Задача 1 (вариант 35)

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) токсикологическая – отсутствует

2) санитарно-токсикологическая – окись пропилена

3) органолептическая  - Дифенилуксусная кислота;  Амилмеркаптан; Цианистый бензил; ПАВ (ОП-10)

4) рыбохозяйственная – отсутствует

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

Дифенилуксусная кислота – 40,5мг/л, Амилмеркаптан - 0,0002 мг/л, Цианистый бензил – 0,03 мг/л, ПАВ (ОП-10)– 0, 1 мг/л, Окись пропилена – 0,01 мг/л 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 _{ДК ор} =0,43 * 4,3/ 0.24* (40,5 – 0,05) + 40,5 = 348,66

С _{АМ ор} = 0,43 * 4,3 / 0,24 * (0,0002 – 0,00) + 0,0002 = 0,0017

С _{ЦБ ор} = 0,43 * 4,3 / 0,24  * (0,0002 - 0,03) + 0.0002 = 0,229

С _{ОП-10 ор} = 0,43 * 4,3 / 0,24 *  (0.1 – 0.00) +0.1 = 0,87

С _{Окись пропилена ор} = 0,43 * 4,3 / 0,24 *  (0,01 – 0.00) +0,01= 0,087

Учитывая, что в органолептическую 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

Органолептическая группа:

С _ДКожид==(0,24* 348,66+ 0,43 * 4,3 *0,05)/ (0,24 + 0,43 * 4,3) =40,1

С _{АМ ожид}= (0,24* 0,0017+ 0,43 * 4,3 *0)/ (0,24 + 0,43 * 4,3) =1,95*10^-4

С _{ЦБ ожид}= (0,24* 0,229+ 0,43 * 4,3 *0,03)/ (0,24 + 0,43 * 4,3) =0,052

С _{ОП-10 ожид} = (0,24* 0,87+ 0,43 * 4,3 *0)/ (0,24 + 0,43 * 4,3) =0,095

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

Токсикологическая группа:

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

С _{ДК ожид}  / ПДК _ДК + С _{АМ ожид} / ПДК _АМ + С _{ЦБ ожид} / ПДК _ЦБ + С _{ОП-10  ожид} / ПДК_ОП-10  ≤ 1

40,1/ 40,5 + 1,95*10^-4/ 0,0002 + 0,052/ 0,229 + 0,095 / 0,01  = 0,99 + 0,975 + 0,227 + 0, 95 = 2,93

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

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

Снижаем концентрацию каждого компонента в 4,0 раза:

0,25 + 0,000048 + 0,013 + 0,023 = 0,97 ≤ 1

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)

Органолептическая группа:

С _ДКдоп==(0,25 (0,24 + 0,43*4,3) – 0,43*4,3*0,05) / 0,24 = 1,79

С _{АМ доп}= (0,000048 (0,24 + 0,43*4,3) – 0,43*4,3*0,0) / 0,24 = 0,00042

С _{ЦБ доп}= (0,013 (0,24 + 0,43*4,3) – 0,43*4,3*0,0015) / 0,24 = 0,10

С _{ОП-10 доп} = (0,023 (0,24 + 0,43*4,3) – 0,43*4,3*0) / 0,24 = 0,20

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 _ДК= (10,6-1,79)/ 10,6*100 = 83,11%

Э _АМ = (3,8-  0,00042)/ 3,8*100 = 99,8%

Э  _ЦБ = (4,2- 0,10)/ 4,2 *100 = 97,6%

Э _ОП-10  = (34,8- 0,20)/ 34,8 *100 = 99,4%

Э _{окись пропилена} = (0,29-0,087)/ 0,29 *100 = 70%

Задача 2 (вариант 67)

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(NO₃^-)= 150-42 = 108

m(Алкилсульфонат)  =15-0,75 = 14,25

m(Взвешенные вещества)  = 150-30 = 120

m(Mg²⁺)= 82-45 = 37

m (SO₄^2-)= 250-120 = 130

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

А_i=1/ПДК_i                                                                                          (8)

А (NO₃^-)= 1: 40= 0,025

А(Алкилсульфонат)  = 1: 0,5 = 20

А (Взвешенные вещества)  = 1:25 = 0,04

А(Mg²⁺)= 1: 40 = 0,025

А (SO₄^2-)= 1: 130 = 0.0077

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

∑А_i m_i = 0,025*108+ 20*14,25 + 0,04*120 + 0,025*37+ 0.0077*130 = 294.42 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 Ленинградской области равна 0,47); V – объем очищенных сточных вод, м³ / год; ΣА_i m_i – приведенная масса годового сброса загрязнителей, г/м³

Принимаем, что в году 180 рабочих дней

Э_у = 1440 руб./год *0,47 *750 *180* 294.42 г/м^{3 *} 10^-6 = 26900.5 руб./год        

Задача 3 (вариант 85)

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 пентан} = 100 мг/м³

ПДК[1]_{мр СО}    = 5,0 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 = 12000* 8,4 * 10³ / 8500*3600 = 3,29

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

W₀ = 4 V / π D²                                                                                           (14)

W₀ = 4 * 3,29 / 3.14 * 1,5² = 1,86

∆T = 240 –0= 200

A = 200; F = 1

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

f = 10³ W²₀ D / H² ∆T

f  = 10³ * 1,86² * 1,5 / 20² * 240 = 0,054

m = 1/ (0,67 + 0,1√f  + 0,34 ³√f )

m = 1/ (0,67 + 0,1√0,054+ 0,34 ³√0,054) =  1,22

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 * 1,86 * 1,5 / 20 = 0,18, так как  V_m < 0.3; n = 3

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

ПДВ_пентан =(100-0,25) *20^{2 3}√ 3,29* 240 / 200 *1*1,22* 3*1000= 6,28*10^-5г/с

ПДВ_СО = (5,0 – 1,0)* 20^{2 3}√ 3,29* 240 /200*1*1,22*3*1000 =0,78 г/с

Фактический выброс  m_{пентана} и  m_СО  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_пентан = 120,0 * 3,29  / 1000 = 0,39г/с

m_СО = 80,6* 3,29 / 1000 = 0,26 г/с

Так как  фактический выброс сажи больше предельно допустимого, необходимо установить улавливающее оборудование: циклоны (электрофильтры)

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 = (0,048 * 0,39+ 0,4 *0,26) *8500 * 3600 / 10⁶ = 3,75

П₂ =  5 *(0,24 *0,8 (0,39-6,28*10^-5)+ (2,0* 0,8 (0,26 -0,78)* 6300* 3600) / 10⁶ = 85,85

П = 3,75+85,85=  89,6 руб./год

Задача 4(вариант 110)

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 97:

m_факт = 0,26 г/с

Н = 20,0 м

V = 3,29 м³

∆T = 240ºС

F = 1

m = 1,22

n = 3

Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации CO

С_{м CO}, мг/м³ по формуле (22):

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

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=200– Кавказ

С_мСО =  200* 0,26 *1*1,22*3 / 20^{2 3}√3,29 * 240*1000 =3,076 мг/м³

Х – расстояние от источника выброса, м, где достигается С_мСО найдем по формуле:

Х_м = (5 –F) dH / 4                                                                                      ,

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                                                          

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

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

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

d = 2,48 (1+0.28 ³√0,054) = 2,74

Х_м = (5 –F) dH / 4 = (5 – 1) * 2,74 * 20 / 4 =  54,8

Опасную скорость ветра U_В находим по формуле:

U_B = 0.5 при V_m ≤ 0,5                                                                               

U_B = 0.5 м/с

Для расчета С_i , мг/м³ по формуле на расстоянии

10,50,100,200,300,500,1000 м от источника при   U_B = 0.5 м/с найдем безразмерный коэффициент S при расстоянии:

- 10 м  - Х / Х_м  = 10/54,8= 0,182

- 50м – Х / Х_м  = 50/54,8= 0,912

- 100м – Х / Х_м  = 100/54,8= 1,82

- 200м – Х / Х_м  = 200/54,8= 3,65

- 300м – Х / Х_м  = 300/54,8= 5,47

- 500 м  – Х / Х_м  = 500/54,8= 9,12

- 1000 м  – Х / Х_м  = 1000/54,8= 18,2

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;                       

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

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

S (10 м) =3 (0,182)⁴ - 8 (0,182)³ + 6(0,182)² =0,0022-0,036 + 0,163 = 4,048;

S (50 м) = 3 (0,912)⁴ - 8 (0,912)³ + 6(0,912)² = 1,39-4,5+4,09 = 0,99;

S (100 м) =1.13 / (0.13 (1,82)²  + 1) =0,79;

S (200 м) =1.13 / (0.13 (3,65)²  + 1) =0,414;

S (300 м) =1.13 / (0.13 (5,47)²  + 1) =0,413;

S (500 м) = 1/ (0.1(9,12)²+2.47(9,12) – 17.8)=0,0766;

S (1000 м) = 1/ (0.1(18,2)²+2.47(18,2) – 17.8)=0,016;

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

 С_i  = S * C_м                                                                                                                                                     

С_{СО  (10м)} = 4,048* 3,076= 12,45  мг/м³

С_{СО (50м)} = 0,99*3,076=3,045  мг/м³

С_{СО (100м)} =0,79*3,076 = 2,43  мг/м³

С_{СО (200м)} = 0,414* 3,076 =1,27  мг/м³

С_{СО (300м)} =0,413* 3,076 =1,27  мг/м³

С_{СО (500м)} = 0,0766* 3,076 =0,235  мг/м³

С_{СО (1000м)} =0,016* 3,076 = 0,049мг/м³

Для определения границ С33 находим ПДК_мрСО = 60 мг/м³

Из предыдущих расчетов видно, что ПДК_{мр СО} = 60 мг/м³ > С_СО, принимаем L₀ = 10м. С учетом среднегодовой  розы ветров по формуле:

L = L₀  P / P₀                                                                                                    ,

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:

L = 10*12,5/12, 5 = 10м

Таким образом,  минимальное расстояние от источника выброса до жилой застройки должно составлять не менее 10 м, следовательно, данное предприятие по величине С33 относится к V классу.

Задача 5 (вариант 135)

Оценить экологический ущерб от загрязнения атмосферы выбросами конкретного источника, сравнить его величину с фактической платой за выброс, которую осуществляет предприятие. Исходные данные приведены в табл. 6.

Таблица 6 – Исходные данные

Решение:

Из задач 4, 5 имеем:

Среднегодовая температура наружного воздуха = 0ºС;

Средняя температура выбрасываемой газовоздушной смеси =240ºС;

Высота Н= 20 м;

Фактический выброс СО m_фактСО= 0,26 г/с

Фактический выброс пентана m_{факт пентана}=  0,39г /с

U_B = 0.5 м/с

Решение:

Экологическую оценку ущерба, причиняемого выбросами формальдегида и сажи в атмосферу, определяем по формуле:

Э_у = γ σ_р f M                                                                                                     ,

где γ – удельный экологический ущерб от выброса 1 т условных вредных веществ в атмосферу, численное значение которого равно 192,0 руб./усл т; σ_р – расчетный показатель, характеризующий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха; f – коэффициент, учитывающий характер рассеивания примеси в атмосфере; М – приведенная масса годового выброса загрязнения из источника, усл.т/год.

σ_р = (S₁σ₁ + S₂σ₂ + …+ S_nσ_n) / S                                                                   ,

где S – общая площадь загрязнения, км²; S_i  = S * K_i / 100 – площадь загрязнения территории, соответственно населенных пунктов, предприятий, зон отдыха и т.д., км²; К – доля загрязнения от общей доли загрязнения, %;    σ_i – показатель относительной опасности загрязнения атмосферы в зависимости от территории.

σ_р = (50*0,30*4 +50*0,4*8 +50*0,1*8) / 50 = 13

Коэффициент  f , учитывающий характер рассеивания частиц формальдегида и сажи в атмосфере, определяем по формуле  в соответствии с заданием:

Для газообразных примесей и мелкодисперсных частиц со скоростью оседания меньше 1 см/с

f = (100 / (100 + φ Н ))* 4/ (1+ U_B)                                                              ,

где Н – геометрическая высота устья источника выброса, м; U_B – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с; φ – поправка на тепловой объем факела выброса в атмосферу, определяется по формуле:

φ = 1 + ∆Т/75                                                                                                  ,

где ∆Т – среднегодовое значение разности температур в устье источника и окружающей среды, ºС.

φ = 1 + 240/75 = 4,2

Для газообразных примесей и мелкодисперсных частиц со скоростью оседания меньше 1 см/с

f = (100 / (100 + φ Н )) * 4/ (1+ U_B)                                                         (37),

f = (100 / (100 + 4,2*20 )) * 4/ (1+ 0,5) =  1,45                                               

М – приведенную массу годового выброса формальдегида и сажи в атмосферу – рассчитываем по формуле (38):

М = ∑А_i m_i                                                                                                (38),

где m_i – масса годового выброса примеси i – го вещества в атмосферу, т/год (15), при расчете массу в г/с переводим в т/год):

m_i = C_{max i} V τ / 10⁹                                                                                                                                   (39),

где τ – время работы установки в год, с

А_i – показатель относительной опасности примеси i – го вида

А_i  = 1/ ПДК_{i cc}

А_пентан = 1/ 25 = 0,04

A_СО = 1/ 1.0= 1.0

m_i = C_{max i} V τ / 10⁹   

m_пентан= 0,04 * 3,29* 8500*3600 / 10⁹ = 0,035 т/год      

m_CO = 10.4 * 6,11 * 7500*3600 / 10⁹ = 1.71 т/год

М_пентан = 1.0 * 1.71 = 0,035 усл т/год

Э_{у пентан}= γ σ_р f M  = 192 * 13 * 1,45* 0,035 = 126,67 руб./год                                                                                          

М_CO = 1,0 * 1,71 = 1,71  усл т/год

Э_{у СО}= γ σ_р f M  = 192 *13 * 1.45 * 1,71 = 6188,8 руб./год 

∑ Э_у = 126,67 +6188,8 = 6315,47 руб/год

Если сравнить Э_у с платой за выбросы (89,6 руб./год), то, очевидно, что экологический ущерб, причиняемый предприятием окружающей среде значительно больше, чем плата за выбросы.