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):

ПДК_р.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;

ПДК_м.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;

ПДК_с.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 C_М (мг/м³) при выбросе газовоздушной смеси из источника, которое достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м (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 t_г, и температурой окружающего атмосферного воздуха t_в, С; V_i, – расход газовоздушной смеси, м³/с; С_ф – фоновая концентрация вещества, мг/м³.

2. Объем газовоздушной смеси V_i (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 = D_э (м) и V_i = V_iэ (м³/с).

Эффективный диаметр устья D_э (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 C_М (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 C_М (мг/м³) рассчитывают по формуле:

, (1.17)

где – безразмерный параметр:

при и ;

при и .

10. Расстояние Х_M, (м) от источника, на котором при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальное значение приземной концентрации вредного вещества C_М (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 C_Ф – фоновая концентрация вредного вещества, мг/м³ из которой исключен вклад рассматриваемого предприятия, С_Ф = 0,3 ПДК_м.р.; ПДК_м.р. – предельно допустимая максимально разовая концентрация (мг/м³), определяемая из справочника.