Экология. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ и самостоятельной работы по дисциплине Экология для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23. 05. 06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей Чита
 Скачать 1.47 Mb.
|
|
3.2. Исходные данные По одному из вариантов (табл. 7) рассчитать максимальную высоту трубы с учетом безопасного рассевания вредных газов и твердых веществ в атмосфере (оксид углерода, сажа) при проектировании социально-бытовых объектов. Для расчета максимальной высоты трубы необходимо) замерить диаметр трубы, м 2) установить по паспорту оборудования расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, мкг 3) установить по паспорту оборудования общий расход топлива, кг. Таблица 7 Исходные материалы для расчета высоты трубы (варианты задания) N п/п Дм, мкг T, с АС ПДК, мг/м 3 С ф , мг/м 3 Q т , кг Мг с 1 1,6 8,4 7700 200 210 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,5, Сажа – 0,03 165000 0,4 2 1,8 8,2 7560 200 230 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,6, Сажа – 0,05 145000 0,35 3 1,7 8,1 7460 200 215 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,7, Сажа – 0,04 136000 0,38 4 1,55 8,25 7689 200 213 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,55, Сажа – 0,02 162000 0,42 5 1,62 8,35 7660 200 218 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,55, Сажа – 0,06 168000 0,31 6 1,66 8,45 7770 200 232 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,53, Сажа – 0,06 156000 0,33 7 1,58 8,3 7480 200 220 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,44, Сажа – 0,03 154000 0,39 8 1,82 8,9 7480 200 224 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,52, Сажа – 0,05 158000 0,37 9 1,81 8,6 7510 200 222 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,3, Сажа – 0,03 141000 0,4 39 10 1,84 8,15 7650 200 218 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,4, Сажа – 0,04 161000 0,39 11 1,76 8,19 7490 200 226 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,39, Сажа – 0,04 163000 0,41 12 1,83 8,31 7590 200 229 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,56, Сажа – 0,04 139000 0,36 13 1,77 8,17 7710 200 229 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,58, Сажа – 0,05 146000 0,32 14 1,79 8,13 7440 200 240 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,56, Сажа – 0,06 138000 0,36 15 1,81 8,22 7530 200 232 СО – 3,0, Сажа – 0,15 СО – 0,45, Сажа – 0,06 148000 0,38 3.3. Расчетная часть Формулы для расчета высоты трубы. Высота отдельно стоящей трубы высчитывается по формуле 3 1 1000 T Q C ПДК n m F M A H фi i р м i (3.1) где A - к-т атмосферной, температурной стратификации, A = 200; M i - количество вредного вещества, выбрасываемого в атосферу, гс F - к-т, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, для сажи F=2.5, для остальных веществ F=1; m, n - к-ты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса ПДК м.р. - максимально-разовая предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м 3 ; С ф - фоновая концентрация загрязняющего вещества в воздухе, мг/м 3 ; Q - выброс газовоздушной смеси, мс ∆T - разность между температурами выбрасываемой смеси и окружающей среды Для каждого вещества все значения кроме коэффициентов m и n можно принять за константу 40 X const T Q C ПДК F M A фi i р м i 3 1 (3.2) Следовательно, высота трубы будет определяться как n m X H (3.3) , o T V Q Q (3.4) где т- расход топлива, кг V o - расход воздуха, необходимый для сгорания кг топлива, мкг τ - время работы тепловоза, с. , 34 , 0 1 , 0 67 , 0 1 3 f f m (3.5) , 10 2 2 0 3 T H D W f (3.6) где D - диаметр устья трубы, м. , 4 2 0 D Q W (3.7) Коэффициент n определятся, исходя из величины V m , рассчитывающейся по формуле , 3 , 1 0 H D W V m (3.8) 1 2 ; ) 36 , 4 ( ) 3 , 0 ( 3 2 3 , 0 ; 3 3 , 0 n V V V n V n V m m m m m (3.9) Порядок расчета 1. Задается H 0 = м. 2. По формулам определяются значения коэффициентов m 0 (H 0 ) и n 0 (H 0 ). 3. Рассчитывается высота трубы H 1 (m 0 , n 0 ). 4. а) Если │H 1 –H 0 │≤ 5%, то H=(H 1 +H 0 )/2. 41 б) Если │H 1 –H 0 │> 5%, то определяются m 1 (H 1 ) и n 1 (H 1 ) и т.д. 5. За высоту трубы принимается наибольшая из двух. Расчет высоты трубы 50 3600 7700 4 , 8 1000 мс 868 , 24 6 , 1 4 50 мс Для угарного газа 2089 , 1 210 50 1 5 , 0 3 1 4 , 0 200 Для сажи 811 , 21 210 50 1 03 , 0 15 , 0 5 , 2 5 , 2 200 Таблица Расчет высоты трубы для сажи № H i f m V m n H i+1 ∆H H 1 10,00 47,11752 0,38693 5,172544 1 13,57 3,567254 - 2 13,57 25,59756 0,459144 3,812521 1 14,78 1,211919 - 3 14,78 21,57159 0,480556 3,499887 1 15,12 0,340687 14,95 Таблица 9 Расчет высоты трубы для угарного газа № H i f m V m n H i+1 ∆H H 1 10,00 47,11752 0,38693 5,172544 1 0,75 9,248019 - 2 0,75 8332,377 0,059912 68,78559 1 0,30 0,456079 - 3 0,30 53812,87 0,027245 174,8059 1 0,20 0,09636 - 4 0,20 118335,3 0,019319 259,221 1 0,17 0,031513 - 5 0,17 166884 0,0166 307,8366 1 0,16 0,012272 - 6 0,16 194218,3 0,015521 332,0917 1 0,15 0,005149 0,15 Вывод Принимаем высоту трубы равной 14,95 мм. Этот вариант высоты трубы наиболее приемлем и не приводит к загрязнению атмосферного воздуха угарным газом и сажей. 42 4. Лабораторная работа № 4 4.1. Тема Расчет предельно допустимого выбросавредных газов (диоксида азота и ацетальдегид) при проектировании соци- ально-бытовых объектов. Определение платы за выбросы в атмосферу Задание 1. Изучить теоретический материал по загрязнению атмосферы вредными выбросами предприятий при проектировании социально- бытовых объектов. 2. По одному из вариантов (табл. 10) рассчитать предельно допустимый выброс вредных газов (диоксида азота и ацетальдегида) с учетом их безопасного рассевания в атмосфере при проектировании соци- ально-бытовых объектов. Для расчета предельно допустимого выброса вредных газов (диоксида азота и ацетальдегид) необходимо 1) замерить диаметр трубы, м 2) установить по паспорту оборудования расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, мкг 3) установить по паспорту оборудования общий расход топлива, кг 4) принять по нормативным документам ПДК вредных веществ, мг/м 3 : 5) принять для всех вариантов А = 200, ПДК СО 0,085 мг/м 3 , ПДК ацетальдегида = 0,01 мг/м 3 ; 6) коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, F=1; 7) коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание, ξ = 1; 8) базовый норматив платы за выброс т загрязняющего вещества в пределах нормы допустимых выбросов, e 1 =41500 (руб·год)/т, e 2 =96000 (руб·год)/т; 9) к-т экологической ситуации региона, K=1. 3. Составить план мероприятий по снижению загрязнения атмосферы вредными газами и твердыми веществами (диоксида азота и ацетальдегид) при проектировании социально-бытовых объектов. Сделать вывод по работе. 43 ХОД РАБОТЫ. Теоретический материал по загрязнению атмосферы вредными выбросами предприятий при проектировании соци-ально-бытовых объектов. Воздействие вредных газов на здоровье человека. Примеси, поступающие в атмосферу, оказывают различное токсическое воздействие на организм человека. Оксид углерода CO. Воздействует на нервную и сердечно – сосудистую системы, вызывает удушье (соединяется с гемоглобином крови, который становится неспособным переносить кислород к тканям. Бесцветный газ, не имеет запаха. Первичные симптомы отравления оксидом углерода – появление болей в голове, при больших концентрациях – ощущение пульса в висках, головокружение. Оксиды азота N x O y . Основной выбрасываемый оксид бурого цвета газ с резким запахом, очень ядовит, раздражающе действует на органы дыхания человека. Первый признак отравления – лѐгкий кашель. При повышении концентрации оксидов азота – сильный кашель, рвота, иногда головная боль. Диоксид серы SO 2 . Бесцветный газ с резким запахом, уже в малых концентрациях создаѐт неприятный вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Углеводороды В малых концентрациях снижают активность, вызывают головную боль, головокружение, раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Особую опасность представляют канцерогенные вещества, например, бензапирен (C 20 H 12 ). Пыль различного состава и происхождения Особую опасность представляют для человека тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5 – 10 мкм, легко проникающие дыхания. 2. Очистка газовых выбросов от пыли. Очистка газовых выбросов от пыли осуществляется в циклонах и с помощью фильтров. Циклоны – это аппараты, в которые газовый поток вводится через входной патрубок внутрь корпуса и совершает там вращательно – поступательное движение к бункеру. Под действием центробежной силы на стенке образуется пылевой слой. Очищенный газовый поток выбрасывается из циклона через выходную трубу в атмосферу. Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры тканевые, с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем. Наиболее совершенные аппараты для очистки газов от пыли и туманов. 3. Очистка выбросов от газообразных вредных примесей Очистка выбросов от газообразных вредных примесей осуществляется следующими методами 44 - абсорбция – растворение выбросов в жидких растворителях. Абсорбция проводится в термических или вакуумных десорберах. Например, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлороводорода, фтороводорода используют в качестве абсорбента воду, для улавливания водяных паров используют раствор серной кислоты. - хемосорбция – химическое связывание газообразных примесей растворами реагентов с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Например, очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково – щелочного реагента H 2 S + Na 4 As 2 S 5 O 2 → Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O - адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твѐрдыми веществами. Требования к адсорбентам большая адсорбционная способность, селективность, химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространѐнные адсорбенты – активированные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. - каталитические методы очистки основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. Каталитические методы используют для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, те. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода CO в нетоксичные вещества газообразный азот и диоксид углерода CO 2 . При этом используют различные катализаторы медно – никелевые сплав, платину на глинозѐме, медь, никель, хром и др. Исходные данные По одному из вариантов (табл. 11) рассчитать предельно допустимый выбросвредных газов (диоксида азота и ацетальдегид) с учетом их безопасного рассевания в атмосфере при проектировании социально-бытовых объектов. Для расчета предельно допустимый выброс вредных газов (диоксида азота и ацетальдегид) необходимо) замерить диаметр трубы, м 2) установить по паспорту оборудования расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, мкг 3) установить по паспорту оборудования общий расход топлива, кг 4) принять по нормативным документам ПДК вредных веществ, мг/м 3 : 5) принять для всех вариантов А = 200, ПДК СО 0,085 мг/м 3 , ПДК ацетальдегида = 0,01 мг/м 3 ; 6) коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, F=1; 45 7) коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание, ξ = 1; 8) базовый норматив платы за выброс т загрязняющего вещества в пределах нормы допустимых выбросов, e 1 =41500 (руб·год)/т, e 2 =96000 (руб·год)/т; 9) коэффициент экологической ситуации региона, K=1. Таблица 10 Исходные материалы для расчета высоты трубы (варианты задания) N п/п Дм, мкг T, с С мах , диоксид азота, мг/м 3 ∆T, С С мах , ацетальдегид, мг/м 3 С ф , мг/м 3 Q т , кг Мг с 1 1,6 8,4 7700 85 210 60,4 О – 0,5, Ацет- ит – 0,03 165000 0,4 2 1,8 8,2 7560 88 230 59,5 О – 0,6, Ацет- ит – 0,05 145000 0,35 3 1,7 8,1 7460 81 215 63,0 О – 0,7, Ацет- ит – 0,04 136000 0,38 4 1,55 8,25 7689 82 213 73,0 О – 0,55, Ацет- ит – 0,02 162000 0,42 5 1,62 8,35 7660 89 218 67,0 О – 0,55, Ацет- ит – 0,06 168000 0,31 6 1,66 8,45 7770 83 232 66,0 О – 0,53, Ацет- ит – 0,06 156000 0,33 7 1,58 8,3 7480 78 220 67,0 О – 0,44, Ацет- ит – 0,03 154000 0,39 46 8 1,82 8,9 7480 68 224 53,0 О – 0,52, Ацет- ит – 0,05 158000 0,37 9 1,81 8,6 7510 61 222 64,0 О – 0,3, Ацет- ит – 0,03 141000 0,4 10 1,84 8,15 7650 66 218 59,0 О – 0,4, Ацет- ит – 0,04 161000 0,39 11 1,76 8,19 7490 65 226 68,0 О – 0,39, Ацет- ит– 0,04 163000 0,41 12 1,83 8,31 7590 65,5 229 67,4 О – 0,56, Ацет- ит– 0,04 139000 0,36 13 1,77 8,17 7710 67,3 229 63,7 Сажа – 0,15 О – 0,58, Ацет- ит – 0,05 146000 0,32 14 1,79 8,13 7440 68,4 240 64,2 Сажа – 0,15 О – 0,56, Ацет- ит – 0,06 138000 0,36 15 1,81 8,22 7530 61,8 232 62,9 О – 0,45, Ацет- ит – 0,06 148000 0,38 Расчет. Формулы для расчета ПДВ Предельно допустимый выброс определяется по формуле , 1000 ) ( 3 2 n m F A T Q H C ПДК ПДВ ф р м (4.1) где ПДК м.р. - максимально-разовая предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м 3 ; С ф - фоновая концентрация загрязняющего вещества в воздухе, мг/м 3 ; H - высота выброса над уровнем земли, м Q - выброс газовоздушной смеси, мс Т - разность между температурами выбрасываемой смеси и окружающей среды A - коэффициент атмосферной, температурной стратификации- коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, F=1; m, n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса ξ - коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание, ξ = 1. , o T V Q Q (4.2) где т- расход топлива, кг V o - расход воздуха, необходимый для сгорания кг топлива, мкг τ - время работы тепловоза, с. , 34 , 0 1 , 0 67 , 0 1 3 f f m (4.3) , 10 2 2 0 3 T H D W f (4.4) где D - диаметр устья трубы, м. , 4 2 0 D Q W (4.5) Коэффициент n определятся, исходя из величины V m , рассчитывающейся по формуле , 3 , 1 0 H D W V m (4.6) 1 2 ; ) 36 , 4 ( ) 3 , 0 ( 3 2 3 , 0 ; 3 3 , 0 n V V V n V n V m m m m m (4.7) 48 Расчет ПДВ для диоксида азота и ацетальдегида. Выброс газовоздушной смеси тремя тепловозами составит 098 , 0 3600 3800 3 8 , 10 1000 124 мс 546 , 5 15 , 0 4 098 , 0 мс 36 , 0 3 15 , 0 546 , 5 мс 51 , 2 ) 36 , 0 36 , 4 ( ) 3 , 0 36 , 0 ( 3 n 465 , 1 350 3 15 , 0 546 , 5 10 2 2 3 f 85 , 0 465 , 1 34 , 0 465 , 1 1 , 0 67 , 0 1 3 m 1)ПДВ для диоксида азота 6 3 2 1 10 399 , 2 1000 1 51 , 2 85 , 0 1 200 350 098 , 0 3 ) 05 , 0 085 , 0 ( ПДВ г/с 2)ПДВ для ацетальдегида 7 3 2 2 10 43 , 3 1000 1 51 , 2 85 , 0 1 200 350 098 , 0 3 ) 005 , 0 01 , 0 ( ПДВ г/с Определение фактического выброса загрязняющих веществ. Фактический выброс загрязняющих веществ рассчитывается по формуле , 1000 max Q C M (8) где С- максимальная концентрация загрязняющего вещества на выходе из трубы, мг/м 3 1) Фактический выброс диоксида азота составит 49 00833 , 0 1000 098 , 0 85 гс 2) Фактический выброс ацетальдегида составит 00592 , 0 1000 098 , 0 4 , 60 гс 0,00833> 2,399 ·10 -6 0,00592 > 3,43·10 -7 Т.к. фактические выбросы загрязняющих веществ превышают ПДВ, то необходимо установить улавливающее оборудование. Определение платы за загрязнение атмосферного воздуха выбросами предприятия. Плата за выброс загрязняющих веществ в пределах нормы ПДВ определяется по формуле , 10 6 1 П) , K e E i i (10) где e i - базовый норматив платы за выброс т загрязняющего вещества в пределах нормы допустимых выбросов, e 1 =41500 (руб·год)/т, e 2 =96000 (руб·год)/т; K - к-т экологической ситуации региона, K=1. Плата за выброс загрязняющих веществ сверх нормы ПДВ определяется по формуле , 10 ) ( 5 6 1 3 i i k i i ПДВ M E П (11) 41500 1 41500 1 E (руб·год)/т 96000 1 96000 2 E (руб·год)/т 81 , 1 10 3600 3800 10 43 , 3 96000 10 3600 3800 10 399 , 2 41500 6 7 6 6 1 П руб/год |