Кремлев Е.П. Лабораторный практикум по курсу Экология

Подождите немного. Документ загружается.

111

Лабораторная работа № 56 (8 часов)

Расчет расс еивания промышленных выбросов

Расчет рассеивания выбросов из одиночного источника

Нагретые выбросы

Максимальная приземная концентрация вредных веществ См

для выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного (точеч-

ного) источника с круглым устьем при неблагоприятных метеоро-

логических условиях на расстоянии Хм (м) от источника должна

определяться по формуле:

TVH

АМFmn

См

∆

,(1)

где А — коэффициент, зависящий от температурной стратифика-

ции атмосферы и определяющий условия вертикального и гори-

зонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном возду-

хе, с 2/3 • мг • град 1/3 /г; М — количество вредного вещества,

выбрасываемого в атмосферу, г/с; F — безразмерный коэффици-

ент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмос-

ферном воздухе; m и n — безразмерные коэффициенты, учитыва-

ющие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника

выброса; Н — высота источника выброса над уровнем земли, м;

∆Т — разность между температурой выбрасываемой газовоздуш-

ной смеси ТГ и температурой окружающего атмосферного возду-

ха ТВ, град; V1 — объем газовоздушной смеси (м

/с), определяе-

мый по формуле

, (2)

где D — диаметр устья источника выброса, м/с.

Коэффициент А принимает ся равным 120–240.

Величина ∆Т (°С) определяется как разность температуры ок-

ружающего атмосферного воздуха ТВ по средней температуре на-

ружного воздуха в 13 ч наиболее жаркого месяца года по главе

СНиП «Строительная климатология и геофизика» (21,5 °С), а тем-

пературу выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси ТГ —

по действующим для данного производства технологическим нор-

мативам.

112

Значения безразмерного коэффициента F принимаются:

а) для газообразных вредных веществ (сернистого газа, серо-

углерода и т.п.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п.,

скорость упорядоченного оседания которых практически равна

нулю) — 1;

б) для пыли и золы (кроме указанных в п.а), если средний

эксплуат ационный коэффициент очистки равен: не менее 90 % —

2; от 75 до 90 % — 2,5; менее 75 % — 3.

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

f34.0f1.067.0

(3)

в зависимости от параметра, м/(с

• град), вычисляемого по фор-

муле:

10f

∆

. (4)

Значение безразмерного ко эффициента n определяется по

формулам (5)–(7) в зависимости от параметра VМ, вычисляемого

по формуле (8).

При

n3,0VM ≤

n = 3; (5)

при

2VMn3,0 ≤≤

)V36,4)(3,0V(3n

−−−=

; (6)

при VМ > 2 n = 1, (7)

где

65,0V

∆

. (8)

Максим альная приземная концентрация вредных веществ СМ

при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на

оси факела выбро са (по направлению среднего ветра за рассмат-

риваемый период) на расстоянии ХМ (м) от источника выброса.

Величина ХМ определяется по формуле:

dHХ

, (9)

где d— безразмерная величина, определяемая по формулам:

113

при

2VM ≤

)f28,01(V95,4d

;(10)

при MVМ > 2

)f28,01(V7d

.(11)

Когда безразмерный коэффициент

2F ≥

, величина ХМ оп-

ределяется по формуле:

)F5(

−

.(12)

Опасная скорость ветра uМ (м/с) на уровне флюгера (обычно

10 м от земли), при которой имеет место наибольшее значение

приземной концентрации вредных веществ в атмосферном возду-

хе СМ , должна приниматься:

при

5,0VM ≤

uM = 0,5; (13)

при

2VM5,0 ≤≤

uM = VM; (14)

при VM > 2

)f12,01(Vu

.(15)

Максимальная приземная концентрация вредного вещества

СMи (мг/м

) при неблагоприятных метеорологических условиях

и скоро сти ветра (м/с), отличающейся от опасной скорости вет-

ра uM, должна определяться по формуле:

MMu

rCC

,(16)

где r — безразмерная величина, определяемая в зависимости от

соотношения и/иМ по формулам:

при

≤

34,1

67,1

67,0r













−

























;(17)

при













−













.(18)

114

Расстояние от источника выброса ХМu (м), на котором при

скорости ветра и и неблагоприятных метеорологических услови-

ях приземная концентрация вредных веществ достигает мак сималь-

ного значения СМu (мг/м

), определяется по формуле

MMu

pXX

,(19)

где р — безразмерная величина, определяемая в зависимости от

отношения u/uМ по формулам:

при

25,0

≤

;3p

(20)

при

25,0

≤<

183,0p













−=

(21)

при

.68,0

32,0p













(22)

Значения приземных концентраций вредных веществ С в ат-

мосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от ис-

точника выброса определяются по формуле:

CSС

, (23)

где S1 — безразмерная величина, определяемая при опасной ско-

рости ветра в зависимости от соотношения Х/ХМ по формулам:

при

≤ ;

























−













(24)

при

≤>

13,0

13,1













(25)

При Х/ХМ > 8 и F> 1 величина S1 определяется по формуле

115

120

2,35

58,3













−













(26)

При Х/ХМ > 8 и, F равном 2; 2,5 или 3, величина S1 определяется

по формуле:

8,1747,21,0

−

























(27)

Аналогично определяют ся значения концентраций вредных

веществ на различных расстояниях по оси факела при других зна-

чениях скоростей ветра и неблагоприятных метеорологических

условиях.

Холодные выбросы

Мак сим альная приземная концентрация вредных веществ СМ

для выброса х о лодной газовоздушной смеси из одиночного исто ч-

ника с круг лым устьем при неблаг оприятных метеорологических

условиях на расстоянии ХМ от источника определяется по формуле

AMFn

3/4

(28)

где А — коэффициент, имеющий размерность мг • м1/3/г; n — без-

размерный коэффициент, находится по формулам (5)–(7) в зави-

симости от параметра VM (м/с), вычисляемого по формуле:

;

3,1V

(29)

К — величина (с/м

), определяемая по формуле:

V1,7

(30)

116

Опасная скорость ветра uМ (м/с) при холодных выброс ах

принимается: при

смV

≤

— по формулам (13) и (14), а при

м/с — по формуле

2,2=

Безразмерный коэффициент d определяет ся по формулам:

при

2VM ≤

d = 11,4 VM , (31)

при VM > 2 d = 16.1

. (32)

Далее расчет рассеивания вредных веще ств для холодных

выбросов производится, как для нагретых.

Расчет рассеивания выбросов из группы источников

Приземная концентрация вредного вещества С в любой точ-

ке местности при наличии N источников определяется как сумма

концентраций вредных веществ в этой точке от отдельных источ-

ников

,N21

C...CCC

+++=

(33)

где С1, С2, … СN — концентрации вредных веществ, выбрасыва-

емых 1-м, 2-м и N-ным источником, мг/м

Максим альная суммарная концентрация вредных веществ СМ

от N одиночных источников равной высоты, близко расположен-

ных на площадке друг от друга с одинаковыми диаметрами усть-

ев, одинаковыми скоростями выхода в атмосферу газовоздушной

смеси или ее нагревами, определяется по формуле:

AMFmn

∆

, (34)

где М — суммарное количество вредного вещества, выбрасывае-

мого всеми источниками в атмосферу, г/с; V — суммарный объем

выбрасываемого всеми источниками газовоздушной смеси, м/с,

определяемый по формуле:

.NVV

(35)

Параметр VM находится по формуле:

65,0V

∆

. (36)

117

Здесь С`М — приземная максимальная концентрация вредных

веществ, мг/м

, вычисляемая по форму ле (1) при значениях пара-

метров выброса для одного ствола и количестве вредных веществ

М, г/с, равном сумм арному выбросу вредных веществ из всех ство-

лов; Х`М, и`М — соо тветственно, расстояние, на котором наб люда-

ется м аксимальная концентрация вредных в еществ С`М, и опасная

ск орость ветра иМ, определяемые по формулам (9)–(15) при пара-

метрах выброса для одног о ствола; С``М — приземная концентра-

ция вредных веществ, мг/м

, вычисляемая по форму ле (1), при этом

ко личество вредных веществ М, г/с, равно суммарному выбросу

вредных веществ из всех ств о лов, величина D, м — эффек тивному

диаметру исто чника выброса Dэ, вычисляемо му по формуле:













= (37)

а объем выходящей газовоздушной смеси V1, м

/с, равным эффек-

тивному объему выходящей в атмосферу газовоздушной смеси V1э;

xм, u``м — соответственно расстояние, на к отором наблюдаются

максима льная концентрация вредных веществ см и опасная ско-

рость ветра, определяемые по формулам (19)–(25), при D = Dэ и

V1 = V1э; d1 — безразмерный коэффициент, определяемый по

формуле:

DHd

−

; (38)

где l — среднее расстояние между центрами устьев стволов, м;

D — диаметр устья ствола, м; d

— безразмерный коэффициент,

вычисляемый по выражению:





































17,0f

3,02,0d

(39)

Задание. Произвести расчет рассеивания выбросов из оди-

ночного источника (нагретый и холодный выбросы) и группы ис-

точников. Данные для расчета приведены в таблице.

№ п/п А М F H

∆T

ωo

1 1 3 4 5 6 7 8

1 240 12,4 1 120 100 1,4 0,3

118

По вычисленным данным построить поля концентрации выб-

росов.

Лабораторная работа № 57 (6 часов)

Состав сточных вод

и расчет необходимой степени их очистки

Виды сточных вод и состав загрязнений

Сточные воды подразделяют на бытовые, производственные

и атмосферные (дождевые).

Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, бывают мине-

рального, органического и бактериального происхождения и мо-

гут находиться в растворенном, коллоидном и нерастворенном

состояниях. Степень загрязненно сти сточных вод определяют по

ряду показателей санитарно-химического анализа.

Для оценки работы сооружений механической о чистки основ-

ными показателями являются БПК, ХПК, перманганатная окис-

ляемость, содержание биогенных элементов, реакция среды, тем-

пература.

Под ХПК понимается величина, характеризующая общее со-

держание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окис-

лителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необ ходимым

для окисления всех содержащихся в воде во сстановителей. На

практике окисление пробы сточной воды производится раствором

бихромата калия в серной кислоте. Под БПК подразумевается ко-

личество кислорода (в милиграммах), необходимое для окисления

в аэробных условиях в результате происходящих в воде биологи-

ческих процессов органических веществ, содержащихся в 1 литре

сточной воды. Определение БПК производят на основе анализа

1 1 3 4 5 6 7 8

2 200 25,6 2 80 210 2,2 0,4

3 160 20,3 2,5 160 200 0,9 0,1

4 120 35,1 3 110 130 0,85 0,2

5 240 22,8 1 90 180 1,24 0,3

6 200 32,6 2 98 125 1,6 0,2

7 160 18,8 2,5 56 170 2,1 0,4

8 120 21,5 3 100 220 1,8 0,1

9 240 30,2 1 62 165 0,86 0,2

10 160 18,3 2 70 90 0,94 0,3

119

изменения количества растворенного кислорода с течением вре-

мени. На практике используют пятисуточное биохимическое по-

требление кислорода — БПК5.

Известно, что для одних и тех же сточных вод ХПК вс е гда

больше БПК. При этом, е сли отношение БПК/ХПК>0,5, сточ-

ные воды следует направлять на сооружения биологиче ской

очистки. В противном случае их подвергают физико-химиче-

ской обработке.

Для нормального хода процесса биологической очистки не-

обходимо присутствие в водах биогенных элементов — азота и

фосфора. По СНиП 2.04.03-85 содержание азота и фосфора долж-

но удовлетворять соотношению БПК:N:Р=100:5:1. Для контроля

за ходом процесса очистки в случае необходимости определяют

содержание в воде токсичных веществ, которые не должны превы-

шать предельно допустимых концентраций (ПДК). К таким веще-

ствам относят ртуть, свинец, кадмий, цианиды, ПАВ и др.

Чтобы предотвратить нарушение кислородного режима в во-

доеме в результате сброса очищенных сточных вод, определяют

содержание растворенного кислорода в воде водоема, которое

регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от заг-

рязнения сточными водами».

Количество загрязнений, находящихся в бытовых сто чных во-

дах, по отдельным ингридиентам определяют по табл. 25 СНиП

2.04.03–85. Зная норму водоотве дения q, л/сут, и количество загряз-

нений а, приходящихся на 1 чел/сут, можно вычислить содержание

их в е динице объема ст очных вод, т.е. их концентрацию в мг/л:

Р = а • 1000/q. (1)

В современных городах сточные во ды промышленных пред-

приятий поступают в городскую канализационную сеть, поэтому

в городах воды обычно смешанные — смесь бытовых и производ-

ственных. Концентрацию загрязнений, содержащихся в городс-

ких сточных водах, поступающих на очистные сооружения, опре-

деляют по уравнению:

Рсм =(РбытQбыт+∑РпрQпр) / (Qбыт+ ∑Qпр), (2)

где Рбыт, Qбыт — концент рация загрязнений и расход быто-

вых сточных вод, г/м

; Рпр, Qпр — концентрация загрязнений

и расход производственных сточных вод отдельных предприя-

тий, г/м

120

Лабораторная работа № 58 (4 часа)

Расчет разбавления в реках, озерах и водохранилищах

Для расчета разбавления в средних и больших реках наиболь-

шее распространение получил метод Фролова-Родзиллера. Коэф-

фициент смешения определяют по формуле:

а = (1–е–α

) / {1+(Q/q)e–α

}, (3)

где Q — расх од воды (при 95 %-ной обеспеченности) в створе реки

у мест а выпуска сточных вод, м

/с; q — расход сточных вод, м

/с;

L — длина русла от места выпуска сточных вод до расчетного

створа, м; α — ко эффициент, зависящий от гидравличе ских усло-

вий смешения.

Коэффициент a вычисляют по формуле:

α = ζϕ

, (4)

где ζ — коэффициент, учитывающий место расположения выпус-

ка (для берегового выпуска ζ=1, для руслового ζ=1,5); ϕ — коэф-

фициент извилистости русла, определяемый как отношение дли-

ны русла от выпуска до расчетного створа по фарватеру к

расстоянию между этими сечениями по прямой; Е — коэффици-

ент турбулентной диффузии, который находят по формуле:

Е=vсрНср/200; (5)

где vср — средняя скорость течения воды в реке на участке между

выпуском и расчетным створом, м/с; Нср — средняя глубина реки

на том же участке, м.

Для определения кратности разбавления в расчетных ство-

рах следует применять формулу:

n=(αQ=q)/q. (6)

Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загряз-

нения сто чными водами» расчетным створом называют створ, рас-

положенный на проточных водоемах на 1 км выше по течению от

ближайшего пункта водопользования (водозабор для хозяйствен-

но-питьевого водоснабжения, места купания и организованного

отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных

водоемах и водохранилищах — створы на расстоянии в 1 км в обе

стороны от пункт а водопользования.