МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ
Методичні вказівки до практичних занять
з дисципліни «Основи екології»
для студентів усіх спеціальностей
Дніпропетровськ
НМетАУ
2009
Практическое занятие № 1 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПСНОСТИ СМЕСИ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ
Предприятие выбрасывает в атмосферный воздух смесь газов, содержащую вещества Х и Y. Для каждого из загрязняющего вещества определена концентрация СХ и СY, а также установлены ПДК. Определить, является ли смесь опасной?
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
вариант |
Х |
Y |
СХ |
СY |
1 |
SО2 |
СО |
0,4 |
0,5 |
2 |
HCl |
Cl |
1,0 |
0,2 |
3 |
NH3 |
ацетон |
0,2 |
0,35 |
4 |
метанол |
этанол |
1,0 |
5,0 |
5 |
Н2S |
SО2 |
0,008 |
0,5 |
6 |
бензпирен |
нитробензол |
0,0001 |
0,03 |
7 |
ацетон |
фенол |
0,3 |
0,01 |
8 |
СО |
SО2 |
3,0 |
1,0 |
9 |
HCl |
Cl |
0,15 |
0,1 |
10 |
NH3 |
ацетон |
0,03 |
0,3 |
11 |
метанол |
этанол |
1,0 |
4,0 |
12 |
Н2S |
SО2 |
0,006 |
0,5 |
13 |
бензпирен |
нитробензол |
0,0001 |
0,06 |
14 |
ацетон |
фенол |
0,1 |
0,05 |
15 |
СО |
SО2 |
2,0 |
0,03 |
16 |
HCl |
Cl |
0,25 |
0,1 |
17 |
NH3 |
ацетон |
0,02 |
0,25 |
18 |
метанол |
этанол |
1,5 |
3,0 |
19 |
Н2S |
SО2 |
0,008 |
0,6 |
20 |
бензпирен |
нитробензол |
0,0001 |
0,07 |
21 |
СО |
SО2 |
1,5 |
0,3 |
22 |
HCl |
Cl |
0,3 |
0,1 |
23 |
NH3 |
ацетон |
0,3 |
0,3 |
24 |
метанол |
этанол |
0,9 |
3,0 |
Вещество |
ПДК, мг/м3 |
Вещество |
ПДК, мг/м3 |
Вещество |
ПДК, мг/м3 |
Аммиак NH3 |
0,2 |
Нитробензол |
0,008 |
СО |
3,0 |
Ацетон |
0,35 |
SО2 |
0,5 |
фенол |
0,01 |
Бензпирен |
0,0001 |
Н2S |
0,008 |
Этанол |
5,0 |
Метанол |
1,0 |
HCl |
0,2 |
хлор |
0,1 |
Если несколько различных загрязняющих веществ, обладающие сходным токсичным действием на организм человека, суммируют концентрацию веществ смеси. Это явление называется эффектом суммации вредного воздействия, и его необходимо учитывать при нормировании как содержания, так и поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. Эффект суммации проявляют: фенол и ацетон, озон, диоксид азота и формальдегид; аммиак и диоксиды серы и азота.
,
где С1, С2, С3, …, Сп – это концентрации вредных веществ, обладающих эффектом суммации; ПДК1, ПДК2, ПДК3, …, ПДКп – соответствующие им предельно допустимые концентрации.
Приведенная формула означает, что сумма отношений концентраций вредных веществ, склонных к эффекту суммации, к соответствующим им ПДК не должна превышать единицы.
ПРИМЕР 1
Предприятие выбрасывает в атмосферный воздух смесь газов, содержащую вещества Х- ацетон и Y- фенол. Для каждого из загрязняющего вещества определена концентрация Сх = 0,35 мг/м3 и СY = 0,1 мг/м3, а также установлены ПДК(ацетон) = 0,35 мг/м3 и ПДК(фенол) = 0,01 35 мг/м3. Определить, является ли смесь опасной?
Подставляем в формулу: > 1, смесь опасна.
Ответ: т.к. неравенство не выполняется, то выбрасывать ацетон и фенол с данной концентрацией в атмосферу запрещено.
Практическое занятие № 2 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПДК
Определить ПДК максимально разовую и среднесуточную по результатам органолептических исследований, если порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц составляет Х1,мг/м³.
Ю.А. Кротовым предложена формула для определения максимальной разовой ПДК по порогу обонятельного ощущения:
lg ПДКм.р. = 0,96 lg x1 - 0.51,
где х1 – порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц, мг/м3.
Предельно допустимую среднесуточную концентрацию также можно определить по аналогичному порогу:
lg ПДКс.с = 0,86 lg x1 – 0.79.
Полученные расчетным путем значения ПДК достаточно близко совпадают с полученными экспериментально, но дальнейшие проверки необходимы. Поэтому установленные расчетным путем нормативы рассматриваются в качестве ВДК (ОБУВ).
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Вариант |
Вещество |
Х1,мг/м³ |
1 |
А |
13 |
2 |
Н |
85 |
3 |
Б |
0,9 |
4 |
П |
2 |
5 |
В |
0,3 |
6 |
Р |
0,01 |
7 |
Г |
12 |
8 |
С |
200 |
9 |
Д |
4,5 |
10 |
Т |
8,7 |
11 |
Е |
10 |
12 |
У |
8,5 |
13 |
Ж |
0,6 |
14 |
Ф |
0,2 |
15 |
З |
0,3 |
16 |
Х |
0, 1 |
17 |
И |
1,2 |
18 |
Ч |
20,0 |
19 |
К |
0,5 |
20 |
Ш |
0,7 |
21 |
Л |
1,3 |
22 |
Щ |
5,0 |
23 |
М |
0,55 |
24 |
Ю |
9,0 |
ПРИМЕР 2:
Определить ПДК максимально разовую и среднесуточную для вещества Я по результатам органолептических исследований, если порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц составляет Х1= 900мг/м³.
lg ПДКм.р. = 0,96 lg x1 - 0.51= 0,96 lg 900 - 0.51= 1,26;
ПДКм.р. = 101,26 = 18,3 мг/м³.
lg ПДКс.с = 0,86 lg x1 – 0.79= 0,86 lg 900 – 0.79 =1,75;
ПДКс.с = 101,75 = 56,3 мг/м³.
Ответ: на основании расчетов для вещества Я были получены ПДКм.р. = 18,3 мг/м³, ПДКс.с = 56,3 мг/м³.
Практическое занятие № 3 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРИЗЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ
В атмосферу выбрасывается 1000г/с отходящих газов, которые содержат 7 % вещества Х и 0,3 % вещества Y. Определите максимальное значение приземной концентрации этих загрязнителей при неблагоприятных метеорологических условиях, если предприятие расположено в данном пункте и имеет дымовую трубу высотой Н, м и диаметром D, м. Температура отходящих газов и воздуха в населенном пункте соответственно Тг и Тв, 0С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м3 в час.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
вариант |
Х |
Y |
Город |
Н, м |
D,м |
Тг, 0С |
Тв, 0С |
1 |
SО2 |
СО |
Симферополь |
10 |
6 |
120 |
37 |
2 |
HCl |
Cl |
Львов |
20 |
10 |
28,4 |
28 |
3 |
NH3 |
ацетон |
Николаев |
30 |
12 |
35,5 |
35 |
4 |
метанол |
этанол |
Житомир |
40 |
8 |
125 |
25 |
5 |
Н2S |
SО2 |
Донецк |
50 |
5 |
25,4 |
25 |
6 |
бензпирен |
нитробензол |
Ровны |
15 |
11 |
80 |
25 |
7 |
ацетон |
фенол |
Барнаул |
25 |
15 |
23,2 |
23 |
8 |
СО |
SО2 |
Кривой Рог |
35 |
9 |
150 |
27 |
9 |
HCl |
Cl |
Луцк |
45 |
6 |
26,6 |
26 |
10 |
NH3 |
ацетон |
Одесса |
55 |
7 |
28,1 |
28 |
11 |
метанол |
этанол |
Киев |
60 |
6 |
145 |
26 |
12 |
Н2S |
SО2 |
Ужгород |
65 |
10 |
140 |
23 |
13 |
бензпирен |
нитробензол |
Полтава |
12 |
12 |
24,3 |
24 |
14 |
ацетон |
фенол |
Омск |
22 |
8 |
21,3 |
21 |
15 |
СО |
SО2 |
Ивано-Франковск |
32 |
5 |
135 |
22 |
16 |
HCl |
Cl |
Харьков |
42 |
11 |
24,3 |
24 |
17 |
NH3 |
ацетон |
Хмельницкий |
52 |
15 |
90 |
25 |
18 |
метанол |
этанол |
Чернигов |
62 |
9 |
27,6 |
27 |
19 |
Н2S |
SО2 |
Винницы |
17 |
6 |
132 |
27 |
20 |
бензпирен |
нитробензол |
Черкассы |
27 |
7 |
25,4 |
25 |
21 |
СО |
SО2 |
Новосибирск |
37 |
10 |
155 |
21 |
22 |
HCl |
Cl |
Днепропетровск |
47 |
12 |
110 |
28 |
23 |
NH3 |
ацетон |
Иркутск |
57 |
8 |
22,1 |
22 |
24 |
метанол |
этанол |
Кременчуг |
60 |
5 |
26,6 |
26 |
Наибольшая концентрация каждого вредного вещества См в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вредного вещества (Х и Y) в атмосферном воздухе: См ≤ ПДКмакс. раз.
Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ См при выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника выброса с круглым устьем (трубы) при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм, м от источника определяется по формуле:
,
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (табл. 1);
М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей он равен 1; для пыли и золы – от 2 до 3);
Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;
η – безразмерный коэффициент, зависящий от рельефа местности, η = 1;
ΔТ – разница температур отходящих газов Тг и окружающего атмосферного воздуха Тв;
m и n – расчетные коэффициенты;
V1 – расход отходящих газов, м3/с, который определяется по формуле:
,
где D – диаметр устья источника выбросов, м;
ω0 – средняя скорость отходящих газов, м/с.
Таблица 1
Географический район |
Значение А |
Симферополь, Николаев, Донецк, Кривой Рог, Одесса, Ужгород, Ивано-Франковск, Хмельницкий, Винница, Днепропетровск, Кременчуг
Львов, Житомир, Ровны, Луцк, Киев, Полтава, Харьков, Чернигов, Черкассы
Барнаул, Омск, Новосибирск, Иркутск |
200
180
160 |
Значение коэффициентов m и n зависят от параметров f и Vm, Vm′, fе:
Коэффициент m определяют в зависимости от f по формулам:
при f < 100;
при f ≥ 100.
При fе < f < 100 коэффициент m определяют при fе = f.
Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от Vm по формулам:
n = 1 при Vm ≥ 2;
n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 при 0,5 ≤ Vm < 2;
n = 4,4 Vm при Vm < 0,5.
При f ≥ 100 значение коэффициента n определяют при Vm = Vm′.
ПРИМЕР 3
В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% СО и 0,3% SО2. Определите максимальное значение приземной концентрации этих загрязнителей при неблагоприятных метеорологических условиях, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 1200С и воздуха 350С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м3 в час.
Так как предприятие находится в Киевской области А = 180, коэффициент η = 1, а принимаем равным 1,
ΔТ = 120-35 = 850С |
V1 = 10000м3/час = 2,8 м3/с; м/с;
Определяем значение параметров f и Vm, Vm′, fе:
|
Так как fе < f < 100 коэффициент m определяем при f = fе,
fе < 100 .
Коэффициент n определяем, учитывая что f < 100:
0,5 ≤ Vm < 2 n = 0,532·0,872 – 2,13 ·0,87+ 3,13=1,68 |
Делаем расчет максимальной концентрации каждого вредного вещества См в приземном слое атмосферы.
В состав газовоздушной смеси входят два вредных компонента Х и Y, их массу можно определить следующим образом:
Т.е масса М(SО2) = 70г/с, а М(СО) = 3 г/с.
|
Ответ: из расчета видно, что приземные концентрации и = 0,02 мг/м3 соответствуют нормативным значениям.
Практическое занятие № 4 – расчет расстояния, на котором концентрация загрязняющего вещества достигнет максимального значения
В атмосферу выбрасывается 1000г/с отходящих газов, которые содержат 7 % вещества Х и 0,3 % вещества Y. Определите расстояние от источника выбросов Хм, где значение концентрации вредных веществ достигает значения См, если предприятие имеет дымовую трубу высотой Н, м и температуры отходящих газов и воздуха в населенном пункте соответственно Тг и Тв, 0С. Использовать значения из задачи № 3.
Максимальная приземная концентрация вредных веществ См при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на расстоянии Хм, м от источника выброса в зависимости от высоты трубы:
,
где безразмерный коэффициент α при f < 100 вычисляют по формулам:
α = 2,48(1 + 0,28 ) при Vm ≤ 0,5;
α = 4,95 Vm (1 + 0,28 ) при 0,5 < Vm < 2;
α = 7 ·(1 + 0,28 ) при Vm ≥ 2.
Если f > 100 или ΔТ ≈ 0, значение α определяют по формулам:
α = 5,7 при Vm′ ≤ 0,5;
α = 11,4 Vm′ при 0,5 < Vm′ < 2;
α = 16 при Vm′ ≥ 2.
ПРИМЕР 4.1
Определяем безразмерный коэффициент α, используя данные рассчитанные в задаче № 3:
и
при f < 100 и 0,5 ≤ Vm < 2, α = 4,95· 0,87 (1 + 0,28 )= 8,42, значит м. |
Ответ: расстояние, на котором концентрация вредных веществ в воздухе достигнет максимума ХМ = 842 м.
ПРИМЕР 4.2 (если ΔТ ≈ 0)
Определяем безразмерный коэффициент α, используя данные рассчитанные в задаче № 3:
Так как предприятие находится в Киевской области А = 180, коэффициент η = 1, а принимаем равным 1,
ΔΤ = 35,4 – 35 = 0,40С.
V1 = 10000м3/час = 2,8 м3/с; м/с;
Определяем значение параметров f и Vm, Vm′, fе:
|
Так как fе < f < 100 коэффициент m определяем при f = fе,
fе < 100 .
Коэффициент n определяем, учитывая что f < 100:
Vm < 0,5 n = 4,4·0,15 = 0,66
|
Делаем расчет максимальной концентрации каждого вредного вещества См в приземном слое атмосферы.
В состав газовоздушной смеси входят два вредных компонента Х и Y, их массу можно определить следующим образом:
Т.е масса М(SО2) = 70г/с, а М(СО) = 3 г/с.
|
Определяем безразмерный коэффициент α:
при ΔТ ≈ 0 Vm′ ≤ 0,5, α = 5,7, значит м. |
Ответ: расстояние, на котором концентрация вредных веществ в воздухе достигнет максимума ХМ = 570 м.
Практическое занятие № 5 – РАСЧЕТ ПДВ
В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% Х и 0,3% Y. Предприятие расположено в определенной области и имеет дымовую трубу высотой Н,м и диаметром Д, м. Температура отходящих газов Тв и воздуха Тг, 0С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м3 в час. Рассчитать предельно допустимый выброс вредных веществ ПДВ, используя условия из задачи № 3 - 4.
Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу при повышенной температуре из одиночного источника определяется по формуле:
, г/с;
если f ≥ 100 или ΔТ ≈ 0, ПДВ вычисляют по формуле:
, г/с.
ПРИМЕР 5.1
В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% SО2 и 0,3% СО.. Определите предельно допустимый выброс этих загрязнителей, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 1200С и воздуха 350С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м3 в час.
Используя значения, полученные в задаче 3, подставим их в формулу:
, г/с;
, г/с.
Ответ: предельно допустимый выброс для SО2 составляет 71,65 г/с, для СО – 430 г/с.
ПРИМЕР 5.2 (если ΔТ ≈ 0)
В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% SО2 и 0,3% СО.. Определите предельно допустимый выброс этих загрязнителей, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 35,40С и воздуха 350С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м3 в час.
Используя значения из задач 3 и 4, определяем ПДВ:
,г/с;
,г/с.
Ответ: предельно допустимый выброс для SО2 составляет 0,34 г/с, для СО –2,03 г/с.
Практическое занятие № 6 – РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНОГО ВЕЩЕСТВА В ОТХОДЯЩИХ ГАЗАХ ВБЛИЗИ ИСТОЧНИКА ВЫБРОСА
Используя условие и расчетные значения из задач 5.1 или 5.2, рассчитать концентрацию вредных веществ в отходящем газе около источника выброса См.т..
Концентрация вредного вещества в отходящем газе около источника не должна превышать величины См.т., определяемой по формуле:
, г/м3.
ПРИМЕР 6
, г/с; , г/с; , г/м3; , г/м3. |
Ответ: концентрация , г/м3и , г/м3.
Практическое занятие № 7 – Определение условий и возможностей сброса сточных вод в реку
На двух предприятиях, работающих рядом, образуются сточные воды. На первом предприятии имеются два вида сточных вод: первый – с расходом сточной воды q1 м3/сутки и содержанием С1 мг/л, второй - с расходом сточной воды q2 м3/сутки и содержанием С2 мг/л. На втором предприятии также образуются сточные воды двух видов: первый – с расходом сточной воды q3 м3/сутки и содержанием взвесей С3 мг/л и второй - с расходом сточной воды q4 м3/сутки и содержанием взвесей С4 мг/л, коэффициент смешивания сточных вод, загрязненных взвесями равен 1,5. Определите, возможен ли сброс сточных вод в реку, в водах которой также содержатся сбрасываемые загрязняющие вещества с концентрацией Ср1, Ср2 и Ср (для взвесей). Река имеет сток Q = 2 м3/с.