1. Теоретическое введение

Основным источником загрязнения водоемов являются сточные воды. Неслучайно, к качеству очистки стоков перед сбросом в водоем предъявляются требования по соответствию сразу многим показателям. В частности, к таким показателям относится активная реакции воды водоема на сброс сточных вод в водоем и концентрация взвешенных частиц.

Под активной реакцией воды подразумевается изменение водородного показателя (рН) за счет кислот и щелочей, содержащихся в сточных водах. Санитарными нормами установлен диапазон изменения рН воды водоема в который сбрасываются стоки - 6,5...8,5. Для того, чтобы соблюдалось данное условие необходимо определить количество (концентрацию) кислот и щелочей, содержащихся в сточных водах, которое может быть нейтрализовано водой водоема, куда осуществляется сброс. Данный параметр может либо рассчитываться по специальной методике, либо в качестве приближенного значения может быть найден по номограмме (рис.).

В настоящей лабораторной работе предполагается использовать номограмму, поэтому для нахождения необходимых значений необходимо знать величину рН воды водоема, куда сбрасываются стоки и значение общей щелочности воды. Используя номограмму, от значения рН воды водоема на горизонтальной оси поднимают перпендикуляр до пересечения с двумя кривыми (сплошной и пунктирной), соответствующими определенному значению щелочности воды. От точек пересечения перпендикуляра с данными кривыми проводятся перпендикуляры на вертикальную ось. Перпендикуляр от сплошной кривой показывает какое максимальное количество кислоты, а от пунктирной - щелочи в мл нормального раствора может быть нейтрализовано 1 л воды, при условии, что рН в контрольном створе будет находиться в переделах нормы, т.е. рН=6,5...8,5.

Найденные по номограмме значения (Ск и Сщ) подставляются в соответствующие неравенства, которые позволяют рассчитать максимально допустимое количество кислот и щелочей (С^стк и С^стщ) в мл. нормального раствора с учетом гидрологического режима водоема.

C^CTK<aQCK/q, (1)

С^стщ < aQCnj/q, (2)

где в формулах (1)-(2) а - коэффициент смешивания стоков с водой реки;

Q - расход воды в реке, м7с; q - расход сточных вод м/с.

В случае если данные условия не выполняются, необходимо проводить нейтрализацию сточных вод перед выпуском их в водоем

Другим критерием качества очистки сточных вод является также концентрация взвешенных (нерастворимых) частиц в сточных водах. Повышенные концентрации взвеси в стоках являются негативным фактором, влияющим на качество воды в водоеме, куда осуществляется сброс.

С

_к? Сщ, мл

7 6

5

4

3 2

1

6,75 7,00 7,25 7,50 7,75 8,00 8,25 рН

Рис. Номограмма для определения количества кислот и щелочей в сточных

водах

Качество очистки проверяется по следующему неравенству:

Свз<((аОУ_Ч)+1)Сд+Сф, (3)

где Свз - максимально допустимая концентрация взвешенных частиц в стоках, мг/л;

Сд - допустимое по санитарным нормам увеличение взвешенных частиц в водоеме, мг/л (для водоемов первой категории данный показатель составляет 0,25 для водоемом хозяйственно-питьевого назначения и 0,75 для водоемов коммунально-бытового водопользования);

Сф - значение по взвешенным веществам в воде водоема выше места

сброса, мг/л.

2. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И РЕАКТИВЫ

28. Проба воды из водоема или сточных вод после очистки (250 мл).

29. Фильтровальная бумага (плотные фильтры с синей лентой).

30. Раствор соляной кислоты (0,1 н.).

31. Индикатор метиловый оранжевый.

32. Три конические колбы на 200 мл.

33. Стеклянный стаканчик.

34. Две стеклянные или фарфоровые воронки.

35. Мерный стаканчик на 50 или 100 мл.

36. Фарфоровая ступка.

37. Штатив с бюреткой для титрования.

38. рН-метр.

39. Сушильный шкаф.

40. Весы аналитические торсионные.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Залить в воронку, помещенную в горлышко колбы с предварительно установленным туда бумажным фильтром 150 мл воды для фильтрации.

2. Пока осуществляется фильтрация взвесить на весах с точностью до третьего знака бумажный фильтр.

3. Аналогичным образом как в п. 1 поставить фильтроваться 100 мл воды из

пробы.

41. После заполнения первой колбы 40-50 мл отфильтрованной воды, отлить это количество в стеклянный стаканчик для определения величины рН. Продолжить фильтрацию остального объема воды.

42. Произвести замер величины рН с помощью рН-метра (выполняется под наблюдением лаборанта). Для этого, извлечь электроды из стаканчиков с водой и солевым раствором, промыть их дистиллированной водой, вытереть насухо фильтровальной бумагой, после чего, поместить их в стаканчик с отфильтрованным объемом воды и снять показания с прибора. В качестве окончательных следует считать те значения, которые не изменяются в течение 1-2 минут. После снятия замеров, промыть электроды дистиллированной водой и установить их

43. После завершения фильтрации во второй колбе, осторожно, не раскрывая, извлечь из воронки бумажный фильтр, сложить его и поместить в фарфоровую ступку. Ступку с фильтром поместить в сушильный шкаф на 15 минут (сушит при температуре 85-95 °С).

44. Пока осуществляется сушка фильтра, из первой и второй колб залить при помощи мерного стаканчика 100 мл отфильтрованной воды и осуществить титрование. Для этого залить отмеренный объем воды в колбу и добавить в него индикатор (метиловый оранжевый). Добавление проводить по каплям, перемешивая раствор после добавления новой порции индикатора. Добавление производить до тех пор, пока раствор не приобретет желтую окраску. В полученный раствор по каплям добавлять из бюретки, закрепленной на штативе 0,1 н. раствор соляной кислоты, перемешивая содержимое колбы после каждой капли титра. Титрование производить до тех пор, пока окраска в колбе из желтой не перейдет в золотисто-розовую (смотреть на белом фоне). Момент перехода, обозначает завершение титрования. Определить по шкале на бюретке количество кислоты, пошедшей на титрование. Рассчитать величину щелочности воды по формуле:

Щ=0,9У, (4)

где V - объем кислоты (мл), пошедшей на титрование 100 мл воды.

8. Высушенный фильтр оставить на воздухе на 15-20 минут, после чего взвесить его. Определить концентрацию взвешенных частиц в воде (разница массы фильтра до фильтрации и после фильтрации и сушки отнесенная к объему фильтрата) в мг/л.

4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

45. С помощью номограммы (приведена в разделе 1) и неравенств (1)-(2) определить разрешенное для сброса количество кислот и щелочей в водоем (гидрологические показатели водоема и объемов сброса выдаются преподавателем). На основании данных, выданных преподавателем, или результатов, полученных другой бригадой по результатам исследования сточных вод,¹ сделать вывод о необходимости дополнительной очистки (нейтрализации) сточных вод. Результаты расчета и заключение отразить в выводах к работе.

46. Рассчитать по приведенной выше формуле допустимую концентрацию взвешенных частиц в воде. На основании данных, выданных преподавателем или результатов исследований, полученных другой бригадой сделать заключение о необходимости дополнительной доочистки сточных вод. Результаты расчета и заключение отразить в выводе.

Бригада, выполняющая анализ сточных вод, для расчетов и выводов обмениваются данными с другой бригадой, проводившей анализ показателей воды в реке (водоеме).

КОВРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра БЖД

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ ЭКОЛОГИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 7 Контроль и мониторинг атмосферы в населенном пункте с помощью компьютерного

тренажера "Воздух-2"

Составил доцент кафедры БЖД Вахромеев И.В.

Ковров 2004

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших направлений в области охраны окружающей среды является мониторинг атмосферы. Наблюдение и прогнозирование состояния воздушной среды проводится, в первую очередь в местах, где имеет место повышенный фон загрязнения или присутствуют источники выбросов, например в населенных пунктах или на промышленных объектах.

Атмосферный мониторинг осуществляется с помощью системы станций и постов контроля за состоянием воздуха. Данные элементы системы мониторинга собирают и обрабатывают первичную информацию о состоянии атмосферы, процессах, происходящих в ней и передают ее в аналитические центры. Последние проводят окончательную обработку информации, оценивают существующую ситуацию и составляют прогнозы состояния атмосферного воздуха.

Моделирование деятельности небольшой сети атмосферного мониторинга в населенном пункте можно осуществить с помощью имитационной компьютерной программы "Воздух-2". Данная программа предоставляет возможность с имитировать управление системой наблюдение за качеством воздуха в городе, насыщенном промышленными предприятиями. В задачу диспетчера входит сбор информации о состоянии воздуха с помощью стационарных и передвижных станций контроля (соответственно ССК и ПСК), предупреждение и выявление аварийный ситуаций на производствах, связанных с выбросами загрязнителей в атмосферу, составление краткосрочных прогнозов о качестве воздуха в городе. По итогам работы за определенный период времени программа выставляет диспетчеру оценку качества исполняемых им обязанностей.

Краткие сведения о программе "Воздух-2" и ее интерфейсе

Программа "Воздух-2" связана с перспективными системами слежения за качеством городского атмосферного воздуха.

Работа диспетчера-эколога городского центра в описанной перспективной системе требует определенных навыков, опыта взаимодействия с системой. Приобрести такой опыт можно с помощью компьютерного имитатора-тренажера "Воздух-2".

Запуск программы позволяет диспетчеру городского центра (его функции выполняет обучаемый) познакомиться со своими обязанностями диспетчера-эколога, с картой-схемой города, с расположением предприятий-загрязнителей воздуха и станций контроля.

В распоряжении диспетчера следующие возможности.

ЭВМ с банком данных и банком моделей. В банке данных хранятся во-первых, всевозможные сведения (постоянная часть), во-вторых, результаты всех замеров, произведенных стационарными и передвижными станциями, запрошенные метеоданные (переменная часть). В банке моделей есть программа построения поля концентраций по заданным выбросам предприятий, программа интерполяции загрязнения по известным результатам замеров, программа поиска виновника повышенного выброса, программа расчета прогноза качества воздуха, программа работы с банком данных.

Для использования указанных возможностей программой предоставляются следующие команды (пункты "меню").

"Сервис" - возможность обратиться к любой из этих моделей.

"Справка" позволяет получить из банка данных такую информацию, как паспортные данные источников загрязнения, ПДК ингредиентов, состояние (исправно-неисправно) станции наблюдения, местонахождение передвижных лабораторий и ремонтной бригады,текущие метеоусловия, а также инструкцию диспетчеру.

"Метео" - возможность связаться с метеоцентром и получить прогноз метеоданных на определенный час текущего дня или на несколько суток вперед. Диспетчер может считать, что полученные данные заносятся в банк данных (если же запроса метеоданных не было, то не может выполниться сервисная программа).

"ССК" - возможность получения значений концентрации загрязняющих веществ по замерам проб воздуха в точках расположения стационарных станций контроля (по желанию можно получить сведения от одной станции или всех сразу, в абсолютном выражении или в процентах к ПДК).

"ПСК" - возможность использования передвижных лабораторий для взятия проб воздуха в какой-либо точке города или для анализа выбросов предприятия. Обучающийся должен учесть два обстоятельства. Первое - для передвижения станции и анализов станции нужно время, поэтому анализ будет проведен позже того момента, когда выдана команда на выезд станции. Второе - передвижная лаборатория будет допущена на территорию предприятия только после телефонной связи диспетчера-эколога с руководством предприятия.

"Ремонт"- возможность командировки ремонтной бригады на неисправную стационарную станцию контроля (но не предприятия, работающего в аварийном режиме!). Диспетчер должен понимать, что в его распоряжении немного анализаторов воздуха, находящихся на станциях (всего четыре). Выход из строя даже одной из них существенно уменьшает объем поступающей информации. Поэтому очень важно как можно быстрее обнаружить и исправить неисправную станцию.

"Связь" позволяет установить связь с одним из предприятий города. Установив связь, диспетчер либо запрашивает о наличии повышенных выбросов (аварийно сроке ликвидации аварии, либо дает команду о переходе на ослабленный режим работы ( в связи с неблагоприятной метеообстановкой), сообщает о приезде передвижной лаборатории. Диспетчеру следует понимать, что ответ руководства предприятия иногда может отличаться от реальности.

"Перерыв"- возможность предусмотрена на случай, когда обстановка в городе сложилась весьма благополучно и прогноз не грозит ее ухудшить. В этом случае диспетчер может отдохнуть, сделав перерыв до некоторого часа.

Пункт меню "СЭС"- это уже не возможность диспетчера-эколога, а его обязанность. В конце рабочего дня он должен составить справку для санитарно-эпидемиологической станции, поэтому входить в этот пункт меню необходимо только в конце рабочего дня (после 19 часов).

Рабочий день диспетчера-эколога начинается в 7.00. В течение рабочего дня он руководит своими службами (использует свои возможности). Каждое обращение к службе требует определенного времени. Текущее время дня всегда на экране. Основная задача диспетчера - получить как можно больше информации о загрязненности воздушного бассейна. Эта информация должна быть представлена в справке для СЭС в виде пяти пунктов.

1. Районы города, в которых прошедшей ночью наблюдалось превышение ПДК хотя бы по одному ингредиенту (весь город разбит на 6 районов-квадратов).

2. Район, в котором днем наблюдалась наихудшая экологическая обстановка.

47. Тот ингредиент, загрязненность которым была наибольшей в течение дня в указанном ранее квадрате.

48. Характер деятельности предприятий (особое внимание диспетчер должен уделять тем из них, на которых возникли или продолжались аварийные выбрось: ­просмотр диспетчером такого случая значительно уменьшает его оценку). По каждому предприятию диспетчер должен указать одну из четырех возможностей:предприятие работает в пределах ПДВ, на нем возникла авария, на нем авария продолжалась, на нем авария ликвидирована.

5. Прогноз экологической обстановки на очередные сутки.

ЭВМ оценивает каждый ответ процентом от максимально возможного значения, а также суммарно все ответы. По окончании представления справки диспетчер может начать новый рабочий день, а ЭВМ будет оценивать его деятельность суммарно по всем дням.

Следует иметь в виду, что с каждым новым днем (или при управлении разными игроками) моделируемая машиной ситуация меняется, т.е. новые метеоусловия, новые отклонения от паспортных данных у предприятий, новые неисправности на стационарных станциях и т.д. Предсказать заранее эти ситуации невозможно, поскольку в программе используются генератор случайных чисел.

Таким образом, основная задача имитатора - освоить управление имеющимися средствами для наиболее полного описания качества воздушного бассейна и деятельности предприятий города.

При работе с программой "мышь не используется". Для ввода команд и управления тренажером используются клавиша "Enter", "Esc", "<—", "t", "—»", 'Ф'.

Цель работы. Познакомиться с организацией системы наблюдения и контроля состояния воздушной среды на примере имитационной компьютерной программы "Воздух-2". Овладеть простейшими навыками контроля и создания прогнозов качества атмосферы на основе имеющегося банка данных.

Оборудование, материалы и реактивы. Персональная ЭВМ с установленной программой "Воздух-2", ручка или карандаш, бумага.

Порядок выполнения работы

При осуществлении контроля воздуха в имитационной программе "Воздух-2" рекомендуется придерживаться следующего алгоритма действий.

49. Познакомиться при помощи данных методических указаний с особенностями и интерфейсом программы (см. теоретическое введение).

50. Запустить программу (файл "Nextair.exe) и нажатием клавиши "Enter" или "пробел" просмотреть справочную информацию. После этого нажатием клавиша "Esc" войти в основное меню программы с картой-схемой города.

51. Познакомиться на плане с расположением источников загрязнения (предприятий), режимом их работы (информация справа от плана города), расположением стационарных станций контроля (ССК) и системой разбивки города на квадраты. Зарисовать данный план, который должен войти в отчет по данной лабораторной работе.

52. В самом начале рабочего дня (в 7.00 часов) войти в пункты меню "Сервис'У'Работа с банком данных'У'Замеры ССК" и "Сервис'У'Работа с банком данных'У'Определение источника имеющего повышенный выброс", где получить сведения о состоянии воздуха ночью (например, в 3.00-4.00) и наличии аварийных выбросов на предприятиях. Всю полученную информацию занести в рабочую таблилу. | см. пример оформления таблицы.). Если какая-либо из ССК на момент заступления диспетчера на свой пост окажется неисправной, необходимо послать на эту сталддэ: ремонтную бригаду "Ремонт"/"Номер ССК" (возможны аварии на нескольких ССК ■

этом случае в те квадраты, где они не работают можно отправить передвижные станции контроля - ПСК ("ПСК/"В город для взятия проб воздуха").

В случае наличия аварийных выбросов на одном или нескольких предприятиях, туда необходимо направить ПСК ("ПСК/"На предприятие для анализа выбросов") и уведомить администрацию предприятия об этом {"Связь"/"Передать сообщение"/"К вам направлена ПСК..."). С помощью этого же пункта ("Связь"/"Получить справку"/...) по данному предприятию необходимо получить информацию об аварии и сроках ее устранения (.../"Справка 1", "Справка 2").

Следует иметь в виду, что данные от ПСК начнут поступать через несколько часов (системное время в данной программе), после получения ими задачи. Аналогичным образом ремонт ССК может продолжаться также длительное время.

Если ситуация ночью и утром нормальная, то основной задачей диспетчера будет сбор информации о состоянии воздуха в городе ("ССК"/" "Всех станций"/"Полная числовая информация") и отсутствии или наличии аварийный выбросов (' 'Сервис' '/"Работа с банком данных"/" Определение источника имеющего повышенный выброс"). Полученные данные (не реже одного раза в час заносятся в рабочую таблицу).

5. В ходе рабочего дня на основании запросов о наличии источников имеющих выбросы рекомендуется на предприятия, где возможны повышенные выбросы, посылать предупреждения ("Связь"/"Передать сообщение"/"Примете меры..."). Сведения о количественных показателях выбросов на предприятиях при авариях могут дать только замеры ПСК. Чтобы получить информацию (она появляется только через несколько часов после начала замеров ПСК) необходимо обратиться к меню "Сервис''/"Работа с банком данных"/"Замеры ПСК". В запросе указывается время, на которое необходимо получит сведения (но не более, чем текущее значение), время ; :та:-:азливается при помощи клавиш "t", "-»", "4Л

6. После 19.00 рекомендуется сделать прогноз о состоянии воздуха на следующие сутки. Для этого необходимо получить прогноз на ближайшее время: "Метео"/"На 15 часов следующего дня". После чего необходимо воспользоваться меню "Сервис"/"Построение поля загрязнения по известным выбросам"/..У "Прогноз на завтра"/... (в меню лучше выбирать для прогноза всю территорию города, а не отдельные районы). Если аварийный выбросов нет, то надо выбрать пункт "У всех источников выбросы паспортные". Если есть аварийные выбросы выбрать пункт "Паспортные выбросы Вы сейчас измените" (далее у аварийных предприятий изменить величины объемов выбросов в количество раз превышения нормативов ПДВ). Кроме этого, можно, также, спрогнозировать концентрации загрязнителей в какой либо точке города (для этого также необходимо предварительно получит прогноз метеоданных): "Сервис"/"Интерполяция загрязнений по контрольным замерам"/.... Можно также получить прогноз качества воздуха на текущий или будущий день ("Сервис"/"Расчет прогноза качества воздуха"). Полученная информация может оказаться полезной для заполнения формы запросов, предлагаемой программой в конце рабочего дня.

Все полученные данные заносятся в рабочую таблицу.

53. Местонахождение ПСК, ремонтной бригады, а также состояние ССК можно получить, воспользовавшись меню "Справка".

54. В 20.00 программа предоставит возможность заполнить форму из 5-ти блоков вопросов. Для правильных ответов необходимо воспользоваться составленной за день рабочей таблицей, зарисованной карто-схемой города и таблицей значений ПДК

"Справка"/"Значения ПДК ингредиентов"). При ответах на вопросы важно не ■гчпибиться с выбором нужного пункта, поскольку программа не предусматривает исправление ошибочно выбранных ответов!

Каждый вопрос и ответы на него заносятся в рабочую таблицу.

55. По итогам ответов на запросы программа выставляет оценку (в %). Удовлетворительной является оценка выше 75%.

56. После получения оценки продолжить работу с тренажером, осуществив контроль на вторые и третьи сутки (02.06 и 03.06). По итогам работы в течение трех суток выставляется окончательная оценка.

По заданию преподавателя может выполняться имитация работы диспетчера-эколога только в течение одних суток.

11. В качестве выводов построить графики изменения концентрации по каждому загрязнителю за весь период работы диспетчера-эколога (трое или одни сутки). Графики совместить в одной системе координат в виде зависимости концентрации от времени.

В выводах привести также данные о происходивших аварийных выбросах в виде графиков зависимости мощности выбросов (в долях ПДВ) от времени.

Требования к оформлению отчета

Отчет должен содержать в разделе "Экспериментальные данные и результаты" заполненную рабочую таблицу с отчетом о действиях диспетчера и получаемой информации, вопросах, задаваемых программой (в конце рабочего дня) и ответах на них, а также выставленных программой оценках.

Раздел "Выводы" оформляется в соответствии с требованиями, изложенными

в

1

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Время	Действия диспетчера	Данные о состоянии воздуха и объектов в городе
7.00	Запрос о состоянии воздуха ночью текущих суток	Во всех квадратах превышений ПДК нет
7.10	Запрос об авариях на предприятиях ночью текущих суток	Аварий не было
7.30	Запрос ССК	Превышений ПДК нет

ыше.

4

2 3

Время, ч

			1
			I	I
	1 1	1 I
			г

Доли ПДВ

,3 ПДВ

Предприятие 7 t

11 13 15 17

Время, ч

Примеры Оформления графиков зависимости концентрации загрязнителей от времени (слева) и зависимости превышения ПДВ при авариях на предприятиях от

времени (справа)

Приложение 1

Перечень сокращений, использованных в методических указаниях

ПДКп (мг/кг)	предельно-допустимая концентрация вещества в почве
одк	ориентировочно-допустимая концентрация
ПДКв (мг/л)	предельно-допустимая концентрация вещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования
ОДУ	ориентировочно-допустимый уровень
ОБУВ	ориентировочный безопасный уровень воздействия
ПДКр.х.(мг/л)	предельно-допустимая концентрация вещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения
ПДКс.с. (мг/м3)	предельно-допустимая концентрация вещества среднесуточная в атмосферном воздухе населенных мест
ПДКм.р. (мг/м3)	предельно-допустимая концентрация вещества максимально разовая в воздухе населенных мест
ПДКр.з. (мг/м3)	предельно-допустимая концентрация вещества в воздухе рабочей зоны
LD5o (мг/кг)	средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном пероральном введении в унифицированных условиях
LC50 (мг/м3)	средняя смертельная концентрация вещества, вызывающая гибель 50% подопытных
S (мг/л)	растворимость компонента отхода (вещества) в воде при 20°С

Приложение 2

Значения предельно допустимых концентраций некоторых элементов и веществ в