Контрольная работа по "Экологии"

Задача 1. В цехе длиной 60 м, шириной 25 м, высотой Н_зд = 6 м и внутренним объемом 9000 м³ произошла авария, в результате которой в воздух поступает диоксид азота с массовым потоком выброса М = 180 г/с. После включения аварийной вентиляции кратность воздухообмена составила 18 час^-1. Вентиляционная труба находится на крыше здания и имеет высоту 4 м. Линейная скорость ГВС на выходе из трубы w_o = 12 м/с. ПДК диоксида азота в воздухе рабочей зоны 5 мг/м³, ПДК_м.р. в атмосферном воздухе 0.085 мг/м³.

Требуется определить, на какую высоту выбрасываются загрязняющие вещества.

- Какая максимальная концентрация  NO₂ может создаться в радиусе 200 м от вентиляционной трубы, где находятся другие производственные помещения и рабочие не имеют средств индивидуальной защиты?

- Какое будет качество атмосферного  воздуха на границе жилого  района, расположенного на расстоянии 1000 м от источника загрязнения,  при направлении ветра со стороны источника?

- Какова должна быть высота  трубы, чтобы при той же интенсивности  выброса ГВС концентрация в приземном слое атмосферы никогда не превышала ПДК. С_ф принять равной нулю.

- Как изменятся концентрации  NO₂ в соседних производственных помещениях и на границе жилого района в условиях, отличающихся от расчетных: а) при слабых ветрах U = 1 м/с и б) при сильных ветрах U = 10 м/с?

Решение. 1) Определим объемную скорость выхода ГВС.

V = объем помещения · кратность воздухообмена = 9000 · 18 = 162000 м³/ч > 45000 м³/ч. Источник  мощный, поэтому для расчета используем метод Берлянда (ОНД-86).

2) Зная V = 162000 м³/ч = 45 м³/с, найдем диаметр трубы D из формулы:

.                .

3) Поскольку расчет рассеяния  загрязняющих веществ обычно  ведут при наихудших условиях рассеяния, рассчитаем опасную скорость ветра U_m, предварительно определив вспомогательный параметр V_m. Источник холодный, поэтому воспользуемся формулой:

. .

Т.к. V_m > 2,  .

Теперь рассчитаем эффективный  подъем факела над устьем трубы Dh по методу Андреева:

.

Эффективная высота источника равна:

Охарактеризуем тип источника:  , следовательно источник может рассматриваться как незатененный, удаляющий загрязняющие вещества на высоту 16.64 м.

4) Найдем максимальную концентрацию  С_m, создаваемую в приземном слое атмосферы, данным источником. Источник холодный, поэтому:

,

где коэффициент F учитывает скорость оседания частиц, для газов F = 1; А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для центральной европейской территории России А = 120. - зависит от рельефа местности. Для спокойного рельефа =1. Параметр n учитывает условия выхода ГВС из устья источника. Численное значение его находится в зависимости от вспомогательного параметра V_m:

при V_m ³ 2    n = 1.

Найдем расстояние Х_m, на котором наблюдается максимальная концентрация С_m:

.

Здесь d - вспомогательный параметр, рассчитываемый в зависимости от величины V_m по разным формулам. Т.к. V_m > 2,  .

5) Найдем концентрацию на расстоянии 200 м от источника под его факелом, т.е. в точке с координатами (200,0,0):

.

Вспомогательный параметр S₁ находится в зависимости от соотношения между координатой данной точки Х и расстоянием Х_m до точки с максимальной приземной концентрацией.

, поэтому S₁ рассчитывается по формуле:

Поэтому  , что несколько превышает ПДК для воздуха рабочей зоны.

6) Найдем концентрацию диоксида  азота на границе жилого района  по направлению ветра от источника,  т.е. в точке с координатами (1000,0,0):

.

Здесь  , т.е. лежит в интервале 1 < £ 8, поэтому

, тогда концентрация на границе  жилого района будет равна:

, т.е. концентрация диоксида  азота на границе жилого района  превышает ПДК_м.р. в 2.78 / 0.085 = 32.7 раза

7) Найдем оптимальную высоту  вентиляционной трубы. Для соблюдения  гигиенических нормативов необходимо выполнение условия: Т.к. С_ф = 0,  Подставив это выражение в уравнение для расчета С_m и преобразовав его относительно h, получим:

.

Поскольку неизвестна высота трубы, то нельзя рассчитать опасную скорость ветра, а следовательно и найти n. Поэтому рассчитаем в первом приближении высоту трубы h¢ при n = 1:

. Для этой высоты источника  найдем V_m:

,   поэтому n находится по формуле:

n = 4.4 · V_m = 4.4 · 0.138 = 0.61. Теперь рассчитаем высоту трубы во втором приближении:

 Для этой высоты снова найдем V_m и n, а затем рассчитаем высоту трубы в третьем приближении ... и так до тех пор, пока две соседние величины h не совпадут с точностью до одного метра.

8) Оценим концентрации диоксида  азота в воздухе при скорости  ветра, равной 1 м/с. Вначале найдем максимальную концентрацию С_mu при этой скорости ветра:

.

Вспомогательный параметр r находится в зависимости от соотношения скоростей ветра: данной и опасной. , поэтому расчет r производим по формуле:

, поэтому   .

Найдем расстояние, на котором при  скорости ветра 1 м/с наблюдается  максимальная концентрация С_mu:   .

Вспомогательный параметр р, также  как и r, находится в зависимости от соотношения скоростей. Т.к. , то р = 3. Тогда .

Найдем концентрацию на расстоянии 200 м от источника при скорости ветра 1 м/с:

.

Т.к. , рассчитаем S₁ по формуле:

, тогда С(200,0,0) = 0.219 · 0.7 = 0.153 мг/м³, т.е. меньше, чем ПДК в воздухе рабочей зоны.

Найдем концентрацию на расстоянии 1000 м от источника при скорости ветра 1 м/с:

Т.к. , т.е. лежит в интервале 1 < £ 8, поэтому

, тогда концентрация на границе  жилого района при скорости ветра 1 м/с будет равна: , т.е. больше ПДК_м.р. в 0.35 / 0.08 = 4.1 раза.

Аналогично оцениваются концентрации и при скорости ветра 10 м/с.

 

Задача 2. В центре производственной площадки, имеющей в проекции форму круга с радиусом 200м, расположен источник загрязнения атмосферы высотой 10 м и диаметром устья 2 м, выбрасывающий в атмосферу загрязняющее вещество А. Ширина нормативной санитарно-защитной зоны предприятия равна 100 м. Скорость выброса ГВС из источника 5 м/с, массовый поток выброса вещества А равен 2,5 г/с. ПДК=0,2 мг/м³, С_ф =0,05мг/м³. Рассчитайте ПДВ для данного источника загрязнения. Район расположения предприятия – Среднее Поволжье.

 Решение. 1) Определим объемную скорость выхода ГВС.

м³/ч > 45000 м³/ч. Источник  мощный, поэтому для расчета используем метод Берлянда (ОНД-86).

2) Поскольку расчет рассеяния загрязняющих веществ обычно ведут при наихудших условиях рассеяния, рассчитаем опасную скорость ветра U_m, предварительно определив вспомогательный параметр V_m. Источник холодный, поэтому воспользуемся формулой:

.

3) Поскольку источник холодный расчет максимальной концентрации Сm следует вести по формуле:

,

где коэффициент F учитывает скорость оседания частиц, для газов F = 1; А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, для Среднего Поволжья А = 160. Параметр n учитывает условия выхода ГВС из устья источника. Численное значение его находится в зависимости от вспомогательного параметра V_m:

при 0,5<V_m≤ 2   

Таким образом, Сm превышает ПДК.

4) Найдем расстояние Х_m, на котором наблюдается максимальная концентрация С_m:

.

Здесь d - вспомогательный параметр, рассчитываемый в зависимости от величины V_m по разным формулам. Т.к.  0,5<V_m≤ 2   

.

Таким образом, максимальная концентрация наблюдается внутри производственной площадки, а по мере удаления от источника концентрация уменьшается

5) Рассчитаем концентрацию на  границе СЗЗ, т.е. на расстоянии 300м от источника:

C(300,0,0) =C_m S₁

Для расчета S₁ выберем формулу:

Х=300 м,      Х/Хm=300/148,2=2,02. Поскольку 1<X/X_m<8 , используем формулу:

Кроме того с учетом фона:

C(300,0,0) +С_ф=0,27+0,05 =0,32 мг/м³>ПДК

6) Рассчитаем ПДВ:

Для удовлетворения гигиенических  нормативов на границе СЗЗ должно соблюдаться условие: C(300,0,0)<ПДК- С_ф              или

С_m S₁< ПДК- С_ф             

Подставим вместо Сm выражение

 и решим полученное неравенство  относительно M, которое и будет являться нормативом ПДВ:

Фактический выброс вещества А составляет 2,5г/с и его можно  занормировать как ВСВ.