Экология

РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ

ТЕМА 4. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1. РАСЧЕТ УСЛОВИЙ РАССЕИВАНИЯ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Распространение в атмосфере промышленных выбросов из труб и вентиляционных устройств подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр трубы и т. д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью и направлением ветра, а вертикальное – распределением температур в атмосфере по высоте.

В основу «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вещества в атмосферном воздухе. Максимальная концентрация Cm вредных веществ у земной поверхности образуется на оси факела выброса на расстоянии Xmax от источника выброса (для горячей газовоздушной смеси):

=	∙	∙ ∙	∙ ∙	,
		∙	∙∆

где А – коэффициент стратификации атмосферы, зависящий от температурного градиента и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания выбросов (для центра России принимают значение 120);

М – масса вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; V1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м/с;

Н – высота трубы, м;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов равен 1, для пыли при эффективности очистки газоочистной установки более 0,9 F = 2,5 и менее 0,75 F = 3);

∆Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч;

41

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; m – безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газов

из трубы:

=	,	,		,	∆			,
						,
= 10 ∙		∙

где W0 – средняя скорость выхода газов из трубы, м/с; можно принять рав-

ной V1;

D – диаметр трубы, м;

n – безразмерный коэффициент, зависящий от параметра Vм, м/с:

= 0,65 ∙∆ ,

при ≤ 0,3 n = 3, при > 2 n = 1,

при 0,3 < < 2 = 3 − ( − 0,3) ∙(4,36 − ).

Ожидаемая максимальная концентрация загрязнителей при выбросе холодной газовоздушной смеси определяется по уравнению

= ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ,

где = , = 1,3 .

Расстояние Xmax до места, где ожидается максимальная концентрация, определяется:

– для газов и мелкодисперсной пыли Xmax = dH, где d – безразмерная величина, зависящая от параметра VM;

– для холодного выброса при Vм ≤ 2; d = 11,4Vм, при Vм > 2,

=

;

для крупнодисперсной пыли (F ≥ 2)

–16,1

=

;

– для горячей газовоздушной смеси:

= 4,95 (1+0,28

) при VM ≤

2, = 7

(1+0,28

) при

VM > 2.

42

Концентрация загрязнителя в приземном слое атмосферы на любом расстоянии Х от источника выброса, отличном от Xmax, определяется по формуле

C = CMS1,

где S1 – коэффициент, зависящий от величины Х/Хmах

при

≤ 1

= 3(

)

− 8(

;

) +6(

)

;

при

,

1 ≤

≤ 8

= ,

(

)

при

> 8 (при

= 1)

=

, (

)

,

(

)

;

при 2 ≤ F ≤ 3

=

, (

)

,

,

Задача. Рассчитать приземную концентрацию пыли в точке, расположенной на расстоянии Х = 1800 м от источника загрязнения и находящейся на ветровой оси, при следующих параметрах источника: H = 50 м, D = 0,6 м, V1 = 4,24 м/с; температура газов Г = 40 °С; М = 40 г/с, F = 2 (табл. 7).

Решение. Параметры района расположения источника: A = 180; температура наружного воздуха Т = 20 ОС, η = 1,2.

C =

∙

∙ ∙ , ∙ ,

= 1,7023

ммг ;

= 267

м ;

= 1800:267.

= 6,74

∙

, ∙( )

; С

С

мг

=

∙

= 1,7023∙0,2 = 0,3405 м

= 0,2

43

												Таблица 7
		Варианты заданий
	№	Параметр						№ варианта
	параметра
	1	Коэффициент стратификации атмосферы А	1		2	3	4	5	6	7	8	9	10
			120		140	120	145	160	180	150	170	125	140
	2	Масса вещества, выбрасываемого	45		40	45	60	50	48	43	55	41	55
		в атмосферу в единицу времени М, г/с
	3	Объем выбрасываемой газовоздушной смеси V1, м/с	4,36		5,21	3,25	4,80	4,75	4,12	5,16	4,85	3,95	4,18
	4	Высота трубы Н, м	55		50	60	70	60	80	75	65	56	80
	5	Коэффициент, учитывающий скорость оседания	2		1	3	1,5	2,5	3	2	1,5	2,0	1,5
		взвешенных частиц выброса в атмосфере F
44
	6	Температура выбрасываемой газовоздушной смеси Тг, °С	50		45	40	65	40	55	60	65	45	65
	7	Температура окружающего атмосферного воздуха Тв, °С	25		22	20	23	20	24	20	21	21	20
	8	Коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, η	1,3		1,2	1,1	1,3	1,1	1,5	1,4	1,6	1,3	1,5
	9	Диаметр трубы D, м	0,8		0,6	0,8	0,75	0,5	0,7	0,9	0,8	0,6	0,8
	10	Расстояние от источника загрязнений X, м	1900		2100	2000	1950	1800	2000	1700	1850	1700	1750
	11	Средняя скорость выхода газа из трубы W0, м/с	42,64		44,51	65,52	45,32	47,85	49,64	61,08	63,35	51,74	54,27

											Окончание табл. 7
	№	Параметр					№ варианта
	параметра
	1	Коэффициент стратификации атмосферы А	11	12	13	14		15	16	17	18	19	20
			150	180	170	165		130	155	135	175	125	140
	2	Масса вещества, выбрасываемого	42	60	54	43		65	52	48	43	45	41
		в атмосферу в единицу времени М, г/с
	3	Объем выбрасываемой газовоздушной смеси V1, м/с	4,12	4,92	3,96	5,21		5,19	3,98	4,08	4,02	5,28	4,15
	4	Высота трубы Н, м	75	85	75	79		55	74	80	60	85	62
	5	Коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных	2,4	1,6	2,6	2,7		1,7	3,0	3,1	1,8	2,9	1,9
		частиц выброса в атмосфере F
45	6	Температура выбрасываемой газовоздушной смеси Тг, °С	60	48	70	75		53	71	62	55	73	60
	7	Температура окружающего атмосферного воздуха Тв, °С	19	22	24	27		23	30	28	24	19	25
	8	Коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, η	1,8	1,4	1,3	1,5		1,4	1,6	1,1	1,7	1,3	1,2
	9	Диаметр трубы D, м	0,7	0,9	0,8	0,75		0,9	0,8	0,85	0,6	0,65	0,9
	10	Расстояние от источника загрязнений X, м	1800	2100	1900	1850		2000	1850	2100	2200	1950	1700
	11	Средняя скорость выхода газа из трубы W0, м/с	57,13	49,81	56,14	58,29		62,71	65,24	57,69	48,56	67,92	54,78

Форма отчета о выполненной работе

Содержание отчета включает исходное задание, формулы и результаты расчетов.

Результаты включают:

1)расчет максимальной концентрации Cm вредных веществ у земной поверхности на расстоянии Xmax от источника выброса (при заданных параметрах района расположения источника);

2)расчет концентрации загрязнителя в приземном слое атмосферы на любом расстоянии Х от источника выброса, отличном от Xmax.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ КОТЕЛЬНОЙ

Задание. Определить экономическую эффективность установки.

Для определения экономической эффективности применения установки необходимо воспользоваться данными из табл. 8.

Решение

1.Определяем величину выбросов газа Vi, за время работы котельной как произведение количества сжигаемого топлива G на удельный объем газопылевых выбросов, приходящихся на 1 т топлива η.

2.Определяем общую массу выбросов газа и пыли за время работы котельной:

=∙ ,

где – общая масса выбросов газа и пыли, т/год;

–концентрация i-го загрязнителя в газопылевых выбросах, г/м3;

–величина выбросов газа и пыли при работе котельной за год, м3;

i– вид загрязнителя.

3. Определяем приведенную массу выбросов газа и пыли при работе котельной за год:

	п =	(	∙ Э ),
где	п – приведенная масса выбросов газа и пыли при работе котельной,

вусловных тоннах за год (усл. т/год);

Э– показатель относительной опасности сброса i-гo 3В в открытый источник, усл. ед.

46

Таблица 8

		Исходные данные для выполнения практической работы
		Показатель	Ед.	Усл.				Номер варианта
			изм.	обозн.
					1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
		Кол-во потребляемого топлива	т	G	900	1300	780	1000	1800	950	1200	500	1400	800
		Удельный выброс пыли и газа	м3/т	η	450	520	610	470	600	580	490	550	580	460
		Зона активного загрязнения:
		промышленной	%	βпр		61		55		42		30		32
		другие территории
			%	βдр	35		50		40		55		65
		Состав и концентрация газопылевых выбросов:
	47	окись углерода (II)			100	85	80	130	120	110	–	90	135	–
		сернистый ангидрид	г/м3	Ci	–	80	90	120	75	–	100	95	–	120
		сероводород			130	95	–	100	110	150	120	160	145	140
		золы углей
					150	–	200	–	210	170	140	160	200	240
		каменноугольная пыль
					210	230	200	250	–	350	280	–	260	320
		Степень очистки выбросов	%	γ	85	80	90	86	90	91	92	88	91	89
		Единовременные затраты, связанные с установкой	млн	К	400	500	620	840	970	300	470	720	200	1750
			руб.
		Текущие затраты	млн	З	50	60	30	90	120	80	10	70	400	400
			руб.
		Относительная опасность загрязнения территории		i	10	8	4	0,2	0,1	0,25	0,15	0,17	0,3	0,05

											Окончание табл. 8
	Показатель	Ед.	Усл.				Номер варианта
		изм.	о6озн.
				11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	Кол-во потребляемого топлива	т	G	700	1500	910	1200	1600	950	1200	250	2000	950
	Удельный выброс пыли и газа	м3/т	η	500	530	410	440	420	510	450	630	450	360
	Зона активного загрязнения:
	промышленной
		%	βпр		39	7	39		61		25		35
	другой территории
		%	βдр	30				68		56		64
	Состав и концентрация газопылевых выбросов:
	окись углерода (II)			100	85	140	150	125	70	–	120	80	95
48
	сернистый ангидрид	г/м3	Ci	–	80	110	85	–	95	75	–	45	115
	сероводород			130	95	125	–	130	200	35	95	–	165
	золы углей
				150	–	220	190	210	–	50	150	160	–
	каменноугольная пыль
				210	20	–	30	240	195	120	195	250	155
	Степень очистки выбросов	%	γ	87	86	91	75	84	89	85	95	90	87
	Единовременные затраты, связанные с установкой	млн	К	870	1000	500	700	900	300	120	550	365	690
		руб.
	Текущие затраты	млн	З	75	95	70	95	120	135	45	250	120	115
		руб.
	Относительная опасность загрязнения		i	8	0,2	0,3	4	0,025	0,1	5	4,5	3,6	0,1

4. Определить концентрацию i-го вида выбросов после применения установки газопылеочистки:

=1 − 100 ,

где – концентрация i-гo вида газопылевых выбросов после применения установки газопылеочистки, г/м3;

– концентрация i-гo вида газопылевых выбросов до применения установки газопылеочистки, г/м3;

–степень очистки газопылевых выбросов, %.

5.Определяем общую массу выбросов после применения установки газопылеочистки:

=∙ ,

где – концентрация i -го загрязнителя в газопылевых выбросах, после проведения мероприятия, г/м3.

6. Определяем приведенную массу выбросов газа и пыли после работы котельной за год (табл. 9):

П = ∑ ∙ Э ,

где – приведенная масса выбросов газа и пыли за время работы котельной, после проведения мероприятия, усл. т/год.

Таблица 9

Значение показателя относительной опасности

сброса (выброса) 3В,	Э усл. ед.
Загрязняющее вещество по выбросам		Значения kЭi
Золы углей (о среднем)		70,0
Каменноугольная пыль		40,0
Оксид углерода (II)		1,0
Сернистый ангидрид		22,0
Сероводород		54,8

7. Определяем величину, характеризующую относительную опасность загрязнений атмосферного воздуха. Она зависит от условий расположения объекта загрязнения (котельной) в промышленной либо любой другой зоне.

49

Общая величина относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха может быть определена следующим образом:

заз = β ∙ ,

где заз – общая величина относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха в зоне активного загрязнения.

Зона активного загрязнения по своему составу неоднородна и включает территории различных типов, для которых общая величина относительной опасности загрязнения i определяется по табл. 10.

Таблица 10

Общее значение показателя относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха i над территорией различных типов

	Тип загрязняемой территории	Значение i
	Курорты, санатории, заповедники, заказники	10
	Пригородные зоны отдыха, садовые и дачные кооперативы	8
	и товарищества
	Территории промышленных предприятий и промышленных узлов	4
	Леса	0,2
	Пашни юга Сибири	0,15
	Пастбища, сенокосы	0,05

8. Определяем величину экономического ущерба, наносимого окружающей среде газопылевыми выбросами котельной до применения установки очистки, т .е. величину фактического ущерба УФ, руб.

УФ = Ууд ∙ ∙ заз ∙ П ,

где Ууд – показатель удельного ущерба, равный 2400 руб. / усл. т;

f – поправка, учитывающая характер рассеяния примесей в атмосфере, принимается равной 0,81.

9. Определяем величину экономического ущерба, наносимого окружающей среде газопылевыми выбросами котельной, после применения установки очистки, по формуле

УПп = Ууд ∙ ∙ заз ∙ Пп.

50