- •Расчетная часть
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Расчет рассеивания от стационарных источников Теоретическая часть
- •Расчетная часть
- •Расчетная часть
- •Расчетная часть
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Расчетная часть
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
ГОУВПО
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра промышленной экологии и безопасности
жизнедеятельности
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению расчетно-графических работ
по курсу «Экология»
для студентов всех специальностей
очной формы обучения
Воронеж 2011
Составители: канд. биол. наук Л.Б. Сафонова,
канд. биол. наук И.Е. Рохас-Риоха
УДК 502
Методические указания по выполнению расчетно-графических работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей очной формы обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Л.Б. Сафонова, И.Е. Рохас-Риоха. Воронеж, 2011. 34 с.
Методические указания соответствуют программе по дисциплине «Экология». Они направлены на то, чтобы помочь студентам закрепить теоретические знания по экологии и научить их выполнять расчетно-графические задания. Расчетно-графические работы посвящены проблемам антропогенного загрязнения атмосферы, гидросферы, а также образованию и утилизации отходов.
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле расчграфзэлек.doc.
Табл. 9. Ил. 1. Библиогр.: 10 назв.
Рецензент канд. биол. наук Е.В. Дмитриев
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Н.В. Мозговой
Издаётся по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
ГОУВПО
«Воронежский государственный
технический университет», 2011
ВВЕДЕНИЕ
Экология – это наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды. В XXI в. экология возведена в ранг обобщающей науки, включающей в себя экологические направления самых разных наук. Например, на стыке экологии с другими науками получили развитие такие новые направления, как инженерная экология, математическая экология и т. д. Современная жизнь настойчиво требует экологизации профессионального мышления специалистов в разных отраслях производства.
Сегодня инженер должен обладать не только определенным комплексом специальных знаний, но и высоким уровнем экологического мировоззрения, который позволит анализировать собственную профессиональную деятельность относительно ее воздействия на природную среду. Основой для развития экологического мировоззрения должны служить понимание задач и методов экологии, законов взаимодействия живых организмов и неживой природы, четкое представление о биосфере.
Устойчивое функционирование биосферы в условиях возрастающего антропогенного давления относится к центральным проблемам человеческого общества, так как люди, являясь составной частью живого, не могут существовать вне биосферы. Созданию и сохранению условий для устойчивого экологического развития должно служить получение будущими специалистами с высшим техническим образованием знаний фундаментальных законов функционирования экосистем разного уровня и биосферы в целом. Надеемся, что изучение дисциплины «Экология» в техническом университете будет способствовать формированию нового образца инженера-интеллектуала.
Расчетно-графическая работа № 1
РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В РАЙОНЕ ВЫБРОСА
Теоретическая часть
Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющим веществом называют примесь в атмосфере, оказывающую неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.
При нормировании состояния воздушной среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК):
ПДКр.з – это максимальная концентрация примеси в воздухе рабочей зоны производственных помещений, которая при ежедневной работе в течение 8 ч за все время рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений;
ПДКм.р – это максимальная разовая концентрация примеси в атмосферном воздухе, воздействие которой на организм человека не вызывает рефлекторных реакций. Эта концентрация установлена для предупреждения вреда человеку при кратковременном воздействии атмосферных примесей;
ПДКс.с – это максимальная среднесуточная концентрация примеси в атмосферном воздухе, которая в течение сколь угодно длительного времени не окажет прямого или косвенного влияния на организм человека.
Состояние воздушной среды оценивают по фактическим концентрациям примесей в данное время. Они изменяются в зависимости от метеорологических условий, характера выброса в атмосферу, вида и плотности жилой застройки и других факторов.
При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Она определяется расчетным путем.
Расчетная часть
Цель работы: расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, определение расстояния от источников выброса, на котором концентрация вредного вещества становится максимальной.
Задание: рассчитать параметры максимального загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха источниками промышленных выбросов по варианту, заданному преподавателем (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Исходные данные для расчета
Вариант |
Характеристика источника, м |
Параметры пылегазовоздушной среды в устье источника |
|||||||
Координа-ты |
Высота Н |
Длина L |
Ширина b |
Диаметр D |
Скорость w0, м/с |
Загрязняю-щие вещества |
Концент-рация С, мг/м3 |
||
Х |
У |
||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 2 3 4
5 6
7
8
9 10
11 |
6655 6699 6882 6800
6640 6710
6690
6727
6850 6250
6190 |
825 820 838 844
855 870
875
860
830 875
807 |
29 10 13 19
30 12
11
3
2 2
15 |
- - - -
1,48 -
0,40
0,20
- -
- |
- - - -
0,40 -
0,45
0,20
- -
- |
0,42 0,32 0,45 0,45
- 0,25
-
-
0,30 0,50
0,45 |
14,66 10,45 7,23 12,06
11,49 1,20
15,32
13,28
3,60 3,50
10,50 |
Пыль зерновая Пыль сахарная Пыль мучная Пыль сухого молока Углерода оксид Пыль металлов с содержанием диоксида кремния 70-20% Пыль органическая Марганца диоксид Серная кислота Натрия гидроксид Аммиак |
16,2 25,0 3,4 19,1
29,0 7,0
56.6
1,4
0,7 0,75
30,0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8
Продолжение
табл. 1.1 |
9 |
10 |
12 13 14
15 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 |
64006240 6250
6130 6200 6550 6200 6150 6708 6600 6700
6750 6720 6600 6650 6660 6500 6600
6200 |
830840 835
810 835 852 819 823 810 830 853
830 810 790 820 870 890 880
840 |
23 29 4
12 12 12 15 10 6 20 12
5 9 8 6 10 12 8
7 |
- - -
0,45 0,40 - 0,50 - - 0,6 -
- - - - - 0.5 -
- |
- - -
0,45 0,45 - 0,30 - - 0,4 -
- - - - - 0,5 -
- |
0,30 0,32 0,25
- - 0,50 - 0,60 0,50 - 0,60
0,3 0,4 0,4 0,3 0,46 - 0,5
0,4 |
11,208,30 9,36
3,45 9.20 3,20 6,40 4,80 6,50 8,70 1,30
0,8 1,4 2,5 1,8 1,7 2,4 1,9
2,9 |
Сероводород Метан Метилмеркап-тан Формальдегид Диоксид серы Сажа Винилацетат Пропанол Фреон ХФУ-12 Этанол Уксусная кислота Пары парафина Фенол Метилэтилкетон Метиламин Ацетальдегид Ацетон Масляная кислота Фурфурол |
21,5 10,2 25,5
5.5 18,2 32,0 86,0 69,5 80,5 20,8 40
5 1,5 2,5 0,8 1,9 12,2 10,5
1,9 |
Для расчетов величину t принять равной:
для вариантов 1 – 15 – 0 С,
для вариантов 16 – 30 – 20 С.
1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества CМ (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из источника, которое достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм (м) от источника, определяют по формуле:
(1.1)
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F –безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н – высота источника выброса над уровнем земли, м; – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае слабопересеченной местности = 1; М – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси tг, и температурой окружающего атмосферного воздуха tв, С; Vi, – расход газовоздушной смеси, м3/с; Сф – фоновая концентрация вещества, мг/м3.
2. Объем газовоздушной смеси Vi (м3/с), выбрасываемой в единицу времени, вычисляют по формуле:
, (1.2)
где D – диаметр устья источника выброса, м; w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса, м/с. Расчеты загрязнения атмосферы при выбросах газовоздушной смеси из источника с прямоугольным устьем (шахты) производят по приведенным выше формулам при средней скорости w0 (м/с) и значениях D = Dэ (м) и Vi = Viэ (м3/с).
Эффективный диаметр устья Dэ (м):
, (1.3)
где L – длина устья, м; b – ширина устья, м.
Эффективный расход выходящей в атмосферу в единицу времени газовоздушной смеси Vi, (м3/с):
. (1.4)
Для источников с квадратным устьем (L = b) эффективный диаметр D, равняется длине стороны квадрата. Остальные расчеты рассеивания загрязняющих веществ производят как для выбросов из источника с круглым устьем.
3. Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ а атмосферном воздухе максимальна, принимают по следующим данным.
Таблица 1.2
Значение коэффициента А
в различных географических областях
Географическое положение объекта |
Значение коэффициента А |
Районы Бурятской АР и Читинской области Европейская территория РФ: районы РФ южнее 50° с.ш., остальные районы Нижнего Поволжья, Кавказа; Азиатской территории РФ |
250 |
Дальний Восток и остальная территория Сибири |
200 |
Европейская территория РФ и Урала от 50 до 52° с.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов |
180 |
Европейская территория РФ и Урала севернее 52° с.ш. (за исключением Центра ЕТР) |
160 |
Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области |
140 |
4. Массу вещества, выбрасываемого в единицу времени, М (г/с) определяют по формуле:
. (1.5)
5. Значение безразмерного коэффициента F принимают:
а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю, равной 1;
б) для крупнодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п.) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % – 2; от 75 до 90 % – 2,5; менее 75 % и при отсутствии очистки – 3.
6. Значения коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров , , и :
; (1.6)
; (1.7)
; (1.8)
. (1.9)
Коэффициент m зависит от f:
при ; (1.10)
. (1.11)
Для значение коэффициента m вычисляется при . Коэффициент n при зависит от параметра :
при ; (1.12)
при ; (1.13)
при . (1.14)
При или t 0 коэффициент n определяют по формулам (1.12) – (1.14) при .
7. Значение безразмерного коэффициента n устанавливают на основе анализа картографического материала, представляющего рельеф местности. В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, = 1, в других случаях значение выбирают из справочных таблиц.
8. При или t 0 и (холодные выбросы) значение максимальной приземной концентрации вредного вещества CМ (мг/м3) определяют по формуле:
, (1.15)
(1,16)
9. Аналогично при и или и (случаи предельно опасных скоростей ветра) максимальное значение приземной концентрации вредного вещества CМ (мг/м3) рассчитывают по формуле:
, (1.17)
где – безразмерный параметр:
при и ;
при и .
10. Расстояние ХM, (м) от источника, на котором при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества CМ (мг/м3) определяют по формуле:
, (1.18)
где d – безразмерный коэффициент.
При
при (1.19)
при (1.20)
при (1.21)
При или T 0
при (1.22)
при (1.23)
при (1.24)
11. Значение опасной скорости ветра UM (М/С) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ, определяют в зависимости от параметра f.
при и (1.25)
при и (1.26)
при и (1.27)
при и и t 0 (1.28)
при и и t 0 (1.29)
при и и t 0 (1.30)
12. После выполнения расчетов проверяют следующее условие:
(1.31)
где CФ – фоновая концентрация вредного вещества, мг/м3 из которой исключен вклад рассматриваемого предприятия, СФ = 0,3 ПДКм.р.; ПДКм.р. – предельно допустимая максимально разовая концентрация (мг/м3), определяемая из справочника.