Рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в стоках предприятия при сбросе их в открытый водоем.

Определить эффективность очистки по каждому загрязняющему веществу. Исходные данные приведены в табл.1

Таблица 1 – Исходные данные

Решение:

Распределяем загрязняющие вещества стоков по группам лимитирующего показателя вредности для водоема рыбохозяйственной категории:

1) санитарно-токсикологическая – Fe³⁺; NO₃^-

2) общесанитарная – отсутствует;

3) органолептическая  - отсутсвует;

4) рыбохозяйственная – нефтепродукты

5) токсикологическая – жиры, Ni²⁺

Определим ПДК для каждого из этих веществ в воде, мг/л:

Fe³⁺   - 0.05 мг/ л; NO₃^-  - 40,0 мг/л; нефтепродукты – 0,05 мг/л; жиры – 3,9 мг/л, Ni²⁺ - 0,01

По формуле (1) рассчитаем С_ор мг/л загрязняющих веществ в стоках без учета их совместного влияния в водоеме:

С_ор = γ Q / q *  (ПДК_i – C_{ф i} ) + ПДК                                                          (1)

С_Fe³⁺_ор =0,59 * 3,5 / 0,02 * (0,05 – 0,01) + 0.05 = 4,18

С _NO3-ор = 0,59 * 3.5 / 0,02 * (40.0 – 1.5) + 40.0 = 4015.12

С_{нефтепрод ор} = 0,59 * 3,5 / 0,02  * (0,05 - 0,03) + 0.05 = 2,115

С_{жиры ор}  = 0,59 * 3,5 / 0,02 *  (3,9 – 2,5) + 3,9 =148,45

С _{Ni2+  ор} = 0,59 * 3,5 / 0,02  * (0.01 – 0.003) + 0.01 = 0,73

Учитывая, что в санитарно-токсикологическую группу и токсикологическую группу входят несколько ингредиентов, рассчитываем ожидаемую концентрацию, мг/л каждого из загрязняющих в створе реки по формуле (2):

С_{ожид i} = (q C_{ор i} + γ Q C_{ф i}) / (q + γ Q )

При расчете С_{ожид i} , учитываем, что эта величина не должна превышать ПДК_i

Санитарно-токсикологическая группа:

С _Fe³⁺_ожид =(0,02 * 4,18 + 0,59 * 3,5 *0,01)/ (0,02 + 0,59 * 3,5) = 0,05

С _{NO3- ожид} =(0,02* 4015.12 + 0,59 * 3,5 *1,5)/(0,02 + 0,59 * 3,5)=39,99

Токсикологическая группа:

С_{жиры ожид} =(0,02* 148,45 + 0,59 * 3,5 *2,5)/(0,02 + 0,59 * 3,5)= 3,9

С _{Ni2+   ожид} =(0,02* 0,73 + 0,59 * 3,5 *0,003)/ (0,02 + 0,59 * 3,5) =0,0099

C_{нефтепрод  ожид} = (0,02* 0,73 + 0,59 * 3,5 *0,03)/ (0,02 + 0,59 * 3,5) =0,389

Провести проверку по данной группе веществ на соответствие нормам по формуле (3):

Санитарно-токсикологическая группа:

С_{ожид 1} / ПДК₁ + С_{ожид 1} / ПДК₁ + С_{ожид n} / ПДК_n ≤ 1                                    (3)

С _Fe³⁺_ожид  / ПДК _Fe³⁺  + С _{NO3- ожид}  / ПДК _NO3- ≤ 1

0,05 / 0,05 + 39,99 /40,0  = 1 + 0,99  = 1,99

Так как сумма больше единицы, то производится корректировка С_{ожид i} каждого компонента в сторону уменьшения:

С_{ожид i} (уточ) = С_{ожид i} / n                                                                              (4)

Снижаем концентрацию каждого компонента в 2,0 раза:

0,5+ 0,49 = 0,99

Токсикологическая группа:

С _{жиры ожид}  / ПДК _жиры  + С _{Ni2+   ожид}  / ПДК _Ni2+  ≤ 1

3,9 / 3,9 + 0,0099 / 0,01 = 1, 99

Снижаем концентрацию каждого компонента в 2,0 раза:

0,5 + 0,495 = 0,995

По формуле (5) определяем допустимую концентрацию, мг/л, загрязняющих веществ в стоках после очистки с учетом совместного влияния веществ в данной группе лимитирующего показателя вредности:

С_{доп i} = (С_{ожид i уточн} (q + γQ) – γQ C_фi )/ q                                                    (5)

Санитарно-токсикологическая группа:

С _Fe³⁺  _доп = (0,025 (0.02+0.59*3,5) – 0.59*3,5*0,01)/0.02 = 1,567

С _{NO3- доп} = (19,99 (0.02+0.59*3,5) – 0,59*3,5*1,5)/0.02 =1929,12

Токсикологическая группа:

 С _{жиры доп}   = (1,95 (0.02+0.59*3,5) – 0,59*3,5*2,5)/0.02 =41,75

С _{Ni2+  доп}   = (0,0049 (0.02+0.59*3,5) – 0,59*3,5*0,003)/0.02 =0,2

С _{нефтепрод  доп}   = (0,389 (0.02+0.59*3,5) – 0,59*3,5*0,03)/0.02 =3,74

Определяем эффективность работы очистного оборудования, %, по каждому виду загрязнений по формуле (6):

Э = (С_{факт i} - С_{доп i})/ С_{факт i} *100                                                                   (6),

где С_{факт i} – концентрация загрязняющего вещества в сточной воде данного предприятия до очистных сооружений, мг/л

Э _Fe³⁺ = (5,5 – 1,567)/5,5*100 = 15,67 %

Э _NO3- = (32 -40,0)/ 32*100 = 25 %

Э  _жиры  = (10,8- 41,75)/ 41,75 *100 = 74,13 %

Э _Ni2+  = (0,11 - 0,2)/ 0,11 *100 = 81,8 %

Э_{нефтепрод}= (6,1 – 3,74)/ 6,1 *100 = 38,69 %

Задача 2 (вариант 74)

Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате работы биоочистных сооружений предприятия в одном из регионов России, при условии, что биоочистные системы (поля орошения) работают при температуре окружающей среды ≥ +10ºС. Исходные данные приведены в табл. 2, 3

Таблица 2 – Исходные данные по характеристике стоков предприятия, направленных на биоочистку

Таблица 3 – Исходные данные для расчета

Решение:

Рассчитаем фактическую массу каждого загрязнителя в стоках по формуле (7), мг/л или г/см³:

m_i = C_{н i} – C_{к i}                                                                                               (7),

где C_{н i}  и  C_{к i}  - начальная и конечная концентрация загрязнителя в сточных водах до и после биоочистки, мг/л.

m(NН₄⁺)  = 20 - 2 = 18

m(Cl^-)  =420 – 320 = 100

m(SO₄^2-)  = 250 - 120 = 130

m(Ni²⁺)  = 2,8 – 0,05 = 2,75

m (Zn²⁺)  = 2,5– 0,06 = 2,44

Определим степень токсичности каждого загрязнителя в стоках по формуле (8):

А_i = 1/ПДК_i                                                                                                  (8)

А (NН₄⁺) = 1: 0,5 = 2

А(Cl^-)  = 1: 300 = 0,033

А (SO₄^2-)   = 1:100 = 0,01

А(Ni²⁺) = 1: 0,01 = 100

А (Zn²⁺)  = 1: 0,01 = 100

Определим приведенную массу годового сброса загрязнителей (ΣА_i m_i), г/м³:

∑А_i m_i = 2*18+ 0.033*100 + 0,01*130 + 100*2,75 + 100*2,44 =589,3 г/м³

Рассчитаем эффективность предотвращенный экономический ущерб в результате работы биоочистных сооружений предприятия Э_у по формуле (9):

Э_у = k* p* V*∑ А_i m_i * 10^-6                                                                        (9),

где Э_у, руб./год; k – константа, равная 1440 р/усл т; р – константа региона России (для Юга Хабаровского Края равна 0,15); V – объем очищенных сточных вод, м³ / год; ΣА_i m_i – приведенная масса годового сброса загрязнителей, г/м³

В году биоочистные сооружения работают не более 180 суток, т.е.

Э_у = 1440 руб./год *0,15 *1000 *180* 589,3 г/м^{3 *} 10^-6 = 22911,984 руб./год        

Задача 3 (вариант 78)

Рассчитать ПДВ конкретных загрязняющих компонентов от нагретого источника, определить их фактический выброс, необходимость установки улавливающего оборудования, плату за выброс.  

Исходные данные приведены в табл. 4.

Таблица 4 – Исходные данные

         Решение:

Рассчитываем ПДВ_формал по формуле (10):

ПДВ_i = (ПДК_{мр i}- С_{ф i})H^{2  3}√V ∆Т /А F m n 1000                              (10), 

где   ПДК_{мр i}  - максимально-разовая предельно допустимая концентрация i – го компонента, мг/м³, С_{ф i} – фоновая концентрация i - го компонента, мг/м³ ;  (ПДК_{мр i}  - С_{ф i} ) – максимальная приземная концентрация загрязняющего вещества при выбросе нагретой газовоздушной смеси из исследуемого источника, мг/м³; Н – высота выброса над уровнем земли, м; ∆Т – разность между температурой смеси и температурой окружающей среды, ºС; А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания атмосферных примесей (для территории Дальнего Востока и Сибири А=200); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей F = 1; для крупнодисперсной пыли и золы при очистке до 75% - 2.5, при полном отсутствии очистки для крупнодисперсной пыли - 3); m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, рассчитываются по ряду формул:

m = 1/ (0,67 + 0,1√f  + 0,34 ³√f )                                                               (11), 

f = 10³ W²₀ D / H² ∆T                                                                                 (12),   

где W₀ – скорость выхода газовоздушной смеси, м/с; D – диаметр (или приведенный диаметр) устья трубы, м.                                                           

ПДК_{мр СО} = 6,0 мг/м³

ПДК_{мр гексан} = 60 мг/м³

Рассчитаем объем газовоздушной смеси продуктов сгорания V, м³/с по формуле (13):

V = Q V₀ * 10³ / τ                                                                                      (13),

где Q – расход топлива, т/год (для твердого или жидкого топлива); м³ /год (для газообразного); V₀ – расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг или 1 м³ топлива (для угля V₀ = 5,5 м³/кг, мазута = 8,4 м³/кг, дизельного топлива = 10,8 м³/кг, газа = 10 м³/м³), τ – время работы установки в год, с/год.

V = 5000* 8,4 * 10³ / 8500*3600 = 1,37 м/с

Скорость выхода газовоздушной смеси W₀, м/с рассчитаем по формуле (14)

W₀ = 4 V / π D²                                                                                           (14)

W₀ = 4 * 1,37 / 3.14 * 1,5² = 0,77 м/с

∆T = 220 –(-5) = 225

A = 200; F = 1(для СО и для гексана)

Рассчитаем коэффициенты  m и f  по формулам (11), (12):

f  = 10³ * 0,77² * 1,5 / 25² * 225 = 0,0063

m = 1/ (0,0063 + 0,1√0,0063 + 0,34 ³√0,0063 ) =  13,26

Величины V_m и n определяем по формуле (15):

    V_m = 1,3*  W₀ D / Н                                                                               (15)

при V_m < 0.3; n = 3

при 0,3 <  V_m < 2.0; n = √ (V_m – 0.3) * (4.36 - V_m )

при  V_m > 2 ; n = 1    

V_m = 1.3 *0,77 * 1,5 / 25 = 0,06, так как  V_m < 0.3; n = 3

ПДВ_СО =(5,0 -0,5) * 25^{2 3}√ 1,37 * 225 / 200 *1*13,26* 3*1000 = 0,088 г/с

ПДВ_гексан =  (60 - 0,3) * 25^{2 3}√ 1,37 * 225 /200*1*13,26*3*1000 =1,23 г/с

Фактический выброс m_СО  и m_гексан  определим по формуле (16):

m_i = C_{max i} V X_i / 1000                                                                                (16),

где  C_{max i} – максимальная концентрация загрязняющего вещества на выходе из источника, мг/м³, (определяется экспериментально); V – объем газовоздушной смеси продуктов сгорания, м³ / с, рассчитывается по формуле (13); Х – число однотипных источников.

m_СО = 7,5 * 1,37  / 1000 = 5,47 г/с

m_гексан = 60,4 * 1,37 / 1000 = 0,083 г/с

Плату за годовой выброс, руб./год, рассчитаем по формулам (17,18,19):

П₁ = ∑ С_i m_i τ / 10⁶                                                                                    (17),  

где   С_i – ставка платы, руб.;  m_i – фактический выброс данного загрязняющего компонента, г/с (если m_i > ПДК_i , то в формулу (17) подставляют значение ПДК_i ); τ – время работы источника в течение года, с.

 С_i = Н_i * К                                                                                                 (18), 

где   Н_i  - базовый норматив платы за выброс 1 т загрязняющего вещества в пределах допустимых выбросов, руб.; К – коэффициент экологической ситуации данного региона по атмосферному воздуху (для Дальнего Востока К=1,0)

Плата за сверхлимитные выбросы П₂, руб./год, рассчитывается по формуле:

П₂ = 5  ∑ С_i^`  (m_i  - ПДВ_i) τ / 10⁶                                                               (19),

где    С_i^`  - ставка платы при сверхлимитных выбросах, руб.

  С_i^{`</sup>  = Н<sub>i</sub><sup>`}  * K                                                                                            (20), 

где  Н_i^`  - базовый норматив платы за выброс 1 т загрязняющего вещества при сверхлимитных выбросах, руб.; К = 0,8

Общая плата за выброс П рассчитывается по формуле (21):

П = П₁ + П₂                                                                                                (21)

П₁ = (0,4* 0,114 + 0,032 *0,083) *8500 * 3600 / 10⁶ = 1,47

П₂ =  5 *( 2 * 0,8 (5,47-0,114)+ (0,16 * 0,8 (0,083 -1,23)* 8500* 3600) / 10⁶ = 1288,68

П = 1,47+1288,68 =  1290,15 руб./год

Задача 4(вариант 103)

Рассчитать:

1) максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества при выбросе из одиночного горячего источника;

2) Х – расстояние от источника выброса, м. где при неблагоприятных метеорологических условиях достигается С_м этого вещества;

3) U_В – опасную скорость ветра, при которой достигается С_м на уровне 10 м от земли;

4) С_iВВ – значения приземных концентраций рассматриваемого вещества на различных расстояниях от источника выброса;

5) определить размер С 33 предприятия, допуская, что источник выброса единственный.

Исходные данные приведены в табл. 5

Таблица 5 – Исходные данные

Решение:

Из задачи 78:

m_факт = 0,083 г/с

Н = 25,0 м

V = 1,37 м³

∆T = 225 ºС

F = 1

m = 13,26

n = 3

Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации гексана С_{м гексан}, мг/м³ по формуле (22):

С_м = А m_факт F* m* n / H^{2 3}√V* ∆T                                                          (22),

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; Н – высота выброса, м; m_факт – фактическая мощность выброса, мг/с; V – объем (расход) газовоздушной смеси, м³/с; ∆T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающей среды, ºС

Значение А, соответствующее неблагоприятным метеоусловиям, при которых концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе максимальна, равно:

А=250 – Читинская область

С_{м гексан} =  250* 0,083 *1*13,26*3 / 25^{2 3}√1,37 * 225*1000 = 5,3 мг/м³

Х – расстояние от источника выброса, м, где достигается С_{м гексаннайдем} по формуле (23):

Х_м = (5 –F) dH / 4                                                                                      (23),

где d – безразмерный коэффициент (при условии значения коэффициента f < 100) находится по формулам:

d = 2,48 (1+0.28 ³√ f ) при V_m ≤ 0,5                                                           (24)

d = 4.95 V_m (1+0.28 ³√ f) при 0,5 ≤ V_m ≤ 2                                                (25)

d = 7 √V_m  (1+0,28 ³√ f) при V_m ≥2                                                            (26)

V_m  =0,06, так как  V_m ≤ 0,5, для расчета d используем формулу (24):

d = 2,48 (1+0.28 ³√0,0063) = 2,61

Х_м = 5 –F dH / 4 = (5 – 1) * 2,61 * 25 / 4 =  65,25                                                                                 

Опасную скорость ветра U_В находим по формуле (27):

U_B = 0.5 при V_m ≤ 0,5                                                                                (27)

U_B = 0.5 м/с

Для расчета С_i , мг/м³ по формуле (31) на расстоянии

10,50,100,200,300,500,1000 м от источника при   U_B = 0.5 м/с найдем безразмерный коэффициент S, формулы (28)-(30), при расстоянии:

- 10 м  - Х / Х_м  = 10/65,25 = 0,153

- 50м – Х / Х_м  = 50/65,25 = 0,766

- 100м – Х / Х_м  = 100/65,25 = 1,53

- 200м – Х / Х_м  = 200/65,25 = 3,06

- 300м – Х / Х_м  = 300/65,25 = 4,59

- 500 м  – Х / Х_м  = 500/65,25 = 7,66

- 1000 м  – Х / Х_м  = 1000/65,25 = 15,32

S = 3 (X_i / Х_м)⁴ - 8 (X_i / Х_м)³ + 6(X_i / Х_м)² при  X_i / Х_м ≤1;                      (28)

S = 1.13 / (0.13 (X_i / Х_м)²  + 1)  при 1< X_i / Х_м  ≤ 8;                                  (29)

S = 1/ (0.1(X_i / Х_м)²+2.47(X_i / Х_м ) – 17.8) при F>1.5; Х_м  > 8                 (30)

S (10 м) =3 (0,153)⁴ - 8 (0,153)³ + 6(0,153)² = 0,17 ;

S (50 м) = 3 (0,766)⁴ - 8 (0,766)³ + 6(0,766)² = 8,15

S (100 м) =1.13 / (0.13 (1,53)²  + 1) =0,87 ;

S (200 м) =1.13 / (0.13 (3,06)²  + 1) =0,509;

S (300 м) =1.13 / (0.13 (4,59)²  + 1) =0,413;

S (500 м) =1.13 / (0.13 (7,66)²  + 1) =0,131;

S (1000 м) = 1/ (0.1(15,32)²+2.47(15,32 ) – 17.8)=0,023;

Тогда по формуле (31) найдем значения приземной концентрации вредного вещества:

 С_i  = S * C_м                                                                                                                                                      (31)

С_{гексан  (10м)} = 0,17 * 5,3 = 0, 9 мг/м³

С_{гексан (50м)} = 8,15*5,3 =43,19 мг/м³

С_{гексан (100м)} =0,87  *5,3 = 4,61 мг/м³

С_{гексан (200м)} = 0,509* 5,3=2,7 мг/м³

С_{гексан (300м)} =0.413* 5,3=2,2 мг/м³

С_{гексан (500м)} = 0,131* 5,3 =0,69 мг/м³

С_{гексан (1000м)} =0.023* 5,3  = 0,12 мг/м³

Для определения границ С33 находим ПДК_{мр гексан} = 60 мг/м³

Из предыдущих расчетов видно, что ПДК_{мр гексан} = 60 мг/м³ > С_гексан, принимаем L₀ = 50м. С учетом среднегодовой  розы ветров по формуле (32):

L = L₀  P / P₀                                                                                               (32),

где L₀ – расчетный размер участка местности, где приземная концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе С₀, мг/м³, с учетом направленного действия вещества не превышает ПДК_мр, Р – среднегодовая повторяемость направления ветра рассматриваемого румба, %; Р₀ – повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, % (при восьмирумбовой розе ветров Р₀ = 100/80=12,5%)

Среднегодовая повторяемость направления ветра для среднегодовой розы ветров условной местности по СНиП 1.01-82 Р = 12% (СЗ).

Тогда по формуле (32):

L = 50*12/12, 5 = 48м

Таким образом,  минимальное расстояние от источника выброса до жилой застройки должно составлять не менее 48 м, следовательно, данное предприятие по величине С33 относится к V классу.