Расчет загрязнения атмосферы и гидросферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Инженерная экология - дисциплина, представляющая собой систему научно обоснованных инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение и поддержание качества окружающей среды в условиях развивающегося промышленного производства.

Инженерная экология возникла на стыке технических, естественных и экологических наук, поэтому для нее являются характерными, черты всех трех. Основным вопросом этой новой прикладной науки является преодоление односторонности взглядов на принципы инженерных и экологических явлений.

Как и экология, инженерная экология исследует экологические процессы, на которые влияют современные технические устройства и производственные комплексы, изучает требования к конкретным техническим средствам и построению системы ЧТС, которые проявляются из особенностей жизнедеятельности человека и биосферы. Другими словами, решает задачу приспособления техники, сложных производств к естественным условиям жизни и деятельности человеческого общества и экосистем в целом.

Как техническая наука инженерная экология изучает принципы построения сложных систем, технологические процессы для исследования и выполнения требований, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности человека и биосферы. Сложные системы следует понимать как эргатические системы "человек - техника - среда". Сложность и разнообразие развития технических средств и техносферы в целом порождает много проблем, в решении которых принимает участие инженер.

Многие из этих проблем, развивающиеся до уровня чрезвычайных ситуаций, возникают в результате частных позиций, одной из которых является курс предпринимателя на достижение прибыли.

В ходе технического прогресса мы осознаем необходимость целостного охвата решения разных технических задач. Технические науки подошли сегодня к рубежу необходимости решения различных задач. Не только с позиции удовлетворения потребностей человека в общественной жизни, но и обеспечения естественных, чистых экологических условий, для окружающей природы.

Самое сильное негативное влияние на природу оказывает деятельность промышленных предприятий. Государство регулирует их работу в природоохранной сфере с помощью соответствующих нормативно-правовых актов. Но и сами предприятия должны ответственно относиться к вопросам экологии. Одним из эффективных средств в борьбе за сохранение природных богатств является проведение экологической оценки состояния окружающей среды, а также производств и предприятий.

Целью выполнения курсовой работы являются закрепление и расширение теоретических знаний по дисциплине «Инженерная экология», выработка навыков использования полученных знаний для практического решения инженерных задач.

1. Обзор литературы

1.1 Загрязнение атмосферы

Атмосфера земли является газовой оболочкой планеты. Данная оболочка имеет послойное строение и относительно стабильный газовый состав. Атмосферный воздух включает азот, кислород и около 1% других газов.

Воздух - это наиболее важная природная среда, без которой невозможно существование жизни на планете.

В настоящее время вследствие хозяйственной деятельности человека происходит интенсивное загрязнение атмосферы. Это искусственное, или антропогенное загрязнение. Также ученые выделяют естественное загрязнение воздушной оболочки в связи с воздействием факторов неживой природы.

Под загрязнением атмосферы понимается процесс привнесения в воздух или образование в нем физических агентов, химических веществ или организмов, неблагоприятно воздействующих на среду или наносящих урон материальным ценностям. В определенном смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма - они неблагоприятно влияют на круговороты многих компонентов в природе. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно влияют на растительную массу.

Основные источники загрязнения атмосферы - предприятия топливно-энергетического комплекса, обрабатывающие промышленности и транспорт.

Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Среди газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, сероводород. Самым многочисленным классом веществ, загрязняющих воздух крупных городов, являются углеводороды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязнения атмосферы относятся также свободный хлор, его соединения и др.

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека.

Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная связь.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т. углекислого газа в год.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фтор углеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.

7. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

1.2 Загрязнение гидросферы

Источниками загрязнения считаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Загрязнение водных объектов возникает при сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создает угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной и иной деятельности, состоянию окружающей среды, а также биологическому разнообразию. Меры предупреждения вредного воздействия на водные объекты определяются водным законодательством Российской Федерации.

На территории России практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за качеством поверхностных вод выявили рост их загрязнения.

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции и промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем.

Это приводит к повышению в водоеме температуры воды. С повышением температуры уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать различные заболевания.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время, в результате хозяйственной деятельности человека, многие источники подземной воды также подверглись загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство.

Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие как Волга, Дон, Днепр), изменив объемы переносимых водных масс (сток рек), в сторону уменьшения.

Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

1) механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

2) химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

3) бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

4) радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

5) тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана.

Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде.

При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.

На жизнь населения водоемов негативно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме - беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.

Атомные электростанции загрязняют реки радиоактивными отходами. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы.

В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

Также вызывает беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями дождевой и талой воды. В результате исследований, доказано, что инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений.

Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе, а по цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на отдельные органы, так и на организм в целом.

Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности и т.д.

Нагретые сточные воды причиняют «тепловое загрязнение», которое угрожает довольно серьезными последствиями.

В нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при этом возникают оптимальные условия для развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого «цветения воды» Загрязняются реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

2. Расчет загрязнения атмосферы вредными веществами

Вариант №5

Одной из главных задач природоохранной деятельности является определение нормативов воздействия на окружающую среду, в пределах которых допускается производственная деятельность, вызывающая это воздействие.

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу регламентируются ГОСТ 17.2.3.02-78 и ОНД-86 (общероссийский нормативный документ). Указанные документы определяют предельно допустимые выбросы для каждого конкретного источника. Использование нормативных показателей выбросов позволяет объективно оценить превышение предельно допустимых концентраций вредных веществ или веществ примесей, входящих в состав выбрасываемых газов в двухметровом слое на уровне земли, а также в вертикальном и горизонтальном сечении дымового факела на расстоянии не более 100 км от источника.

Степень загрязнения воздуха вблизи некоторого источника вредных выбросов в значительной степени зависит от процессов переноса и рассеивания вредных примесей в атмосфере.

Рассеивание вредных выбросов - уменьшение концентрации загрязнителя в атмосфере под воздействием физических причин (потоков воздуха, диффузии газов и т.д.) по мере удаления от источника выброса. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают: состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр устья и т.п. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное -распределением температур в вертикальном направлении.

По мере удаления от трубы в направлении распространения выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы:

- переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;

- задымление с максимальным содержанием вредных веществ;

- постепенное снижение уровня загрязнения.

Для осуществления охраны окружающей среды широко используются расчетные методы определения воздействия на окружающую среду с целью его нормирования и контроля.

Расчет загрязнения атмосферы вредными веществами, содержащимися в выбросах, заключается в определении концентрации этих веществ С в приземном слое воздуха.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется по наибольшему рассчитанному значению приземной концентрации вредных сеществ С_м , которое может устанавливаться на некотором расстоянии от места выброса Х_м , соответствующем наиболее неблагоприятным метеорологическим условиям (когда скорость ветра достигает значения и_м , наблюдается интенсивный вертикальный турбулентный обмен и др.).

Исходные данные

Таблица 1 - Исходные данные к расчету рассеяния вредных примесей в атмосфере

Пункт нахождения предприятия	Томск
Высота трубы, м	Н=50
Размер устья трубы, м	D= LЧb=1,1Ч1
Скорость ветра, м/с	и=0,9
Объем газовоздушной смеси, м3/с	V1=14,0
Валовый выброс, г/с	М=9
Средняя температура наиболее жаркого мес.,°С	Тв=24.5
Температура выходящих газов, °С	Тг=140
Концентрация фонового загрязнения, мг/м3	Сф=0,12
Предельно допустимая концентрация вещества, мг/м3	С пдк=0,4
Степень очистки для рассматриваемых веществ	з=85%

Определить:

1. С_м, 6. С_м (х=600 м/с),

2. С_м (и=1 м/с), 7. С_м (х=800 м/с),

3. Х_м (и=1 м/с), 8. С_м хи=1000 м/с),

4. С_м (х=200 м/с), 9. ПДВ,

5. С_м (х=400 м/с), 10. Н_min.

Решение

Для г.Томска значение коэффициента А=200;

F=1 (сажа - мелкодисперсная пыль);

?Т= 140-24,5= 115,5°С.

1. Находим среднюю скорость газовоздушной смеси из устья трубы

2. Определение параметров

f =10³· = 10³ · = 0,91;

V_м =0,65· = 2,07 м/с;

V?_м = 1,3· = 1,3· = 0,46 м/с;

f_e = 800·0,46³ = 77,87.

Так как f = 0,91100(f = 0,91 f_e 100), находим коэффициент

m = = 1,09

V_м =0,65· = 2,07 м/с;

V?_м = 1,3· = 1,3· = 0,46 м/с;

f_e = 800·0,46³ = 77,87.

Так как f = 0,91100(f = 0,91 f_e 100), находим коэффициент

m = = 0,91

При V_м = 2,07 м/с, т.е. V_м 2, получаем

n = 1.

3. Определяем максимальную приземную концентрацию вредных веществ:

С_м = = = 0,06 мг/м³.

4. Вычисляем суммарную концентрацию (с учетом фоновой):

³,

5. Определяем расстояние от источника, на котором наблюдается максимальная концентрация вредных веществ.

При V_м = 2,07 м/с (V_м 2) получаем:

d =7··(1+0,28· ) = 7··(1+0,28· ) =12,8

Так как F=1, Х_м = d·H= 12,8·50=640 м.

6. Находим опасную скорость ветра V_м = 2,07 м/с (V_м 2) получаем:

и_м = V_м·(1+0,12·)= 2,07·(1+0,12·) =2,31 м/с.

7. При заданной скорости ветра u=1м/с получаем

= = 0,43 1,

r = 0,67·()+1,67·-1,34·(= 0,67·0,43 +1,67·(0,43)²-1,34·(0,43)³=0,49

8. Максимальная концентрация вредных веществ при заданной скорости ветра

9. Вычисляем расстояние от источника выброса на котором при заданной скорости ветра приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения : при

р=8,43·(1- )⁵+1= 8,43·(1-0,43)⁵=1,51;

Х_ми =р· Х_м=1,51·640=966,4 м.

10. Определяем концентрацию вредных веществ на заданном расстоянии.

При

При ;

1)

2).

3)

4)

5)

Рассчитанные данные внесем в (таблицу 2). Строим график зависимости концентраций вредных веществ от расстояния до источника выброса (приложение В).

Максимальная приземная концентрация вредных веществ составляет 0,053 мг/м³. Концентрация на расстоянии 200 метров источника оставила 0,015 мг/м³. На расстоянии 400 метров - 0,039 мг/м³ , на 600 метров - 0,051 мг/м³, на 800 метров-0,052 мг/м³ , на 1000 метров концентрация составляет 0, 049 мг/м³. Предельно-допустимый выброс составляет 39, 42г/с. Минимальная высота трубы составила 26, 2 м. Максимальная концентрация наблюдается на расстоянии 753,75 м. от источника. Был построен график зависимости концентрации вещества от расстояния от источника выброса. Из него можно сделать вывод о том, что концентрация загрязняющего вещества увеличивается до 750 метров, после чего падает.

3. Расчет разбавления сточных вод в водотоке

Необходимо, определить максимальную концентрацию загрязняющего вещества в водотоке на расстоянии 500 м от места выпуска сточных вод по схеме плоской задачи. Выпуск сточных вод - береговой.

Расход сточных вод составляет 21,6 м³/с. Водоток характеризуется следующими показателями: средняя скорость течения 2,15 м/с; средняя глубина водотока 1,75 м; ширина водотока 16 м. Коэффициент турбулентной диффузии 0,073 м²/с. Для упрощения расчетов примем, что фоновое загрязнение водотока отсутствует, т. е. равно 0, а концентрация загрязняющего вещества в сточной воде 100 г/м³.

Решение. Определим начальное сечение струи:

Определим ширину загрязненной части водотока:

Выбираем ширину расчетной клетки, соблюдая условие

В этом случае число клеток по ширине потока, занятых загрязненной водой в результате выпуска сточных вод:

Общее число клеток по ширине водотока:

Определить расстояние между расчетными сечениями вдоль водотока:

Делаем укрупнение

Строим сечение водотока, определяем распространение концентрации загрязняющего вещества по длине и ширине водотока (приложение 3).

Построив, сечение водотока, можно видеть, как на протяжении 500 метров концентрация загрязняющего вещества уменьшается. По результатам расчёта разбавления сточных вод в водотоке, были получены следующие данные: начальное сечение струи = 13,5, ширина загрязнённой части водоёма = 6,44, ширина расчетной клетки, при ?Z=0,8м=1,6м=3,2м, общее число клеток по ширине водотока = 20, расстояние между расчётными сечениями вдоль водотока = 9м=36м=144м.

Заключение

Одной из главных задач природоохранной деятельности является определение нормативов воздействия на окружающую среду, в пределах которых допускается производственная деятельность, вызывающая это воздействие.

В данной курсовой работе была проведена оценка воздействия точечного источника выбросов на окружающую среду и проведен расчет разбавления сточных вод в водотоке. Был проведен расчет максимальной концентрации вредных веществ, которая составила 0,053 мг/м³. Было выявлено, что концентрация на расстоянии 200 метров источника составила 0,015 мг/м³.На расстоянии 400 метров - 0,039 мг/м³ , на 600 метров - 0,051 мг/м³, на 800 метров-0,052 мг/м³ , на 1000 метров концентрация составляет 0, 049 мг/м³. Предельно-допустимый выброс составляет 39, 42г/с. Минимальная высота трубы составила 26, 2 м. Максимальная концентрация наблюдается на расстоянии 753,75 м. от источника. Был построен график зависимости концентрации вещества от расстояния от источника выброса. Из него можно сделать вывод о том, что концентрация загрязняющего вещества увеличивается до 750 метров, после чего падает.

В ходе работы, было построено сечение водотока, по которому можно видеть, как на протяжении 500 метров концентрация загрязняющего вещества уменьшается. По результатам расчёта разбавления сточных вод в водотоке, были получены следующие данные: начальное сечение струи = 13,5, ширина загрязнённой части водоёма = 6,44, ширина расчетной клетки, при ?Z=0,8м=1,6м=3,2м, общее число клеток по ширине водотока = 20, расстояние между расчётными сечениями вдоль водотока = 9м=36м=144м.

природоохранный атмосфера сточный вода

Библиографический список

1. Экология: учеб. / Л.В. Передельский, В.И. Коробкин, О.Е. Приходченко. - М.: Проспект, 2008. - 512 с.

2. Очистка атмосферного воздуха: методические указания к практическим и лабораторным работам / сост.: С.В. Белькова, В.В. Аккерман. - Омск, 2002. - 32 с.

3. Экология. Сборник задач, упражнений и примеров : учеб. пособие для вузов / Н. А. Бродская, О. Г. Воробьев, А. Н. Маковский и др. ; под ред. О. Г. Воробьева и Н. И. Николайкина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Дрофа, 2006. - 508 с.

4. Методические указания по определению предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу. - М.: Изд-во МХТИ, 1986. - 46 с.

5. ОНД - 86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.- Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.

6 Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод / под ред. А. В. Караушева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 43 с.

7. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 26 с

8. ГОСТ 17.1.1.02-77. Охрана природы. Гидросфера. Классификация водных объектов. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 28 с.

9. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1980. - 56 с.

10. СанПиН №4630-88 Охрана поверхностных вод от загрязнений. - М.: Гидрометеоиздат, 1988. - 26 с.

11. СанПиН 2.1.4.559-96 Питьевая вода. - М.: Гидрометеоиздат, 1996. - 34 с.

Размещено на Allbest.ru