Моделирование процессов загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

“Саратовский государственный технический университет                         имени Гагарина Ю. А.” 

Контрольная работа по экологии на тему: 

“Моделирование  процессов загрязнения  атмосферы выбросами  промышленных предприятий”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент 

о/з отделения          гр. ПТЭ-22 

Проверила преподаватель

Сафронова Л. А. 
 
 
 
 
 

Саратов 2012 г.

Содержание 

Введение            3 

Ответы на теоретические  вопросы        4 

Определение максимальной приземной концентрации для          изолированных источников         7 

Определение максимальной приземной концентрации                 загрязняющих веществ для близкорасположенных источников          10 

Сравнение найденной  концентрации с предельно допустимой          11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Целью работы является разработка поведений  примесей в атмосфере, установление зависимости уровня концентрации создаваемого выбросами предприятий от местоположения источника выброса, от особенностей газо-воздушной смеси выходящей  из источника, от метеопараметров и  от режимов работы предприятий. Определение  зоны повышенной концентрации создаваемой  выбросами газо-воздушной смеси  из источника. Разработка комплекса  атмосферноохранных мероприятий по снижению уровня концентрации. Проведение контрольных расчётов, подтверждающих достаточность мероприятий.

     Теоретические вопросы: 1) токсичные металлы и  их влияние на окружающую среду; 2) понятие  экосистем, их виды, их свойства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Ответы  на теоретические  вопросы. 

     Токсичные металлы и их влияние  на окружающую среду. 

     Тяжёлые металлы — группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определениям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с ванадия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см3), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например, более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые исключают не цветные металлы (железо, марганец).

     Термин тяжелые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения и, таким, образом, при включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объем использования в хозяйственной деятельности.

     Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как ванадий или кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов.

     Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк, мышьяк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них — также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжелых металлов в природных водах. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, но при учете токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют значительно меньшее число элементов.

     Помимо  сточных вод, большие массы соединений тяжелых металлов поступают в океан через атмосферу и с захоронением разнообразных отходов в Мировом океане. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.

     Ртуть переносится в океан с материковым  стоком (прежде всего — из стока промышленных вод) и через атмосферу. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути. До трети от этого количества образуется при выветривании пород, содержащих ртуть (киноварь). Ртуть антропогенного происхождения попадает в атмосферу в первую очередь при сжигании угля на электростанциях. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс. тонн) попадает в океан. Некоторые бактерии переводят токсичные хлориды ртути в еще более токсичную метилртуть.  Соединения ртути накапливается многими морскими и пресноводными организмами в концентрациях, во много раз превышающих содержание ее в воде.

     Употребление  в пищу рыбы и морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению населения. Так, к 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Минамата, причиной которой послужило поступление в залив Минамата со сточными водами отходов предприятий, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Соединения ртути высокотоксичны для человека.

     Свинец — рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Помимо того, свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе с выхлопными газами поступает используемый в топливе тетраэтилсвинец. Через атмосферу океан получает 20-30 тысяч тонн свинца в год с континентальной пылью.

     В организм человека свинец попадает как  с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения  может приводить к накоплению в костях, печени и почках.

     Кадмий  является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется  в минералах цинка. Поступает  в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических  и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в  норме присутствуют в организме  человека в микроскопических количествах. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к  анемии и разрушению костей.  

     Понятие экосистем, их виды, их свойства. 

     Экосистема — сложная (по определению сложных систем Л. Берталанфи) самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, Таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум), если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами. Иногда для них употребляют понятие — фация (например, в геоэкологии), но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения. В общем случае в разных науках понятию «фация» соответствуют различные определения: от систем субэкосистемного уровня (в ботанике, ландшафтоведении) до понятий, не связанных с экосистемой (в геологии), либо понятие, объединяющее однородные экосистемы (Сочава В. Б.), или почти тождественное (Берг Л. С., Раменский Л. Г.) определению экосистемы.

     В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится наавтотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

     Единственным  источником энергии для существования  экосистемы и поддержания в ней  различных процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровеньэкосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом. 
 

1. Определение максимальной приземной концентрации для изолированных источников. 
 
 

где А – коэффициент безразмерный, зависящий от температурной стратификации атмосферы. А принимаем равным 180

       F – коэффициент учитывающий скорость оседания частиц, безразмерный. F=1 (если газ), F=3 (если твёрдое или жидкое вещество)

       М – масса выброса [г/с]

       η – коэффициент учитывающий  влияние рельефа местности. Принимаем  равным 1

       H – высота источника над уровнем моря [м]

      V1 – расход газо-воздушной смеси [/с]

       ΔТ – разность от температуры  выброса, Т-20,6 ̊

       m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника, зависит от параметра f 
 
 

если f<100, то