Указания методические к выполнению лабораторных работ по курсу «Рациональное природопользование» для студентов обучающихся по направлению 280400 «Природообустройство» Томск 2010 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ » Утверждаю Директор ИГНД __ __ А.К. Мазуров « » 2010 г. М.В. Решетько Рациональное природопользование Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Рациональное природопользование» для студентов обучающихся по направлению 280400 «Природообустройство» Томск 2010 УДК 504.062 (076.5) ББК 20.18я73 Р472 Решетько М.В. Р472 Рациональное природопользование: Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов направления 280400 «Природообустройство» / М.В. Решетько. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 48 с. УДК 504.062 (076.5) ББК 20.18я73 Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии « 16 » ноября 2009 г. Зав. кафедрой ГИГЭ Доктор геолого-минералогических наук __________ С.Л.Шварцев Председатель учебно-методической комиссии ___________ Н.М.Шварцева Рецензент доктор географических наук, профессор ТПУ О.Г. Савичев © Решетько М.В., 2010 © Томский политехнический университет, 2010 © Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2010 ВВЕДЕНИЕ Учебным планом дисциплины «Рациональное природопользование» предусмотрены лабораторные работы в течение двух семестров. Темы лабораторных работ приведены в содержании данных методических указаний. Целью лабораторных работ по дисциплине «Рациональное природопользование» является формирование экологического мышления и навыков самостоятельного использования полученных знаний в профессиональной деятельности. Студент обязан выполнить лабораторную работу в полном объеме, предусмотренном методическими указаниями, и в часы, регламентированные расписанием, оформить в установленные сроки отчет по лабораторной работе и защитить его. Отчет о выполнении лабораторной работы должен включать титульный лист, оформленный согласно образцу ТПУ, цели выполненной лабораторной работы, расчеты, их обоснование и выводы. 1. АНАЛИЗ ПРИРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Цель работы: Научится определять класс ПЗА в заданном регионе и давать рекомендации по размещению объектов промышленности. Основные положения: Природный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) — совокупность метеорологических и климатических факторов, определяющих условия рассеивания выбросов в атмосфере и ее самоочищение. При районировании территории по ПЗА учитываются: · Характеристики воздушного переноса (направление, абсолютные значения, интенсивность). · Факторы, способствующие загрязнению атмосферы (штили, туманы, изотермические инверсии, опасные скорости ветра). · Факторы, способствующие самоочищению атмосферы (осадки, грады, суммарная радиация, доза ультрафиолетовой радиации, безморозный период и т.д.). На территории России выделяется шесть классов ПЗА (рис. 1.1). Высокую экологическую опасность при промышленном освоении территории определяет не только высокий потенциал загрязнения атмосферы, но и другие климатические параметры, в частности степень экстремальности природных условий. Кроме того, высокая вероятность экологической опасности появляется при занятости ПЗА уже существующими или прогнозируемыми техногенными нагрузками. При выборе районов с заданной степенью экологичности при размещении промышленного объекта предпочтение отдается территориям с низким потенциалом загрязнения атмосферы при отсутствии факторов, увеличивающих его. Рис. 1.1 Карта-схема «Районирование территории по природному потенциалу загрязнения атмосферы» Классы потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА): I — высокий опасный (ПЗА-I); II — повышенный (ПЗА-II); III — умеренный (ПЗА-III); IV — пониженный (ПЗА-IV); V — низкий (ПЗА-V); VI — очень низкий (ПЗА-VI); VII - территории с высокой занятостью ПЗА промышленностью; VIII - границы районов и подрайонов; IX - индексы районов и подрайонов В целом высокой экологической опасностью обладают территории с высоким потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-I), особенно в районах сильной промышленной освоенности. Следующая градация — территории с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-II), которым присуща повышенная экологическая опасность, резко возрастающая в промышленно освоенных и урбанизированных районах и в районах действия экстремальных и стихийных процессов. Для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-III) характерна низкая экологическая опасность промышленного освоения, за исключением промышленных районов Среднего и Южного Урала и высокоширотных районов с экстремальными природными условиями. Четвертая градация — пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) — характеризуется низкой степенью экологической опасности. Для следующих градаций (ПЗА-V и ПЗА-VI) с низкими значениями потенциала загрязнения атмосферы возрастание экологической опасности происходит в районах действия пыльных бурь и в районах побережий морей с высокой встречаемостью стихийных бедствий и экстремальным климатом. На территориях с высоким потенциалом загрязнения атмосферы и интенсивной промышленной освоенностью возможно размещать лишь экологически безопасные производства с высокой степенью очистки. На территориях, обладающих резервом ПЗА, возможно размещение с меньшими ограничениями. Метеорологический потенциал загрязнения атмосферы (МПА) определяется конкретными метеоусловиями и постоянно изменяется. Для определения МПА используются параметры, определяемые на большом числе метеостанций. Для определения МПА используют формулу, предложенную Т.Г. Селегей: МПА = (Рсл + Р.)/(Ро + Рв) (1.1) где Рсл – повторяемость слабых ветров (0-1 м/с), Рт – повторяемость дней с туманом, Ро – повторяемость дней с осадками 0,5 мм и более, Рв – повторяемость скорости ветра более 6 м/с и более. ОПИСАНИЕ КЛАССОВ ПЗА Высокий опасный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА- I ) и худшие условия рассеивания на территории бывшего СССР характерны почти для всей Восточной Сибири, Саян, Алтая, гор Средней Азии, Казахстана и Кольского полуострова (классы 1а и 16). Эти территории обладают высокой экологической опасностью нового промышленного освоения. Класс Ia характеризуется однородным по всем направлениям переносом, наименьшим на территории. Его объем не превышает 10—12 млн м3 /год при минимуме 5—6 млн м3 , что определяет предельно малую интенсивность переноса Кип = 1-2. Он наблюдается в Восточной Сибири (Ia1 , Ia2 , Ia4 , Iа5 ), в Саянах и на Алтае (Iа3 ) (см. рис. 1). Факторы, способствующие загрязнению атмосферы, характеризуются высокими значениями: повторяемость инверсий (изотермий) зимой — 95—100%, летом — 70—80%. Вследствие большой меридиональной протяженности района приходящая суммарная радиация варьирует в широких пределах. По радиации, осадкам и расчлененности рельефа выделяются: центральный (Ia1 ), северо-восточный (Iа2 ), юго-западный (Iа3 ) и юго-восточный подрайоны (Iа4 ,Iа5 ). В подрайонах Iа4 и Iа5 высокая степень экологической опасности загрязнения атмосферы возможна не только за счет высокого ПЗА, но также за счет будущего промышленного освоения, в частности в зоне тяготения к трассе БАМа (Iа4 ). Класс I б — слабый воздушный перенос по большинству направлений в сочетании с умеренным переносом в одном каком-либо направлении. Такие условия наблюдаются на северо-востоке Сибири (I61 ), в горах Средней Азии и Казахстана (Iб2 ), Предуралье (Iб3 ), Закавказье (Iб4 ) и на Кольском полуострове (Iб5 ). Повторяемость штилей велика — на северо-востоке Сибири она составляет 40—50%, а менее всего (около 20%) — в Предуралье и горных тундрах Кольского полуострова. Опасные скорости ветра в подрайонах Iб3 и 1б5 достигают 20%. Повторяемость инверсий и изотермий также велика. Территории обладают высокой степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а также сильной промышленной освоенности территории подрайона Iб5 ; средней, местами сильной промышленной освоенностью подрайона Iа4 и средней степенью промышленной освоенности территории подрайона Iб3 . В этих подрайонах возможно размещение лишь малоотходных производств с высокой степенью очистки выбросов. Повышенный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-II) с плохими условиями рассеивания выбросов в атмосфере характеризуется воздушным переносом, в 4—5 раз превосходящим худшие условия разноса на территории при преобладании умеренного переноса (Кип = 3-5) в сочетании со слабым или значительным переносом (Кип = 6-8) в какой-либо одной четверти горизонта (классы IIа, IIб, IIв, IIг). Класс II а характерен для юго-запада, юга (IIа1 ), а также запада ETC (IIa2 ) и Прибайкалья (IIа3 ). Объем годового переноса составляет 20-30 млн м3 /год (Кип = 4-5). Годовая повторяемость штилей невелика. Инверсий, изотермий в Прибайкалье — до 90%, летом — около 60—70%. Часты туманы (до 40-60 дней в году). Для подрайонов IIа1 и IIа3 характерна повышенная степень экологической опасности за счет повышенного ПЗА и промышленной освоенности средней степени. В подрайоне IIа2 наблюдается высокая степень экологической опасности за счет сильной промышленной освоенности. Класс II б характерен для Северного Кавказа (IIб1 ), Центральной Якутии (IIб2 ) и Буреинской низменности (IIб3 ). На Северном Кавказе воздушный перенос составляет 20-30 млн м3 /год (Кип = 5), повторяемость штилей — 10-20%; в прочих подрайонах более значительная — 20-30%, а в подрайоне IIб3 до 40%. Высока повторяемость инверсий в Центральной Якутии: зимой — 95-100%, летом — 80-85%. На Северном Кавказе высока повторяемость дней с туманом до 40-60% в год. Район Буреинской низменности, сильно подверженный влиянию муссонов, характеризуется сезонными колебаниями количества осадков: от 500-600 мм летом до 75 мм зимой. Центральная Якутия отличается засушливым климатом: летом осадки составляют 175-200 мм, зимой — 30-50 мм. Все подрайоны отличаются высокой степенью экологической опасности за счет повышенного ПЗА. Класс II в — слабый, умеренный и значительный перенос воздуха при преобладании умеренного наблюдается на Кавказе (IIв1 ), в Карпатах (IIв2 ) и на юге Западной Сибири (IIв3 ). Повсеместно зимой наблюдается высокая повторяемость инверсий, особенно в Западной Сибири (90-95%), значительна повторяемость штилей. Первые два подрайона (IIв1 , IIв2 ) характеризуются повышенной степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а третий (IIв3 ) — высокой ее степенью за счет сильной промышленной освоенности. Класс II г занимает обширную территорию, на которой выделяется девять подрайонов: юго-восточная часть ETC (IIг1/2 ), Приазовье (IIг1/2 ), северо-восток ETC (IIг2/1 ), восток ETC (IIг2/2 ), Заволжье (IIr2/3 ), северо-восточная половина Западной Сибири (IIг3 ), равнинный Казахстан (IIг4 ), равнины Средней Азии (IIг5/1 ) и юг Средней Азии (IIг5/2 ). Для юго-востока ETC, Приазовья и Средней Азии характерен умеренный и значительный северо-восточный перенос (Кип = 7-8). В остальных районах преобладает юго-западный перенос. Повторяемость штилей, как правило, незначительна, но повторяемость инверсий высока. Подрайоны Приазовья, Казахстана и особенно Средней Азии подвержены сильным пыльным бурям. В Средней Азии — самом запыленном районе — число дней с пыльными бурями превышает 40-60 в год. Для подрайонов Средней Азии характерны и самые высокие суммы солнечной радиации - до 140-160 ккал/см2 •год - при самых малых в бывшем СССР осадках - 100-200мм/год. В Казахстане осадков также мало — около 300 мм. Таким образом, территориям с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы присуща повышенная степень экологической опасности, которая резко возрастает в районах старого промышленного освоения за счет уже существующей занятости природного фона. Усложнение экологической обстановки в регионе происходит при наложении на условия воздушного переноса экстремальных и стихийных явлений — пыльных бурь, сильных местных ветров, повышенной влажности, экстремальных температур и др. Умеренный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА- III ) со средними условиями распространения выбросов на территории. Класс III а1 характеризуется умеренным и значительным с преобладанием умеренного, но местами сильным переносом на Дальнем Востоке (Ша1 ). Перенос в юго-восточную четверть при продолжительном зимнем муссоне может достигать 40 - 50 млн м3 год (Кип = 8), для остальных четвертей Кип = 4-5. Повторяемость опасных скоростей ветра невелика — более 10%, а штилей значительна — до 30-50%. Инверсии часты во все времена года. Осадков выпадает до 700-800, мм, в теплое полугодие — 500-600 мм. Приток солнечной радиации велик - до 110-120 ккал/см2 •год, ультрафиолетовой - 60-65кВт •ч/см2 •год. Подкласс IIIa 2 при такой же интенсивности переноса отличается от предыдущего (IIIа1 ) направлением переноса — наиболее значительный перенос направлен в северо-восточную четверть. Наблюдается на севере Сибири и отличается от класса Ша1 существенно меньшей суммой осадков (350- 400 мм), равномерно распределенных в течение года, а также значительно меньшей суммарной (около 75 ккал/см2 • год) и ультрафиолетовой (около 50 кВт- ч/см2 • год) радиацией. Класс III б. Характерно распространение умеренного и значительного переноса, который наблюдается на северо-западе ETC (IIIб'/1 и IIIб1 /2 ), на Урале (IIIб2 /1 и IIIб2 /2 ) и в северной Якутии по нижнему течению Лены (IIIб3 ). Во всех трех районах наибольший перенос направлен в северо-восточную четверть (Кип = 9-10). Повторяемость штилей - 10% на северо-западе ETC, наибольшая (около 30%) — в северной Якутии. Северные части районов получают существенно меньшие количества суммарной и ультрафиолетовой радиации. На северо-западе ETC эти величины составляют 80-90 ккал/см2 • год и 50 и 60 кВт•ч/ см2 •год соответственно, а на Урале 75-90 и 90-105 ккал/см2 • год и около 55 и 65 кВт•ч/см2 •год соответственно. Класс III в характеризуется умеренным, значительным и по крайней мере в одной четверти сильным переносом, преимущественно в северо-восточном направлении (Кип = 9-10). Повторяемость инверсий и опасных скоростей ветра - 25%, осадков выпадает до 500мм/год, зимой часты инверсии, штили. По притоку солнечной радиации класс подразделяется на два подкласса: северный (IIIв1 ) и южный (IIIв2 ). Таким образом, в целом для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы характерна низкая экологическая опасность за счет существующего резерва ПЗА. Исключение составляют сильно промышленно освоенные территории Среднего и Южного Урала и высокоширотные районы с экстремальными природными условиями, в которых отмечается высокая экологическая опасность при размещении промышленных объектов. Пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) Класс IVa — умеренный значительный перенос с преобладанием значительного наблюдается в центре ETC и подразделяется на два подкласса по величине приходящей радиации — северный (IVa1 ) и южный (IVa2 ) (в северном подрайоне до 85, а в южном — до 95 ккал/см2 •год). Наиболее значителен перенос в северо-восточном направлении (Кип = 7-8). Инверсии круглый год. Осадков выпадает 500-600 мм/год. Класс IV 6 — умеренный, значительный и сильный перенос с преобладанием значительного наблюдается на севере ETC и прилегающих к нему районах Западной Сибири. Наибольший перенос происходит в северо-восточном направлении (Кип = 7-8). Повторяемость штилей невелика — около 10%, а опасных скоростей ветра — 25%. Осадков до 400 мм. Для районов с пониженным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) характерна низкая степень экологической опасности, которая возрастает при сильной урбанизированности территории, например в районе IVa2 . Низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-V) Класс Va - значительный и сильный перенос (Кип = 10-12) в равной степени охватывает районы нижней Волги (Va1 ) и Прикаспийской низменности (Va2 ). Наибольший перенос происходит в двух противоположных направлениях — с северо-востока и с юго-запада. Повторяемость штилей около 10%, опасных скоростей ветра — около 25%, инверсий зимой около 90%, летом — около 70%. Различаются подрайоны по степени засушливости: в северном осадков выпадает 300-400, в южном — 150-200 мм/год; по величине приходящей радиации — 110 и 120 ккал/см2 •год соответственно; по числу дней с пыльными бурями, которых больше в Прикаспийской низменности, что повышает потенциал загрязненности атмосферы. Класс V б — значительный и сильный перенос, превосходящий минимальный на порядок, наблюдается в Арало-Каспийском районе. Отмечается большая засушливость климата — осадков 100—150 мм/год; большое поступление радиации (до 130—140 ккал/см2 •год) и высокая повторяемость пыльных бурь. Характерна низкая степень экологической опасности за счет имеющегося резерва ПЗА, увеличивающаяся в безлесных и подверженных действию пыльных бурь территориях. Очень низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-VI) характерен для северных и восточных побережий с сильным и очень сильным переносом (Кип = 11-14), на которых выделяется девять районов: балтийский (VIa), восточноевропейский (VIб), западносибирский (VIв), восточносибирский (VIг), чукотский (VIд), камчатский (VIe), охотский (VIж), сахалинский (VIз) и приморский (VIи). Каждый из районов отличается особенностями воздушного переноса, который во всех случаях велик. Общим для этих районов различного климата — от умеренного морского до субарктического и муссонного — являются частые штормы, малый приток радиации, избыточное увлажнение, обилие туманов. Хорошо проветриваемые побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов обладают очень низким потенциалом загрязнения атмосферы, лучшими условиями воздушного переноса на территории России с большим резервом ПЗА, но крайне экстремальные природные условия и явления стихийного характера создают здесь высокую степень экологической опасности при промышленном освоении. Таблица 1.1 Регионы для описания ПЗА по вариантам № вар. Регион № вар. Регион 1 Север Европейской части России 9 Центральная Россия 2 Центральная часть Сибири 10 Восточная Сибирь 3 Юг Европейской части России 11 Урал 4 Север Западной Сибири 12 Южная часть Сибири 5 Поволжье 13 Центральная Якутия 6 Дальневосточное Приморье 14 Саяны и Алтай 7 Север Сибири 15 Томская область 8 Прибайкалье 16 Арало-Каспийский район Таблица 1.2 Населенные пункты для описания МПА по вариантам № вар. Населенный пункт № вар. Населенный пункт 1 Барнаул 9 Рубцовск 2 Бийск 10 Салехард 3 Дудинка 11 Сургут 4 Кош-Агач 12 Томск 5 Кызыл-Озек 13 Тюмень 6 Мариинск 14 Челябинск 7 Омск 15 Туруханск 8 Пудино 16 Ак-Кем Задание к работе: 1. Оценить природный потенциал загрязнения атмосферы в регионе размещения, используя карту (рис. 1.1) по вариантам (табл. 1.1). 2. Используя картосхему районирования территории по ПЗА и текстовую характеристику к ней, дать характеристику ПЗА в регионе размещения. 3. Сравнить условия рассеивания выбросов в атмосфере региона с худшими условиями распространения загрязнителей на территории России. 4. Построить диаграмму годового хода значений метеорологического потенциала загрязнения атмосферы (МПА) для населенного пункта, используя климатические данные по вариантам (табл. 1.2). Контрольные вопросы: 1. Как Вы понимаете термин природный потенциал загрязнения атмосферы? От чего зависит ПЗА? 2. Где лучше размещать промышленный объект – на территории с низким или высоким ПЗА? 3. Рационально ли размещать в России промышленные объекты на территориях с очень низким потенциалом загрязнения атмосферы и почему? 4. Что такое метеорологический потенциал загрязнения атмосферы? 2. РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ и ОПРЕДЕЛЕНИЕ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ ПРЕДПРИЯТИЯ 2.1. Расчет предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу от одиночного источника Цель I части работы: Ознакомиться с принципами расчета предельно допустимых выбросов в атмосферу от стационарных источников. Задание к I части работы: 1. Ознакомиться с исходными материалами и примером расчета 2. Ответить на контрольные вопросы 3. Рассчитать максимальную концентрацию ЗВ и определить ПДВ по вариантам (табл. 2.2). Основные положения: Рассмотрим расчет ПДВ для стационарного источника без учета фонового загрязнения от уже функционирующих предприятий. Пример: Источник: котельная с одной дымовой трубой (без очистки), находящейся на ровной, открытой местности, Томская область (см. табл. 2.1). Таблица 2.1 Характеристики, обозначения Значение Высота дымовых труб, Н 35 м Диаметр устья трубы , D 1,4 м Скорость выхода газовоздушной смеси, w0 7 м/с Температура газовоздушной смеси, Тг 125 °С Температура окружающего воздуха, Тв 25 °С Выброс двуокиси серы, Мso2 12 г/с Выброс золы, Мз 2,6 г/с Выброс двуокиси азота, МNO2 0,2 г/с Максимальные разовые ПДК SO2 золы NO2 0,5 мг/м3 0,5 мг/м3 0,085 мг/м3 Расчет ведем по формуле (2.1), согласно методике ОНД-86 Госкомгидромета См = A M F m n h , где (2.1) H2 3 ÖV1 D T См (мг/м3 ) - максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для большинства районов Сибири = 200, Московской обл. =140, Читинской обл. = 250 M (г/с) - масса вр. вещества, выбрасываемого в атмосферу в ед. времени F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, для веществ, скорость оседания которых практически равна нулю F= 1, при отсутствии очистки от мелкодисперсных аэрозолей F=3 m, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса h - безразм. коэф-т, учитывающий влияние рельефа местности, в случае слабо-пересеченной местности с перепадом высот не превышающим 50 м на 1 км, h=1 H (м) - высота источника выброса над уровнем земли V1 (м3 /с) - расход газовоздушной смеси D T (ºС) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси (по действующим технологическим нормативам) и температурой окружающего воздуха (равная средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца года) Значения m и n рассчитываются по формуле, или снимаются с графика, приведенного в Методических рекомендациях ОНД-86. В нашем случае m = 0,98 и n = 1, а расход газовоздушной смеси: V1 = p D2 w0 = p 1.42 7 = 10.8 м3 /с 4 4 Расчет концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях: 1. Двуокиси серы См so2 = 200 * 12 * 1 * 0,98 * 1 * 1 = 0,19 мг/м3 352 3 Ö10,8 · (125-25) 2. Окислов азота: Аналогично п.1, См NO 2 = 0,003 мг/м3 3. Золы: Аналогично п.1, однако золоочистка отсутствует, поэтому F = 3, следовательно, См золы = 0,12 мг/м3 Вывод: значение максимально возможной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в районе источников их выброса при неблагоприятных метеорологических условиях ниже ПДК, следовательно, ПДВ (т/год) равно фактическому выбросу, который можно рассчитать с помощью данных по выбросу, приведенных в таблице 2.1. Таблица 2.2 Данные для расчета № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 А Мос. Чита Сиб Мос. Чита Сиб Мос. Чита Н 30 25 52 45 40 48 37 29 D 1,2 1,0 1,8 1,6 1,4 1,4 1,3 1,2 w0 6 5 8 8 7 8 7 6 Тг 150 100 120 125 115 105 100 125 Тв 15 20 23 21 19 11 25 16 Мso2 10 79 16 715 14 13 312 11 Мзол 2,8 3,0 347 3,2 2,8 502 1,9 2,5 МNO2 19,3 0,2 0,5 0,4 30,3 0,4 0,3 22,2 № вар. 9 10 11 12 13 14 15 1 6 А Сиб Мос Чита Сиб Мос Чита Сиб Мос Н 42 38 43 47 32 26 21 34 D 1,6 1,6 1,5 1,6 1,1 1,1 0,9 1,3 w0 8 8 7 9 7 6 5 8 Тг 115 125 117 123 118 116 121 114 Тв 10 21 9 11 21 6 12 13 Мso2 17 115 14 213 10 12 208 17 Мзол 850 3,2 2,8 2,9 191 2,7 2,2 301 МNO2 0,6 0,3 21,4 0,9 0,6 170 0,8 0,5 Расчет ПДВ для стационарного источника с учетом фонового загрязнения Расчеты ПДВ выполняются, как правило, при проектировании предприятия и выборе места его расположения на местности с учетом технологического процесса и при планировании изменения технологического процесса, либо при изменении проектных мощностей. При установлении ПДВ загрязняющих веществ необходимо учитывать, что средняя суточная концентрация Сi каждого i-го загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы населенных пунктов не должна превышать его предельно допустимой концентрации ПДК (см. значения ПДК в таблице 2.3). При наличии фонового загрязнения атмосферы (оно характеризуется значением Сфон), которое может возникнуть при расположении на данной территории функционирующих предприятий, уже выбрасывающих в атмосферу аналогичные загрязняющие вещества, необходимо, чтобы совместное загрязнение атмосферного воздуха было ниже ПДК [т.е. (См+Сф)<ПДК]. В этом случае при размещении предприятия на данной территории с учетом уже имеющихся предприятий экологическая обстановка в любой точке территории при любых метеоусловиях будет пригодной для жизни людей. Для зон курортов, мест размещения зон отдыха населения и других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха вместо ПДК необходимо применять значение, равное 0,8 ПДК . При расчете См необходимо определить все предприятия, выбрасывающие в атмосферу аналогичные загрязняющие вещества, определить уровень концентрации ЗВ от имеющихся источников в районе размещаемого предприятия. Полученные значения концентрации для расчетных предприятий будут считаться фоновыми концентрациями ЗВ в атмосферном воздухе. Контрольные вопросы: 1. Какие данные необходимы для расчета ПДВ? 2. Если рассчитанная максимальная концентрация загрязняющих веществ выше ПДК как вычислить ПДВ? 3. Как производится расчет ПДВ при наличии фонового загрязнения атмосферы от других источников? 2.2. Определение границ санитарно-защитной зоны предприятий Целью II части работы является определение границ санитарно-защитной зоны предприятия и графическое изображение контуров зоны в зависимости от розы ветров. Задание ко II части работы: 1. Для источника выбросов Вашего предприятия (см. табл. 2.4) необходимо рассчитать расстояние до границы СЗЗ, используя при этом восьмирумбовую розу ветров. 2. Расчеты выполнить для всех загрязняющих веществ, выбрасываемых указанным предприятием. 3. Результаты расчетов изобразить графически, отмерив в масштабе на векторах каждого направления ветра расстояние, на котором достигается концентрация каждого из выбрасываемых загрязняющих веществ, равная 1ПДКс.с. Полученные для каждого из веществ точки соединить замкнутой ломаной линией. 4. Из полученных оценок выбрать наибольшую, приняв ее за границу санитарно-защитной зоны предприятия. На чертеже, представляемом для отчета, следует показать окончательные контуры СЗЗ. Основные положения: Определение границ санитарно-защитной зоны предприятий Размеры СЗЗ в зависимости от розы ветров определяются по формуле: L = x • P/P0 (2.2) где L, м - расстояние от источника выбросов до границы СЗЗ в рассчитываемом румбе розы ветров (значения L, как правило, различаются для ветров разных направлений); Р, % - среднегодовая повторяемость направлений ветра рассматриваемого румба; P0 , % - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров (например, при восьмирумбовой розе ветров P0 = 12,5 %). х, м - расстояние до участка местности в данном направлении, где концентрация загрязняющего вещества равна 1 ПДКс.с. (рассчитывается при 1 < х/хmax < 8) используя формулу: x = 2,77 xmax (1,13 См /ПДКс.с. – 1)1/2 (2.3) xmax – расстояние от источника выбросов, на котором достигается максимальная концентрация ЗВ, рассчитывается по формуле: xmax = 0,25 (5-F) • k • H (2.4) где k - безразмерный коэффициент, рассчитываемый с помощью формул (приложение 1), Н, м - высота трубы (такая же, как в I части работы). См - максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем, рассчитывается по формуле 2.1. ПДКс.с. - средняя суточная ПДК веществ в атмосфере (см. таблица 2.3.). Примечание: для некоторого пункта в Томской области имеет место следующая повторяемость направлений ветров: С - 9% В - 8%; Ю -37%; З - 6% С-В -10%; С-З- 8%; Ю-З -16%; Ю-В - 6%. !!! Размеры санитарно-защитной зоны не могут быть меньше расстояния, определенного СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01. Таблица 2.3 Средняя суточная ПДК некоторых веществ в атмосфере населенных пунктов Вещество ПДК с.с., мг/м3 Вещество ПДК с.с., мг/м3 акролеин 0,03 пропилен 3,0 аммиак 0,04 пыль 0,15 Анилин 0,03 пыль цементная 0,01 ацетон 0,35 ртуть металлическая 0,0003 бензол 0,1 сажа 0,05 диоксид серы 0,05 свинец 0,0003 диоксид углерода 3,0 сероводород 0,008 зола 0,5 спирт метиловый 0,5 медь 0,002 спирт этиловый 5,0 никель 0,001 фенол 0,003 окислы азота 0,04 формальдегид 0,003 окись этилена 0,03 хлор 0,03 оксид углерода 1,0 хлористый водород 0.2 Контрольные вопросы: 1. Перечислите принципы определения размеров санитарно-защитной зоны. 2. Если рассчитанные размеры СЗЗ меньше расстояния, определенного СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01, чему равны размеры СЗЗ в итоге? Таблица 2.4 Характеристики предприятий № вар. Усл. назва-ние пред-приятия Загрязняющие вещества Высота трубы, Н, м Диаметр устья трубы, м Температура ГВС, Тг, °С Выброс ЗВ, г/с 1 «АЛЬФА» акролеин окислы азота сажа свинец 11 0,6 95 2,2 1,7 1,1 0,8 2 «БРИГА-ДА» акролеин ацетон фенол ртуть 44 1,1 90 12,0 2,7 7,7 0,4 3 «ВЕСТА» диоксид серы оксид углерода сажа фенол 33 1,2 100 1,0 1,2 4,8 3,3 4 «ГИГАНТ» аммиак окислы азота сажа фенол 26 2,1 135 3,4 1,6 9,8 0,9 5 «ГИА-ЦИНТ» аммиак диоксид углерода зола формальдегид 25 1,0 130 2,9 3,9 3,6 1,8 6 «РОЗА» ацетон ртуть фенол формальдегид 12 1,7 123 1,5 0,2 0,5 2,7 7 «СПАР-ТАК» акролеин окислы азота сажа ртуть 38 1,2 118 10,0 1,5 1,7 0,3 8 «КОСМОС» ацетон диоксид серы зола фенол 21 1,6 115 2,2 1,6 4,1 1,0 9 «ПОЛЮС» аммиак оксид углерода свинец формальдегид 35 1,3 130 3,9 1.5 1,2 2.6 Продолжение табл. 2.4 № вар. Усл. назва-ние пред-приятия Загрязняющие вещества Высота трубы, Н, м Диаметр устья трубы, м Температура ГВС, Тг, °С Выброс ЗВ, г/с 10 «МАКС» ацетон диоксид серы сажа свинец 40 1,5 112 2,4 2,1 2,0 1,5 11 «ГАММА» аммиак диоксид углерода ртуть формальдегид 19 0,9 120 2,9 3,9 0,4 2,1 12 «БЕТТА» акролеин зола окислы азота фенол 31 1,2 125 6,3 5,1 2,0 2,6 13 «САПФИР» диоксид углерода диоксид серы оксид углерода свинец 23 1,9 105 3,5 2,0 1,8 1,3 14 «РАДУГА» ацетон ртуть сажа формальдегид 33 1,1 140 3.1 0,3 12,7 3,0 15 «ДЕЛЬТА» аммиак диоксид серы окислы азота фенол 24 1,4 110 3.1 1,8 1,8 2,9 16 «ОМЕГА» диоксид углерода зола сажа свинец 37 1,6 114 3,9 5,7 14,0 1,8 17 «ЭЛЕКТ» акролеин оксид углерода ртуть формальдегид 48 1,3 85 7,4 3,0 0,6 4,1 18 «ФИКУС» диоксид углерода окислы азота свинец фенол 27 1,2 97 3,1 2,2 1,4 2,5 19 «СПУТ-НИК» аммиак диоксид серы зола оксид углерода 18 0,8 110 2,8 2,1 3,2 1,9 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД Цель работы: ознакомиться с условиями выпуска производственных сточных вод в городскую канализацию, научиться определять необходимую степень очистки сточных вод, отводимых в водный объект. Задание к работе: 1. Ознакомиться с теоретическим материалом. 2. На основе данных таблиц 3.1, 3.2, 3.3 определить необходимую степень очистки производственных сточных вод по взвешенным веществам, содержанию загрязняющих веществ, температуре. Основные положения: При определении необходимой степени очистки сточных вод, отводимых в водный объект, производят расчет по количеству взвешенных веществ, по величине БПКполн, по потреблению сточными водами растворенного кислорода, по температуре воды, по допустимым концентрациям вредных веществ, по допустимому содержанию кислот и щелочей в спускаемых сточных водах, и некоторым другим показателям. Рассмотрим основные формулы, используемые для этих расчетов. Связь между санитарными требованиями к условиям спуска сточных вод в водоемы и необходимой степенью их очистки определяется из следующего выражения: Сст • q + Сф • γ • Q < (γ • Q + q ) • Спдк (4.1) где Сст — концентрация вредного вещества в сточных водах, при которой не будут превышены ПДК в водном объекте; Сф — концентрация этого же вредного вещества в воде водоема выше места выпуска; Спдк — предельно допустимое содержание вредного вещества в воде водоема; Q — расчетный расход воды в реке 95% обеспеченности (м3 /с); q — расчетный расход сточных вод (м3 /с), γ — коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды в водоеме смешивается со сточными водами в расчетном створе. Коэффициент смешения определяется по формуле: γ = 1 – exp(- α 3 √L) 1 + (Q/q) ● exp(-a 3 √ L) где: L - длина русла от места выпуска сточных вод до контр. створа (м) a - коэффициент, зависящий от гидравлических условий смешения, определяется по формуле: a = ζ ● φ ● 3 √E/q где: ζ - коэффициент, учитывающий место расположения выпуска, для руслового выпуска (в стрежень реки) равен 1,5; при выпуске у берега 1 φ - коэффициент извилистости русла (отношение расстояния до контрольного створа по фарватеру к расстоянию по прямой) E - коэффициент турбулентной диффузии (м2 /с), определяется по формуле: E = H ср ● v ср 200 где: H ср – ср. глубина реки (м), v ср - средняя скорость течения воды в реке (м/с) Из формулы (4.1) можно получить значение концентрации вредного вещества в сточных водах, которая должна быть достигнута в результате их очистки: Сст < γ • Q / q • (Спдк – Сф) + Спдк (4.2) Рассмотрим подробнее методы расчета необходимой степени очистки СВ: · Расчет необходимой степени очистки сточных вод по концентрации взвешенных веществ Допустимое содержание взвешенных веществ т , г/м3 в спускаемых в водотоки сточных водах определяется из следующего выражения: γ • Q • b + q m = (γ • Q + q ) ( p + b )