МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Методичні вказівки до практичних занять

з дисципліни «Основи екології»

для студентів усіх спеціальностей

Дніпропетровськ

НМетАУ

2009

Практическое занятие № 1 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПСНОСТИ СМЕСИ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ

Предприятие выбрасывает в атмосферный воздух смесь газов, содержащую вещества Х и Y. Для каждого из загрязняющего вещества определена концентрация С_Х и С_Y, а также установлены ПДК. Определить, является ли смесь опасной?

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

вариант	Х	Y	СХ	СY
1	SО2	СО	0,4	0,5
2	HCl	Cl	1,0	0,2
3	NH3	ацетон	0,2	0,35
4	метанол	этанол	1,0	5,0
5	Н2S	SО2	0,008	0,5
6	бензпирен	нитробензол	0,0001	0,03
7	ацетон	фенол	0,3	0,01
8	СО	SО2	3,0	1,0
9	HCl	Cl	0,15	0,1
10	NH3	ацетон	0,03	0,3
11	метанол	этанол	1,0	4,0
12	Н2S	SО2	0,006	0,5
13	бензпирен	нитробензол	0,0001	0,06
14	ацетон	фенол	0,1	0,05
15	СО	SО2	2,0	0,03
16	HCl	Cl	0,25	0,1
17	NH3	ацетон	0,02	0,25
18	метанол	этанол	1,5	3,0
19	Н2S	SО2	0,008	0,6
20	бензпирен	нитробензол	0,0001	0,07
21	СО	SО2	1,5	0,3
22	HCl	Cl	0,3	0,1
23	NH3	ацетон	0,3	0,3
24	метанол	этанол	0,9	3,0

Вещество	ПДК, мг/м3	Вещество	ПДК, мг/м3	Вещество	ПДК, мг/м3
Аммиак NH3	0,2	Нитробензол	0,008	СО	3,0
Ацетон	0,35	SО2	0,5	фенол	0,01
Бензпирен	0,0001	Н2S	0,008	Этанол	5,0
Метанол	1,0	HCl	0,2	хлор	0,1

Если несколько различных загрязняющих веществ, обладающие сходным токсичным действием на организм человека, суммируют концентрацию веществ смеси. Это явление называется эффектом суммации вредного воздействия, и его необходимо учитывать при нормировании как содержания, так и поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. Эффект суммации проявляют: фенол и ацетон, озон, диоксид азота и формальдегид; аммиак и диоксиды серы и азота.

,

где С₁, С₂, С₃, …, С_п – это концентрации вредных веществ, обладающих эффектом суммации; ПДК₁, ПДК₂, ПДК₃, …, ПДК_п – соответствующие им предельно допустимые концентрации.

Приведенная формула означает, что сумма отношений концентраций вредных веществ, склонных к эффекту суммации, к соответствующим им ПДК не должна превышать единицы.

ПРИМЕР 1

Предприятие выбрасывает в атмосферный воздух смесь газов, содержащую вещества Х- ацетон и Y- фенол. Для каждого из загрязняющего вещества определена концентрация С_х = 0,35 мг/м³ и С_Y = 0,1 мг/м³, а также установлены ПДК(ацетон) = 0,35 мг/м³ и ПДК(фенол) = 0,01 35 мг/м³. Определить, является ли смесь опасной?

Подставляем в формулу: > 1, смесь опасна.

Ответ: т.к. неравенство не выполняется, то выбрасывать ацетон и фенол с данной концентрацией в атмосферу запрещено.

Практическое занятие № 2 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПДК

Определить ПДК максимально разовую и среднесуточную по результатам органолептических исследований, если порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц составляет Х₁,мг/м³.

Ю.А. Кротовым предложена формула для определения максимальной разовой ПДК по порогу обонятельного ощущения:

lg ПДК_м.р. = 0,96 lg x₁ - 0.51,

где х₁ – порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц, мг/м³.

Предельно допустимую среднесуточную концентрацию также можно определить по аналогичному порогу:

lg ПДК_с.с = 0,86 lg x₁ – 0.79.

Полученные расчетным путем значения ПДК достаточно близко совпадают с полученными экспериментально, но дальнейшие проверки необходимы. Поэтому установленные расчетным путем нормативы рассматриваются в качестве ВДК (ОБУВ).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Вариант	Вещество	Х1,мг/м³
1	А	13
2	Н	85
3	Б	0,9
4	П	2
5	В	0,3
6	Р	0,01
7	Г	12
8	С	200
9	Д	4,5
10	Т	8,7
11	Е	10
12	У	8,5
13	Ж	0,6
14	Ф	0,2
15	З	0,3
16	Х	0, 1
17	И	1,2
18	Ч	20,0
19	К	0,5
20	Ш	0,7
21	Л	1,3
22	Щ	5,0
23	М	0,55
24	Ю	9,0

ПРИМЕР 2:

Определить ПДК максимально разовую и среднесуточную для вещества Я по результатам органолептических исследований, если порог обонятельного ощущения у наиболее чувствительных лиц составляет Х₁= 900мг/м³.

lg ПДК_м.р. = 0,96 lg x₁ - 0.51= 0,96 lg 900 - 0.51= 1,26;

ПДК_м.р. = 10^1,26 = 18,3 мг/м³.

lg ПДК_с.с = 0,86 lg x₁ – 0.79= 0,86 lg 900 – 0.79 =1,75;

ПДК_с.с = 10^1,75 = 56,3 мг/м³.

Ответ: на основании расчетов для вещества Я были получены ПДК_м.р. = 18,3 мг/м³, ПДК_с.с = 56,3 мг/м³.

Практическое занятие № 3 – ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРИЗЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

В атмосферу выбрасывается 1000г/с отходящих газов, которые содержат 7 % вещества Х и 0,3 % вещества Y. Определите максимальное значение приземной концентрации этих загрязнителей при неблагоприятных метеорологических условиях, если предприятие расположено в данном пункте и имеет дымовую трубу высотой Н, м и диаметром D, м. Температура отходящих газов и воздуха в населенном пункте соответственно Т_г и Т_в, ⁰С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м³ в час.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

вариант	Х	Y	Город	Н, м	D,м	Тг, 0С	Тв, 0С
1	SО2	СО	Симферополь	10	6	120	37
2	HCl	Cl	Львов	20	10	28,4	28
3	NH3	ацетон	Николаев	30	12	35,5	35
4	метанол	этанол	Житомир	40	8	125	25
5	Н2S	SО2	Донецк	50	5	25,4	25
6	бензпирен	нитробензол	Ровны	15	11	80	25
7	ацетон	фенол	Барнаул	25	15	23,2	23
8	СО	SО2	Кривой Рог	35	9	150	27
9	HCl	Cl	Луцк	45	6	26,6	26
10	NH3	ацетон	Одесса	55	7	28,1	28
11	метанол	этанол	Киев	60	6	145	26
12	Н2S	SО2	Ужгород	65	10	140	23
13	бензпирен	нитробензол	Полтава	12	12	24,3	24
14	ацетон	фенол	Омск	22	8	21,3	21
15	СО	SО2	Ивано-Франковск	32	5	135	22
16	HCl	Cl	Харьков	42	11	24,3	24
17	NH3	ацетон	Хмельницкий	52	15	90	25
18	метанол	этанол	Чернигов	62	9	27,6	27
19	Н2S	SО2	Винницы	17	6	132	27
20	бензпирен	нитробензол	Черкассы	27	7	25,4	25
21	СО	SО2	Новосибирск	37	10	155	21
22	HCl	Cl	Днепропетровск	47	12	110	28
23	NH3	ацетон	Иркутск	57	8	22,1	22
24	метанол	этанол	Кременчуг	60	5	26,6	26

Наибольшая концентрация каждого вредного вещества С_м в приземном слое атмосферы не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации данного вредного вещества (Х и Y) в атмосферном воздухе: С_м ≤ ПДК_{макс. раз.}

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ С_м при выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника выброса с круглым устьем (трубы) при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Х_м, м от источника определяется по формуле:

,

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (табл. 1);

М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания частиц вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей он равен 1; для пыли и золы – от 2 до 3);

Н – высота источника выброса над уровнем земли, м;

η – безразмерный коэффициент, зависящий от рельефа местности, η = 1;

ΔТ – разница температур отходящих газов Т_г и окружающего атмосферного воздуха Т_в;

m и n – расчетные коэффициенты;

V₁ – расход отходящих газов, м³/с, который определяется по формуле:

,

где D – диаметр устья источника выбросов, м;

ω₀ – средняя скорость отходящих газов, м/с.

Таблица 1

Географический район	Значение А
Симферополь, Николаев, Донецк, Кривой Рог, Одесса, Ужгород, Ивано-Франковск, Хмельницкий, Винница, Днепропетровск, Кременчуг Львов, Житомир, Ровны, Луцк, Киев, Полтава, Харьков, Чернигов, Черкассы Барнаул, Омск, Новосибирск, Иркутск	200 180 160

Значение коэффициентов m и n зависят от параметров f и V_m, V_m^′, f_е:

Коэффициент m определяют в зависимости от f по формулам:

при f < 100;

при f ≥ 100.

При f_е < f < 100 коэффициент m определяют при f_е = f.

Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от V_m по формулам:

n = 1 при V_m ≥ 2;

n = 0,532 V_m² – 2,13 V_m + 3,13 при 0,5 ≤ V_m < 2;

n = 4,4 V_m при V_m < 0,5.

При f ≥ 100 значение коэффициента n определяют при V_m = V_m′.

ПРИМЕР 3

В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% СО и 0,3% SО₂. Определите максимальное значение приземной концентрации этих загрязнителей при неблагоприятных метеорологических условиях, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 120⁰С и воздуха 35⁰С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м³ в час.

Так как предприятие находится в Киевской области А = 180, коэффициент η = 1, а принимаем равным 1,

ΔТ = 120-35 = 850С

V₁ = 10000м³/час = 2,8 м³/с; м/с;

Определяем значение параметров f и V_m, V_m^′, f_е:

Так как f_е < f < 100 коэффициент m определяем при f = f_е,

f_е < 100 .

Коэффициент n определяем, учитывая что f < 100:

0,5 ≤ Vm < 2 n = 0,532·0,872 – 2,13 ·0,87+ 3,13=1,68

Делаем расчет максимальной концентрации каждого вредного вещества С_м в приземном слое атмосферы.

В состав газовоздушной смеси входят два вредных компонента Х и Y, их массу можно определить следующим образом:

Т.е масса М(SО₂) = 70г/с, а М(СО) = 3 г/с.

Ответ: из расчета видно, что приземные концентрации и = 0,02 мг/м³ соответствуют нормативным значениям.

Практическое занятие № 4 – расчет расстояния, на котором концентрация загрязняющего вещества достигнет максимального значения

В атмосферу выбрасывается 1000г/с отходящих газов, которые содержат 7 % вещества Х и 0,3 % вещества Y. Определите расстояние от источника выбросов Х_м, где значение концентрации вредных веществ достигает значения С_м, если предприятие имеет дымовую трубу высотой Н, м и температуры отходящих газов и воздуха в населенном пункте соответственно Т_г и Т_в, ⁰С. Использовать значения из задачи № 3.

Максимальная приземная концентрация вредных веществ С_м при неблагоприятных метеорологических условиях достигается на расстоянии Х_м, м от источника выброса в зависимости от высоты трубы:

,

где безразмерный коэффициент α при f < 100 вычисляют по формулам:

α = 2,48(1 + 0,28 ) при V_m ≤ 0,5;

α = 4,95 V_m (1 + 0,28 ) при 0,5 < V_m < 2;

α = 7 ·(1 + 0,28 ) при V_m ≥ 2.

Если f > 100 или ΔТ ≈ 0, значение α определяют по формулам:

α = 5,7 при V_m′ ≤ 0,5;

α = 11,4 V_m′ при 0,5 < V_m′ < 2;

α = 16 при V_m′ ≥ 2.

ПРИМЕР 4.1

Определяем безразмерный коэффициент α, используя данные рассчитанные в задаче № 3:

и

при f < 100 и 0,5 ≤ Vm < 2, α = 4,95· 0,87 (1 + 0,28 )= 8,42, значит м.

Ответ: расстояние, на котором концентрация вредных веществ в воздухе достигнет максимума Х_М = 842 м.

ПРИМЕР 4.2 (если ΔТ ≈ 0)

Определяем безразмерный коэффициент α, используя данные рассчитанные в задаче № 3:

Так как предприятие находится в Киевской области А = 180, коэффициент η = 1, а принимаем равным 1,

ΔΤ = 35,4 – 35 = 0,4⁰С.

V₁ = 10000м³/час = 2,8 м³/с; м/с;

Определяем значение параметров f и V_m, V_m^′, f_е:

Так как f_е < f < 100 коэффициент m определяем при f = f_е,

f_е < 100 .

Коэффициент n определяем, учитывая что f < 100:

Vm < 0,5 n = 4,4·0,15 = 0,66

Делаем расчет максимальной концентрации каждого вредного вещества С_м в приземном слое атмосферы.

В состав газовоздушной смеси входят два вредных компонента Х и Y, их массу можно определить следующим образом:

Т.е масса М(SО₂) = 70г/с, а М(СО) = 3 г/с.

Определяем безразмерный коэффициент α:

при ΔТ ≈ 0 Vm′ ≤ 0,5, α = 5,7, значит м.

Ответ: расстояние, на котором концентрация вредных веществ в воздухе достигнет максимума Х_М = 570 м.

Практическое занятие № 5 – РАСЧЕТ ПДВ

В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% Х и 0,3% Y. Предприятие расположено в определенной области и имеет дымовую трубу высотой Н,м и диаметром Д, м. Температура отходящих газов Т_в и воздуха Т_г, ⁰С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м³ в час. Рассчитать предельно допустимый выброс вредных веществ ПДВ, используя условия из задачи № 3 - 4.

Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу при повышенной температуре из одиночного источника определяется по формуле:

, г/с;

если f ≥ 100 или ΔТ ≈ 0, ПДВ вычисляют по формуле:

, г/с.

ПРИМЕР 5.1

В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% SО₂ и 0,3% СО.. Определите предельно допустимый выброс этих загрязнителей, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 120⁰С и воздуха 35⁰С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м³ в час.

Используя значения, полученные в задаче 3, подставим их в формулу:

, г/с;

, г/с.

Ответ: предельно допустимый выброс для SО₂ составляет 71,65 г/с, для СО – 430 г/с.

ПРИМЕР 5.2 (если ΔТ ≈ 0)

В атмосферу выбрасывают 1000 г/с отходящих газов, которые содержат 7% SО₂ и 0,3% СО.. Определите предельно допустимый выброс этих загрязнителей, если предприятие расположено в Киевской области и имеет 10- метровую дымовую трубу диаметром 6 м. Температура отходящих газов 35,4⁰С и воздуха 35⁰С. Среднее количество отходящих газов 10 тыс. м³ в час.

Используя значения из задач 3 и 4, определяем ПДВ:

,г/с;

,г/с.

Ответ: предельно допустимый выброс для SО₂ составляет 0,34 г/с, для СО –2,03 г/с.

Практическое занятие № 6 – РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНОГО ВЕЩЕСТВА В ОТХОДЯЩИХ ГАЗАХ ВБЛИЗИ ИСТОЧНИКА ВЫБРОСА

Используя условие и расчетные значения из задач 5.1 или 5.2, рассчитать концентрацию вредных веществ в отходящем газе около источника выброса С_м.т..

Концентрация вредного вещества в отходящем газе около источника не должна превышать величины С_м.т., определяемой по формуле:

, г/м³.

ПРИМЕР 6

, г/с; , г/с; , г/м3; , г/м3.

Ответ: концентрация , г/м³и , г/м³.

Практическое занятие № 7 – Определение условий и возможностей сброса сточных вод в реку

На двух предприятиях, работающих рядом, образуются сточные воды. На первом предприятии имеются два вида сточных вод: первый – с расходом сточной воды q₁ м³/сутки и содержанием С₁ мг/л, второй - с расходом сточной воды q₂ м³/сутки и содержанием С₂ мг/л. На втором предприятии также образуются сточные воды двух видов: первый – с расходом сточной воды q₃ м³/сутки и содержанием взвесей С₃ мг/л и второй - с расходом сточной воды q₄ м³/сутки и содержанием взвесей С₄ мг/л, коэффициент смешивания сточных вод, загрязненных взвесями равен 1,5. Определите, возможен ли сброс сточных вод в реку, в водах которой также содержатся сбрасываемые загрязняющие вещества с концентрацией С_р1, С_р2 и С_р (для взвесей). Река имеет сток Q = 2 м³/с.