Лабораторная работа 2. Определение концентраций загрязняющих веществ, обусловленных автомобильным транспортом, в атмосферном воздухе
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Биологический факультет
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА
(для бакалавров направления подготовки 05.03.06 Экология и природопользование)
Донецк 
2018
 | |||
 | |||
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Биологический факультет
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА
(для бакалавров направления подготовки 05.03.06 Экология и природопользование)
Донецк 2018
 |
УДК 574 (075.3)
Экологическая экспертиза (для бакалавров направления подготовки 05.03.06 Экология и природопользование): учебное пособие для проведения лабораторных работ и самостоятельной работы студентов / Сост.: Прокопенко Е.В. – Донецк: ДонНУ, 2018. – 79 с.
Учебное пособие содержит контрольные вопросы, тесты, теоретический материал и варианты условий задач по расчету параметров, характеризующих экологическое состояние и степень загрязненности природных сред: вод, атмосферного воздуха, почвы. Предназначено для бакалавров направления подготовки 05.03.06 Экология и природопользование.
Составитель: доцент кафедры зоологии и экологии, кандидат биологических наук Е.В. Прокопенко
Отв. за выпуск: заведующий кафедры зоологии и экологии, доктор биологических наук Н.Н. Ярошенко
Рекомендовано к изданию решением ученого совета биологического факультета Донецкого национального университета. Протокол № 5 от 20.01.2018 г.
© Е.В. Прокопенко, 2018
© ГОУ ВПО «ДонНУ», 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Лабораторная работа 1. Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере для точечного источника | |
| Тестовый контроль знаний | |
| Вопросы для контрольных работ | |
| Список рекомендованной литературы |
Лабораторная работа 1. Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере для точечного источника
Рассматривается одиночный точечный источник (заводская труба) с круглым устьем, выбрасывающий газовоздушную смесь, содержащую вредные примеси (рис. 1). При определенных неблагоприятных метеорологических ситуациях на некотором расстоянии xм от источника достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества, которая определяется по формуле:
(1)
где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;
М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе;
m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;
H – высота источника над уровнем земли (для наземных источников принимается H = 2 м), м;
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;
ΔT – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего наружного воздуха Tв, 0С;
V1 – расход газовоздушной смеси (ГВС), м3/с, определяемый по формуле:
(2)
где D – диаметр устья источника выброса (диаметр выходного отверстия трубы), м;
w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья иcточника выброса (трубы), м/с.
Значения коэффициента А, соответствующие повторяемости неблагоприятных метеорологических условий (инверсии температуры), при которых концентрация вредных веществ в воздухе максимальна, в данном случае принимается равной 200 (районы Европейской территории России южнее 500 с.ш., включая Кавказ и Нижнее Поволжье).
Эмиссия выбросов загрязняющих веществ М и расход газо-воздушной смеси V1 для вновь строящихся предприятий определяются исходя из конкретных особенностей технологического процесса с помощью специальных методик расчета, которые разработаны для ряда типовых технологий. При отсутствии таких методических разработок приходится проводить специальные научные исследования и инженерные расчеты. Для действующих предприятий эти величины, как правило, уже известны и могут быть проконтролированы путем непосредственных измерений.
Рис. 1. Характер распределения концентраций загрязняющего вещества под факелом одиночной трубы (из: Оценка воздействия…, 2005)
Значение коэффициента F принимается:
а) для газообразных примесей и мелкодисперсных аэрозолей
(пыли, золы и т.п., скорость оседания которых практически равна
нулю) F = 1;
б) для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше,
при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов
не менее 90 % F = 2; от 75 до 90 % F = 2,5; менее 75 % и при от
сутствии очистки F = 3.
Температуру Tв принимают равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается принимать Tв равной средней температуре наружного воздуха за самый холодный месяц. Температура выходящей газовоздушной смеси Tг определяется по технологическим расчетам и действующим для данного производства нормативам.
Расстояние от источников выбросов, на котором концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения см определяется формулой:
(3)
где d – безразмерный коэффициент.
Алгоритм расчета коэффициентов m , n , d , а также опасной скорости ветра, при которой создается максимальная концентрация, u m (м/с), зависит от параметров f , fe , vm, v *m и определяется формулами, приведенными в таблицах 1 и 2.
| (4) |
| (5) |
| (6) |
| (7) |
Таблица 1.
| при f ˂ 100 | (8) |
| при f ³ 100 | (9) |
Таблица 2.
| при f < 100
| при vm ˂ 0,5
| n = 4,4 vm | (10) |
d = 2,48 (1 + 0,28  )
| (11) | ||
| um = 0,5 | (12) | ||
| при 0,5 < vm < 2
| n = 0,532 vm2 – 2,13 vm + 3,13 | (13) | |
d = 4,95 vm (1 + 0,28  )
| (14) | ||
| um = vm | (15) | ||
| при vm ³ 2
| n = 1 | (16) | |
 
| (17) | ||
| (18) | ||
| при f ³ 100 или ΔT » 0
| при v m*< 0,5
| n = 4,4 vm* | (19) |
| d = 5,7 | (20) | ||
| um = vm* | (21) | ||
| при 0,5 < vm* < 2
| n = 0,532 vm*2– 2,13 vm* + 3,13 | (22) | |
| d = 11,4 vm* | (23) | ||
| um = vm* | (24) | ||
| при vm* ³ 2
| n = 1 | (25) | |
| (26) | ||
| um = 2,2 vm* | (27) |
В предельных случаях (холодные выбросы, предельно малые опасные скорости ветра) максимальная концентрация загрязняющего вещества определяется не по формуле (1), а с помощью соотношений (28), (30).
Так, при ΔT » 0 (или f ³ 100) и vm * ³ 0,5 (холодные выбросы) для расчета с m используется формула:
, где (28)
(29)
причем n здесь определяется по формулам (19), (22), (25).
При f < 100 и vm < 0,5 или f ≥ 100 и vm* < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет с m вместо (1) производится по формуле:
(30)
где m *=2,86 m при f < 100 и vm < 0,5 (31)
m* = 0,9 при f ≥ 100 и vm * < 0,5 (32)
Если мы хотим вычислить приземную концентрацию вредных веществ по оси факела на различных расстояниях x (м) от источника выбросов при опасной скорости ветра, то необходимо воспользоваться формулой (33):
с = s1 сm, (33)
где s 1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения x / x m и F по формуле 34 (а-г):
(34 а)
(34 б)
(34 в)
(34 г)
При значениях x / x m < 1 для низких и наземных источников (высотой H не более 10 м) величину s 1 в формуле (33) заменяют на s1н и определяют по по формуле:
(35)
В более общем случае, когда требуется определить также и концентрации на некотором расстоянии y (м) по перпендикуляру к оси факела выброса, следует использовать формулу (36):
с = s1 (x / xm) s2 (y / x) сm, (36)
где функцию s2 ( y / x ) определяют по формуле (39) в зависимости от параметра ty :
, u≤5 (37)
, u > 5 (38)
(39)
Задание. Рассчитать максимальную приземную концентрацию 
диоксида азота (NO2) от работающей одиночной трубы теплоэлектростанции (или котельной), расстояние от источников выбросов, на котором концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения 
и опасную скорость ветра u m. Будет ли наибольшая расчетная концентрация превосходить максимальную разовую ПДК? Если будет, то подобрать высоту трубы так, чтобы концентрации не превосходили ПДКм.р. (для диоксида азота ПДКм.р. = 0,085 мг/м3).
Рассчитать приземные концентрации диоксида азота по оси направления ветра на расстояниях 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3 км. Построить график изменения концентраций в зависимости от расстояния при найденной опасной скорости ветра.
Исходные параметры принять в соответствии с номером варианта по таблице 3. Рельеф местности считать плоским (h = 1). Коэффициент стратификации принять равным 200.
Таблица 3.
| Параметры
| Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Высота трубы, м | 20 | 50 | 50 | 100 | 150 | 100 | 50 | 50 | 20 | 20 |
| Диаметр трубы, м | 0,8 | 0,8 | 0,5 | 1,0 | 3,0 | 2,0 | 1,0 | 1,6 | 1,0 | 0,5 |
| Расход ГВС, м3/с | 6,53 | 7,54 | 2,94 | 15,7 | 141,3 | 62,8 | 11,8 | 30,14 | 10,20 | 2,55 |
| Δ Т, 0С | 40 | 60 | 40 | 130 | 130 | 130 | 80 | 80 | 100 | 100 |
| w0, м/с | 13 | 15 | 15 | 20 | 20 | 20 | 15 | 15 | 13 | 13 |
| Мощность эмиссии диоксида азота (М), г/с | 1 | 10 | 10 | 100 | 200 | 100 | 100 | 20 | 10 | 2 |
Лабораторная работа 2. Определение концентраций загрязняющих веществ, обусловленных автомобильным транспортом, в атмосферном воздухе
При расчете рассеяния выбросов от автомобилей для определения концентрации токсичных веществ на различном удалении от дороги используется модель гауссового распределения примесей в атмосфере на небольших высотах.
Концентрация загрязняющего вещества вдоль автомобильной дороги определяется по формуле:
(40)
где: С i – концентрация i-го загрязняющего вещества в воздухе, г/м3,
qi – мощность эмиссии i-го загрязнителя, выбрасываемого транспортным потоком, г/м с;
s– стандартное отклонение Гауссового рассеивания в вертикальном направлении, м; определяется по таблице 4;
V – скорость ветра, преобладающего в расчетный месяц летнего периода, м/c,
φ – угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги (при угле от 90 до 30º скорость ветра следует умножать на синус угла, при угле менее 30º – коэффициент 0,5). Наиболее неблагоприятная ситуация возникает при φ = 30º.
F – фоновая концентрация загрязнения воздуха, г/м3.
Таблица 4. Значения стандартного гауссового распределения sпри удалении от кромки проезжей части
| Приходящая солнечная радиация | удаление от кромки проезжей части, метры | |||||||||
| 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | |
| Сильная | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 13 | 19 | 24 | 30 | 36 |
| Слабая | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 14 | 18 | 22 | 26 |
Мощность эмиссии загрязняющего вещества qi (г/м×с), обусловленная транспортным потоком, определяется исходя из формулы:
(41)
где min – эмиссия i-го загрязняющего вещества одним автомобилем n-ой группы (г/км);
Nn – интенсивность движения n-ой группы автомобилей (авт. в час);
k – число групп автомобилей (k =1 – легковые, k = 2 – грузовые карбюраторные, k = 3 – грузовые дизельные и т.д.);
2,7×10–7 – коэффициент пересчета одних единиц измерения в другие.
Эмиссия NO2 для одного автомобиля (масса загрязняющего вещества, выбрасываемая на единице пути) в расчетах считается независящей от скорости в широком диапазоне скоростей и принимается:
1.7 г/км – для одного легкового автомобиля;
5,2 г/км – для одного грузового карбюраторного автомобиля;
7.8 г/км – для одного дизельного грузового автомобиля.
Задание. Определите эмиссию диоксида азота, обусловленную движением автомобилей по автотранспортной магистрали. Параметры транспортного потока, необходимые для расчета, указаны в таблице 5.
Постройте график уменьшения концентраций диоксида азота с подветренной стороны по мере удаления от автомобильной магистрали. Угол между вектором скорости ветра и направлением дороги во всех вариантах принять равным 30о. Определите, не превышена ли максимальная разовая ПДКм.р. по NO2 (ПДКм.р.= 0,085мг/м3).
При расчетах рассмотреть случай слабой приходящей солнечной радиации. Фоновую концентрацию принять равной нулю.
Таблица 5.
| Вариант | Интенсивность, авт. в час | Скорость ветра, м/с | Доля грузовых карбюраторных, % | Доля грузовых дизельных, % |
| 1 | 1000 | 1 | 50 | 10 |
| 2 | 1000 | 1,5 | 40 | 20 |
| 3 | 2000 | 2 | 60 | 5 |
| 4 | 2000 | 1 | 60 | 0 |
| 5 | 3000 | 2 | 20 | 30 |
| 6 | 3000 | 3 | 40 | 10 |
| 7 | 4000 | 1 | 10 | 40 |
| 8 | 4000 | 2 | 50 | 0 |
| 9 | 5000 | 2,5 | 10 | 30 |
| 10 | 5000 | 3 | 20 | 30 |
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 758; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!