К_5Т = 0,557

К₆ для бензинов: К₆ = 2,15

К₆ для диз. топлива: К₆ = 1,39

К₇ для бензинов: К₆ = 1,1; М_n = 66 г/моль

К₇ для диз. топлива: К₇ = 1,0; М_n = 60 г/моль

5. Определяем количество выбросов П_Р, кг/ч, от резервуаров с бензином

П_Р = 4,46 × V_Ж ×r_Ж × М_П (К_5Х + К_5Т) × [К₆ × К₇ (1 – h)] × 10 ^{– 9}.

Таким образом, секундный выброс составит:

годовой выброс:

Определение выбросов вредных веществ от передвигающихся источников

Задача 4

Транспортно-дорожный комплекс (ТДК) является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды. Ежегодные выбросы в атмосферу от транспорта составляют по России около 35 млн. тонн вредных веществ, причем, 58 % от этого количества приходится на автотранспорт. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 наименований вредных веществ и соединений таких, как оксид азота, углерода, углеводороды, канцерогенные вещества, сажа и т.д. Установлена зависимость роста заболеваемости населения от численности транспортного парка. Сказывается пагубное воздействие отработавших газов двигателей транспортной техники на природную растительность, почву, в результате многократно возрастают концентрации канцерогенных веществ и свинцовых соединений в сельскохозяйственных культурах. Поэтому в настоящее время в сфере эксплуатации транспорта необходима единая система экологических нормативов, правил процедуры контроля ущерба и ответственности за экологические нарушения.

Автотранспорт является одним из основных загрязнителей атмосферы вредными веществами, такими как оксиды углерода, азота, углеводороды.

Для расчета вредных выбросов используется формула

М_Х = П × У_Х × К₁ × К₂,

где М_Х – масса вредного вещества, выбрасываемого автомобилями по определенному компоненту (Х – СО₂, N_XO_У, С_ХН_У), т/год;

У_Х – удельный выброс на 1 км пробега одним средним автомобилем, г/км;

К₁ – коэффициент влияния среднего возраста парка;

К₂ – коэффициент влияния уровня технического состояния автотранспорта;

П – средний пробег на единицу транспорта, км/год.

В автопарке имеются следующие виды автомобилей:

I – грузовые с бензиновым ДВС;

II – грузовые дизельные;

III – автобусы с бензиновым ДВС;

IV – автобусы дизельные;

Пробег автомобилей за год, км/год, представлен в таблице (по вариантам)

Таблица исходных данных

Виды автомобилей	В А Р И А Н Т Ы

I	1,5	1,7	1,8	1,9	2,0	2,3	2,5	2,7	2,9	3,1	3,3	3,5	3,7
II	2,0	2,5	2,8	3,1	3,3	3,8	4,3	5,6	5,9	4,5	4,2	3,5	3,7
III	3,5	3,3	3,1	2,9	2,5	1,7	1,3	4,1	4,5	4,7	4,1	5,3	5,1
IV	4,5	4,3	4,1	5,8	5,5	5,3	3,3	3,1	3,8	4,4	6,3	6,1	7,2

Продолжение таблицы исходных данных

Виды автомобилей	В А Р И А Н Т Ы

I	3,9	4,1	4,3	4,5	4,7	4,9	5,1	1,5	1,7	1,8	1,9	2,0	2,3
II	2,9	5,3	5,7	6,6	6,1	5,5	5,9	2,5	2,8	3,1	3,3	3,8	4,3
III	6,5	7,2	7,7	4,3	4,8	3,3	3,5	3,1	2,9	2,5	1,7	1,3	4,1
IV	7,7	8,1	8,3	8,5	8,1	9,0	4,1	5,8	5,5	5,3	3,3	3,1	3,8

Коэффициенты k₁ и k₂ для парка автомобилей принимаем по табл. 4.1. [1].

Таблица 4.1.

Виды автомобилей	Коэффициент влияния среднего возраста парка k₁	Коэффициент влияния уровня технического состояния k₂
I	1,33	1,86
II	1,32	2,0
III	1,27	1,85
IV	1,25	1,83

Удельный выброс вредных веществ на 1 км пробега одним автомобилем представлен в табл. 4.2. [1].

Таблица 4.2.

Виды автотранспорта	Удельный выброс на 1 км пробега
Оксид углерода	Углеводороды	Оксид азота
I	55,5	12,0	6,8
II	15,0	6,4	8,5
III	51,5	9,6	6,4
IV	15,0	6,4	8,5

Расчет вредных веществ сводится в таблицу, форма которой приведена ниже:

Виды автотранспорта	Оксиды углерода, т/год	Углеводороды, т/год	Оксиды азота, т/год
I
II
III
IV
ИТОГО:

I.Находим расстояние Х_м от источника выброса до точки, где достигается величина максимальной приземной концентрации вредных веществ, при опасной скорости ветра U_м по формуле:

При V_м > 2 м/ с

Определяем опасную скорость ветра U_м:

U_м = 0,5 м/с, если V_м £ 0,5;

U_м = V_м, если 0,5 < V_м £ 2;

U_м = V_м (1+0.12 ), если V_м > 2;

II. Расчет максимальной предельной концентрации вредных веществ С_MV и расстояния, где достигается максимальная величина приземной концентрации вредных веществ Х_MV при заданной скорости ветра U₁ производится следующим образом:

влияние скорости ветра на рассеивание примеси учитывается соотношением

С_MV = С_м · r; Х_MV = r · Х_м;

для определения коэффициентов r и r вычислим .

Если

если

Затем определяем С_MVи Х_MV.

Определение загрязнения водных объектов

Задача 5

Сточные воды являются основными загрязнителями гидросферы, поэтому перед сбросом в водоемы сточные воды необходимо очищать от механических, химических, биологических загрязнителей до установленных предельно-допустимых норм сброса.

В реку хозяйственно-питьевого использования сбрасываются сточные воды, содержащие соединения Cr (IV) (ПДК _о.р. = 0,001 г/м³). Сброс происходит у берега (x = 1) (коэффициент извилистости j = 1,2), условия смешения средние (Д = 0,005 м²/с). Ближайший пункт водопользования находится в 1,5 км ниже по течению от места выпуска сточных вод.

Фоновая концентрация соответствует 0,5 ПДК _о.р. для водоемов рыбохозяйственного значения, расход воды в водотоке Q = 50 м³/с, расход сточной воды q = 50 м³/ч, С _ст = 50 мг/л.

Определить кратность основного разбавления n₀ и концентрацию примеси в контрольном створе С _Р, г/м³.

Расчетные створы (для водных объектов хозяйственно-питьевого водопользования) находятся в 1 км выше по течению от ближайшего пункта водопользования. Для объектов рыбохозяйственного водопользования расчетные створы располагаются не далее, чем в 500 км от створа сброса сточных вод.

Таблица исходных данных

Показатель

ВАРИАНТЫ

Расход воды в водотоке, Q, м³/ с

Расход сточной воды, q, м³/ч

Концентрация примеси в створе С _Р,г/м³

Продолжение таблицы исходных данных

Показатель

ВАРИАНТЫ

Расход воды в водотоке, Q, м³/ с

Расход сточной воды, q, м³/ч

Концентрация примеси в створе С _Р,г/м³

Решение.

1. Концентрацию примеси в контрольном створе С _{с т}, г/м³, определяется из уравнения материального баланса

С _{с т} × q = С _Р (g× Q + q) – С _{о р}× g × Q

где С_ор – фоновая концентрация примеси в водном объекте выше сброса сточных вод, г/м³;

g - коэффициент смешения на участке от створа выпуска сточных вод

до расчетного створа;

q – расход сточной воды, м³/с;

Q – расход воды в водостоке, м³/с.

2. Рассчитываем коэффициент смешения g:

где l – расстояние по фарватеру от створа выпуска сточных вод до расчетного створа, м;

a – коэффициент, учитывающий гидравлические условия смещения,

здесь j – коэффициент извилистости реки;

x – коэффициент, учитывающий условия выпуска сточных вод (если выпуск у берега – x = 1, если в стрежень – x = 1,5);

Д – коэффициент турбулентной диффузии, м²/с.

3. Находим кратность основного разбавления n₀:

4. Определяем концентрацию загрязняющего вещества СР в контрольном створе:

5. Выполняем правильность расчетов:

Задача 6

В реку хозяйственно-питьевого значения сбрасываются сточные воды рыбообрабатывающего предприятия, содержащие взвешенные вещества. Допустимое по санитарным нормам увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод Р = 0,25 г/м³ [2, 3]. Наименьший среднемесячный расход воды в реке по данным гидрометеослужбы Q, м³/с. Расход сточных вод на рыбокомбинате – q (м³/с). Содержание взвешенных веществ по данным анализа в воде водоема в = 10 г/м³. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах до очистки по результатам анализа в _общ., г/м³.

Определить предельно допустимое содержание взвешенных веществ в сточных водах m, г/м³, и необходимую степень очистки сточных вод по взвешенным веществам при коэффициенте смешения a.

Таблица исходных данных

Показатель	В А Р И А Н Т Ы

Наименьший расход воды Q, м³/ с		17,5		18,5		19,5		20,5		21,5		22,5
Расход сточных вод на рыбокомб. q, м³/с	0,3	0,41	0,42	0,43	0,44	0,45	0,46	0,47	0,48	0,49	0,5	0,51	0,52
Содержание взвешенных веществ в сточных водах в _общ, г/м³
Коэффициент смешения, a	0,87	0,88	0,89	0,9	0,91	0,92	0,93	0,94	0,95	0,96	0,97	0,96	0,95

Показатель	В А Р И А Н Т Ы

Наименьший расход воды Q, м³/с	23,5		21,5		20,5		19,5		18,5		17,5
Расход сточных вод на рыбокомб. q, м³/с	0,53	0,54	0,53	0,52	0,51	0,5	0,49	0,48	0,47	0,46	0,45	0,44	0,43
Содержание взвешенных веществ в сточных водах в _общ, г/м³
Коэффициент смешения, a	0,94	0,93	0,92	0,91	0,9	0,89	0,88	0,87	0,86	0,85	0,84	0,83	0,82

Решение.

1. Предельно допустимое содержание взвешенных веществ m, г/м³, в сточных водах определяем по формуле

где р – допустимое по санитарным нормам увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме после спуска сточных вод, г/м³;

q – расход сточных вод ан рыбокомбинате, м³/с;

в – содержание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод, г/м³;

Q – наименьший среднемесячный расход воды в реке по данным гидрометеослужбы, м³/с;

2. Необходимую степень очистки сточных вод по взвешенным веществам определяем по формуле

где в _общ – концентрация взвешенных веществ в сточных водах, г/м³;

Определение количества выбросов пыли в атмосферу в деревообрабатывающем и механическом цехах

Задача 7

В механическом и деревообрабатывающем цехах для очистки воздуха от пыли применяются циклоны ЦОЛ со средним коэффициентом очистки 0,9.

Годичный период работы оборудования предприятия – 310 дней по
8 часов в день.

Определить количество выбросов пыли.

Таблица исходных данных

Вид оборудования

ВАРИАНТЫ количество станков, шт.

ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕХ

Сверлильный станок СВА – 2

–

Фрезерный станок ФА – 4

–

Строгальный станок СФ – 4

–

Кругопильный станок ЦТЭФ

–

МЕХАНИЧЕСКИЙ ЦЕХ

Токарный станок

–

Фрезерный станок

–

Сверлильный станок

–

Расточный станок

–

Продолжение таблицы исходных данных

Вид оборудования

ВАРИАНТЫ количество станков, шт.

ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕХ

Сверлильный станок СВА – 2

–

Фрезерный станок ФА – 4

–

Строгальный станок СФ – 4

–

Кругопильный станок ЦТЭФ

–

Продолжение таблицы исходных данных

Вид оборудования

ВАРИАНТЫ количество станков, шт.

МЕХАНИЧЕСКИЙ ЦЕХ

Токарный станок

–

Фрезерный станок

–

Сверлильный станок

Расточный станок

–

нечетные варианты – обработка чугуна,

четные – бронза и др. цветные металлы

Таблица исходных данных

Вид оборудования

ВАРИАНТЫ количество станков, шт.

СВАРОЧНЫЙ УЧАСТОК (m,кг)

АНО – 1

–

АНО – 3

–

АНО – 6

–

ОМА – 2

–

Продолжение таблицы исходных данных

Вид оборудования

ВАРИАНТЫ количество станков, шт.

СВАРОЧНЫЙ УЧАСТОК (m,кг)

АНО – 1

АНО – 3

–

АНО – 6

–

ОМА – 2

–

Решение.

1. Суммарное количество пыли, М _{д е р е в}, т/год, отходящее от деревообрабатывающих станков, рассчитываем по формуле

2. Суммарное количество пыли, М _{м т}, т/год, отходящее от металлообрабатывающих станков определяем по формуле

где М _{д е р е в.} – количество пыли, отходящее от деревообрабатывающих станков;

М _{м е т.} – количество пыли, отходящее от металлообрабатывающих станков;

А _i – удельное выделение пыли, выбрасываемое одним видом станков (табл. 7.1 – 7.2);

k _i – количество единиц станков одного вида, шт;

Т – годичный период работы оборудования, сут;

t – суточный период работы оборудования, ч.

3. В механическом цехе работает пост ручной электродной сварки, суммарное количество загрязняющих веществ, М_св.аэр, т/год, отходящих от сварочного поста определяем по формуле

где m _i – количество использованных электродов, кг.

4. Общее количество выбросов загрязняющих веществ рассчитывается по формуле

где η – средний коэффициент очистки циклона.

Таблица 7.1

Пылевыделение при механической обработке древесины

Наименование станков	Среднее содержание пыли А, (кг/ ч)
Сверлильный СВА – 2 СВПА	2,5 1,5
Фрезерный ФА – 4 ФС – 1 Ф1К	8,8 9,5 4,4
Строгальный СФ – 3, СФ – 4 СР – 3 СК – 15	8,2 24,2 77,0
Кругопильный Ц – 6 – 2 ЦТЭФ ЦПА – 40 ЦА – 2	10,7 15,7 15,3 39,7

Таблица 7.2

Пылевыделение при механической обработки металлов

Наименование станков	Удельное выделение пыли, А, г/с
Чугун	Бронза и цвет. металлы	Текстолит	Карболит
Токарный	0,0083	0,0028	0,019	0,017
Фрезерный	0,0066	0,0019	0,091	0,064
Сверлильный	0,0011	0,0004	–	0,012
Расточной	0,0028	0,0007	–	0,017

Таблица 7.3

Выделение загрязняющих веществ при ручной электродной сварки

Марка электрода	Сварочный аэрозоль А, г/кг
АНО – 1	7,1
АНО – 3	17,0
АНО – 6	14,4
ОМА – 2	9,2

Определение дозы облучения в местах радиационных выбросов

Задача 8

Радиоактивное загрязнение относится к физическому загрязнению и связано с повышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Доза облучения человека зависит от мощности излучаемой дозы и времени пребывания его в поле излучения. При дозе облучения в 75 бэр наблюдаются значительные изменения состава крови, при 100 бэр наступает лучевая болезнь.

На объекте через 1 час после взрыва уровень радиации составит Р_max, р/ч. Безопасный район находится от объекта на удалении S, км. Эвакуация рабочих производится на автомобильном транспорте (коэффициент ослабления радиации транспортными средствами R = 2). Скорость движения автомобильного транспорта V, км/ч.

Определить дозу облучения, которую получат рабочие за время эвакуации, если вывод будет осуществлен через 1 час после взрыва.

Таблица исходных данных

Наименование исходных данных

В А Р И А Н Т Ы

Уровень радиации, Р_max р/ч

Удаление от объекта, S км

Скорость движения, V км/ч

Продолжение таблицы исходных данных

Наименование исходных данных

В А Р И А Н Т Ы

Уровень радиации, Р_max р/ч

Удаление от объекта, S км

Скорость движения, V км/ч

Решение.

1. Расчет среднего уровня радиации Р _{с р.}, Р /ч, производится по формуле

Р _{с р} = Р_m _a _x: 2,

где Р_m _a _x - уровень начальной радиации, Р /ч;

2. Время движения по аварийному участку t, ч, рассчитывается по формуле:

t = S / V,

где S – расстояние от объекта, км;

V – скорость движения, км / ч.

3. Дозу радиации Д, Р, которую получат рабочие при выходе из района поражения через 1 час, найдем по формуле

Д = Р_СР × t: R.

Задача 9

В t _ав часов произошла авария на АЭС с выбросом радиоактивных веществ. В t_зам часов уровень радиации буква, Р, на территории станции равен Р, р /ч, определить дозу облучения, которую получит личный состав формирования при ведении спасательных и других неотложных работ (СДНР) на открытой местности. Продолжительность работ составляет t часов. Коэффициент защищенности равен 1.

Таблица исходных данных

Наименование исходных данных

В А Р И А Н Т Ы