Индивидуальные практические работы
Список методических пособий для практических работ.
Практическое задание 1.
Задача.Рассчитать площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ) и оценить экономическую эффективность природоохранных мероприятий по защите атмосферы в пригородной зоне отдыха от загрязнения выбросами промышленного предприятия. Исходные данные приведены в табл. 1 и 2.
Методика решения задачи приведена в методическом пособии [1] в разделе «Внешние ресурсы».
Таблица 1
Влияние систем очистки на количество
выбросов предприятия
| Вариант данных для расчета | Наименование вещества | Масса выброса, т/год | |
| m1, до установки систем очистки | m2, после установки систем очистки | ||
| Аммиак | |||
| Сернистый газ | |||
| Диоксид серы | |||
| Оксид углерода | |||
| Метилмеркоптан | |||
| Оксид азота | |||
| Сероводород | |||
| Диоксид серы | |||
| Никель | 0,77 | ||
| Аммиак | |||
| Цемент | |||
| Диоксид серы | |||
| Цианистый водород | 1,5 | ||
| Диоксид кремния | |||
| Сероводород | |||
| Ацетон | |||
| Диоксид серы | |||
| Соединения свинца | 0,6 | 0,33 | |
| Сероводород | |||
| Метилмеркоптан | |||
| Никель | 1,3 | 0,77 | |
| Оксид углерода | |||
| Цемент | |||
| Оксид азота |
Зона активного загрязнения для организованных источников высотой Н >10 м представляет собой кольцо между окружностями с внутренним и внешним радиусами rвнутр и rвнеш, которые рассчитываются по формулам
rвнутр = 2φ · Н,(1)
rвнеш = 20φ · Н, (2)
где Н – высота источника;
φ – поправка на тепловой подъем факела, которая рассчитывается по формуле
φ = 1+∆t/75,(3)
где ∆t – значение разности температуры выбрасываемой газовоздушной смеси в устье источника и температурой окружающей среды (табл. 2).
Таблица 2
| Параметр | В а р и а н т данных для расчета | |||||||
| Высота источника Н, м | ||||||||
| Температура в устье источника t1,0С | ||||||||
| Скорость оседания загрязнения, см/с | 0,5 | 0,8 | ||||||
| Температура окружающей среды t2,0С | ||||||||
| Скорость ветра на уровне Флюгера И, м/с | - | - | 0,5 | |||||
| Капиталовложения в очистное оборудование, млн р. | ||||||||
| Эксплуатационные расходы, млн р./год | 6,0 |
Пример решения задачи (I типа).
Расчет площади ЗАЗ.
Подставим в формулы значения и проведем вычисления:
– среднегодовое значение разности температур:
∆t = 90 – 10 = 80° С;
– поправка φ на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере:
φ = 1+80/75 = 2,07;
– внутренний радиус ЗАЗ равен
rвнутр = 2 · 2,07 · 70 = 289,8м;
– внешний радиус ЗАЗ равен:
rвнеш =20 · 2,07 · 70 = 2898м;
– площадь внутреннего круга Sвнутр равна
Sвнутр = 
· r2внутр = 3,14 · 289,82 = 263709,8856м2;
– площадь внешнего круга S внеш . равна
S внеш = · r2внеш = 3,14 · 28982 = 26370988,56 м2;
площадь зоны активного загрязнения равна
S ЗАЗ = 26370988,56 – 263709,8856 = 26107278,6744м2 = 26,1км2.
Ответ:Площадь зоны активного загрязнения составляет 26,1 км2.
2. Расчет экономической эффективности мероприятий по защите атмосферы
Определяем экономическую эффективность природоохранных мероприятий по формуле:
Е = (Э – З – С) / К, (4)
где С – дополнительные эксплуатационные расходы, р./год;
К – единовременные капитальные вложения, р./год.
3 – приведенные затраты на строительство и внедрение оборудования;
Э – предотвращенный годовой экономический ущерб после проведения атмосферозащитных мероприятий, который определяется как разность между экономическим ущербом (У1) до проведения мероприятий и экономическим ущербом (У2) после их проведения:
Э = У1 – У2 . (5)
Приведенные затраты (З) на строительство рассчитываются по формуле:
З = С + Ен · К, (6)
где Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; принимается равным 0,12.
Расчет годового экономического ущерба в результате загрязнения атмосферы (У1) до проведения защитных мероприятий и (У2) после проведения защитных мероприятий рассчитывается следующим образом:
У1 = γ · f · σ · μ1, (7)
У2 = γ · f · σ · μ2, (8)
где γ– величина удельного ущерба от одной условной тонны выбросов, р./усл. т (γ = 2400 р./усл. т);
f – коэффициент, учитывающий характер и условия рассеивания выброшенных источником примесей;
σ – коэффициент, учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха на территориях с различной плотностью и чувствительностью реципиентов;
μ1, μ2 – суммарная масса выбросов загрязняющих веществ, приведенная к единице токсичности, усл. т/год соответственно; (μ1) до проведения защитных мероприятий и (μ2) после проведения защитных мероприятий.
Значение коэффициента f, учитывающего характер и условия рассеивания примесей, определяется следующим образом:
f = 
, (9)
где H – высота источника, м;
φ – поправка на тепловой подъем факела выбросов в атмосфере (φ = 2,07, рассчитывался ранее по формуле (3);
U – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера,
м/с (дано по условию).
В данном случае скорость оседания газообразных примесей и легких мелкодисперсных частиц находится в пределах от 1 до 20 см/с.
Коэффициент 
, учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха (далее коэффициент относительной опасности загрязнения воздуха) определяем по табл. методического пособия [1]: для центральной части города (по условию)равна 6.
Суммарная масса выбросов загрязняющих веществ, приведенная к единой токсичности, (μ1) до проведения защитных мероприятий и (μ2) после проведения защитных мероприятий, определяется по формуле:
μ1 = 
(10)
μ2 = 
, (11)
где N – общее число примесей, содержащихся в выбросах источника (дано по условию);
Ai – показатель относительной агрессивности i-го вещества, усл. т/т (значение Ai для каждого вещества дано в табл. методического пособия) [];
m1, m2 – масса годового выброса примеси i-го вида в атмосферу, т/год (дано по условию для каждого вещества). m1– до установки систем очистки, m2 – после установки систем очистки.
Рассчитываем:
μ1 = = 40 000 · 4,64 +30 000 · 16,5+30 000 · 16,5= 185 600 + 495 000+ 495 000= 1 175 600 (усл. т/т);
μ2 = 
= 10 000 · 4,64 +10 000 · 16,5+8 000 · 16,5 = 46 400 + 165 000 + 132 000= 343 400 (усл. т/т);
f = = 
;
У1= γ · f · σ · μ1= 2400 · 2,34 · 6 · 1 175 600 = 3 961 301 710.
У2= γ · f · σ · μ2 = 2400 · 2,34 · 6 · 343 400 = 1 157 120 610.
Э = У1 – У2 = 3 961 301 710 – 1 157 120 610 = 2 804 181 100.
З = С + Ен · К = 30 000 000 + 0,12 · 200 000 000 = 230 000 000 р./г).
Вывод:при Е 
Ен (4,2 > 0,12) делаем заключение об эффективности внедрения воздухозащитных мероприятий.
Методическое пособие…
Практическое задание 2.
Задача. Рассчитать массу выбросов вредных веществ в воздух, поступающих от автотранспорта, и количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ и обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды на участке автотрассы.
Методика решения задачи приведена в методическом пособии [2] в разделе «Внешние ресурсы».
Результаты промежуточных расчетов следует оформлять в виде таблиц (см. табл. 2 – 8).
Таблица 1.
| Вариант данных для расчета | Протяженность участка l1, м | Временной интервал, мин |
Пример решения задачи. Рассчитаем количество выбросов вредных веществ в воздух, поступающее от автотранспорта на участке автотрассы, расположенного вблизи института БГУИР (между 2-м и 4-м учебными корпусами), если протяженность участка составляет 1 км, а временной интервал – 20 мин.
1. Определяем количество единиц автотранспорта, проходящего по участку в течение 20 мин. Количество единиц автотранспорта за 1 ч рассчитывают, умножая на 3 исходное количество. Рассчитываем общий путь (L, км), пройденный количеством автомобилей каждого типа за час, по формуле
L = Ni · l, (1)
где Ni – количество автомобилей каждого типа; (i – обозначение типа авто транспорта (i = 1 для легковых автомобилей; i = 2 для грузовых автомобилей; i = 3 для автобусов; i = 4 для дизельных грузовых автомобилей);
l – длина участка, км (по условию равна 1 км).
Данные расчетов по каждому типу автотранспорта заносим в табл. 2.
Таблица 2.
| Тип автотранспорта | Всего за 20 мин, ед. | За час, Ni, ед. | Общий путь за 1 ч, L, км |
| 1. Легковые автомобили | |||
| 2. Грузовой автомобиль | |||
| 3. Автобус | |||
| 4. Дизельный грузовой автомобиль |
Рассчитываем количество топлива (Qi, л), сжигаемого двигателями автомашин, по формуле
Qi = Li · Yi, (2)
где Li – общий путь каждого вида автотранспорта за 1 час;
Yi – удельный расход топлива;
Q1 = 789 · 0,12 = 94,68 л;
Q2 = 9 · 0,31 = 2,79 л;
Q3= 6 · 0,42 = 2,52 л;
Q4= 3 · 0,33 = 0,99 л.
Полученный результат заносим в табл. 3.
Таблица 3.
Количество сожженного топлива каждым видом транспортного средства
| Тип автотранспорта | Li, км | Qi, л |
| 1. Легковой автомобиль | 94,68 | |
| 2. Грузовой автомобиль | 2,79 | |
| 3. Автобус | 2,52 | |
| 4. Дизельный грузовой автомобиль | 0,99 | |
| Всего Σ Q | 100,98 |
Определяем общее количество сожженного топлива каждого вида (Σ Q) при условии использования вида топлива каждым типом автотранспорта в соотношении Nб / Nд (N – количество автомобилей с бензиновым (б) или дизельным (д) двигателем).
Результаты заносим в табл. 4.
Таблица 4.
Количество сожженного бензина и дизельного топлива
| Тип автотранспорта | Тип двигателя, Nб / Nд | Бензин, л | Дизтопливо, л |
| 1. Легковой автомобиль | 600/189 | 72,0 | 22,68 |
| 2. Грузовой автомобиль | 9/0 | 2,79 | - |
| 3. Автобус | 0/6 | - | 2,52 |
| 4. Дизельный грузовой автомобиль | 0/3 | - | 0,99 |
| Всего Σ Qi | 74,79 | 26,19 |
Рассчитываем количество каждого из выделившихся вредных веществ по каждому виду топлива. Результаты заносим в табл. 5.
Таблица 5.
Количество каждого из выделившихся вредных веществ
по каждому виду топлива
| Вид топлива | Σ Qi, л | Количество выделившихся вредных веществ, л | ||
| СО | Углеводороды(С5Н12) | ΝΟ2 | ||
| Бензин | 74,79 | 44,69 | 7,48 | 2,99 |
| Диз. топливо | 26,19 | 2,61 | 0,79 | 1,04 |
| Всего (V) | 47,3 | 8,27 | 4,03 |
Рассчитываеммассу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле
m = 
(3)
где М – молярная масса вещества;
V – количество выделившихся вредных веществ, л.
М (СО) = 12 + 16 = 28;
М (С5Н12) = 5 · 12+1 · 12 = 72;
М (NО2) = 14 + 16 · 2 = 46.
2. Рассчитываемколичество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ и для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды. Результаты заносим в табл. 6.
Таблица 6.
Масса выделившихся вредных веществ в атмосферу из-за работы
автотранспорта
| Вид вещества | Масса, г | Количество воздуха, м3 | ПДК мг/м3 |
| СО | 59,13 | 5,0 | |
| Углеводороды | 26,6 | ||
| NО2 | 8,3 | 0,085 |
Практическое задание 3.
Задача. Рассчитать нормативы допустимых сбросов (ДС) и предельно допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах, сбрасываемых в водотоки рыбохозяйственного использования. Выпуск сточных вод береговой. Исходные данные приведены в табл. 1, 2. Фоновые концентрации принимаются в размере 70 % от ПДК.
Методика решения задачи приведена в методическом пособии [2] в разделе «Внешние ресурсы».
Таблица 1.
| Наименование показателей, мг / дм3 | Вариант данных для расчета | ||||||||||||||
| Расход сточных вод, м3 / с (q) | |||||||||||||||
| 0,005 | 0,006 | 0,006 | 0,007 | 0,008 | 0,007 | 0,002 | 0,004 | ||||||||
| Концентрация загрязняющих веществ в сточных водах, мг / дм3 | |||||||||||||||
| Взвешенные вещества | 7,1 | 7,0 | 8,0 | 8,3 | 8,1 | 7,9 | 7,8 | 6,9 | |||||||
| Сухой остаток | - | - | - | - | |||||||||||
| БПК5 | 4,7 | 4,3 | 4,9 | 4,35 | 4,63 | 4,1 | 3,9 | 4,0 | |||||||
| ХПК | - | - | - | 12,0 | - | 11,5 | - | 11,1 | |||||||
| Азот аммонийный | 0,26 | - | 0,31 | - | 0,32 | - | 0,29 | - | |||||||
| Азот нитритный | 0,06 | - | - | 0,07 | - | - | - | - | |||||||
| Азот нитратный | - | 7,8 | - | - | - | 8,1 | - | 8,0 | |||||||
| Фосфаты | - | - | - | 0,85 | - | - | - | - | |||||||
| Фосфор общий | - | - | 0,2 | - | - | - | 0,17 | - | |||||||
| Хлориды | - | - | - | - | - | - | |||||||||
| Сульфаты | - | 91,0 | - | - | - | 87,0 | - | ||||||||
| Нефтепродукты | - | - | - | 0,05 | - | - | - | - | |||||||
| СПАВ | - | - | - | - | 0,35 | - | - | - | |||||||
| Железо | 0,35 | - | - | - | 0,15 | - | - | ||||||||
| Медь | - | 0,01 | - | - | - | - | 0,012 | - | |||||||
| Цинк | - | - | - | - | 0,012 | - | - | 0,011 | |||||||
| Свинец | - | - | 0,06 | - | - | - | - | - | |||||||
| Хром | - | - | - | - | - | 0,11 | - | - | |||||||
Таблица 2.
Исходные гидрологические данные
| Вариант данных для расчета | Расход воды в русле реки, м3/с (Q) | Средняя глубина Нср, м | Vср, м/с | Коэффициент извилистости (φ) |
| 1,05 | 0,85 | 0,45 | 1,06 | |
| 1,10 | 1,15 | 0,42 | 1,07 | |
| 1,12 | 0,96 | 0,30 | 1,10 | |
| 1,3 | 1,20 | 0,41 | 1,12 | |
| 1,45 | 1,10 | 0,52 | 1,05 | |
| 1,35 | 1,25 | 0,37 | 1,08 | |
| 0,95 | 0,97 | 0,41 | 1,07 |
Пример решения задачи.
Пусть даны следующие гидрологические характеристики реки:
Расход воды в реке 95 % обеспеченности, м3/с 0,256;
Средняя скорость течения реки, м/с 0,25;
Средняя глубина реки,м 0,60;
Расстояние до расчетного створа по фарватеру,м 500;
Вид выпуска сточных вод береговой;
Расчетный расход очищенных сточных вод, м3/с 0,0064.
Исходя из нормативов допустимых концентраций, нормы предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ ПДС (г/ч, т/год) определяются по формуле
ПДС = q · ДК, (1)
где q – расход сбрасываемых сточных вод, м3/ч ;
ДК – расчетная допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг / дм3 или мг / л, рассчитывается по формуле:
ДК = 
·(ПДК – Сф) – ПДК, (2)
где ПДК – предельно–допустимая концентрация загрязняющих веществ в воде водотока, мг / дм3(используются табличные данные в указанном методическом пособии []);
Сф – фоновая концентрация того же загрязняющего вещества в воде водотока выше створа выпуска сточных вод, мг / дм3(см. по условию);
Q и q – расходы воды в водотоке и сбрасываемых сточных водах соответственно, м3 / с;
а – коэффициент смешения сточных вод с водой водотока. Коэффициент а рассчитывается по формуле:
, (3)
где α – коэффициент, учитывающий гидравлические факторы смешения сточных вод с водой водотока, который определяется по формуле
, (4)
где φ– коэффициент извилистости водотока, равный отношению расстояний между выпуском и контрольным створом по фарватеру и по прямой (принимается равным 1);
ξ – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа выпуска (ξ = 1 при береговом и ξ = 1,5 при русловом выпуске);
Е – коэффициент турбулентной диффузии, который определяется по форму Потапова :
Е = VСР · HСР / 200 , (5)
где VСР , м/с и HСР , м – соответственно средняя скорость течения воды и средняя глубина водотока на участке между выпуском сточных вод и контрольным створом (даны по условию).
По формуле (19) определяем коэффициент турбулентной диффузии:
Е = VCP · HCP / 200 = 0,25 · 0,6 / 200 = 0,00075 .
По формуле (18) вычисляем коэффициент учета гидравлических факторов:
Далее по формуле (17) определяем коэффициент:
По формуле (2) для примера рассчитываем допустимую концентрацию по ХПК (ПДК = 30 мг/л – справочная величина, Сф – принимаем 70 % от ПДК:
Допустимый сброс определяем по формуле (1):
, или 78,6 т/г.
Ответ: 78,6 т/год – ДС; 390 мг/л – ДК.
Практическое задание 4.
Задача. Рассчитать степень разбавления сточных вод, необходимую для достижения ПДК для рыбохозяйственного пользования и санитарно-бытовым пользовании, используя следующие данные:
Концентрация сульфата меди (СuSO4) в выпускаемых сточных водах составляет 5 мг/л. ПДК этого соединения для санитарно- бытовых целей – 1 мг/л, ПДК для рыбохозяйственных целей составляет 0,5 мг/л. Содержание сульфата меди в водоеме до выпуска составляет 0,03 мг/л.
Методика решения задачи приведена в методическом пособии [3] в разделе «Внешние ресурсы».
Пример решения задачи.
Для определения степени разбавления (n) сточных вод в водоеме используется формула:
n = (СО– СВ) / (С – СВ) , (1)
где СО – концентрация загрязняющих веществ в выпускаемых сточных водах;
СВ– концентрация загрязняющих веществ в водоеме до выпуска;
С – концентрация загрязняющих веществ в водоеме (ПДК).
Для рыбохозяйственных целей:
n = (5 – 0,03) / (0,5 – 0,03) = 10,57;
Для санитарно-бытовых целей:
n = (5 – 0,03) / (1 – 0,03) = 5,12.
Ответ: степени разбавления (n) сточных вод: для рыбохозяйственных целей – 10,57; для санитарно-бытовых целей – 5,12.
Практическое задание 5.