Экология практикум М

10.Аппарат мокрой очистки отходящих газов, работа которого основана на осаждении частиц пыли на поверхность капель, называется

__________.

11.Газовый поток вводится в __________ через входной патрубок

исовершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру.

12.Механическая очистка сточных вод реализуется с помощью

__________.

13.При отстаивании из сточной воды выделяются __________.

14.Процеживание реализуют с помощью __________.

15.Для очистки сточных вод фильтрованием применяют 2 типа фильтров: __________ и __________.

16.Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в __________.

17.Для очистки сточных вод от частиц металла и песка с размером более 0,25 мм используют __________.

Задание 4. Объясните принципы работы химических, физикохимических и биологических методов очистки сточных вод:

а) нейтрализация; б) окисление-восстановление; в) экстракия; г) флотация; д) флокуляция; е) коагуляция; ж) адсорбция; з) эвапорация;

и) гиперфильтрация; к) поля орошения; л) поля фильтрации;

м) биологические пруды; н) аэротенки; о) биофильтры; п) окситенки.

Задание 5. Дайте определения.

а) отходы производства и потребления; б) неконтролируемые свалки; в) полигон; г) компост; д) биогаз;

е) безотходная технология; ж) малоотходная технология.

41

Задание 6. Ответьте на вопросы.

1.Основные источники образования отходов.

2.Условия транспортирования опасных отходов.

3.Устройство полигонов для складирования ТБО.

4.Проблемы, связанные с захоронением ТБО.

5.Этапы компостирования отходов.

6.Сжигание твердых отходов.

7.Этапы получения биогаза.

8.Малоотходные и безотходные технологии. Принципы создания.

Задание 7. Расчет рассеивания в атмосфере примесей антропогенного происхождения

Цель работы: научиться рассчитывать параметры рассеивания антропогенных примесей в атмосфере, чтобы на их основе устанавливать предельно-допустимые выбросы для каждого источника загрязнения и размеры санитарно-защитной зоны предприятий (задания в Приложении В, пример расчета в Приложении Г).

Общие положения. Загрязняющие вещества в атмосферу поступают от разнообразных источников антропогенного и естественного происхождения. Основными антропогенными источниками являются выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы автотранспорта, продукты сжигания топлива. К наиболее распространенным естественным источникам относятся окислительно-восстановительные процессы с участием микроорганизмов, вулканическая деятельность, лесные пожары и химические реакции, протекающие под действием УФ радиации и приводящие к вторичному загрязнению атмосферы (природные смоги), а также процессы выветривания почвы и горных пород, разбрызгивание морской воды.

Как правило, уровень загрязнения атмосферного воздуха определяется совместным действием природных и антропогенных источников, что существенно осложняет не только интерпретацию результатов измерений концентрации загрязняющих веществ с целью выделения источника загрязнения, но и разработку методов и средств контроля атмосферного воздуха.

В результате интенсивного развития промышленности и автотранспорта в последние десятилетия в атмосферу в большом количестве стали поступать такие вещества антропогенного происхождения, как бенз(а)пирен, фреоны, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксид азота.

Методика расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере, содержащихся в выбросах, основана на закономерностях диффузии газов и аэрозолей в приземном слое атмосферы и позволяет рассчитывать

42

концентрации (мг/м3) вредного вещества в приземном слое атмосферы на расстоянии до 2 км от источника выбросов.

В России исходя из гигиенических требований разработанные нормативы предельно-допустимых концентраций в воздухе населенных пунктов. Нормативы охватывают более 2500 различных веществ по содержанию в продуктах питания, почве, воде, воздухе.

ГОСТ 17.2.3.02-78 определяет, что предельно-допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, а также растительного и животного мира.

Значения ПДВ устанавливаются во всех видах проектной документации на строительство новых и реконструкцию существующих предприятий. ПДВ устанавливается для строящихся и действующих предприятий.

Значения ПДВ определяются по единой для всей страны «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)», утвержденных Госкомгидрометом СССР и согласованных с Госстроем

СССР и Минздравом СССР в 1986 году.

Если на участке допустимого выброса (ПДВ) вредных веществ при строительстве (реконструкции) предприятия сумма фонового загрязнения атмосферы и приземных концентраций, создаваемых выбросами данного предприятия, выше ПДКм.р. – строительство (реконструкция) не разрешается органами экологической и санитарной инспекций. Чем сильнее фоновое загрязнение воздуха на участке строительства, тем меньше величина ПДВ для проектируемого предприятия. Если Сф ПДКм.р. – строительство (реконструкция) не разрешается.

Поэтому технологи и проектанты стремятся использовать в проекте предприятия малоотходные, экологически безопасные технологии и оборудование, обеспечивающее минимальную величину выброса вредных веществ (г/с). Уменьшить величину выброса можно также путем улавливания вредных веществ в устье источника выбросов пылегазоочистными аппаратами. Уменьшить величины приземных концентраций можно путем увеличения высоты выброса (трубы) и увеличения расстояния до границы санитарно-защитной зоны с жилой застройкой, где должно соблюдаться ПДКм.р. Во всех случаях решения принимаются по результатам расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере после выброса их из источника.

43

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется путем сравнения с ПДКм.р., рассчитанного значения приземной концентрации вредных веществ С (мг/м3), которое устанавливается на границе с жилой застройкой при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях (когда скорость ветра достигает опасного значения Uм).

Должно соблюдаться условие:

+ ≤ ПДК		(6.1)
ф	м.р.

где + ф – расчетная и фоновая концентрация n-ого вещества на границе санитарнозащитной зоны предприятия с жилой застройкой соответственно.

При одновременном совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих согласно СН 245-71 суммацией биологического действия, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы при расчете по формуле:

	1		2
=		+		+ +		≤ 1	(6.2)
	ПДК1−1		ПДК2−1		ПДК −
	ф		ф		ф

где С1, С2 ,..., Сn – концентрации отдельных вредных веществ в атмосферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м3;

ПДК1, ПДК2,..., ПДКn – соответствующие максимально разовые предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3 (принимаются по СН 245-71);

ф1, ф2, ..., ф – соответствующие фоновые концентрации вредных веществ (мг/м3) – принимаются по данным городской гидрометеослужбы.

Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника с учетом влияния рельефа местности, суммации вредного действия нескольких веществ, фоновых концентраций и неблагоприятных метеоусловий

Нормирование проводится с учетом влияния рельефа местности, суммации вредного воздействия нескольких веществ, фоновых концентраций и неблагоприятных метеоусловий, например, скорость ветра более 9 м/с для г. Оренбург.

Максимальная приземная концентрация вредного вещества Ст при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника (точечного) с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хт (м) от источника определяется по формуле:

С		=	∙ ∙ ∙ ∙ ∙				мг/м3	(6.3)
	м
			2	3
				∙ √ ∙∆
				1

44

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе в данной местности, С2/3 мг град1/3/ г;

М– количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

η– коэффициент, учитывающий рельеф местности; (при ровной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км η = 1 (в радиусе 2 км);

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н– высота источника выброса над уровнем земли, м;

Т– разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С;

V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с.

Коэффициент А ( 2⁄3 мг ∙ град1⁄3/г) должен приниматься для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе от источника выброса достигают максимального значения:

для субтропической зоны Средней Азии (лежащей южнее

40°с.ш.) – 240;

для Казахстана, нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока

–200;

для севера и северо-запада Европейской территории России, Среднего Поволжья, Урала и Украины – 160;

для Оренбурга – 180.

Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу

определяется по формуле:
= ∙ ∙ 10−3	, г/с	(6.4)
1

где С – концентрация вредного вещества в выбрасываемой газовоздушной смеси, мг/м3;

V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с.

Значения безразмерного коэффициента F должны приниматься:

для газообразных вредных веществ (сернистого ангидрида, сероуглерода и т.п.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) –

1;

для пыли и золы (кроме указанных выше) – 2 при условии, если средний эксплутационный коэффициент очистки более 90 %; 2,5 при 75

–90 % и 3 при менее 75 % соответственно.

45

Величину T следует определять, принимая температуру окружающего атмосферного воздуха ТВ по средней температуре наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг – по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса W0 (м/с) определяется по формуле:

		=	4∙ 1	, м/с	(6.5)
			∙ 2

где D – диаметр устья источника выброса, м; V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с.

Расчет параметра f производится по формуле:

	= 103 ∙	2	∙
		0		, м/с2	град	(6.6)
		2∙∆

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

=			1							(6.7)
						3
	0,67+0,1∙√ +0,34∙
						√
Значение безразмерного коэффициента n определяется в
зависимости от параметра νm:
при νm 0,3, n = 3;
при 0,3 νm 2, = 3 − √(			− 0,3) ∙ (4,36 −						)	(6.8)

при νm > 2, n = 1.

Расчет параметра νm производится по формуле:

3		∙∆
= 0,65 ∙ √	1		,	(6.9)

Вычисленные по формуле 6.3 максимальные приземные концентрации См, для каждого отдельного вещества, подставляют в формулы 6.1 и 6.2, оценивают результаты с учетом суммации и фоновых концентраций и делают вывод о необходимости и объеме проведения технологических, санитарно-технических и архитектурнопланировочных мероприятий.

46

Если в воздухе содержатся вещества, обладающие эффектом биологической суммации, то определяется одна, приведенная по ПДК к одному их этих веществ концентрация. Основным веществом выбирают то, которое относится к наибольшему классу опасности:

	в	= 1	+ 2	∙	ПДКС1	+ +	∙	ПДКС1	,	(6.10)
					ПДКС2			ПДКС2

Например, эффектом суммации действия обладают диоксид серы (сернистый ангидрид) и диоксид азота. Основным веществом является

диоксид азота (второй класс опасности).
Если по результатам расчетов	+	сумма превышает ПДК
	ф	м.р.

то расчет продолжается с целью вычисления расстояния Х в метрах на котором концентрации вредных веществ будут равны ПДК.

Если	+ ≤ ПДК		, то величину выброса утверждают как
	ф	м.р.

ПДВ и новых воздухоохранных мероприятий не планируют.

На расстоянии Xм от источника выброса при неблагоприятных метеорологических условиях по оси факела выброса, достигается максимальная приземная концентрация вредных веществ См.

Величина Хм определяется по формуле:

Хм = ∙ , м

(6.11)

где d – безразмерная величина, определяемая по формулам в зависимости от значения νm:

при νm 2

				3					(6.12)
= 4,95 ∙ √ ∙ (1 + 0,28 ∙ √ ),
при νm > 2
		3							(6.13)
= 7 ∙ √ ∙ (1 + 0,28 ∙ √ )

Если безразмерный коэффициент F 2 величина Хм определяется по формуле:

= (5−) ∙ ∙ , (6.14)

м	4

Величины приземных концентраций примесей С (меньшие чем См) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях X от источника выброса определяются по формуле:

=	∙ , мг/м3	(6.15)
1	м

47

где S1 – безразмерная величина, определяемая при опасной скорости ветра в зависимости от отношения Х/Хм по графику (рисунок 6.1) или по формуле:

1 =	1,13			, при 1 < X/Xм	(6.16)
			2
	0,13∙(		) +1
		м

Если известны См и Хм, то приняв С=ПДК можно по формуле 6.15 определить S1, а затем по рисунку 6.1 определить соотношение Х/Хм (величину, далее используемую для расчета расширения санитарнозащитной зоны) и далее определить X (в метрах), то есть безопасное по оси факела выброса расстояние, на котором С=ПДК размер санитарнозащитной зоны предприятия.

Р и с у н о к 6 . 1 – График для определения значений безразмерного коэффициента S1, (при Х/Хм 8), то есть при известных X и

Хм.

Определение минимальной высоты трубы и размеров (границ) санитарно-защитной зоны с учетом розы ветров

Минимальная высота трубы и размеры санитарно-защитной зоны определяются по основной формуле рассеивания выбросов (6.3) при фиксированном значении ПДВ (г/с). Полученный по расчету размер санитарно-защитной зоны «X» (в метрах) должен уточняться (в сторону увеличения) в зависимости от розы ветров на участке расположения предприятия Li по формуле:

48

		=	∙		, м	(6.17)
		м

где Хм – расчетное расстояние от источников загрязнения до границ санитарнозащитной зоны (без учета поправки на розу ветров), до которого концентрации вредных веществ больше ПДК, м;

Р– среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба,

%;

Р0 – повторяемость направлений ветров одного румба (при используемой в данном расчете восьмирумбовой розе ветров Р0 =12,5 %).

Построение чертежа санитарно-защитной зоны на карте местности производится в соответствии с выбранным масштабом (например, в 1 мм : 5000 мм или 1 мм : 10000 мм и т.п.), по направлениям, противоположным соответствующему румбу (например, восточный ветер вызывает отклонение факела выброса в западную зону).

Можно определить величину ПДВ по основной формуле рассеивания выбросов 6.3 на расстоянии Xм приравняв См=ПДК, а именно:

		3
		ПДК∙2∙ √ ∙∆
	ПДВ =	1		, г/с	(6.18)
		∙ ∙ ∙ ∙

На практике в большинстве случаев пользуются защитой расстоянием (санитарно-защитная зона) или увеличением высоты выброса (трубы). Однако уменьшить мощность фактического выброса М, до ПДВ можно путем применения пылегазоулавливающих аппаратов и технологических мероприятий, уменьшающих выброс вредных веществ в воздушный бассейн.

Проектирование комплекса воздухоохранных мероприятий

Для достижения величины ПДВ применяют комплекс технологических, архитектурно-планировочных и санитарнотехнических мероприятий, выбирая среди них наиболее экономически целесообразные.

Наиболее часто на практике применяют следующие мероприятия:

технологические мероприятия:

соблюдение технологических норм расхода электроэнергии и пара на единицу продукции;

очистка сырья от вредных примесей (например, удаление серы из топлива), использование малосернистого мазута с содержанием серы 2 % и менее, перевод котельной с угля на мазут или природный газ,

49

перевод предприятия на централизованное теплоснабжение с закрытием местной котельной;

создание малоотходных технологических процессов (количество отходов меньше 10 % от количества сырья), применение рециркуляции отходящих газов (до 100 %) в технологическом процессе;

использование вторичных энергоресурсов (ВЭР): установка экономайзеров, утилизация тепла вытяжного воздуха в системах вентиляции для подогрева приточного воздуха;

замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми;

применение пневмотранспорта для транспортировки пылящих материалов в деревообрабатывающих цехах, силикатной промышленности и т.д.;

архитектурно-планировочные мероприятия:

выбор участка под строительство с учетом розы ветров, рельефа местности, размещения существующих промузлов или промзоны;

организация санитарно-защитных зон с радиусом от 50 до 1000

ми более в зависимости от класса предприятия и результатов расчета рассеивания (L0);

посадка в санитарно-защитных зонах лесополос шириной 50 м с газонным разрывом 20 м, отдавая предпочтение районированным на Южном Урале газоустойчивым деревьям и кустарникам (боярышник обыкновенный, смородина золотистая, клен ясенелистный, клен татарский и т.д.), а так же деревьям с высокими пылезащитными свойствами (вяз гладкий, ясень остролистый, можжевельник и т.д.);

санитарно-технические мероприятия:

организация местной аспирационной сети и общеобменной вентиляции цеха (участка) в соответствии с расчетами выбросов по каждому вредному веществу (г/с) и необходимой степени очистки;

объединение мелких источников в единый источник одной аспирационной сетью;

установка пылеочистного оборудования с выбором по паспортам и с учетом необходимой степени очистки (Э, %), производительности (м3/с), температурного режима и себестоимости очистки, возможности переработки уловленных вредных веществ в полупродукты или товарные продукты;

установка газоочистного оборудования, снижающего концентрации вредных веществ в выбросах на основе процессов абсорбции, адсорбции, каталитического сжигания, окисления. Например, применение мокрого скруббера, угольного адсорбера, печей сжигания, системы нейтрализации отработавших газов и т.д.

50