υ - Кафедра общей химии и экологии

КНИТУ-КАИ
Кафедра Общей химии и экологии
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Казань 2011
1
Содержание
Лабораторная работа №1 ..................................................................................................... 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ........................................................ 3
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ ....................................................... 3
В ВЫБРОСАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ .................................................... 3
Лабораторная работа № 2 .................................................................................................. 19
ОПРЕДЕЛЕНИИ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
АВТОТРАНСПОРТОМ НА ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЯХ ........................................ 19
Лабораторная работа № 3 .................................................................................................. 33
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА (СО), ПОСТУПАЮЩЕЙ
С ВЫБРОСАМИ АВТОТРАНСПОРТА ПО АВТОМАГИСТРАЛЯМ ГОРОДА .......... 33
Лабораторная работа № 4 .................................................................................................. 37
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ
ПОДВИЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ НА ТЕРРИТОРИИ АВТОТРАНСПОРТНОГО
ПРЕДПРИЯТИЯ................................................................................................................. 37
Лабораторная работа № 5 .................................................................................................. 48
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ............ 48
Лабораторная работа № 6 .................................................................................................. 49
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВЗВЕШЕННЫХ
ВЕЩЕСТВ .......................................................................................................................... 49
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 ....................................................................................... 54
РАСЧЁТ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПО ИЗМЕНЕНИЮ РН ................... 54
Лабораторная работа № 8 .................................................................................................. 56
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ СТОЧНЫХ ВОД ПЕРЕД СБРОСОМ В ВОДОЁМ ............ 56
Лабораторная работа № 9 .................................................................................................. 56
РАСЧЁТ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ............ 56
Лабораторная работа № 10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД ................................................................................................................ 58
Лабораторная работа №11 ................................................................................................. 68
ОСАЖДЕНИЕ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ И ГАЗЕ ....................................... 68
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ........................................................................... 68
Лабораторная работа №12 ................................................................................................. 71
РАСЧЕТ КОЛОННОГО АБСОРБЕРА НАСАДОЧНОГО ТИПА ................................... 71
Лабораторная работа №13 ................................................................................................. 79
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ В БАРАБАННОМ ВАКУУМФИЛЬТРЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ .................................................................... 79
Лабораторная работа №14 ................................................................................................. 86
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СГУЩЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ФЛОКУЛЯНТОВ ............................................................................................................... 86
Лабораторная работа №15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРА И КИСЛОРОДА
В ВОДЕ ............................................................................................................................... 91
Лабораторная работа № 16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИХРОМАТНОЙ И
ПЕРМАНГАНАТНОЙ ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ ......................................................... 94
Лабораторная работа № 17. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ВОДЫ ................................................................................................................................. 97
2
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ
В ВЫБРОСАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Цель работы: Рассчитать приземные концентрации примесей при выбросе
одиночного источника, дать характеристику рассматриваемого источника и
степень токсичности выбрасываемых загрязняющих веществ.
Характеристика источников загрязнения
Основные источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на
естественные (природные) и искусственные (антропогенные). К естественным
относятся: извержение вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары,
туманы, частицы морской воды, тонкий песок пустынь и пыль от эрозии
почвы,
различные
продукты
растительного,
животного
и
микробиологического происхождения. Естественные источники загрязнений
носят либо распределенный, либо кратковременный стихийный характер и
мало влияют на общий уровень загрязнения.
Главными и наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы
являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в
атмосферу более 15 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т оксида углерода, более
500 млн. т углеводородов, 120 млн. т золы и др. Общий объем выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу составляет более 19 млрд. т.
Антропогенные источники делятся на стационарные (трубы
промышленных предприятий) и передвижные (главным образом
автотранспорт).
Источники выбросов вредных веществ в атмосферный воздух могут
быть классифицированы также по следующим признакам —
1. По месту расположения:
а) высокие, находящиеся в зоне недеформированного ветрового потока.
К ним относятся высокие трубы, а также точечные источники, которые
удаляют загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты здания;
б) низкие, расположенные в зоне подпора или в зоне аэродинамической
тени, образующейся на здании или за ним на высоте, равной или больше 2,5
высот здания (трубы и крышные вентиляторы с колпаками);
в) наземные - находящиеся за пределами зданий вблизи земной
поверхности.
К этой
группе
относятся
открыто расположенное
технологическое оборудование, имеющее много разъемных соединений или
запорной и регулирующей арматуры; аппараты, у которых полости
периодически сообщаются с атмосферой; колодцы производственной
канализации; пролитые токсические вещества и др.
2. По геометрической форме:
3
а) точечные источники, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в
одном месте. Это выбросы из труб, крышных вентиляторов и другие близко
расположенные источники. При рассеивании в циркуляционной зоне
вредные вещества не накладываются одно на другое на расстоянии 2 высот
здания от заветренной стороны;
б) линейные - они имеют значительную протяженность в направлении,
перпендикулярном ветру. Речь вдет об аэрационных фонарях, открытых
окнах, близко расположенных вытяжных шкафах и крышных вентиляторах,
факелы выбросов из которых накладываются один на другой на расстоянии
от заветренной стены здания менее двух его высот.
3. По режиму работы:
а) непрерывного действия - источники, работающие продолжительное
время с мало изменяющейся интенсивностью. К ним относятся выбросы от
постоянно действующих технологических установок, местные отсосы
вытяжной вентиляции, общеобменная вытяжка и др;
б) периодического действия - работающие непродолжительное время с
перерывами. Это периодически включаемые местные отсосы, продувки
аппаратов;
в) залповые - в короткий промежуток времени в воздух удаляется
большое количество вредных веществ, которые распространяются в виде
облака или стелющегося потока. Такие выбросы чаще всего происходят при
аварийных ситуациях, нарушениях технологического процесса, при которых
в результате внезапного резкого повышения температуры и давления из
аппарата выбрасывается продукт,
г) мгновенные, когда выброс происходит в доли секунды на некоторую
высоту. Загрязняющие вещества при таких выбросах распространяются в
виде облака.
4. По дальности распространения:
а) внутриплощадочные источники, когда выбрасываемые в
атмосферный воздух загрязняющие вещества при их рассеивании создают
высокие концентрации только на территории промышленной площадки.
Это сравнительно маломощные вентиляционные выбросы общеобменной
вентиляции и некоторые источники выбросов местной вытяжной
вентиляции;
б) внеплощадочные источники - выбрасываемые в атмосферный воздух
загрязнения потенциально способны создавать высокие концентрации за
пределами площадки предприятия, в том числе и на территории жилого
района. К этой группе относится подавляющее большинство выбросов от
технологического оборудования, содержащих значительное количество
вредных веществ, удаляемых через высокие трубы.
5. По способу вывода загрязненного воздуха:
а) организованные (канализованные) источники с выбросами через
трубы, шахты и т.п. Они поддаются очистке и контролю;
б) неорганизованные (неканализованные) источники с выбросами
через фонари промышленных зданий, выделением вредных веществ через
4
неплотности оборудования, за счет испарения с открытой поверхности
жидкости и др. Их, как правило, не очищают, и контроль очень затруднен.
6. По температуре газовоздушной смеси, поступающей в атмосферный
воздух:
а) сильно нагретые при Т больше 100°С (Т - разница между
температурами газовоздушной смеси и окружающего воздуха). Это дымовые
газы, горящие факелы, выбросы из сушилок и др.;
б) нагретые - при Т больше 20° и меньше 100°;
в) слабонагретые - при Т больше 5° и меньше 20°;
г) изотермические - при Т равной 0°С;
д) охлажденные - при Т меньше 0°С.
7. По степени централизации:
а) централизованные, при которых загрязненный воздух собирается в
одну или две трубы. Высокие централизованные выбросы обеспечивают
чистоту атмосферного воздуха на площадке предприятия и хорошее
рассеивание загрязняющих веществ в высоких слоях атмосферы;
б) децентрализованные - от каждого агрегата устраивается
самостоятельный выброс. Речь идет о невысоких трубах, выбросах через
воздушки от аппаратов и емкостей, утечках через неплотности оборудования
и коммуникации и др.
Загрязняющие атмосферу вещества
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и
газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно, после
химических превращений в атмосфере, либо совместно с другими
веществами. Промышленная пыль образуется в результате механической
обработки различных материалов (дробление, размол, взрывание,
заполнение, разравнивание), тепловых процессов (сжигание, прокаливание,
сушка, плавление), транспортировки сыпучих материалов (погрузка,
просеивание, классификация).
Жидкие загрязняющие вещества образуются при конденсации паров,
распылении и разливе жидкостей, в результате химических реакций.
Газообразные загрязнители формируются в результате химических
реакций, например, окисления, обжига руд и нерудного минерального сырья
(цветная металлургия, производство цемента). При сжигании топлива
образуются огромные количества газообразных соединений — оксиды серы,
азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов. Реакции восстановления
также являются источником газообразных загрязняющих соединений,
например, производство кокса, соляной кислоты из хлора и водорода,
аммиака из атмосферного азота и кислорода.
Из всей массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от
антропогенных источников, около 90% составляют газообразные, 10% —
твердые и жидкие вещества.
Расчет загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника
5
1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества
cM (мг/м) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного
источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных
метеорологических условиях на расстоянии xM (м) от источника и
определяется по формуле
AMFmn
,
(1.1)
см 
23
H V1T
где A- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;
M (г/c) - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу
времени; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания
вредных веществ в атмосферном воздухе;m и n- коэффициенты, учитывающие
условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H(м) высота источника выброса над уровнем земли(для наземных источников при
расчетах принимается H=2м);  -,безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной
местности с перепадом высот, не превышающим 50м на 1км,  = 1; T(C) разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Tг и
температурой окружающего атмосферного воздуха Тв;V1 (м 3/с) - расход
газовоздушной смеси, определяемый по формуле
D 20
V1 
,
(1.2)
4
где D (м) - диаметр устья источника выброса;  (м/с) – средняя скорость
выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
2. Значение коэффициента A, соответствующее неблагоприятным
метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в
атмосферном воздухе максимальна принимается равным 160 - для
Европейской территории союза, в частности для Поволжского региона.
3. При определении значения T (  C) следует принимать температуру
окружающего атмосферного воздуха Tв (  C), равной разнице средней
максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года
и средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее холодного
месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси
Tг (  C) - по действующим для данного производства технологическим
нормативам.
4. Значение безразмерного коэффициента F принимается:
а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных
аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания
которых практически равна нулю) - 1;
б)
для
мелкодисперсных
аэрозолей
при
среднем
эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% - 2; от
75 до 90% - 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки - 3.
5. Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от
'  , f
параметров  м
, м
и fe:
6
f  1000
 02D
2
,
H T
 м  0.653 V1T / H ,
 D
'
м
 13
. 0 ,
H
f e  800(vМ ) 3 .
При f100 или T  0 коэффициент n вычисляется по 6.
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
'
6. Для f100 (или T  0 ) и  м
 0.5 (холодные выбросы) при расчете cM
вместо формулы (1.1) используется формула
AMFnK
см 
,
(1.9)
H4/3
D
1
где K 

.
(1.10)
8V1 7.1  0V1
Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:
1
m
, при f 100
(1.7a)
0.67  0.4 f  0.343 f
147
.
m
, при f  100
(1.7б)
3 f
Коэффициент n при f<100определяется в зависимости от  м по формулам
n = 1, при  м  2 ,
(1.8а)
n  0.532 м2  2.13 м  313
. , при 0,5vM<2,
(1.8б)
n  4.4 м , при vM<0,5,
(1.8в)
причем n определяется по формулам (1.8a) - (1.8в) при vM= v’M.
Аналогично при f<100 и vM<0,5 или f100и v’M<0,5 (случаи предельно
малых опасных скоростей ветра (расчет с м вместо (1.1.) производится по
формуле:
AMFm'
см 
,
(1.11)
H7/3
где m'=2,86m при f<100, vM<0,5
(1.12а)
m'=0,9 при f100, v’M<0,5
(1.12б)
Формулы (1.9), (1.11) являются частными случаями общей формулы (1.1).
7. Расстояние XM (м) от источника выбросов, на котором приземная
концентрация c (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях
достигает максимального значения cM, определяется по формуле:
5 F
dH ,
- при расчетах рассеивания пыли X м 
(1.13а)
4
- при расчетах рассеивания газообразных веществ Хм = dН ,
(1.13б)
где безразмерный коэффициент d при f<100 находится по формулам:
7
d  2.48(1  0.283 f e ) , при vM0,5;
d  4.95 м (1  0.283 f ) , при 0,5<vM2;
d  7  м (1  0.283 f ) , при vM>2.
При f>100 или Т  0 значение d находится по формулам:
d  57
. при v’M0,5 ;
d  114
.  'м при 0,5<v’M2;
(1.14а)
(1.14б)
(1.14в)
(1.15а)
(1.15б)
'
d  16  м
при v’M>2.
(1.15в)
Зона влияния предприятия определяется по формуле Х = 10 Хм
(1.16)
8.Значение опасной скорости uM (м/c) на уровне флюгера (обычно 10м от
уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной
концентрации вредных веществ cM, в случае f<100 определяется по формулам:
uM=0,5 при vM0,5;
(1.17а)
u м   'м при 0,5<v’M2;
uм   м (1  012
.
f ) при v’M>2.
При f100или T  0 значение uM вычисляется по формулам:
'
uм  0.5 при  м
 0.5 ;
'
u м   'м при 0.5   м
 2;
(1.17б)
(1.17в)
(1.18а)
(1.18б)
u м  2.2 м' при  'м  2 .
(1.18в)
9. Решение обратных задач по определению мощности выброса M и
высоты H, соответствующих заданному уровню максимальной приземной
концентрации cM при прочих фиксированных параметрах выброса, находится
следующим образом.
Мощность выброса M (г/с), соответствующая заданному значению
максимальной концентрации cM (мг/м3), определяется по формуле:
см Н 2 3
М
V1T .
AFmn
В случае f100 или T  0
(1.19а)
см Н 4 / 3 8V1
.
(1.19б)
М
AFn D
Высота источника H, соответствующая заданному значению cM в случае
T0 определяется по формуле
 AMFD 

Н  
8
V
c

1 М 
3/ 4
.
(1.20)
Если вычисленному по формуле (1.20) значению H соответствует  'м  2 м/с,
то H уточняется методом последовательных приближений по формуле:
8
3/ 4
 n 
Hi 1  Hi  i  ;
(1.21)
 ni 1 
где ni и ni-1 - значения определенного по формулам (1.8) коэффициента n,
полученные соответственно по значениям Hi и Hi-1 .
Расчет загрязнения атмосферы выбросами группы источников и
площадных источников
1. Приземная концентрация вредных веществ c (мг/м3) в любой точке
местности при наличии N источников определяется как сумма концентраций
веществ от отдельных источников при заданных направлении
и скорости ветра.
с  с1  с2  с N ,
(1.22)
где с1 , с2 ,, с N - концентрации вредного вещества соответственно от первого,
второго, N-го источников, расположенных с наветренной стороны при
рассматриваемом направлении ветра.
2. В целях ускорения и упрощения расчетов количество
рассматриваемых источников выброса сокращается путем их объединения
(особенно мелких источников) в отдельные условные источники, что
обеспечивает относительную погрешность  расчетных концентраций,
удовлетворяющую условию
(1.23)
  0.25 .
3
Значение максимальной суммарной концентрации см (мг/м ) от N
расположенных на площадке близко друг от друга одиночных источников,
имеющих равные значения высоты, диаметра устья, скорости выхода в
атмосферу и температуры газовоздушной смеси, определяется по формуле
AMFmn 3 N
,
(1.24)
см 
2
V

T
H
где M (г/c) -суммарная мощность выброса всеми источниками в атмосферу, V
(м3/с) - суммарный расход выбрасываемой всеми источниками газовоздушной
смеси, определяется по формуле:
V=V1N.
(1.25)
Значение параметра  м определяется по формуле
VT
.
(1.26)
NH
В остальном схема расчета концентраций веществ, обусловленных
выбросами от группы близкорасположенных друг к другу одинаковых
одиночных источников выброса, не отличается от схемы расчета для
одиночного источника.
3. Для источников выброса, имеющих различные параметры, расчет
приземных концентраций начинается с определения для всех источников по
каждому
веществу
максимальных
приземных
концентраций
см ( с м1 , с м2 ,, с мN ) и опасных скоростей ветра им ( и м1 , и м2 , , и мN ) .Если по
 м  0.653
9
какому-либо веществу сумма максимальных приземных концентраций cM от
всех источников окажется меньшей или равной ПДК (см1 , см2 , смN  ПДК ) ,
то (при отсутствии необходимости учета суммарного действия нескольких
вредных веществ и фонового загрязнения атмосферы) расчеты приземной
концентрации этого вещества не производятся.
4. Расчеты приземных концентраций упрощаются, если среди N
источников сумма cMi от которых не превышает 0,05·ПДК, указанные
источники могут быть исключены из рассмотрения.
1
Пример расчета
Задание:
Исходные данные:
Коэффициент стратификации атмосферы
Расход газовоздушной смеси
Разность между температурой выбрасываемой смеси и
окружающего воздуха
Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в
единицу времени
Высота источника выброса
Диаметр устья источника выброса
A
V1
240
3
10,8 м /сек
T
100С
M
H
D
12 г/сек=378,4 т/год
35 м
1,4 м
Коэффициент рельефа местности
Коэффициент очистки выбросов (мелкая пыль)
η
1
100
Измеренная концентрация
SO2
Максимальная концентрация
Измеренная концентрация
SO2
NO2
Максимальная концентрация
NO2
Д
CФ SO2
SO2
CМxy
0.2 мг/м3
0,25 мг/м3
Д
CФ NO2
NO2
CМxy
0,02 мг/м3
0,025 мг/м3
1. Определить См SO2 и Хм .
2. Определить опасную скорость ветра, при которой достигается
максимальная концентрация.
3. Определить приземные концентрации С по оси факела для точек:
100 м; 200 м; 300 м; 400 м; 500 м; 600 м; 800 м; 1000 м; 1200 м; 1400 м;
1600 м; 2000 м; 4300 м.
4. Построить поля концентраций для точек х = 100 м; 200 м; 300 м; 400 м;
500 м; 600 м; 800 м; 1000 м; 1200 м; 1400м; 1600 м и y = 0 м, 50 м, 100 м,
150 м, 200 м, 250 м.
5. Определить приземные концентрации в тех же точках при скорости
ветра 4,4 м/с.
6. Определить радиус зоны влияния источника.
7. Определить предельно допустимые выбросы, если в выбросах кроме
вещества SO2 содержится и NO2.
10
11
Расчет:
1. Определим максимальную концентрацию и соответствующее расстояние.
Так как согласно формуле (1.2) :
D 20
V1 
 0,785 D 2W0 ,
4
получим скорость выхода смеси из устья
W0 
Vr

10,8
 7,02 м/с.
0,785D 2 0,785  1,4 2
Для веществ со 100%-ой очисткой выбросов (в нашем случае это пыль),
безразмерный коэффициент F = 1. Следовательно, по формуле (1.3):
W02 D
7,02 2  1,4
f  1000 2
 1000 2
 0,563 ,
H T
35  100
далее по формулам (1.4) и (1.5):
V T
10,8  100
 m  0,65 3 r
 0,65 3
 2,04 м/с;
H
35
WD
7,02  1,4
 m  1,3 0  1,3
 0,365 .
H
35
И по формуле (1.6):
f e  800 Vm3  800  0,3653  38,9 .
Теперь найдем коэффициент m. В нашем случае
f = 0,563<100,
следовательно, для вычисления воспользуемся формулой (1.9):
m
1
1

 0,799 .
0,67  0,4 f  0,343 f 0,67  0,4 0,563  0,343 0,563
Коэффициент n находится при условиях f = 0,563<100 и m=2,04 ≥ 2.
Следовательно, необходимо воспользоваться формулой (1.11). Получим:
n = 1.
Теперь нами получены все данные для вычисления максимального
значения приземной концентрации вредного вещества по формуле (1.1):
cM 
AMFmn 240  12  1  0,975  1  1

 0,1831 мг/м3.
23
23
H Vr T
35 10,8  100
Далее найдем расстояние от источника, где достигается максимальная
концентрация. Для этого воспользуемся формулой (1.17), так как тип
рассеиваемого вещества – пыль. Но сначала необходимо определить
коэффициент d. Согласно формуле (1.21) при м>2 имеем:
12
d  7 Vm (1  0,283 f )  7 2,04 (1  0,283 0,563 )  12,3 ,
Тогда
5F
5 1
dH 
12,3  35  430 ,7 м.
4
4
2. Определим опасную скорость ветра, при которой достигается
максимальная концентрация см = 0,1831 мг/м3. При f < 100 и м > 2
воспользуемся формулой (1.27):
u ì   ì (1  0,12 f )  2,04(1  0,12 0,563)  2,22 м/с.
3. Определим приземные концентрации С по оси факела для трех точек:
х1 = 300; х2 = 1000; х3 = 4300 м.
По формуле (1.32) соответственно определим:
Х1 = 0,69;
Х2 = 2,32;
Х = 9,98.
Xм 
Для точки х1 = 300 Х1 = 0,69, следовательно, используя формулу (1.33) по
формуле (1.31), получим:
С = (3·0,694-8·0,693+6·0,692)·0,18 = (0,72-2,74+2,94)·0,18 = 0,167 мг/м3.
Для х2 при Х2 = 2,32, используя формулу (1.34) по формуле (1.31)
получим:
С = 1,13·0,223/(0,13·2,322+1) = 0,1217 мг/м3.
Для х3 при Х3 = 9,98 используя формулу (1.35) по формуле (1.31) получим:
С = 9,98·0,223/(3,58·102-35,2·10+120) = 0,014 мг/м3.
Подобные расчеты выполним для точек х = 100; 200; 400; 500; 600; 800;
1200; 1400; 1600; 2000.
Таблица 1
Распределение концентрации вредного вещества (SO2) под осью факела
x
X
100
200
300
400
500
600
800
1000
1200
1400
1600
2000
4300
0,230
0,470
0,700
0,930
1,160
1,400
1,860
2,330
2,790
3,260
3,720
4,650
10,000
S1
0,233
0,633
0,915
0,999
0,961
0,902
0,779
0,664
0,562
0,475
0,404
0,296
0,079
C
0,043
0,116
0,168
0,183
0,176
0,165
0,143
0,122
0,103
0,087
0,074
0,054
0,014
13
Согласно табл. 1 нетрудно построить график (рис.1):
Концентрация
Концентрация SO2
0,200
0,180
0,160
0,140
0,120
0,100
0,080
0,060
0,040
0,020
0,000
0
10
0
30
0
80
0
50
00
12
00
16
00
43
X
Рис. 1
4. Определим, как распределяются приземные концентрации СSO2 в точках,
удаленных от оси факела на расстояниях у при заданных условиях.
Расчет произведем для опасной скорости ветра u = uм = 2,2 м/с в точке с
координатами (х = 1000 м, у = 100 м).
Так как u ≤ 5, то для вычисления коэффициента ty воспользуемся
формулой :
2
2
t y  u  y 2  2,2  100
 0,022 .
x
1000 2
Тогда согласно (1.39):
2
3
4
S 2  (1  5t y  12,8t y  17t y  45,1t y ) 2 
 (1  5  0,022  12,8  0,022 2  17  0,022 3  45,1  0,022 4 )  2 
 (1  0,11  0,006  0,00018  0,00001) 2  0,8
Окончательно концентрацию найдем по формуле :
С у  S 2 C  0,8  0,1217  0,097 мг/м3.
Таблица 2
Поля концентраций SO2 при опасной скорости ветра и НМУ
х
у
0
50
100
150
200
250
100
0,043
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
200
0,116
0,029
0,001
0,000
0,000
0,000
300
0,168
0,091
0,015
0,001
0,000
0,000
400
0,183
0,130
0,046
0,008
0,001
0,000
500
0,176
0,141
0,073
0,024
0,005
0,001
600
0,165
0,142
0,090
0,042
0,014
0,004
800
0,143
0,131
0,101
0,066
0,036
0,017
1000
0,122
0,115
0,098
0,074
0,050
0,031
1200
0,103
0,099
0,088
0,073
0,056
0,040
1400
0,087
0,085
0,078
0,068
0,055
0,043
1600
0,074
0,072
0,068
0,061
0,052
0,043
Полученные данные можно отразить на графике (рис. 2). В виде линий
постоянного уровня показаны поля концентраций SO2 в приземном слое
воздуха.
14
Рис. 2
5. Рассчитаем концентрацию СмU в точке (х = 1000 м, у = 100 м) при
скорости ветра U = 4,4 м/с.
Для этого по (1.43) найдем:
U 4,4
U 

 2.
U м 2,2
Следовательно, U' > 1. При U' > 1 по формуле имеем:
3U 
3 2
r

 0,75 ,
2
2
2U   U   2 2  2  2  2
Тогда, согласно формуле (1.42), найдем:
СмU  r  Cм  0,75  0,183  0,1384 мг/м3.
Теперь можно определить расстояние, на котором достигается
концентрация СмU=0,1384. Для этого по формуле (1.49):
Р  0,32U   0,68  0,32  2  0,68  1,31 .
И далее по формуле (1.46):
X мU  PX м  1,31  430  565,7 м.
Аналогично находят
концентрации в рассмотренных ранее точках вдоль
оси факела на расстоянии х и перпендикулярно в точках (x,y).
6. Определим радиус зоны влияния источника, если Xм=430 м; ПДК SO2  0,5
мг/м3. Согласно алгоритму п.11, определим:
Х1 = 10*Хм = 10*430=4300м.
Граничное значение Сг = 0,050,5 = 0,025 мг/м3.
Из табл. 1.2 видно, что значение Х2 – расстояние начиная с которого
Сг ≤ 0,05·ПДК, находится между значениями 2000 и 4300 м. Следовательно,
2000 < Х2 < 4300 м, Х2 < Х1, поэтому радиус зоны влияния равен Х1 = 4300 м.
15
7. Определим предельно допустимые выбросы. Для этого воспользуемся
формулой (1.73). Так как выбросы содержат два вредных вещества (SO2 и
NO2), в формуле вместо фоновой концентрации СФ необходимо использовать
приведенную концентрацию по обоим вредным веществам. Для этого
сначала определим фоновые концентрации для SO2 и NO2 в точках, где
SO
NO
концентрации данных веществ равны: CМxy
= 0,25мг/м3, CМxy
= 0,025 мг/м3.
2
2
Измерения в этих точках дают результаты C ФД = 0,2 мг/м3 и CФД
мг/м3.
Для SO2: так как С Мxy  2С ФД , воспользуемся формулой (1.60):
SO2
NO2
= 0,02
 0, 4  С SO2 Мxy
Д
С ФSO2  С Ф SO2 1 
Д

С Ф SO2


  0,2  1  0,4  0,25   0,1 мг/м3.

0, 2 


Аналогично для NO2: так как С Мxy  2С ФД , то по формуле (1.60):
С
NO2
Ф
С
Д NO 2
Ф
NO 2
 0,4  С Mxy
1 
Д

С Ф NO2


  0,02  1  0, 4  0,025   0,01 мг/м3.

0,02 


Теперь по формуле (1.81) определим приведенную к SO2 концентрацию с
учетом ПДК:
C ФС  С ФSO2  С ФNO2
ПДК SO2
ПДК NO2
 0,1  0,01
0,5
3
 0,158 мг/м .
0,085
Определим теперь предельно допустимый выбросы по формуле (1.73):
ПДВ С 
(ПДК  CФС ) Н 2 3 Vr T
AFmn

(0,5  0,158)  35 2 3 10,8  100
 22,34 г/с.
240  1  0,975  1  1
Как видно, имеющиеся выбросы (М = 12г/сек) не превышают ПДВ.
Индивидуальные задания.
Для заданных исходных данных:
1. Определить См и Хм .
2. Определить опасную скорость ветра, при которой достигается
максимальная концентрация.
3. Определить приземные концентрации С по оси факела для точек: 100
м; 200 м; 300 м; 400 м; 500 м; 600 м; 800 м; 1000 м; 1200 м; 1400 м; 1600 м;
2000м; 4300м.
4. Построить поля концентраций для точек х = 100 м; 200 м; 300 м; 400 м;
500 м; 600 м; 800 м; 1000 м; 1200 м; 1400 м; 1600 м и y = 0 м, 50 м, 100 м,
150 м, 200 м, 250 м.
5. Определить приземные концентрации в тех же точках при заданной
скорости ветра.
6. Определить радиус зоны влияния источника.
7. Определить предельно допустимые приведенные выбросы для обеих
веществ выброса.
16
Варианты заданий.
Вариан
т№
A
V
T
M
H
D

Коэф-т
очистки
выбросо
в
Скорост
ь ветра
Выделяемо
е вещ-во
№1
Максим.
концентра
-ция вещва №1
Измеренная
концентра
-ция вещва №1
Максим.
концентра
-ция вещва №2
Измеренная
концентра
-ция вещва №2
Ангидрид
уксусный
0,21
0,2
0,026
0,02
Оксид азота
0,27
0,19
0,027
0,02
Бутилацетат
Диоксид
серы
0,23
0,15
0,028
0,02
0,24
0,21
0,029
0,02
Аммиак
0,25
0,2
0,03
0,02
Толуол
Триэтиламин
0,29
0,26
0,031
0,02
0,025
0,012
0,004
0,0013
0,0016
0,016
0,0005
0,0055
0,29
0,27
0,034
0,02
0,32
0,3
0,035
0,02
Выделяемо
е вещ-во
№2
1.
220
9,7
120
10
30
1,1
1
90
4,4
2.
200
8,6
140
8
25
0,8
1
80
4,5
3.
260
10
95
11
40
1
1
85
4,6
4.
320
11,4
50
14
50
1,2
1
90
4,7
5.
190
11,2
50
15
32
0,8
1
76
4,8
6.
260
11
45
16
24
0,8
1
62
4,9
7.
200
13
120
9
32
1
1
95
5
8.
250
15
110
8
20
0,6
1
100
5,1
Ксилол
Оксид
марганца
Водород
фтористый
9.
10.
300
17
100
17
38
1,2
1
90
5,2
Толуол
180
9,5
85
11
30
1,5
1
72
4,3
Ксилол
Этилбензол
Этилена
оксид
200
10,8
95
14
35
1,1
1
80
4,4
Этилацетат
Хлорбензол
0,07
0,08
0,036
0,02
260
9,7
50
15
30
0,8
1
85
4,5
Бутилацетат
Фурфурол
0,028
0,002
0,027
0,02
320
8,6
50
16
25
1
1
90
4,6
Ацетон
/Хлоропрен
0,33
0,0012
0,026
0,02
190
10
45
9
40
1,2
1
76
4,7
Пиридин
0,057
0,004
0,025
0,0006
260
11,4
120
8
50
0,8
1
62
4,8
Бутанол
Сероводород
Пропилена
оксид
0,035
0,078
0,024
0,02
Ацетон
Оксид
углерода
Диоксид
азота
Оксид азота
Углеводороды
Фенол
11.
12.
13.
14.
15.
17
16.
320
11
95
12
30
0,8
1
80
4,9
190
13
50
10
25
1
1
85
5
260
15
50
8
40
1,2
1
90
5,1
200
17
45
11
50
0,8
1
76
5,2
250
9,5
120
14
32
0,8
1
62
5,3
300
10,8
110
15
24
1
1
95
5,4
Оксид хрома
Диоксид
азота
180
9,7
100
16
32
0,6
1
100
5,5
Оксид азота
200
8,6
85
9
20
1,2
1
90
5,6
260
10
95
8
38
1,5
1
72
5,7
320
11,4
50
17
30
1,1
1
80
5,8
17.
18.
19.
Сероуглерод
0,036
0,023
0,023
0,02
Бензол
0,12
0,099
0,025
0,04
Анилин
0,38
0,36
0,021
0,02
0,04
0,024
0,02
0,02
0,0022
0,004
0,006
0,003
0,045
0,02
0,008
0,05
0,22
0,22
0,017
0,02
Ксилол
Акролеин
Метилакрила
т
Диоксид
серы
Оксид
углерода
Натрия
сульфат
0,12
0,22
0,016
0,02
Аммиак
Кислота
уксусная
Ксилол
Кислота
серная
0,2
0,1
0,015
0,02
0,15
0,23
0,014
0,02
Стирол
Водород
хлористый
Гидрооксид
натрия
Серная
кислота
20.
21.
22.
23.
24.
25.
18
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИИ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ АВТОТРАНСПОРТОМ НА ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЯХ
Для выполнения расчетов используется «Методика расчетов выбросов в
атмосферу
загрязняющих
веществ
автотранспортом
на
городских
магистралях», разработанная НИИАТ, МАДИ, Министерством Транспорта
РФ (Москва, 1997 г.). Основным предназначением данной методики является
расчет выбросов загрязняющих веществ транспортными потоками при
движении автомобилей по городским магистралям. Также она может быть
использована
для
оценки
показателей
экологического
воздействия,
обоснования необходимости применения экологически ориентированных
мероприятий по организации дорожного движения, оценки альтернативных
вариантов проектных решений по организации дорожного движения и
сравнительной
технико-экономической
оценки
вариантов
проектных
решений по организации дорожного движения.
В методике учитывается выброс следующих загрязняющих веществ:
 оксид углерода
СО;
 углеводороды
СН;
 оксиды азота
NOx;
 твердые частицы (сажа) С;
 диоксид серы
SO2;
 соединения свинца
Pb.
Влияние условий движения автомобилей в транспортном потоке на
выброс
загрязняющих
веществ
прежде
всего
проявляется
через
обусловленное организацией движения соотношение установившихся и
неустановившихся режимов движения. Поэтому в общем виде величина
выброса автомобилей
i-го загрязняющего вещества Мi на участке улицы
длиной l за единицу времени может быть определена по формуле
Mi  Mli  Di ,
19
где Мli – выброс i-го загрязняющего вещества при непрерывном движении
транспортного потока, г/ч. Di – дополнительный выброс i-го загрязняющего
вещества, связанный с задержкой транспортных средств, г/ч.
Величина Мli отражает неизбежную часть выброса, определяемую
техническим уровнем и состоянием транспортных средств, скоростью
движения, интенсивностью движения и дорожными условиями. Величина Di
отражает
увеличение
выброса,
вызванное
торможением
и
разгоном
транспортных средств, а также работой двигателя на холостом ходу.
Для реализации данного подхода используется следующая расчетная
схема:
1. Участок транспортной сети города представляется в виде отдельных
элементов улично-дорожной сети (УДС) : перегонов (n) и перекрестков (j).
2. Выброс загрязняющих веществ Мli определяется для каждого
перегона исходя из направления движения, протяженности данного участка,
числа полос движения и интенсивности движения в данном направлении.
3.
Дополнительный
перекрестка.
Расчет
выброс
для
Di
рассчитывается
регулируемых
представлении каждого перекрестка
перекрестков
для
каждого
основан
на
как совокупности регулируемых
направлений (РН), включающих одно или несколько геометрических
направлений движения транспортных средств на подходе к перекрестку,
имеющих общие полосы движения и управляемых общим сигналом
светофора. Каждое РН характеризуется количеством остановок автомобилей,
временем работы двигателя на холостом ходу и скоростью движения на
входном и выходном участках.
Для нерегулируемых перекрестков равнозначных дорог Di определяется
для каждого направления движения, а для нерегулируемых перекрестков
неравнозначных дорог – только для второстепенного.
4. Транспортный поток подразделяется на пять групп расчетных
автомобилей:
20
 расчетный легковой автомобиль (РЛА) – усредненная модель
легкового автомобиля, отражающая существующее распределение легковых
автомобилей с двигателями различного литража в потоке;
 расчетный грузовой автомобиль с бензиновым двигателем (РГАБ) –
усредненная модель грузового автомобиля с бензиновым двигателем,
отражающая существующее распределение грузовых автомобилей различной
грузоподъемности в потоке;
 расчетный грузовой автомобиль с дизельным двигателем (РГАД) –
усредненная модель грузового автомобиля с дизельным двигателем,
отражающая существующее распределение грузовых автомобилей различной
грузоподъемности в потоке;
 расчетный автобус с бензиновым двигателем (РАБ) – усредненная
модель автобуса с бензиновым двигателем, отражающая существующее
распределение автобусов различного класса в потоке;
 расчетный автобус с дизельным двигателем (РАД) – усредненная
модель автобуса с дизельным двигателем, отражающая существующее
распределение автобусов различного класса в потоке.
Для крупных городов России доля РГАБ составляет 71%, РГАД – 29%
из общего количества грузовых автомобилей, доля РАБ – 37%, доля РАД –
63% из общего количества автобусов в потоке.
В тех случаях, когда для конкретного города соотношение между
данными расчетными типами автомобилей существенно отличается от
приведенного выше, оно определяется экспериментально при подготовке
исходных данных для расчета. При уже имеющихся исходных данных можно
начинать производить основной расчет.
Расчет выбросов загрязняющих веществ может быть выполнен для
различных схем участков УДС. Также существуют различные расчетные
варианты, в зависимости от условий проезда перекрестка. Рассмотрим
варианты расчетов:
21
1. Расчет выбросов загрязняющих веществ для элемента УДС с
регулируемым перекрестком.
Расчетный вариант 1.
Условия движения по перегону: V= 45-60 км/час (для входного
и
выходного направлений);
Условия проезда перекрестка для данного РН: число автомобилей в
очереди не превышает пропускной способности перекрестка.
Выброс i-го загрязняющего вещества для входного и выходного
направления Мli определяется по формуле:
5
,
M li   mlik
 ln  Nkn , г/час,
(1.1)
k 1
где m’lik – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества автомобилем
k-той расчетной группы, г/км; ln – длина n-го перегона входного и выходного
направления, км;
Nkn – интенсивность движения автомобилей k-той
расчетной группы на n-ом перегоне входного или выходного направления,
авт/час.
Дополнительный
i-го загрязняющего вещества
выброс
Di
для
соответствующего РН каждого входного направления определяется по
формуле:
5


,
Di   msik
 mxxik  t xx  Noк , г/час,
(1.2)
k 1
где m’sik – дополнительный выброс
остановку автомобилем
i-го загрязняющего вещества на
k-той расчетной группы; mxxik - выброс i-го
загрязняющего вещества при работе двигателя автомобиля k- той расчетной
группы на холостом ходу, г/мин; txx – время работы двигателя на холостом
ходу для соответствующего РН, мин; Nok – количество остановленных
автомобилей k -той расчетной группы на соответствующем РН, авт/час;
Значения m’lik, m’sik, mxxik приведены в табл. 3, 4, 5.
Расчетный вариант 2.
22
Условия движения по перегону: V = 45-60 км/час (для входного
и
выходного направлений).
Условия проезда перекрестка для данного РН: число автомобилей в
очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i-го загрязняющего вещества для входного и выходного
направления Мli определяется по формуле (1.31).
Дополнительный
i-го
выброс
загрязняющего
вещества
Di
для
соответствующего РН определяется по формуле:
5


,
,,
Di   msik
 msik
 S  mxxik  t xx  Noк , г/час,
(1. 3)
k 1
где m’’sik – дополнительный выброс i-го загрязняющего вещества на
остановку автомобилей k-той расчетной группы при промежуточных
остановках, г (табл. 5); S – количество промежуточных остановок при
разъезде очереди.
Таблица 3
Пробеговый выброс загрязняющих веществ при движении по перегону (m’lik)
Пробеговый выброс загрязняющих веществ, г/км
Тип транспортных
средств
CO
CH
NOx
C
Pb
SO2
РЛА
9,8
2,2
1,9
-
0,02
0,07
РГАБ
68,4
6,4
6,1
-
0,03
0,21
РГАД
4,6
2,9
10,2
0,38
-
1,47
РАБ
93
7
7,9
-
0,04
0,30
РАД
5,8
2,7
9,1
0,38
-
1,59
23
Таблица 4
Дополнительный выброс загрязняющих веществ на одну остановку (m’sik)
Дополнительный выброс на одну остановку, г
Тип транспортных
средств
CO
CH
NOx
C
Pb
SO2
РЛА
3,5
0,7
0,5
-
0,003
0,018
РГАБ
18,1
1,3
3,8
-
0,013
0,07
РГАД
3,3
0,8
3,6
0,3
-
0,52
РАБ
21,5
1,5
4,0
-
0,014
0,10
РАД
3,5
1,6
3,9
0,3
-
0,55
Таблица 5
Выброс загрязняющих веществ при работе двигателя на холостом ходу (mххik)
Выброс при работе двигателя на холостом ходу, г/мин
Тип транспортных
средств
CO
CH
NOx
C
Pb
SO2
РЛА
2,9
0,2
0,05
-
0,003
0,01
РГАБ
13,1
2,1
0,15
-
0,004
0,024
РГАД
2,8
0,3
1,0
0,04
-
0,086
РАБ
17,8
2,7
0,16
-
0,004
0,031
РАД
4,6
0,5
0,61
0,03
-
0,096
Таблица 6
Дополнительный выброс загрязняющих веществ при промежуточных остановках (m’’sik)
Выброс загрязняющих веществ, г/ост
Тип транспортных
средств
CO
CH
NOx
C
Pb
SO2
РЛА
1,2
0,2
0,1
-
0,001
0,006
РГАБ
6,0
0,4
0,5
-
0,005
0,02
РГАД
1,6
0,3
0,8
0,1
-
0,17
РАБ
7,5
0,5
0,8
-
0,005
0,03
РАД
1,7
0,5
0,8
0,1
-
0,18
Расчетный вариант 3.
Условия движения по перегону: V = 30-45 км/час (для входного
и
выходного направлений).
Условия проезда перекрестка для данного РН: число автомобилей в
очереди превышает пропускную способность перекрестка.
24
Выброс i-го загрязняющего вещества для входного и выходного
направления Мli определяется по формуле
5
,,
M li   mlik
 ln  Nkn , г/час,
(1.34)
k 1
где m’’lik – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества автомобилем
k-
той расчетной группы, г/км (табл. 1.9).
Дополнительный
выброс
i-го
загрязняющего
вещества
Di
для
соответствующего РН определяется по формуле
5


,,
Di   msik
 1  S   mxxik  t xx  Noк , г/час.
(1. 4)
k 1
Таблица 7
Пробеговый выброс загрязняющих веществ (m’’lik)
Выброс загрязняющих веществ, г/км
Тип транспортных
средств
CO
CH
NOx
C
Pb
SO2
РЛА
11,4
3,7
0,8
-
0,02
0,08
РГАБ
75,2
10,8
1,8
-
0,03
0,20
РГАД
3,0
1,9
3,4
0,38
-
1,18
РАБ
102,3
11,8
2,0
-
0,04
0,29
РАД
3,7
1,7
4,2
0,38
-
1,48
Расчетный вариант 4.
Условия движения по перегону:
 входное направление V = 45-60 км/час ;
 выходное направление V = 30-45 км/час.
Условия проезда перекрестка для данного РН: число автомобилей в
очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i-го загрязняющего вещества для входного и выходного
правления Мli определяется по следующим формулам
Входное:
5
,
M li   mlik
 ln  Nk , г/час.
(1.5)
k 1
25
Выходное:
5
,,
M li   mlik
 ln  Nk , г/час.
(1.37)
k 1
Дополнительный
i-го
выброс
загрязняющего
вещества
Di
для
соответствующего РН определяется по формуле (1.87).
Расчетный вариант 5.
Условия движения по перегону:
 входное направление V = 30-45 км/час;
 выходное направление V = 45-60 км/час.
Условия проезда перекрестка для данного РН: число автомобилей в
очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i-го загрязняющего вещества Мli для входного направления
определяется по формуле (1.88), а для выходного направления – по формуле
(1.89).
Дополнительный
i-го
выброс
загрязняющего
вещества
Di
для
соответствующего РН определяется по формуле (1.87).
Суммарный выброс i-го загрязняющего вещества для элемента УДС для
расчетных вариантов 15 определяется суммированием всех значений Мli и
Di .
2. Расчет выбросов загрязняющих веществ для элемента УДС с
нерегулируемым пересечением.
Для нерегулируемых перекрестков равнозначных дорог выброс i-го
загрязняющего вещества для входного и выходного направления Мli
определяется по формуле (1.83), а дополнительный выброс Di по формуле:
5


,
Di   msik
 mxxik  t xx  Noк , г/час,
(1.38)
k 1
где txx – время работы двигателя на холостом ходу для входного направления,
мин; Nok – количество остановленных автомобилей на входном направлении,
авт/час.
26
Для
нерегулируемого
перекрестка
неравнозначных
дорог
i-го
загрязняющего вещества для входного и выходного направления Мli
определяется по формуле (1.31), а дополнительный выброс Di по формуле
(1.32) только для второстепенных входных направлений.
Пример расчета загрязнений воздуха автотранспортом
Необходимо рассчитать выбросы загрязняющих веществ на участке
единичной длины ул. Магистральная. Средняя скорость движения по
перегону составляет 50-55 км/час, при проезде перекрестков «пробок» не
возникает, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 2 минут.
Количественный состав проезжающих по улице автомобилей измерялся с 9ч
06 мин до 9 ч 16 мин и составляет (табл. 8):
Таблица 8
116
18
17
11
автобусы
906916
грузовые авто
Ул.Магистральная
Дизельные
автобусы
Время
грузовые авто
Точка наблюдения
легковые авто
Карбюраторные
4
Расчеты:
Согласно данным о характере движения можно сделать вывод о
необходимости использования расчетного варианта №1. Воспользуемся
формулой расчета (1.31). Для этого произведем пересчет количества
автомобилей с десятиминутного интервала на час (табл. 9):
Таблица 9
9061016
108
102
66
автобусы
696
Дизельные
грузовые авто
автобусы
Ул.Магистральная
Время
грузовые авто
Точка наблюдения
легковые авто
Карбюраторные
24
Тогда, обратившись к табл. 9 и приняв длину перегона ln = 1, легко получить
значения основного выброса:
СО: (4,8 116 +68,4 18+4,6 11+9,3 17+5,8 4) 6=2 019,9 6=12 119, 4 гр/час
27
СН: (2.2 116+
6.4  18+2.9 11+7 17 +2.7 4) 6=532,1 6=3 192,6 гр/час
NO: (1.9 116+ 6.1 18+10.2 11+7.9 17+9.1 4) 6=613,1 6=3 678,6 гр/час
С:
(0 116+ 0 18+0.38 11+0 17+0.38 4) 6=5,7 6=34,2 гр/час
Pb: (0.02 116+0.03 18+0 11+0.04 17+0 4) 6=3,54 6=21,24 гр/час
SO2: (0.07 116+0.21 18+1.47 11+0.30 17+1.59 4) 6=39,53 6=237,18 гр/час
Дополнительные выбросы рассчитываются по формуле
использованием табл. 1.6 и 1.7:
(1.84)
с
СО:
[(3,5+2,9 2) 116+(18,1+13,1 2) 18+(3,3+2,8 2) 11+(21,5+17,8 2) 17+(3,5+4,6 2) 4] 6=2706,4 6= 16238,4гр/час
СН:
[(0,7+0,2 2) 116+ (1,3+2,1 2) 18+(0,8+0,3 2) 11+(1,5+2,7 2) 17 +(1,6+0,5 2) 4] 6= 1 234 6= 7404гр/час
NO:
[(0,5+0,05 2) 116+(3,8+0,15 2) 18+(3,6+1,0 2) 11+(4,0+0,16 2) 17 +(3,9+0,61 2) 4]=306,6 6=
1839,6 гр/час
С:
[(0+0 2) 116+ (0+0 2) 18+(0,3+0,04 2) 11+(0+0 2) 17 +(0,3+0,03 2) 4] 6= 7,9 6= 47,4гр/час
Pb:
[(0,003+0,003 2) 116+ (0,013+0,004 2) 18+(0+0 2) 11+(0,014+0,004 2) 17 +(0+0 2) 4]= 1,664 6= 9,984 гр/час
SO2:
[(0,018+0,01 2) 116+(0,07+0,024 2) 18+(0,52+0,086 2) 11+(0,10+0,031 2) 17 + (0,55+0,096 2) 4] 6=23,046 6=
138,276 гр/час
Окончательные значения получим простым суммированием основных и
дополнительных выбросов:
СО: 12 119, 4+16238,4 =28 357,8 гр/час
СН: 3 192,6+7404= 10 596 гр/час
NO: 3 678,6+1839,6 =5 518,2 гр/час
С:
34,2+47,4= 81,6 гр/час
Pb: 21,24+9,984= 31,224 гр/час
SO2: 237,18+138,276 =375,456 гр/час
28
Индивидуальные задания
Исходные данные по интенсивности автомобильного потока для каждого
варианта приведены в табл. 1.12.
Необходимо рассчитать выбросы загрязняющих веществ на участке единичной
длины заданной улицы при следующих условиях:
Вариант № 1.
Средняя скорость движения по перегону составляет 60 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 3 минут. Длина перегона
составляет 1 км.
Вариант № 2.
Средняя скорость движения по перегону составляет 40 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 2 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 2 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 2 км.
Вариант № 3.
Средняя скорость движения по перегону составляет 53 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 3 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 2 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 1 км.
Вариант № 4.
Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 40
км/час, на выезд – 50 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 4 минут,
перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3 промежуточные
остановки. Длина перегонов составляет 1 и 2 км соответственно.
Вариант № 5.
Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 60
км/час, на выезд – 40 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 2 минут,
перекресток каждая машина проезжает в среднем за 1 промежуточную
остановку. Длина перегонов составляет 1 и 3 км соответственно.
Вариант № 6.
Средняя скорость движения по перегону составляет 45 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 2,5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 2 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 3 км.
Вариант № 7.
Средняя скорость движения по перегону составляет 56 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 2 минут. Длина перегона
составляет 3 км.
Вариант № 8.
Средняя скорость движения по перегону составляет 48-50 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 1,5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 2 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 2 км.
29
Вариант № 9.
Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 35
км/час, на выезд – 45 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 3,5
минут, перекресток каждая машина проезжает в среднем за 2
промежуточные остановки. Длина перегонов составляет 2 и 1 км
соответственно.
Вариант № 10. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 55
км/час, на выезд – 37 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 4 минут,
перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3 промежуточные
остановки. Длина перегонов составляет 1 и 1 км соответственно.
Вариант № 11. Средняя скорость движения по перегону составляет 47 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 0,5 минут. Длина перегона
составляет 1 км.
Вариант № 12. Средняя скорость движения по перегону составляет 47 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 3 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 1 км.
Вариант № 13. Средняя скорость движения по перегону составляет 53-57 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 2,5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 1 промежуточную остановку. Длина перегона
составляет 1,5 км.
Вариант № 14. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 35
км/час, на выезд – 60 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 2 минут,
перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3 промежуточные
остановки. Длина перегонов составляет 3 и 2 км соответственно.
Вариант № 15. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 55
км/час, на выезд – 38 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 1,5
минут, перекресток каждая машина проезжает в среднем за 1
промежуточную остановку. Длина перегонов составляет 2 и 3 км
соответственно.
Вариант № 16. Средняя скорость движения по перегону составляет 45-49 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 3,5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 3 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 2,5 км.
Вариант № 17. Средняя скорость движения по перегону составляет 62 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 3 минут. Длина перегона
составляет 2,5 км.
30
Вариант № 18. Средняя скорость движения по перегону составляет 45-50 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 3,5 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 2 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 2,5 км.
Вариант № 19. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 38
км/час, на выезд – 48 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 2,5
минут, перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3
промежуточные остановки. Длина перегонов составляет 2 и 4 км
соответственно.
Вариант № 20. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 63
км/час, на выезд – 39 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 3,5
минут, перекресток каждая машина проезжает в среднем за 2
промежуточные остановки. Длина перегонов составляет 3 и 1 км
соответственно.
Вариант № 21. Средняя скорость движения по перегону составляет 55 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 3,5 минут. Длина перегона
составляет 4 км.
Вариант № 22. Средняя скорость движения по перегону составляет 55-60 км/час,
при проезде перекрестков возникают заторы, в среднем на перекрестке
автомобили стоят в течение 4 минут, перекресток каждая машина
проезжает в среднем за 3 промежуточные остановки. Длина перегона
составляет 3 км.
Вариант № 23. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 48
км/час, на выезд – 35 км/час, при проезде перекрестков возникают
заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в течение 5 минут,
перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3 промежуточные
остановки. Длина перегонов составляет 1 и 4 км соответственно.
Вариант № 24. Средняя скорость движения по перегону на въезд составляет 5863 км/час, на выезд – 45-48 км/час, при проезде перекрестков
возникают заторы, в среднем на перекрестке автомобили стоят в
течение 5 минут, перекресток каждая машина проезжает в среднем за 3
промежуточные остановки. Длина перегонов составляет 1,5 и 1 км
соответственно.
Вариант № 25. Средняя скорость движения по перегону составляет 50 км/час,
при проезде перекрестков «пробок» не возникает, в среднем на
перекрестке автомобили стоят в течение 1 минуты. Длина перегона
составляет 3 км.
31
Таблица 10.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ул.Техническая, р-н ТЭЦ-1
ул.Тукаевкая, ост.Сайдашева
ул.Нариманова, у рынка
ул. Московская
ул.Татарстан, м-н "Сокол"
Оренбургский тракт, ВИКО
Ул.Кирова, колх. рынок
Булак, пер. Ченышевского
Кировская дамба
11
Проспект Победы, м-н "Рамстор"
проспект Победы, пер.
Ломжинская
12
пер Зорге-Танковая-Мавлютова
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
ул.Фучика, пер. Сафиуллина
пер. Свердлова-Эсперанто
ул.Достоевского-А.Кутуя,
ул.Н.Ершова, ост.Абжалилова
Сибирский тракт, ост.Попова
ул.Губкина, пер. Журналистов
ул.Арбузова, м-н Рифель
пер. А.Кутуя-Родины
ул.Гвардейская, кафе "Сирень"
ул.К.Маркса, у Выст.зала
ул.Горького, пер Гоголя
Понтонный мост
ул.Декабристов, МЦ
14
13
7
8 -8
289
17
35
7
8
19
29
8 -8
231
29
19
14
3
39
49
8 -8
261
19
23
14
2
45
55
8 -8
342
11
51
16
6
02
12
9 -9
217
24
16
13
4
00
10
205
9
48
4
15
43
53
8 -8
8 -8
автобусы
32
40
1605-1615
грузовые
автомобили
210
30
Время
автобусы
Точки наблюдений
грузовые
автомобили
Номер
варианта
Дизельные
легковые
автомобили
Карбюраторные
420
16
37
19
16
30
16 -16
40
403
28
35
34
21
25
35
292
24
38
13
3
915-925
307
52
17
24
5
830-840
17 -17
372
19
43
10
5
40
50
9 -9
289
10
64
9
11
15
25
8 -8
284
21
23
7
3
02
12
8 -8
307
28
42
5
4
14
24
8 -8
354
13
47
9
7
53
03
8 -9
468
44
49
14
24
09
19
9 -9
194
15
19
12
4
24
34
8 -8
455
71
24
22
2
35
45
8 -8
309
25
37
19
6
15
25
8 -8
354
19
48
9
7
45
55
462
6
64
7
8
23
33
386
9
23
6
4
523
15
51
27
5
362
24
33
6
16
8 -8
8 -8
15
16 -16
42
25
52
8 -8
32
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОКСИДА УГЛЕРОДА (СО),
ПОСТУПАЮЩЕЙ С ВЫБРОСАМИ АВТОТРАНСПОРТА ПО
АВТОМАГИСТРАЛЯМ ГОРОДА
В основу расчета положена формула:
Ссо=(0,5+0,01N·Кт)КА·Ку·КС·КВ·Кн ,
(1.39)
Где 0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного
происхождения, мг/м3; N – суммарная интенсивность движения автомобилей
на городской дороге, авт/час; Кт - коэффициент токсичности автомобилей по
выбросам в атмосферный воздух окиси углерода; КА – коэффициент,
учитывающий аэрацию местности, определяется по табл. 1.14; КУ –
коэффициент, учитывающий изменения концентрации оксида углерода в
зависимости от величины продольного уклона; КС – коэффициент,
учитывающий изменения концентраций оксида углерода в зависимости от
скорости ветра; КВ – коэффициент, учитывающий изменения концентраций
оксида углерода в зависимости от влажности воздуха; КН - коэффициент
увеличения загрязнения атмосферного воздуха оксидом углерода у
пересечений улиц.
Коэффициент
токсичности
автомобилей
определяется
как
средневзвешенный для потока автомобилей по формуле
КТ=Рi· КТi,
Где: Рi – состав транспорта в долях единицы.
Значения остальных коэффициентов определяются из справочных таблиц
(1.13-1.18).
Таблица 11
Относительная степень токсичности транспорта
Тип автомобиля
Коэффициент Кт
Легкий грузовой
2,3
Средний грузовой
2,9
Тяжелый грузовой
0,2
Автобус
3,7
Легковой
1
33
Таблица 12
Относительная степень загрязненности воздуха
№
типа
Тип местности по степени аэрации
Коэффициент
КА
1
Транспортные тоннели
2,7
2
Транспортные галереи
3
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух
сторон
4
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в
выемке
0,6
5
Городские улицы и дороги с односторонней застройкой,
набережные, др.
0,4
6
Пешеходные тоннели
0,3
1,5
1
Таблица 13
Изменение коэффициента Ку в зависимости от продольного уклона
Продольный Коэффициент
уклон, ◦
Ку
0
1,00
2
1,06
4
1,07
6
1,18
8
1,55
Таблица 14
Коэффициент увеличения загрязнения воздуха у пересечений
№
Тип пересечения
Коэффициент
типов
Кн
1
- со светофорами обычное 1,8
2
- со светофорами
2,1
управляемое
3
- саморегулируемое
2,0
4
- со снижением скорости
1,9
5
- кольцевое
2,2
6
- с обязательной
3,0
остановкой
34
Таблица 15
Изменение коэффициента Кс в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м\с
Коэффициент Кс
1
2,7
2
2
3
1,5
4
1,2
5
1,05
6
1
Таблица 16
Коэффициент КВ в зависимости от относительной влажности воздуха
Относительная влажность
Коэффициент Кв
100
1,45
90
1,3
80
1,15
70
1
60
0,85
50
0,75
Пример расчета
Рассчитать
концентрацию СО на магистральной улице города с
многоэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2 град, скорость
ветра 4 м/с, относительная влажность воздуха  80%, интенсивность
движения 600 авт/час. Состав автотранспорта: 10% грузовых автомобилей
с малой грузоподъемностью, 10% со средней грузоподъемностью, 5% с
большой грузоподъемностью с дизельными двигателями, 5% автобусов, 70%
легковых автомобилей. Движение со светофорами обычное.
Подставляем значения согласно заданию и определяем величину Кт:
КТ = 0,12,3+0,12,9+0,050,2+0,053,7+0,71 =1,415.
По таблицам 11-16 находим величины КА =1; Ку=1,06; Кс = 1,2; Кв = 1,
15; Кн= 1,8.
Подставляем значения коэффициентов в формулу для расчета
концентрации СО: ССо=(0,5+0,016001,415) 11,061,21,151,8= 23, 67 мг/м3
35
ПДК для концентрации оксида углерода в атмосферном воздухе составляет 5
мг/м3. Расчетная концентрация СО превышает предельно допустимую в 4,7
раз, что требует внедрения мероприятий по снижению уровня выбросов СО.
Задания
1. Рассчитать концентрацию оксида углерода ССо, мг/м3 ;
2. Сравнить рассчитанную концентрацию с ПДКсо.
Таблица 17
Варианты индивидуальных заданий
№
Варианта
Тип
местности
Продольный
уклон,
◦
Скорость
ветра
, м/с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
2
3
1
3
1
2
1
4
1
5
3
5
4
4
5
1
2
3
3
4
6
2
6
4
6
2
3
2
5
6
2
8
4
2
0
4
8
6
2
0
4
8
6
2
8
0
4
0
2
8
2
4
2
6
8
0
2
4
6
0
4
3
4
1
3
6
5
2
4
1
3
2
5
4
3
5
3
1
3
5
2
6
1
2
1
3
4
2
1
2
Относительная
влажность
воздуха,
%
70
50
70
60
50
80
50
100
90
70
60
80
50
80
50
90
100
60
70
90
80
50
70
80
60
70
100
90
70
60
Интенсивность
движения,
авт/час
400
250
130
250
425
375
280
520
610
575
600
640
235
415
270
310
440
325
390
410
450
265
270
324
239
425
260
310
250
470
Тип
пересечения
Состав автотранспорта, %
ЛегСред- Тяже- Авто- Легкий
ний
лый
бус
ковой
грузо грузо грузо
-вой
-вой
-вой
3
2
4
6
1
3
2
5
1
5
6
3
2
1
4
2
6
1
5
4
3
3
2
5
6
2
1
4
5
2
10
20
10
20
30
20
10
15
30
5
25
20
10
15
10
20
25
10
30
20
10
35
20
20
35
25
10
20
5
10
20
5
20
60
40
25
10
5
30
5
15
10
5
15
10
20
15
5
20
10
5
15
5
10
5
25
15
20
5
10
10
5
20
5
20
15
10
5
5
5
25
10
5
10
5
10
5
5
10
20
5
5
0
10
0
20
5
20
15
15
10
30
30
5
5
10
20
30
5
10
15
20
10
5
5
10
5
5
5
10
10
5
5
20
10
5
40
0
5
5
50
40
20
10
5
30
50
45
30
75
20
40
70
55
70
40
50
75
35
40
70
40
70
40
50
25
40
40
70
60
36
Лабораторная работа № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
ОТ ПОДВИЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ НА ТЕРРИТОРИИ
АВТОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Для автомобилей
Грузовые автомобили.
с карбюраторными двигателями рассчитывается
выброс СО, СН, NO2 и Pb, для автомобилей с дизельными двигателями 
СО, СН, NO2 и С.
Выбросы i-го вещества одним автомобилем k-той группы в день при выезде с
территории и возврате.
М i1  mnpik  t np  m xxik  t xx1  M lik  Ll
М
11
i
 mxxik  t xx 2  mlik  L2
(1.40)
(1.41)
где mnpik- удельный выброс при прогреве двигателя автомобиля К-й группы,
г/мин; mxxik- удельный выброс при работе двигателя на холостом ходу, г/мин
(справочные данные); Mlik- удельный выброс при движении автомобиля по
территории автотранспортного предприятия (АТП),г/км; tnp- время прогрева
двигателя, мин. (зависит от температуры воздуха); txx1, txx2- время работы
двигателя на холостом ходу при выезде (возврате) на территорию АТП, мин.
В методике принято txx1= txx2=1 мин.; L1, L2- пробег по территории
предприятия одного автомобиля в день при выезде (возврате), км.
Валовой выброс i-го вещества за каждый период года можно рассчитать по
формуле


М iвал    в М ikI  M ikII N k D p  10 3 ,
(1.6)
к
где Мiвал- валовой выброс, кг;
αв –коэффициент выпуска, который обозначает долю автомобилей k-той
группы, выезжавших с территории АТП; Nк - количество автомобилей k-той
группы в хозяйстве; Dp - количество рабочих дней в расчетном периоде
(холодном, теплом, переходном).
37
Максимально разовый выброс i-го вещества ( Gi' ) определяется по
формуле
k
 m
'
i
G 
npik

 t пр  M Lik  L  m xx  t xx1 αb N k
i 1
, г/с
60  t p
(1.43)
где tp  время разъезда автомобилей, мин. Или, пользуясь формулой
(1.92), получим упрощенную формулу:
k
'
i
G 
M
1
i b
α Nk
(1.7)
i 1
60  t p
Максимально разовый выброс рассчитывается для месяца с наиболее
низкой среднемесячной температурой.
Выброс соединений свинца в граммах одним автомобилем k-той группы
при выезде с территории АТП и возврате рассчитывается по формуле
М ск1  0.7 d c K xx qnp  t np  q xx  t xx  q1  Ll  K xx  ,
(1.45)
М ck11  0.7d c K xx qxx  t xx  q1  L2
(1.46)
,
Здесь dc  содержание свинца в 1 л бензина (Аи-93 – 0,37 г/л, Аи-76 – 0,17
г/л); qпр, qxx  расход бензина при прогреве двигателя и работе на холостом
ходу, л/мин; q1  расход бензина при движении автомобиля по территории
АТП, л/км; Kxx - коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива;
Kxx = 1 (не проводится работа по контролю токсичности); Kxx = 0.87
(техническое обслуживание ТО-2); Kxx = 0.79 (при контроле выпуска на
линию).
Валовой выброс свинца в килограммах рассчитывается по формуле


М cвал    в М сkI  M сkII N k D p  10 3 ,
(1.8)
к
Максимальный разовый выброс свинца рассчитывается для месяца с
наиболее низкой температурой по формуле
G 'Pb
k
 g прk  t пр  K xx  g LK  L1  g xxk  t xx1  K xx α b N k 0.7d c
 i 1
60  t p
(1.48)
38
Или согласно формуле:
k
M
G ' Pb 
1
ck
в  Nk
i 1
(1.9)
60  t p
Данные об удельных выбросах и расходе бензина для грузовых
автомобилей приведены в таблицах 18-22.
Таблица 18
Пробеговые выбросы загрязняющих веществ грузовыми автомобилями
Грузоподъемность,кг
Тип двигателя
Пробеговый выброс загрязн. веществ, г/км
CO
0  g  1000
1000  g  3000
3000  g  6000
g  6000
Автопоезда
g  10000
карбюрат.
карбюрат.
дизель
карбюрат.
дизель
карбюрат.
дизель
карбюрат.
дизель
CH
C
NO2
Тепл
Хол.
Тепл
Хол.
Тепл
Хол.
Тепл
Хол.
19.6
27.6
3.2
47.4
4.1
55.3
5.1
79.0
7.5
24.3
34.3
3.9
59.3
5.0
68.8
6.2
98.8
9.3
3.5
4.9
0.6
8.5
0.7
9.9
0.9
10.2
1.1
4.2
6.0
0.7
10.3
0.9
11.9
1.1
12.4
1.3
0.4
0.6
2.5
1.0
3.0
1.2
3.5
1.8
4.5
0.3
0.5
2.3
0.8
2.4
0.9
2.7
1.4
3.5
0.2
0.2
0.2
0.3
0.3
0.3
0.3
0.4
Таблица 19
Удельные выбросы загрязняющих веществ грузовыми автомобилями в процессе прогрева двигателя
Грузоподъемность,кг
Тип двигателя
Пробеговый выброс загрязн. веществ, г/км
CO
Хол.
Тепл.
Хол.
Тепл.
Хол.
4.5
9.1
6.2
21.8
14.2
2.36
1.92
44.9
26.7
4.37
3.6
57.2
33.8
8.18
5.3
44.5
26.1
8.18
5.3
0.4
1.0
0.65
3.6
2.4
0.5
0.32
8.7
5.4
0.8
0.54
9.1
0.3
1.1
0.7
8.7
5.4
1.1
0.7
0.05
0.1
0.05
0.2
0.1
0.65
0.43
0.3
0.2
0.84
0.62
0.3
0.2
2.0
1.0
0.3
0.2
2.0
1.0
карбюрат.
1000  g  3000
карбюрат.
8.1
дизель
1.54
карбюрат.
18.1
дизель
2.8
g  6000
карбюрат.
23.4
2.9
дизель
Автопоезда
g  10000
карбюрат.
дизель
18.1
2.9
1.6
0.2
2.9
0.3
3.3
0.4
2.9
0.4
C
NO2
Тепл.
0  g  1000
3000  g  6000
CH
0.1
0.45
0,2
0.62
0.2
1.0
0.2
1.0
Тепл.
Хол.
-
-
-
-
0.1
0.03
0.04
0.04
0.8
0.05
0.21
0.12
0.35
0.18
0.35
0.18
Примечание: Для холодного периода года в числителе приведены данные для
автомобилей, находящихся на открытых площадках без средств подогрева, а
39
в знаменателе – при наличии средств подогрева. В переходный период
значения выбросов CO , CH и C должны быть умножены на коэффициент 0,9
от значений холодного периода. Выбросы NO2 равны значению выбросов в
холодный период.
Таблица 20
Удельные выбросы загрязняющих веществ при работе двигателя на холостом ходу
Грузоподъемность,кг
Тип двигателя
Пробеговый выброс загрязн. веществ, г/км
CO
CH
NO2
C
g < 1000
карбюрат.
4.5
0.4
0.05
-
1000  g  3000
карбюрат.
Дизель
карбюрат.
Дизель
карбюрат.
дизель
карбюрат.
дизель
карбюрат.
дизель
8.1
1.54
18.1
2.8
23.4
2.9
18.1
2.9
51.5
15.0
1.6
0.2
2.9
0.3
3.3
0.3
2.9
0.3
9.6
6.4
0.1
0.45
0.2
0.62
0.2
1.0
0.2
1.0
6.4
8.5
0.01
0.03
0.04
0.04
-
3000  g  6000
g  6000
Автопоезда
g  10000
Автобусы
Автобусы
Таблица 21
0
Т воздуха, C
Время прогрева, мин
Среднее время работы двигателя при прогреве
На открытом воздухе
В помещении выше 50 -50
-100
-150
-200 ниже
0
0
0
0
0
5
-5 -10 -15
-20 -250 -250
0,5
4
6
12
19
26
36
45
Таблица 22
Удельный расход бензина
Удельный расход топлива
Категория автомобиля
g xxk = g прk , л/мин
тепл.
перех.
g LK , л/км
хол.
тепл.
перех.
хол.
g < 1000
0,023
0,025
0,028
0,152
0,171
0,190
1000  g  3000
0,047
0,052
0,058
0,199
0,244
0,249
3000  g  6000
0,063
0,070
0,078
0,290
0,327
0,364
g  6000
0,063
0,070
0,078
0,342
0,385
0,428
Автопоезда
g  10000
0,063
0,070
0,078
0,364
0,410
0,456
Расход топлива g xxk = g прk в теплый период года.
Легковые автомобили.
В расчете рассматриваются четыре загрязняющих вещества: оксид
углерода (СО), углеводороды (СН), оксиды азота (в пересчете на диоксид
азота NO2 ) и соединения свинца (Pb).
Выброс i-го вещества одним автомобилем k-той модели в день Mik при
въезде на территорию предприятия (гаража) M ik' и выезде M ik" :
M ik'  mLik  I1  mxxik  t xx1 , г ;
(1.10)
"
M ik  mLik  I 2  mxxik  t xx 2 , г ;
(1.11)
40
M ik  M ik'  M ik" , г,
(1.52)
где mLik - пробеговый выброс i-го вещества при движении автомобиля по
территории предприятия (гаража), г/км; mxxik - удельный
выброс i-го
вещества при работе двигателя на холостом ходу, г/ мин; I1 , I 2 - пробег
автомобиля по территории предприятия при въезде и выезде,мин, км;
t xx1 , t xx2 - время работы двигателя на холостом ходу при выезде и
въезде на территории, мин; K i - - коэффициент, учитывающий снижение
выброса СО и СН.
Значения mLik , mxxik для различных моделей автомобилей приведены в
табл. 23 и 24.
Учет выброса соединений свинца приводится только для регионов, где
используется этилированный бензин.
Таблица 23
Пробеговые выбросы загрязняющих веществ легковыми автомобилями
Модель автомобиля
Пробеговый выброс, г/км ( m
)
Lxik
СО
ВАЗ 1111
ЗАЗ 1102
ЗАЗ 968 и модификации
ВАЗ-2101,2107,2121
ВАЗ 2108-21099
М412,М2140,ИЖ2125,
ИЖ2715
М2141
ГАЗ 24 и модификации
УАЗ 3151
СН
NO2
Pb
5,8
7,65
13,00
14,00
9,00
14,30
1,0
1,7
1,3
1,5
1,3
1,6
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,015
0,018
0,022
0,025
0,021
0,025
12,20
16,10
26,80
1,4
1,8
2,5
0,3
0,3
0,024
0,036
0,040
Таблица 24
Удельные выбросы загрязняющих веществ при работе двигателя на холостом ходу
Модель автомобиля
Удельный выброс, г/км ( m
)
xxik
СО
ВАЗ 1111
ЗАЗ 1102
ЗАЗ 968 и модификации
ВАЗ-2101,2107,2121
ВАЗ 2108-21099
М412,М2140,ИЖ2125,
ИЖ2715
М2141
ГАЗ 24 и модификации
УАЗ 3151
СН
NO2
1,6
2,2
3,5
3,9
2,6
4,0
0,3
0,4
0,4
0,4
0,3
0,4
0,2
0,2
0,3
0,3
0,3
0,3
0,003
0,004
0,005
0,006
0,005
0,006
33,9
4,8
4,5
0,4
0,4
0,4
0,3
0,5
0,5
0,006
0,008
0,008
Pb
Пробег автомобиля при въезде на территорию предприятия I1
определяется путем замера пути, проходимого автомобилем от въездных
ворот предприятия до въездных ворот гаража. Пробег при выезде I2 
расстояние, проходимое автомобилем от ворот гаража до ворот предприятия.
Время работы двигателя на холостом ходу txx составляет 2 мин. , txx2  1 мин.
41
После проведения контроля токсичности отработавших газов в
соответствии с ГОСТом 17.2.2.03-87 и выполнения необходимых
регулировок удельный выброс СО, СН и Pb снижается, что учитывается
K i (K co  0,7 ; K pb =0,79).
При отсутствии контроля значение всех коэффициентов равны
единице.
Валовой выброс i-го вещества M i автомобилями рассчитывается по
формуле:
k
M i   M ik N k D p 10 3 , кг/год
(1.12)
k 1
где Nk  ежедневное количество автомобилей k-той модели, проходящих
обслуживание; Dp  количество рабочих дней предприятия в году.
Максимально разовый выброс i-го вещества в 20-минутный период
осреднения G ' определяется по формуле
20
k
Gi' 
 mik  I1  mxxik  t xx1 N k
'
'
k 1
, г/с
(1.54)
1200
где t 'xx1  время работы двигателя на холостом ходу; t 'xx1 =2 мин; N k' 
максимальное количество автомобилей, заезжающих в гараж предприятия в
течение 20 минут.
Пример расчета выбросов загрязняющих веществ от подвижных
источников (грузовые автомобили)
В расчете рассматриваются пять загрязняющих веществ: оксид
углерода (СО); углеводороды (СН); оксиды азота ( NO2 ); сажа (С);
соединения свинца ( Pb ).
Для автомобилей с карбюраторными двигателями рассчитываются
выбросы: СО, СН, NO2 , Pb , для автомобилей с дизельными двигателями 
СО, СН, NO2 и С.
Исходные данные:
Пробег по территории предприятия:
при выезде L1 = 0,1 км;
при въезде L2 = 0,1 км;
Время работы двигателя на холостом ходу:
при выезде t xx1 = 1 мин;
при въезде t xx2 = 1 мин.
Время разъезда автомобилей – 30 минут;
Число дней холодного периода (t ниже -5) = 110.
Число дней переходного периода (-5< t <+5) = 30.
Число дней теплового периода (t выше +5) = 110.
42
Автомобили модели ГАЗ-53 грузоподъемностью 2000 кг с
карбюраторным двигателем на бензине АИ-76, хранящиеся в закрытых
помещениях в количестве 7 штук.
Расчет ведется по четырем загрязняющим веществам для трех
периодов года: теплого, переходного и холодного.
Выброс оксида углерода одним автомобилем ГАЗ-53 при движении по
территории за 1 день при следующих значениях:
а) теплый период:
M Lik  пробеговый выброс автомобиля (см. табл. 1.19) СО = 27,6 г/км;
m xxik  удельный выброс двигателя на холостом ходу (табл. 1.21)
СО = 8,1 г/мин;
mnpik  удельный выброс при
прогреве двигателя (табл. 1.20)
СО = 8,1 г/мин;
Выброс СО при выезде рассчитывается по формуле (1.92):
M '  mnpik  t np  mxxik  t xx1  M lik  Ll =8,10,5+27,60,1+8,11,0=14,91 г.
Здесь время прогрева берется равным 0,5 согласно табл. 21.
Выброс СО при въезде согласно формуле
M" = 27,60,1+8,11,0 = 10,86 г.
Выброс СО за один день:
М = 14,91+10,86 = 25,77 г.
Валовый выброс СО всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в количестве
7 штук и количестве рабочих дней в теплом периоде года 110 составляет
согласно формуле:
М=125,7771100,001=19,84 кг.
Здесь коэффициент αв берется равным 1, так как доля автомобилей
ГАЗ-53 составляет все 100%;
б) переходный период:
В переходном периоде необходимо пользоваться табличными данными
как для холодного периода, но значения выбросов должны быть умножены
на 0,9. Тогда по табл. 1.19 для холодного периода определяем:
M lik - пробеговый выброс автомобиля СО = 34,30,9 = 30,87 г/км;
m xxik - удельный выброс двигателя на холостом ходу СО = 8,1 г/мин; Здесь
коэффициент 0,9 не используется, так как в табл. 1.21 нет разделения на
теплый и холодный периоды;
mnpik - удельный выброс при прогреве двигателя находим из табл. 1.20 при
наличии подогрева в холодный период с коэффициентом 0,9:
СО = 14, 0,9=12,78 г/мин;
Выброс СО при выезде:
M’ = 12,780,5+30,870,1+8,11,0 = 17,577 г.
Выброс СО при въезде:
43
M” = 30,870,1+8,11,0 = 11,187 г.
Выброс СО за один день:
М = 17,577+11,187 = 28,764 г.
Валовой выброс:
М = 128,7647300,001 = 6,04кг.
в) холодный период
M lik  пробеговый выброс автомобиля СО = 34,30 г/км;
m xxik  удельный выброс двигателя на холостом ходу СО = 8,1 г/мин;
mnpik  удельный выброс при прогреве двигателя СО = 14,20 г/мин;
Выброс СО при выезде:
M’ = 14,200,5+34,300,1+8,11,0 = 18,63 г.
Выброс СО при въезде:
M” = 34,300,1+8,11,0 = 11,53 г.
Выброс СО за один день:
М = 18,63+11,53 = 30,16 г.
Валовой выброс СО всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в количестве
7 штук и количестве рабочих дней в холодном периоде года 110 составляет:
М=130,16711010-3 = 23,22 кг
Итоговый валовой выброс СО за год всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в
количестве 7 штук и количестве рабочих дней в году 250 составляет:
М = 19,84+6,04+23,22 = 49,1 кг/год.
Максимально разовый выброс СО всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в
количестве 7 штук и времени разъезда автомобилей 30 минут для месяца с
наиболее низкой температурой по формуле (1.96), где М1i = M’ для холодного
периода = 18,63:
18,63  1  7
Gco 
= 0,07245 г/с.
60  30
Аналогичные расчеты по указанной схеме проводятся для
углеводородов (СН) и оксида азота (NO2).
Расчет выбросов соединений свинца (Pb) отличается от указанной схемы и
проводится для:
а) теплый период
g прk  удельный расход топлива при прогреве автомобиля (табл. 1.23)
= 0,047 л/мин;
g lk  удельный расход топлива при движении g lk = 0,199 л/мин;
g прk
g xxk  удельный расход топлива на холостом ходу g xxk = 0,047 л/мин;
Тогда согласно формуле (1.97) выброс Pb при выезде:
44
M1= 0.7 d c K xx qnp  t np  q xx  t xx  ql  Ll  K xx  =
=0,70,17 (10,0470,5+0,0471,0+0,1990,11)=0,0107576 г
Выброс Pb при въезде по формуле (1.98):
M” = 0,70,17 (0,1990,1+0,0471) = 0,0079611 г.
Тогда выброс Pb за один день:
М=M’+M” = 0,0107576+0,0079611 = 0,0187187 г.
Валовjй выброс свинца всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в
количестве 7 штук и количестве рабочих дней в теплом периоде года 110
согласно формуле (1.99) составляет:
Мсвал = 10,018718771100,001 = 0,01441 кг
б) переходный период:
g прk  удельный расход топлива при прогреве автомобиля g прk = 0,052
л/мин;
g lk  удельный расход топлива при движении g lk = 0,224 л/мин;
g xxk  удельный расход топлива на холостом ходу g xxk = 0,052 л/мин.
Выброс Pb при выезде:
M’ = 0,70,17 (10,0520,5+0,2240,1+0,0521,01) = 0,0119476 г.
Выброс Pb при въезде:
M” = 0,70,17 (0,2240,1+0,0520,51) = 0,0088536 г.
Выброс Pb за один день:
М=M’+M” = 0,0119476+0,0088536 = 0,0208012 г.
Валовой выброс Pb всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в количестве
7 штук и количестве рабочих дней в переходном периоде года 30 составляет:
Мсвал=10,0208012 7300,001 = 0,00436826 кг
в) холодный период:
g прk - удельный расход топлива при прогреве автомобиля g прk = 0,06
л/мин;
g lk - удельный расход топлива при движении g lk = 0,249 л/мин;
g xxk - удельный расход топлива на холостом ходу g xxk = 0,06 л/мин;
Выброс Pb при выезде:
M’=0,70,17(0,0580,51,0+0,2490,1+0,0581,01,0) = 0,0133161 г.
Выброс Pb при въезде:
M” = 0,70,17 (0,2490,1+0,0581,0) = 0,00698651 г.
Выброс Pb за один день:
М=M’+M” = 0,0133161 +0, 00698651 = 0,0201812 г.
Валовой выброс Pb всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в количестве 7
штук и количестве рабочих дней в холодном периоде года 110 составляет:
Мсвал=10, 0201812 71100,001 = 0,015549 кг
45
Итоговый валовой выброс Pb за год всеми автомобилями модели ГАЗ53 в количестве 7 штук и количестве рабочих дней в году 250 составляет:
Мсвал = 0,01441 +0,00436826+0,017849 = 0,03662726 кг.
Максимально разовый выброс Pb всеми автомобилями модели ГАЗ-53 в
количестве 7 штук и времени разъезда автомобилей 30 минут для месяца с
наиболее низкой температурой по формуле :
k
 M ck1   в  N k
G 'Pb 
i 1
60  t p
=
0,0133161  1  7
=0,0000517 г/с.
60  30
Так как рассматриваются карбюраторные автомобили, расчет выброса
сажи (С) не производится.
Валовой выброс загрязняющих веществ автомобилями
ГАЗ-53
составляет:
оксид углерода СО = 49,1 кг/год;
углеводороды СН = 9,26 кг/год;
оксиды азота NO2 = 0,626 кг/год;
соединения свинца Pb = 0,03662 кг/год.
Максимально разовый выброс
загрязняющих веществ
автомобилями ГАЗ-53 составляет:
оксид углерода СО = 0,07245 г/с;
углеводороды СН = 0,013222 г/с;
оксиды азота NO2 = 0,000776 г/с;
соединения свинца Pb = 0,0000517 г/с.
Индивидуальные задания приведены в табл. 25.
46
Таблица 25
Пробег по
территории
предприятия
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
L1
0,3
0,1
0,2
0,1
0,15
0,1
0,1
0,15
0,3
0,1
0,1
0,15
0,2
0,1
0,3
0,1
0,1
0,3
0,2
0,15
0,3
0,1
0,1
0,15
0,2
0,1
0,3
0,1
0,1
0,3
L2
0,2
0,2
0,2
0,15
0,1
0,2
0,1
0,15
0,1
0,3
0,15
0,1
0,2
0,1
0,2
0,2
0,15
0,1
0,2
0,1
0,15
0,1
0,2
0,1
0,15
0,1
0,3
0,15
0,1
0,2
Время работы
двигателя на
холостом ходу
txx1
txx2
1
2
2
1
2
2
1
3
2
1
1
1
2
2
2
1
1
2
1
3
3
1
1
3
2
2
1
1
1
2
2
2
1
1
2
1
1
1
1
1
2
2
1
1
2
2
2
3
1
1
1
3
3
2
1
1
2
2
1
2
Время
разъезда
автомобилей
25
35
30
30
20
35
15
30
25
30
15
30
25
30
30
10
20
30
20
25
35
30
30
20
35
15
30
25
30
15
Чисто дней
холодного
периода
100
110
120
110
105
120
110
100
110
110
110
95
110
110
100
110
120
110
100
110
110
110
110
110
110
110
110
110
110
110
Чисто дней
переходного
периода
40
30
30
45
35
30
30
40
40
35
30
60
30
35
30
30
30
30
45
30
30
30
45
35
30
30
40
40
35
30
Чисто дней
теплого
периода
110
110
100
95
110
100
110
110
100
105
110
95
110
105
120
110
100
110
105
110
110
100
95
110
100
110
110
100
105
110
Грузоподъемность
2000
2500
1200
2000
3500
2000
4000
2000
4500
2000
1500
2000
3000
3500
2800
4000
1800
2000
3400
2000
2000
2500
1200
2000
3500
2000
4000
2000
4500
2000
Двигатель
карб
диз
карб
карб
карб
диз
карб
диз
карб
карб
карб
карб
карб
диз
карб
диз
карб
карб
карб
карб
диз
карб
карб
карб
диз
карб
диз
карб
карб
карб
Бензин
АИ-76
АИ-76
АИ-93
АИ-93
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-76
АИ-93
АИ-76
АИ-76
АИ-76
АИ-93
Количество
8
7
7
6
9
8
5
7
10
7
5
7
8
7
7
10
7
7
9
7
7
7
6
7
8
7
9
7
5
10
Тип
помещения
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
закр
47
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ
СТОЧНЫХ ВОД
Состояние водной среды во времени и пространстве изменяется под
действием целого ряда факторов: внешних источников (сбросов, притоков),
внешних стоков (изъятие воды, грунта, биоты), взаимодействий (химических,
биохимических, экологических), перемещений (течений, молекулярной и
турбулентной диффузии, осаждения). Полный учет всех этих факторов при
оценке рассеяния загрязнителей в водной среде едва ли возможен.
Сбросы по существу являются источником загрязнителей. Изъятия
существенны, если их объемы сопоставимы с объемом водоема (например, с
речным потоком). Взаимодействия в большинстве случаев трудно учесть
количественно. А вот роль перемещений в рассеивании загрязнителей,
видимо, будет основной, поэтому она подлежит учету.
Из них основное внимание уделяется течениям и турбулентной
диффузии, так как молекулярная диффузия характеризуется весьма малой
скоростью, а осаждение существенно.
Течения играют существенную роль в переносе загрязнителей в реках и
отдельных районах морей и океанов, причем более значимым и всеобщим
фактором, по-видимому, является турбулентная диффузия.
Экспериментальные определения коэффициентов турбулентной
диффузии показали, что в морях они зависят от «масштаба длины» (для 0,1
км – 103 см2/с, для 1 км – 104 см2/с, для 10 км – (3-5) ·105 см2/с –
ориентировочно) и уменьшаются с глубиной (приведенные величины
относятся к поверхностному слою, а на глубине порядка 60 м они меньше
примерно на один порядок). Используя эти значения коэффициентов
турбулентной диффузии, можно оценивать рассеяние загрязнителей в
крупных водоемах.
Концентрация загрязнителя в реке (С), если его поступление во
времени постоянно и равно А, определяется выражением:
С
A
b ,
Q
(2.1)
где Q – расход реки в единицу времени; b – фоновая концентрация
загрязнителя.
Коэффициент Q вводят для учета количества воды реки, участвующего
в смешении со сточными водами.
Кратность разбавления сточных вод (n) в реке можно рассчитать по
уравнению:
n
J Q  q
,
q
(2.2)
где n - степень разбавления сточных вод под водой реки; Q - расход реки,
мЗ/с; q - расчётный расход сточных, вод, мЗ/с; J - коэффициент смешения,
учитывающий степень полноты смешения и разбавления сточных вод.
48
Коэффициент смешения всегда меньше единицы. Так как влияние
сточных вод оценивается у ближайшего пункта водопользования, у этого
пункта и надо определять степень разбавления. Расход воды реки является
гидрологической характеристикой. Он определяется опытным путем
соответствующими гидрогеологическими организациями.
При проектировании среднемесячный расход реки и коэффициент
смешения берутся из данных гидрометеорологической службы, а расход
сточных вод определяется расчетным путем или по аналогии с действующим
предприятием подобного профиля.
После определения степени разбавления сточных вод нужно рассмотреть вопрос возможного ухудшения качества воды в реке или в другом
водоёме в результате сброса туда сточных вод.
Коэффициент J определяется по формуле
1 d
J
,
(2.3)
1  Q / qd
3
где d  e a L ; а – коэффициент, учитывающий гидравлические факторы
смешения; L – расстояние от места сброса стока до рассматриваемого створа
по фарватеру реки.
Коэффициент а, в свою очередь, определяется как
a  jf 3 D / q ,
(2. 4)
где j  коэффициент, зависящий от места выпуска стока (при выпуске у
берега j = 1, на стрежне – j=1,5); f  коэффициент извилистости реки,
равный отношению расстояния по фарватеру от выпуска до данного створа к
расстоянию между ними по прямой; D – коэффициент турбулентной
диффузии, который для равнинных рек определяется по формуле
D
Vср H ср
200
,
(2.5)
где Vср- средняя скорость течения, м/с; Hср - средняя глубина, м.
Теоретической основой этого метода расчета являются законы Фика.
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ
ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Необходимая степень очистки сточных вод по содержанию
взвешенных веществ определяется по формуле
С  С взв о
(2.6)
Э взв  ст взв
* 100 % ,
С
ст
где Эвзв - искомая степень очистки, % ; Свзвст - исходная концентрация
взвешенных веществ в сточных водах до очистки, мг/л; Свзво - расчетная
концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед
сбросом в водоем, мг/л.
Расчетную концентрацию взвешенных веществ в очищенных сточных
водах перед сбросом их в водоем определяем по формуле
49
С овзв  С ввзв  пС
доп
,
(2.7)
где Свзвв  концентрация взвешенных веществ в воде реки до сброса сточных
вод мг/л; n  степень разбавления сточных вод в расчётом створе; Сдоп 
допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в реке после сброса
сточных вод, мг/л; Сдоп  для водоёмов хозяйственно-питьевого
водоснабжения и для водоснабжения пищевых предприятий - 0,25 мг/л, а для
рыбохозяйственных водоёмов и водоёмов культурно-бытового пользования –
0,75 мг/л.
При поступлении сточных вод в реки и водоемы снижение концентрации органических веществ, выраженное в БПК, происходит вследствие
не только разбавления, но и самоочищения.
Концентрацию сточных вод, при которой БПК воды реки в ближайшем пункте водопользования ниже спуска сточных вод будет не больше
принятых нормативов, находят до формуле
n 1
L
L0  K1t ( Lдоп  Lв )  доп
(2.8)
10
10 K1t
где Lдоп  предельно допустимое значение БПК смеси сточных вод и
речной воды; Lв  БПК речной воды до сброса сточных вод, мг/л; K1 
константа скорости потребления кислорода сточными водами; t - время
протекания воды от места сброса до расчетного створа, сут.
При решении уравнения значение величины 10  k1t вычислить сложно,
поэтому составлены таблицы 26 и 27, в которых принятые пределы K1 и t
охватывают вес случаи, имеющие практическое значение.
Если расчетное значение Lo больше фактического значения БПК
сточных вод, подлежащих спуску в реку, то биологическая очистка сточных
вод не требуется.
Таблица 26
Значение K1 при различных температурах речной воды
t°C
К1
t°C
К1
t°C
К1
0
0,04
15
0,08
24
0,12
5
9
12
0,05
0,06
0,07
18
20
22
0,09
0,1
0,11
26
28
29
0,13
0,14
0,15
50
Таблица 27
Значение величины 10
 k1t
при переменных, K1 и t
0,04
t,cvт
0,25
0,98
0,6
0,99
1
0,91
1,5
0,871
2
0,832
2,5
0,794
3
0,759
4
0,692
5
0,631
6
0,575
0,06
0,08
0,11
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0,22
0,96
0,95
0,94
0,83
0,92
0,91
0,90
0,89
0,88
0,93
0,91
0,89
0,87
0,85
3,83
0,81
0,79
0,77
0,87
0,83
0,79
0,75
0,72
0,69
0,66
0,63
0,60
0,813
0,769
0,708
0,661
0,617
0,575
0,537
0,501
0,478
0,769
0,692
0,631
0,575
0,525
0,479
0,437
0,393
0,363
0,708
0,631
0,572
0,501
0,447
0,398
0,355
0,316
0,283
0,661
0,757
0,601
0,4 36
0,332
0,331
0,288
0,251
0,219
0,75
0,489
0,398
0,331
0,275
0,299
0,191
0,16Я
0,132
0,501
0,408
0,316
0,251
0,200
0,159
0,126
0,100
0,079
0,487
0,331
0,251
0,!91
0,145
0,110
0,083,
0,063
0,049
0,24
0,87
0,75
0,57
0,437
0,331
0,251
0,191
0,110
0,063
0,036
0,26
0,86
0,74
0,55
0,407
0,302
0,224
0,166
0,091
0,050
0,025
0,28
0,3
0,4
0,5
0,85
0,84
0,79
0,75
0,72
0,70
0,63
0,56
0,52
0,50
0,39
0,31
0,380
0,335
0,251
0,178
0,275
0,275
0,158
0,100
0,199
0,178
0,100
0,056
0,145
0,126
0,063
0,032
0,076
0,063
0,025
0,010
0,050
0,032
0,010
0,003
0,021
0,016
0,004
0,001
K1
Если же Lo меньше БПК сточных вод, то биологическая очистка перед
спуском в водоём обязательна до получения расчётного значения Lo.
Необходимая степень очистки смеси сточных вод и речной воды БПК
определяется в этом случае по формуле
L  L0
ЭБПК  ст
 100%
(2.9)
Lст
где LСТ  полная биохимическая потребность сточной воды в кислороде, мг/л.
При расчете кислородного режима водоема исходят из поглощения
сточными водами растворённого кислорода речной воды в месте их спуска.
Если количество содержащегося в речной воде растворённого кислорода не
ниже 4 мг/л в течение первых двух суток, то снижения не произойдет и в
дальнейшем.
Формула для определения расчетной концентрации растворенного
кислорода сточных вод имеет следующий вид:
Ор 
n 1
О
(Ов  0,4ОБПК  Одоп )  доп
0,4
0,4
(2.10)
где Ор  расчётная концентрация растворённого кислорода сточной воды,
мг/л; n  степень разбавления; Ов  содержание растворённого кислорода в
речной воде до сброса сточных вод, мг/л; ОБПК  биохимическая потребность
речной воды в кислороде, мг/л; Одоп  предельно допустимая концентрация
растворённого кислорода, которая должна быть в расчётном створе после
51
сброса сточных вод; 0,4  коэффициент для пересчета полного потребления
кислорода в двухсуточное.
Если расчетная концентрация меньше той, которая характерна для проектируемых к спуску в водоём сточных вод, то они должны быть очищены.
Тогда необходимую степень очистки определяют по формуле
Э БПК 
Lcт  О р
100%
Lcт
(2.11)
где Lст  полная биохимическая потребность сточной воды в кислороде,
мг/л; Ор  расчётная концентрация растворенного кислорода в сточных
водах, мг/л.
Расчет кислородного режима сточных вод и необходимой степени их
очистки по содержанию растворенного кислорода выполняют для
определения загрязненности сточных вод органическими веществами.
Пример расчета необходимой степени очистки сточных вод на локальных
очистных сооружениях
Параметры сточных и природных вод.
Сточные воды предприятия:
1. Расход сточных вод, q = 20,001 м 3 /с.
2. Концентрация взвешенных веществ, Свзв
ст = 200 мг/л.
3. Время протекания воды от места сброса до расчетного створа, t = 0,8 сут.
4. Полная биохимическая потребность сточной воды в кислороде, Lст = 100
мг/л.
5. Содержание кислоты в сточных водах, Ск = 80 мг-экв/л.
6. Температура сточных вод t=30 С.
7. Содержание вредных веществ, Сст , мг/л:
мышьяк – 0,06,
цинк – 2,0,
ртуть – 0,05,
фтор – 1,0,
селен – 0,02,
аммиак по азоту - 2,0,
свинец – 0,4,
кадмий – 0,01,
нитраты по азоту -10,
фенол – 0,2,
нефть – 0,07,
бензол – 0,2.
Речная вода, куда сбрасываются сточные воды:
1.
Расход воды, Q = 36 м 3 /с.
2.
Коэффициент смешения, J = 0,25.
3.
Коэффициент взвешенных веществ до сброса сточных вод, Cвзв
в =4 мг/л.
4.
Биохимическая потребность в кислороде, Lв или О БПК = 2,2 мг/л.
5.
Содержание растворенного кислорода в речной воде до сброса сточных
вод, ОВ = 8,0 мг/л.
6.
рН =7,0.
7.
Щелочность – 3,0 мг/л.
52
8.
Максимальная температура в наиболее теплый летний месяц до спуска
сточных вод, tmax = 20 C.
9. Содержание вредных веществ, C в , мг/л:
кадмий - 0,001,
бензол – 0,2,
аммиак по азоту – 0,01,
ртуть - 0,001,
цинк – 0,05,
фтор – 0,5,
нефть – 0,01,
нитраты по азоту -2,0.
Предельно допустимая концентрация растворенного кислорода, которая
должна быть в расчетном створе после сброса сточных вод, равна
Lдоп=Одоп=4 мг/л.
Предприятие имеет хозяйственно-питьевую направленность.
Установить:
1) степень разбавления сточных вод в водоеме в заданном створе;
2) необходимую степень очистки сточных вод от взвешенных частиц;
3) необходимую степень очистки от загрязнителей, определяющих БПК с
учетом расчетной концентрации кислорода в сточных водах;
4) необходимую степень очистки сточной воды от кислоты;
5) расчет максимальной температуры сточных вод
и необходимость
мероприятия по снижению уровня теплового загрязнения водоема;
6) степень очистки загрязненных жидкостей от растворенных в них вредных
веществ;
7) рассчитать концентрации всех сбрасываемых вредных веществ в
максимально загрязненной струе;
8) проверить допустимую концентрацию мышьяка, ртути и свинца в сточных
водах в створах полного и неполного перемешивания.
Расчет степени разбавления сточных вод речной водой
По формуле (2.2) найдем:
0,25  36  10  2  10
J Q  q
2  10
n
=
=5,5.
q
Расчёт степени очистки сточных вод от взвешенных веществ произведем по
формулам (2.7), (2.8):
взв
200  5,4
С взв
ст  С 0
Э взв 
100% =
 100%  97%
взв
С ст
200
взв
С взв
0  С в  n  C доп . = 4+5,5·0,25=5,4 мг/л.
Расчёт необходимой степени очистки сточных вод по БПК смеси речной
воды и сточных вод выполняется по формуле (2.8) и по таблицам 2.4 и 2.5:
Предельная концентрация:
53
L
5,5  1
4
n 1
( Lдоп  Lв )  доп

 4  2,2 
=15 мг/л
 K1t
 K1t
10
10
0,8
0,8
Тогда по формуле (2.9) степень очистки:
100  15
L  L0
Э БПК  ст
100% =
 100%  85%
L ст
100
L0 
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
РАСЧЁТ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПО ИЗМЕНЕНИЮ
РН
Согласно общим требованиям к составу и свойствам воды водоёмов у
пунктов культурно-бытового водопользования, реакция (рН) не должна
выходить за пределы 6,5  8,5.
Допустимую концентрацию кислоты в сточных, водах находят по
формуле
С доп  (n  1) X к
(2.12)
где Хк - максимальное количество кислоты, которое может быть добавлено к
1 л речной воды, мг-экв/л (находят по графику Черкинского, рис. 3); n 
степень разбавления сточных вод.
Расчет степени очистки сточных вод по изменению рН
Пример расчета:
Допустимую концентрацию кислоты в сточных водах находим по формуле
(2.12):
С доп  (n  1) X к = (5,5-1)·1=4,5 мг/л
Тогда необходимая степень очистки от кислоты рассчитывается по формуле
(2.13):
С  С ДОП
80  4,5
ЭК  К
100% =
 100%  94% .
СК
80
Расчет температуры сточных вод перед сбросом в водоём найдем по
формуле (2.14):
 J Q 
0,25  36 10
tСТ  
 1  t ДОП  tmax = (
 1)  3  20  16,5  20  36,5
q
2

10


tст=36,60>300
Если температура сточных вод меньше расчётной, то охлаждение сточных
вод перед сбросом их в водоём не требуется.
54
Рис. 3. График для определения максимального количества кислоты на
1 л речной воды, мг-экв/л (по С.Н. Черкинскому)
Пользоваться графиком надо следующим образом. Допустим, что вода
имеет pH = 7,25 при щелочности 3 мг/л. Восстановив перпендикуляр из
точки 7,25 на оси абсцисс до пересечения с основной кривой, которая
соответствует 3(В-3) и опустив из точки пересечения перпендикуляр на
правую ось Хк ординат, находим значение, равное 1,25. Это и есть
максимальное количество кислоты в миллилитрах нормального раствора,
которое может быть добавлено к 1 л воды водоёма по санитарным нормам
(Хк).
Необходимая степень очистки сточных вод от кислоты определяется
по формуле
С  С ДОП
ЭК  К
100%
(2.13)
СК
где Ск - содержание кислоты в сточных водах, мг-экв/л.
55
Лабораторная работа № 8
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ СТОЧНЫХ ВОД ПЕРЕД СБРОСОМ В
ВОДОЁМ
Расчет производится с учетом санитарных требований: летняя температура речной воды не должна повышаться в результате спуска сточных
вод более чем на 3 °С.
Максимально допустимую температуру сточных вод определяют по
формуле
 J Q 
tст  
 1  tдоп  tmax ,
(2.14)
 q

где J коэффициент смешения; Q  расход реки, м3/с; q  расход сточных
вод, м3/с; tдоп - допустимое повышение температуры (3°С); tmax максимальная температура речной воды в наиболее тёплый летний месяц до
спуска сточных вод.
Сравниваем полученную величину с температурой сточных вод. Если
температура сточных вод меньше полученной расчетной, то специальных
мер по снижению температуры сточных вод принимать не нужно. Если
температура сточных вод больше расчетной, то требуется охлаждение
сточных вод перед сбросом их в водоём.
Лабораторная работа № 9
РАСЧЁТ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ВРЕДНЫХ
ВЕЩЕСТВ
Если в сточных водах содержится несколько вредных веществ то все
компоненты, имеющиеся в сточных водах, разбиваются на группы с
одинаковыми лимитирующими вредностными показателями (ЛВП) (см.
табл. 28).
Затем определяем сумму отношений концентраций веществ каждой
группы в сточной воде к их ПДК:
С СТ1
С
С
С
 СТ2  СТ3  ...  СТn  С СТ
ПДК1 ПДК 2 ПДК 3
ПДК n
(2.15)
После этого подсчитываем сумму отношений концентраций этих веществ в воде водоема до спуска в него сточных вод к их ПДК:
С в1
С в2
С в3
С вn


 ... 
 Св
ПДК1 ПДК 2 ПДК 3
ПДК n
(2.16)
56
Итоговые значения получаются сложением по всем видам ЛВП.
Для рыбнохозяйственных водоемов расчет упрощается. В этом
случае значение Сст и Св вычисляются по единой таблице ПДК
(табл. 28) согласно формулам (2.15), (2.16).
Таблица 28
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования
Вещество
Норматив ПДК, мг/л Вещество
I по санитарно-токсикологическому ЛВП
Анилин
Бензол
Бериллий
Ванадий
Вольфрам
ДДТ (дуст)
Кобальт
Молибден
0,1
0,5
0,0002
0,1
0,1
0,1
1,0
0,5
II по общесанитарному ЛВП
Аммиак
2,0
Кадмий
0,01
Медь
0,1
Никель
0,1
Сульфиды
Титан
0,1
Хлор
активный
Мышьяк
0,05
Нафтол
0,4
Нитраты по
азоту
10,0
Роданиды
0,1
Ртуть
0,005
Свинец
0,1
Селен
0,001
Норматив, мг/л
Стронций
2,0
Сурьма
0,05
Теллур
0,01
Фтор
(в соединениях)
1,5
Хлорбензол
0,02
Четыреххлористый
углерод
0,3
Цинк
1,0
III по органолептическому ЛВП
Барий
4,0
Бензин
0,1
Железо
0,5
Керосин
0,1
Нефть
многосернистая
0,1
Нефть прочная
0,3
Пикриновая
кислота
0,5
Сероуглерод
1,0
Толуол
0,5
+6
Хром (Cr )
0,1
+3
Хром (Cr )
0,5
Этилен
0,5
Фенол
0,001
57
Таблица 29
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов
Вещество
Аммиак
Аммония соли
Кадмий
Кобальт
Магний
Медь
Мышьяк
Никель
Нефть и нефтепродукты
Свинец
Сероуглерод
Фенолы
Хлор свободный
Цинк
Цианиды
Ртуть
Норматив ПДК, мг/л
0,1
5,0
0,002
0,01
50,0
0,01
0,05
0,01
0.05
0,1
1,0
0,001
0,01
0,05
-
Лабораторная работа № 10.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОЙ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ
ВОД
Определяем необходимую степень очистки по формуле:
  n 1 
 1 
C в 
n

  100%
Э вр  1 

С ст



n


(2.17)
где n  степень разбавления сточных вод.
2.4.5.2 Определение концентрации вредного вещества в максимально
загрязненной струе
Пусть Св концентрация вредного вещества в реке до сброса, а Сст 
соответственно концентрация вредного вещества в сточных водах. Тогда Сmax
 концентрации вредного вещества в максимально загрязненной струе,
вычисляется по формуле
C max  C B 
C CT  C B
n
(2.18)
58
где n – степень разбавления сточных вод.
Проверка допустимой концентрации вредных веществ в сточных водах.
Проверку допустимой концентрации вредного вещества принято
проводить для так называемого створа полного перемешивания (где сточные
воды полностью перемешиваются с речными), и неполного перемешивания.
Для створа полного перемешивания уравнение материального баланса
для загрязняющего вещества будет иметь вид:
CПДК  (q+Q)=CвQ+Cстq,
(2.19)
где CПДК  предельно допустимая концентрация вредного вещества в створе,
CB  концентрация вредного вещества в речной воде, CCT  концентрация
вредного вещества в сточных водах, q и Q  расход сточных и речных вод
соответственно.
Если забор воды в реке примерно равен сбросу, то
CПДК  Q=Cв  (Q-q)+Cст  q
(2.20)
Если расход воды в реке много больше сброса (q << Q), то
CПДК  Q=Cв  Q+Cст  q.
(2.21)
Предельно допустимая концентрация вредного вещества в створе
определяется ПДК: CПДК=ПДК.
Если Мпд  предельно допустимый сброс загрязняющего вещества, то:
Мпд = Спдк  q,
(2.22)
предельно допустимая концентрация вредного вещества в сточной
где Спдк
воде.
Из формул (2.21) и (2.22):
Мпд=(ПДК-Св) Q
(2.23)
Если истинная концентрация Cст > Спдк , то она является недопустимой.
В створе неполного перемешивания должно выполняться условие:
C пд
1
ПДК
откуда степень разбавления находится по формуле
C  Св
n  ст
.
ПДК  С в
Тогда из формул (2.22) и (2.25):
Мпд=(n(ПДК-Св)+Cв) q
(2.24)
(2.25)
(2.26)
Значение предельно допустимой концентрации по-прежнему находится из
выражения (2.22).
Определение расчётной концентрации растворённого кислорода сточных вод
произведем по формуле (2.10):
59
О
n 1
(О в  0,4  О БПК  О доп )  доп =
0,4
0,4
5,5  1
4
 8  04  2,2  4 
 11 * 3,12  10  24,3мг / л
0,4
0,4
Необходимая степень очистки по формуле (2.11) составит:
L  Ор
100  24,3
Э БПК  cт
100% =
 100%  75,7%
L cт
100
Ор 
Расчёт степени очистки сточных вод от вредных веществ. Для расчета
разобьем имеющиеся в воде вредные примеси на группы ЛВП.
1. Санитарно-токсикологический ЛПВ
В сточной воде к данному виду относятся: фтор, цинк и бензол.
В речной воде: фтор, цинк и бензол.
Пользуясь табл. 2.6 найдем:
1 2 0,2
Сст 
 
 3,066 мг/л
1,5 1 0,5
0,5 0,05 0,2
Св 


 0,78 мг/л
1,5
1
0,5
2. Общесанитарный ЛПВ
В сточной воде:
мышьяк
ртуть
селен
свинец
кадмий
аммиак
нитраты (по азоту) .
В речной воде:
кадмий
ртуть
аммиак по азоту
нитраты по азоту
0,06 0,05 0,02 0,4 0,01 2 10




   38,2 мг/л
0,05 0,005 0,001 0,1 0,01 2 10
0,001 0,001 0,01 2
Св 


  0,505 мг/л
0,01 0,005
2
10
3. Органический ЛПВ
В сточной воде:
нефть
фенол
Сст 
60
В речной воде:
нефть
0,07 0,2
Сст 

 200,7 мг/л
0,1 0,001
0,01
Св 
 0,1 мг/л
0,1
Получим итоговые значения: Сст=242,3 мг/л
Св=1,388 мг/л
Определяем необходимую степень очистки по формуле (2.17):
 5,5  1 
1 
  1,388
  n  1 
 1 
5,5 
Cв 

1
 100%  99%
n  
Эвр  1  
 100% =
242,3

Сст

5,5


n


Определение концентрации вредного вещества в максимально загрязненной
струе проведем по формуле (2.18):
C  CB
мышьяк: Cmax  Cв  CT
= 0+(0,06-0)/5,5=0,0109;
n
ртуть:
0,001+(0,05-0,001)/5,5=0,0099;
селен:
0+(0,02-0)/5,5=0,0036
и так далее для всех веществ сброса.
Проверка допустимой концентрации вредных веществ в сточных водах.
Произведем расчет для полного перемешивания. По формуле (2. 23) найдем:
Мышьяк:
Мпд=(ПДК-Св) Q= (0,05-0)36=1,8.
Здесь значение ПДК берется из таблицы соответствующего ЛПВ, так как
назначение водоема – хозяйственно-питьевое.
Тогда по формуле (2.22) найдем:
Спд = Мпд / q=1,8/2=0,9.
Так как Спд>Cст, (0,9>0,06), то выброс считается допустимым.
Ртуть:
Мпд= (0,005-0,001)36=0,144
Спд = Мпд / q=0,144/2=0,07.
Спд>Cст, (0,07>0,05) – выбросы допустимы.
Свинец:
Мпд= (0,1-0)36=3,6
61
Спд = Мпд / q=3,6/2=1,8.
Спд>Cст, (1,8>0,4) – выбросы допустимы.
Полученные данные сведем в табл. 30
Таблица 30
Расчет необходимой степени очистки сточных вод
на локальных очистных сооружениях
№
Степень
разбавления
Эвзв,
%
Эбпк,%
Эбпк,%, содержания
растворенного
кислорода
Эк,%
Допустимая
температура
С ст
, мг / л
Св
Эвр,
%
1
2
5,5
3
97
4
85
5
75,7
6
94
7
36,5
8
9
99
242,3
1,388
Задания для расчета необходимой степени очистки сточных вод на
локальных очистных сооружениях.
Цели задания: рассчитать необходимую степень очистки сточных вод на
локальных очистных сооружениях и доочистки на общегородских
сооружениях для повторной подачи очищенных жидкостей в общегородской
промышленный водопровод.
1. Пользуясь исходными данными по химическому составу сточных вод, вод
естественного водоема и вод определенного назначения, установить:
1) степень разбавления сточных вод в водоеме в заданном створе;
2) необходимую степень очистки сточных вод от взвешенных частиц;
3) необходимую степень очистки от загрязнителей, определяющих
БПК с учетом расчетной концентрации кислорода в сточных водах;
4) необходимую степень очистки сточной воды от кислоты;
5) расчет максимальной температуры сточных вод и необходимость
мероприятия по снижению уровня теплового загрязнения водоема;
6) степень очистки загрязненных жидкостей от растворенных в них
вредных веществ;
7) рассчитать концентрации всех сбрасываемых вредных веществ в
максимально загрязненной струе;
8) Проверить допустимую концентрацию мышьяка, ртути и свинца в
сточных водах в створах полного и неполного перемешивания.
2. Составить комплекс мероприятий по очистке сточных вод и организации
оборотной системы водоснабжения.
62
3. Результаты расчета представить в виде развернутых расчетов по пунктам
задания с подробными пояснениями. После завершения всех расчетов свести
их в таблицу.
Результаты расчета необходимой степени очистки сточных вод на локальных
очистных сооружениях сведем в следующую таблицу 31:
Таблица 31
№
Степень
Эвзв, Эбпк,%
Эбпк,%, содержания Эк,%
Минимально
Эвр,
С ст
разбавления
%
растворенного
допустимая
, мг/л %
кислорода
температура
Св
1
2
5
7
8
63
Варианты заданий.
Сточные воды предприятия
№
Варианта
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Расход
сточных
вод,
q(м3/с)
3
2,5
3,5
4
4,5
10
15
20
18
5
2
7
6
5
4
3
8
6
2
4
6
7
1
5
4
Концентрация
взвешенных
веществ, Свзв ст
(мг/с)
180
220
210
200
215
165
195
240
175
320
200
185
195
210
215
225
155
135
145
165
175
185
195
205
200
Время
протекания
воды от
места сброса
до
расчетного
створа, tсут
0,3
1
0,7
0,8
1,2
1,5
2
2,5
0,5
1,25
0,8
0,4
0,2
0,8
1,7
1,3
1,9
0,7
0,8
1,5
1,2
1,45
1
0,95
1,1
Содержание вредных веществ в сточных водах
Мышьяк
Ртуть
Селен
Свинец
.
№
Варианта
0,06
0,05
0,03
0,5
1.
0,07
0,01
0,04
0,2
2.
0
3,06
0,02
0,03
3.
0,04
0
0,01
0
4.
0,01
1,2
0,05
2,1
5.
0,02
1,6
0,04
3
6.
0,8
0,3
0
1
7.
0,5
0
0
0,7
8.
0,9
0
0,03
0
9.
1
0,6
0
0
10.
0,06
0,05
0,02
0,4
11.
0,07
0,01
0,01
0,4
12.
0,04
3,06
0
0,03
13.
0,05
0
0,05
0
14.
0,02
1,2
0,01
2,1
15.
0,1
1,6
0,07
3
16.
0,3
0,3
0
1
17.
0,5
0
0,03
0,7
18.
0,2
0
0
0
19.
0,5
0,6
0,8
0
20.
Полная
биохимическая
потребность
сточной воды
в кислороде,
Lct (мг/п)
89
130
220
400
250
420
600
310
160
320
100
95
110
160
190
200
225
240
270
285
300
310
330
320
150
Содержание
кислоты в
сточных
водах, Ск
(мг-экв/п)
78
350
56
35
21
70
42
75
220
95
80
88
34
121
78
90
170
175
132
67
32
75
20
120
110
Температура
сточных вод,
t0 С
38
30
27
32
31
40
39
32
36
21
30
29
36
38
39
41
42
36
34
33
32
46
30
32
38
Кадмий
Цинк
Фтор
Аммиак
0
0
1,02
0
1,7
1
1,5
3
1,5
0
0,01
1,02
0
1,7
1
1,5
3
1,5
3
1,5
2,1
1,5
1,2
1,8
4
5
3
2,5
5
2,4
2
5
4
3
2
1
1,8
1,5
2,4
2,1
1,5
2,1
2,6
2,4
1,2
2,8
2
1,8
2,6
1,8
1,5
2,1
2,6
2,4
1,2
2,8
2
1,8
2,6
1,6
2
0
3,5
6
20
5
0
0
3,5
10
2
3,5
6
20
5
0
0
3,5
0
3,5
Нитраты
(по
азоту)
13
12
10
15
16
10
9
20
6
7
10
9
12
14
8
7
11
15
18
17
64
21.
22.
23.
24.
25.
0,09
0,12
0,13
0,7
0,06
0,05
0,2
0,1
0,08
0
0,01
0
0,9
0,2
0,3
0,4
0,4
0,6
0,7
0,9
0
0,01
1,02
0
1,7
3,7
3,9
4,8
4,3
1
2,4
2,1
1,7
2,3
2
10
2
3,5
6
20
12
14
5
7
10
Речная вода.
Коэффициент
смешения,
Концент-рация
взвешенных
веществ до
сброса
сточных вод,
Св (мг/л)
Биохимическая
потребность в
кислороде, Lb
или Обпк (мг/п)
Содержание
растворенного
кислорода в
речной воде до
сброса сточных
вод, Ов (мг/п)*
PH
Щелочность,
(мг/л)
Максимальная
температура в
наиболее теплый
летний месяц до
спуска сточных
вод, t0Cmax
36
0,3
6
2,2
7,5
7
3,5
19
2.
70
0,25
10
1,8
8
7,2
3,2
17
3.
102
0,35
12
2,1
8,5
6,9
5
16
4.
87
0,25
4
2,2
8
7,8
3
22
5.
150
0,4
7
1,7
7,5
6,5
7
18
6.
280
0,5
11
2,5
8,2
6,8
6
15
7.
520
0,6
13
2,4
7,2
8
3,3
20
8.
560
0,7
10,5
2,6
6,5
8,2
4,6
19
9.
280
0,4
9,5
2,2
9,5
6,6
6,5
14
10
162
0,5
11,5
2
9
7,8
4
13
11
36
0,25
4
2,2
8
7
3
20
12
120
0,3
5
1,7
7,5
7
3
17
13
130
0,35
6
1,8
7,1
7,2
7
16
14
140
0,45
7
1,9
8,4
6,9
6
22
15
150
0,25
8
2
7,9
7,8
3,3
18
16
90
0,12
9
2,1
7,5
6,5
4,6
15
17
110
0,16
10
2,2
8,8
6,8
3,5
20
18
100
0,67
11
2,3
7,2
8
3,2
19
19
85
0,2
2
0,9
7,3
8,2
5
14
20
99
0,8
4
1
8
6,6
3
15
21
135
0,5
3
1,1
7,4
7,8
7
20
22
160
0,75
3,5
1,2
8,1
7
6
19
23
35
0,2
5,5
1,3
7,3
7
3,3
14
24
28
0,25
6,5
1,4
7,8
7,2
4,6
13
25
45
0,25
12
1,8
9
6,9
6,5
20
Расход
воды,
О
(м3/с)
1.
№
Варианта
65
Содержание вредных веществ в речной воде
№
Варианта
1.
Кадмий
.
0,06
Ртуть
Свинец
Цинк
Фтор
0,002
0,001
0,05
0,7
2.
0,001
0
0,005
0,02
1,2
3.
0
0
0
0,005
0,8
4.
0,003
0,001
0
0
0,5
5.
0,001
0,001
0,005
0
0,4
6.
0,002
0
0,005
0,01
0,8
7.
0,003
0,004
0,02
1,2
0
8.
0
0
0,03
0,05
0,8
9.
0
0
0,01
0,006
1,2
10
0,003
0,001
0
0,01
1
11
0,001
0,001
0
0,05
0,5
12
0,002
0
0,001
0,05
1,2
13
0,003
0,003
0,005
0,05
0,8
14
0,004
0,004
0
0,05
0,5
15
0,005
0,005
0
0,05
0,4
16
0,002
0,004
0,005
0,05
0,8
17
0
0,002
0,005
0,05
0
18
0,01
0
0,02
0,05
0,8
19
0,008
0,001
0,03
0,05
1,2
20
0,009
0,002
0,01
0,05
0,8
21
0,02
0,004
0,005
0,05
0
22
0,001
0,003
0,02
0,05
0,8
23
0
0,001
0,03
0,05
1,2
24
0,001
0
0,01
0,05
1
25
0
0,003
0
0,05
0,5
Хозяйственное назначение водоема
Номер
варианта
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Цель водопользования
Хозяйственно-питьевое водоснабжение маслосырзавода
Снабжение водой мясокомбината
Водоснабжение рыбного хозяйства
Снабжение водой хлебозавода
Хозяйственно-питьевое
водоснабжение
сельскохозяйственного
предприятия
Хозяйственно-питьевое водоснабжение рыбоконсервного комбината
Снабжение водой спиртзавода
Снабжение водой кондитерской фабрики
Хозяйственно-питьевое водоснабжение завода безалкогольных
напитков
Водоснабжение предприятия по разводу осетров
66
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Хозяйственно-питьевое водоснабжение маслосырзавода
Снабжение водой мясокомбината
Снабжение водой хлебозавода
Снабжение водой спиртзавода
Хозяйственно-питьевое
водоснабжение
сельскохозяйственного
предприятия
Хозяйственно-питьевое водоснабжение рыбоконсервного комбината
Водоснабжение рыбнохозяйственного предприятия
Снабжение водой кондитерской фабрики
Хозяйственно-питьевое водоснабжение завода безалкогольных
напитков
Снабжение водой спиртзавода
Снабжение водой кондитерской фабрики
Хозяйственно-питьевое водоснабжение завода безалкогольных
напитков
Снабжение водой предприятия по разведению мальков карпа
Хозяйственно-питьевое
водоснабжение
сельскохозяйственного
предприятия
Хозяйственно-питьевое водоснабжение рыбоконсервного комбината
67
Лабораторная работа №11
ОСАЖДЕНИЕ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ И ГАЗЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
Цель работы — экспериментальное определение скорости осаждения
твердых частиц в жидкостях в зависимости от диаметра частиц, их формы и
физических свойств частицы и жидкости.
В случае осаждения мелкодисперсных твердых частиц в газе или
жидкости, наблюдающемся при гидравлической и пневматической
классификации,
газоочистке
и разделении суспензий,
основной
характеристикой процесса является скорость осаждения Woc.
Для расчета скорости осаждения под действием силы тяжести можно
использовать общую для всех режимов осаждения зависимость:
4  d т  ( т   )  g
Wос 
(1)
3  
Экспериментально установлены три режима изменения коэффициента
сопротивления ξ в зависимости от числа Рейнольдса. В первой области −
ламинарного осаждения − при Reoc < 2:
ξ = 24/Reoc
(2)
Во второй (часто называемой переходной) области в пределах изменения
2 < Reoc < 500:
ξ = 18,5 (Reoc )0,6
(3)
В третьей области − развитой турбулентности − в пределах изменения
500 < Reoc < 20000:
ξ = 0,44
(4)
Эти зависимости справедливы для осаждающихся одиночных сферических
частиц диаметром dT.
При ламинарном осаждении (Reoc < 2) для одиночной сферической
частицы (принимая движение мелких частиц с dT < < 0,1 мм равномерным)
скорость осаждения рассчитывают по формуле:
d 2  ( т   )  g
Wос  т
(5)
18  
Эта зависимость носит название формулы Стокса. Она справедлива для
гидродинамической области чисел Рейнольдса 10-4 < Reoc < 2.
Если частицы имеют несферическую форму, то пользоваться этой
зависимостью для расчета Woc нельзя.
В общем случае можно использовать критериальную зависимость:
Re = f(Ar, ξ).
(6)
Здесь Ar − критерий Архимеда:
d т3    (  т   )  g
(7)
Ar 
2
С учетом зависимости (2) уравнение (7) примет вид:
Re = Ar/18.
(8)
При этом критическое значение числа Архимеда, ограничивающее
существование ламинарного режима, будет Ar ≤ 36. В переходной области
зависимость (6) принимает вид:
Re = 0,152 Ar 0,715.
(9)
Осаждение в переходной области ограничивается изменениями критерия
Архимеда в пределах 36 < Ar < 8,3 · 104. При развитом турбулентном
осаждении:
Re = l,74 Ar 0,5.
(10)
В тех случаях, когда скорость осаждения задана или известна, для
расчета диаметра осаждающихся частиц удобно использовать графическую
зависимость Ly = f(Ar), где критерий Лященко равен:
Wос   2
Re 3
Ly 

(11)
Ar   (  т   )  g
В графической зависимости Ly = f(Ar) исключен коэффициент
сопротивления ξ, который для несферических (обычно обрабатываемых в
химической технологии) частиц зависит от их формы (округлая, угловая,
пластинчатая и т. д.).
Для частиц неправильной формы скорость осаждения обычно меньше,
и поэтому скорость, рассчитанную для сферической частицы, необходимо
умножить (при отсутствии соответствующих графиков) на поправочный
коэффициент формы - ψ:
Woc = ψ·Woc. сф.
(12)
Значения фактора (коэффициента) формы ψ для некоторых
геометрических тел (h − высота; r − радиус):
Форма частиц
ψ
Куб
0,806
Цилиндр (h = 3r)
0,860
Цилиндр (h = 10r)
0,691
Цилиндр (h = 20r)
0,580
При расчете скорости стесненного движения в формулу Стокса вводят
поправочный множитель, учитывающий влияние концентрации суспензии.
69
Описание установки
Установка состоит из трех стеклянных цилиндров (dц ≥ 50 мм), заполненных разными жидкостями. Физические свойства жидкостей приведены в
таблице на стенде. Вверху и внизу каждого цилиндра имеются метки, фиксирующие расстояния, которые частицы проходят в процессе осаждения.
Замеряя секундомером время, в течение которого частица проходит расстояние между метками, можно определить скорость осаждения частицы.
С целью исключения влияния начального участка ускоренного
движения частицы в жидкости верхняя метка расположена на 30—40 мм
ниже уровня поверхности жидкости.
Методика проведения работы
Частицы сферической и неправильной формы известного или
замеренного диаметра (или необходимых геометрических размеров) вводят в
сосуд над поверхностью жидкости и аккуратно опускают в жидкость.
Секундомером фиксируют время прохождения частицы между метками.
Каждый замер дублируют. Результаты опытов заносят в отчетную таблицу.
Для определения скорости осаждения Woc следует провести не менее 10
опытов.
Если частица в процессе осаждения коснулась стенки цилиндра или к
осаждающейся частице прилип пузырек воздуха, результат такого опыта
не следует учитывать и опыт необходимо повторить.
70
Лабораторная работа №12
РАСЧЕТ КОЛОННОГО АБСОРБЕРА НАСАДОЧНОГО ТИПА
Цель работы: ознакомление с работой насадочного абсорбера;
экспериментальное исследование его гидродинамических и массообменных
характеристик, в частности, определение гидравлического сопротивления
сухой и орошаемой насадки.
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых
или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). Этот
процесс является избирательным и обратимым.
В промышленности процесс абсорбции используют для извлечения из
коксового газа аммиака и углеводородов, очистки отходящих газов с целью,
улавливания ценных продуктов или обезвреживания газосбросов и во многих
других случаях.
В абсорбционных процессах участвуют две фазы - газовая и жидкая.
Газовая фаза состоит из не поглощаемого газа-носителя и одного или
нескольких абсорбируемых компонентов. Жидкая фаза представляет собой
раствор абсорбируемого (целевого) компонента в жидком поглотителе. При
физической абсорбции газ-носитель и жидкий поглотитель инертны по
отношению к переходящему компоненту и один по отношению к другому.
Равновесие в процессах абсорбции определяет состояние, которое
устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз и
зависит от состава одной из фаз, температуры, давления и
термодинамических свойств компонентов и поглотителя.
В системах газ-жидкость равновесие обычно характеризуют законом
Генри:
р*  Е Х ,
(1)
где р*- парциальное давление газа над раствором в условиях равновесия, Па;
Е - коэффициент пропорциональности (константа Генри), зависящий от
температуры, свойств растворенного газа и поглотителя, Па; Х относительная массовая доля поглощаемого компонента в поглотителе, кг на
1 кг поглотителя. Закон Генри применим только для разбавленных растворов,
например, для растворов NH3 в воде концентрацией менее 2,3 кмоль/м3 для
растворов СО2 в воде - 1,5 кмоль/м3 (рис. 39).
71
G, YB
G, YH
L, XB
L, XH
Рис. 39. Схема процесса абсорбции
Материальный баланс абсорбера
G (Y Н  Y B )  L( X H  X B ),
(2)
где G и L - массовые расходы инертного газа и жидкого поглотителя, кг/с;
Y H , Y B - относительные массовые доли поглощаемого компонента в газе внизу
и вверху абсорбера, кг на 1 кг поглотителя; X H , X B - относительные массовые
доли поглощаемого компонента в жидкости внизу и вверху абсорбера, кг на 1
кг поглотителя.
Скорость массообмена при абсорбции определяется движущей силой
процесса (т.е. степенью отклонения системы от равновесного состояния),
свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также конструкцией
абсорбционного аппарата и гидродинамическим режимом его работы.
Уравнение массопередачи для процесса абсорбции:
М  К FY ср ,
(3)
Y
где М - масса компонента, поглощенная в единицу времени, кг/с; K Y коэффициент массопередачи, кг/[м2 · с(кг/кг)]; F - площадь поверхности
насадки, м2; Y
- средняя движущая сила процесса абсорбции, кг комср
понента на 1 кг инертного газа.
Средняя движущая сила процесса абсорбции:
72
Y ср 
Y H  Y B
,
2,31g (Y H / Y B )
(4)
где
*
Y H  Y H  Y H
*
B
,
(5)
Y B  Y B  Y
*
*
- движущие силы процесса внизу и вверху абсорбера: Y H и Y B - равновесная
относительная массовая доля компонента в газе внизу н вверху абсорбера, кг
на 1 кг инертного газа.
Описание установки
Абсорбер 2 (рис. 40) диаметром 100 мм и высотой 1700 мм изготовлен
из кварцевого стекла (или оргстекла) и заполнен насадкой из фарфоровых
(керамических) колец размером 15 х 15 х 2 мм. Высота насадки 500 мм.
Верхний фланец абсорбера соединен с брызгоотделителем 1. Внутри
брызгоотделителя размещены распределитель жидкости и каплеотбоиник.
Вода, стекающая по насадке, проходит опорную решетку и накапливается в
кольцевом зазоре между газовым патрубком и обечайкой переходной царги
3, откуда по трубе перетекает в сборник 4. Расход воды регулируют вентилем
7, по показаниям ротаметра 8, абсорбируемый газ (аммиак или диоксид
углерода) из баллона дросселируется редукционным вентилем 12. Расход
газа определяется по ротаметру 9.
73
22
21
25
26
23
24
1
20
16
13
14
2
15
17
12
3
10 9
11
27
8
28
19
18
1
7
6
5
Рис. 4. Схема абсорбционной установки: 1 - брызгоотделитель: 2 -абсорбер; 3
- переходная царга; 4 - сборник для волы; 5 - вентиль для спуска поглотителя
в канализацию; 6 - эжектор для просасывания анализируемой пробы через
датчик газоанализатора; 7 - вентиль для подачи воды; 8 - ротаметр для
измерения расхода воды; 9 - ротаметр расхода аммиака; 10 - ротаметр
расхода воздуха; 11- баллон с аммиаком: 12 - редукционный вентиль; 13 смеситель; 14 - кран для подачи аммиачно-воздушной смеси; 15 - крап для
отбора проб газа на анализ; 16 - датчик газоанализатора; 17-дифманометр; 18
- вакуумметр; 19 - термометр; 20 - вторичный прибор газоанализатора; 21 вентилятор; 22 ... 28 - вентили
Исследуемый газ в смесителе 13 смешивается с воздухом к
посредством вентилятора 21 транспортируется через систему. Расход
воздуха, измеряют ротаметром 10. Газовоздушная смесь направляется в
абсорбер, расход ее регулируется краном 14. Кран 15 служит для отбора проб
газа, поступающего в абсорбер и прошедшего через абсорбер. Для замера
сопротивления насадки установлен U-образный дифманометр 17, а для
определения разряжения в нижней части абсорбера при работе на аммиаке и
давления при растворении СO2-дифманометр 18. Температуру воды после
абсорбера определяют термометром 19. Концентрацию абсорбируемых газов
74
в потоке замеряют газоанализатором ТКГ-4Г (датчик 16 и вторичный прибор
20) или определяют титрованием.
Методика проведения работы
При работе на аммиаке и измерении сопротивления орошаемой
насадки закрывают вентили 22, 24, 27 и открывают краны 23, 25, 26, 28 и 14,
включают вентилятор 21 по показаниям прибора 10 устанавливают
наименьший из заданных расходов воздуха, записывают показания
дифманометра 17 (гидродинамическое сопротивление сухой насадки).
Последовательно проводят такие замеры для всех заданных (3 ... 4) расходов
воздуха. Затем подают водопроводную воду на орошение колонны, по
ротаметру 8 устанавливают наименьший расход воды (поддерживая
постоянный расход воздуха) и замеряют гидравлическое сопротивление
орошаемой насадки. После измерения сопротивления орошаемой насадки
при всех заданных расходах воды в колонну подают аммиак, требуемый
расход газа устанавливают по ротаметру 9. Через 3-5 минут работы колонны
в установившемся режиме определяют концентрацию аммиака в газовом
потоке до и после колонны по показаниям прибора 20. По завершению
исследований закрывают вентиль 72 на линии подачи аммиака и вентиль 8 подачи воды, открывают вентиль 5 для пуска поглотителя в канализацию.
При работающем вентиляторе 21 продувают систему, вентиль 5 закрывают.
По истечении 7-10 минут отключают вентилятор, установку готовят к
следующему эксперименту. При работе на углекислом газе закрывают
вентили 25, 26, 28 и открывают краны 22, 23, 27 и 14, включают вентилятор
27, по показаниям ротаметра 10 устанавливают наименьший расход воздуха.
Далее подают водопроводную воду на орошение колонны, но показаниям
прибора 8 устанавливают наименьший расход воды (поддерживая
постоянный расход воздуха). При заданных расходах воды колонну подают
углекислоту. Требуемый расход газа устанавливают по ротаметру 9. Через 35 минут работы колонны в установленном режиме определяют
концентрацию СО2 в газовом потоке до и после колонны по показаниям
газоанализатора.
По окончании работы закрывают вентиль на линии абсорбируемого
газа, спустя 10 минут прекращают подачу воды, выключают газоанализатор и
останавливают вентилятор.
Все измеренные величины (расходы: воздуха, воды, объемные доли
аммиака или диоксида углерода Ун (до абсорбера) и Ув (после абсорбера);
гидравлическое сопротивление сухой рс и р ор орошаемой насадок;
75
температура в абсорбере t, вакуум или давление (в случае работы с СO2) в
абсорбере; показание барометра заносят в отчетную таблицу.
Обработка опытных данных
Определение плотности воздуха при температуре Т опыта, кг/м3
   0Т 0 / Т ,  0  1,293кг/м 3 при Т 0  273 К
Определение массовых расходов воздуха и воды:
G = V ∙ ρ;
3
V - объемный расход воздуха, м /с; ρ – плотность воздуха, кг/м3.
L = Vводы ∙ ρводы;
Vводы - объемный расход воды, м3/с; ρводы – плотность воды, кг/м3.
Определение относительной массовой доли поглощаемого компонента
в газе вверху абсорбера
YB = YH + XB - Xmax,
YH - относительной массовой доли поглощаемого компонента в газе внизу
абсорбера; XB - относительной массовой доли поглощаемого компонента в
жидкости вверху абсорбера; Xmax - максимальная массовая доля газа в воде, г.
В таблице приведены данные по растворимости газов в воде в мл
растворенного вещества на 100 г H2O при различных температурах и при их
парциальном давлении, равном нормальному атмосферному давлению.
Температура (в оС) указана верхним индексом при значении растворимости.
Таблица 32
Таблица растворимости
Вещество
Ar
CH4
CO
CO2
Cl2
H2
HBr
HCl
HI
H2S
N2
NH3
NO
0
5,2
5,60
3,50
1710
4610
2,20
612000
507000
4100010
4670
2,40
1151630
7,40
20
3,4
3,320
2,320
8820
23020
1,820
5480020
4420020
20
258
1,520
7430120
4,720
Растворимость
2,5
2,160
2,440
2,060
1,840
1,560
5340
3660
14440
10260
1,640
1,660
5340025
4740050
3860040
3390060
40
60
166
119
40
1,2
1,060
3566050
2620880
3,540
3,060
40
1,880
1,880
1,480
80
68
80
92
1,080
80
2,7
76
1300
1,20
4,90
510
797900
240
N 2O
Ne
O2
O3
SO2
Xe
1055
1,225
3,120
2920
5665010
1025
8810
1,074
2,340
1540
3937020
850
7415
6320
-
5425
-
60
2,0
860
1877040
780
1,8
80
-
-
*
Если Y H будет иметь значение меньше нуля, то значение принимается
равным нулю.
Определяем массу газа, поглощенную за единицу времени, Мг (кг/с),
M Г  G (Y H  Y B ) ,
Для расчета средней движущей силы процесса абсорбции необходимо
*
*
знать Y H и Y B .
*
*
В данной работе X В  0, Y B  0 и X B  СВ , Y B  0 .
Значение X H определяют из уравнения материального баланса:
X H  MГ / L.
Определение средней скорости воздуха ω , м/с (на полное сечение
абсорбера) производят по уравнению расхода воздуха:
ω  VB /(0,785D 2 ) .
Плотность орошения Г, м3/м2с, насадки водой по формуле:
Г  Vвод /(0,785 D 2 ).
Степень поглощения газа определяют по выражению:
  (Y H  Y B ) / Y H .
Результаты расчетов заносим в таблицу.
Отчет о проделанной работе должен содержать:
1) задание;
2) схему установки со спецификацией;
3) расчеты;
4) вывод о проделанной работе и полученных результатах.
77
Таблица 33
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Исходные данные для проведения расчета
Вещество
Т
D
Св
Vводы
Аммиак
100
1,3
10
11
Диоксид углерода
10
1,4
0,06
1,5
Аммиак
15
1,5
11
5
Диоксид углерода
20
1,6
0,11
1
Аммиак
25
1,7
12
6
Диоксид углерода
30
1,8
0,07
1,4
Аммиак
35
1,9
13
7
Диоксид углерода
40
2
0,05
0,9
Аммиак
45
2,1
14
8
Диоксид углерода
50
2,2
0,15
2,65
Аммиак
55
2,3
15
9
Диоксид углерода
5
2,4
0,25
9,5
Аммиак
10
2,5
16
10
Диоксид углерода
15
2,6
0,09
1,28
Аммиак
20
2,7
17
12
Диоксид углерода
25
1,85
0,08
12,5
Аммиак
30
1,95
20
14
Диоксид углерода
35
1,5
0,11
2,17
Аммиак
40
1,6
22
15
Диоксид углерода
45
1,7
0,06
11
Аммиак
50
1,8
24
10,5
Диоксид углерода
55
1,9
0,05
5
Аммиак
5
2
26
5,5
Диоксид углерода
10
2,1
0,04
6
Аммиак
15
2,2
28
6,5
Диоксид углерода
20
2,3
0,03
7
Аммиак
25
2,4
30
7,5
Диоксид углерода
30
2,5
0,17
1,14
Аммиак
35
2,35
32
8,5
Диоксид углерода
40
2,15
0,1
9
Аммиак
45
1,3
34
9,5
Диоксид углерода
50
1,75
0,12
10
Аммиак
55
1,5
36
11,5
Диоксид углерода
20
1,6
0,14
1,16
Аммиак
50
1,7
38
12,5
Ун
100
0,25
90
0,23
80
0,22
60
0,29
50
0,39
40
0,17
30
0,35
20
0,13
10
0,37
95
0,3
85
0,25
75
0,28
65
0,19
55
0,28
45
0,3
35
0,18
25
0,37
15
78
Лабораторная работа №13
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ В БАРАБАННОМ
ВАКУУМ-ФИЛЬТРЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Цель работы — экспериментально-теоретическое изучение процесса
фильтрования водно-меловой суспензии в барабанном вакуум-фильтре
непрерывного действия с наружной фильтрующей поверхностью при
различных заданных значениях движущей силы процесса ∆р и частоты п
вращения барабана.
Введение
В химической технологии с целью разделения макроскопически
неоднородных сред (таких, например, как водно-меловая суспензия или
запыленный газ) на составные части (сплошную и дисперсную фазы) широко
применяют процесс фильтрования. В приближении инженерно-физических
моделей сокращенного описания фильтрование можно рассматривать как
типовой гидромеханический процесс движения гетерогенных сред через
пористые среды (перегородки), способные пропускать сплошную фазу, но
задерживать дисперсные частицы определенных размеров (от 100 до 0,5
мкм). В этом процессе принято называть пористые перегородки
фильтрующими, дисперсную фазу, задерживаемую на них (или внутри их),
осадком, а сплошную фазу, прошедшую через перегородки, фильтратом. В
данной работе речь пойдет о фильтровании жидкостных суспензий с
образованием осадка на поверхности перегородки − фильтрующей ткани, при
этом отлагаемый на ней осадок также выполняет функции фильтрующей
среды.
Интенсивность такого процесса зависит от характера физического
взаимодействия исходной суспензии и фильтрующей перегородки, выбор
структуры и механических свойств которой должен быть согласован со
свойствами получаемых фильтрата и осадка. Этим объясняется большой
ассортимент материалов, используемых для изготовления фильтрующих
перегородок, в качестве которых применяют, например, хлопчатобумажные и
шерстяные ткани (бязь, бельтинг, сукно, войлок) или ткани из синтетических
и минеральных волокон (лавсан, асбест), а также металлические сетки или
металлокерамические перегородки.
Из-за сложности полного теоретического описания гетерогенного
процесса фильтрования в прикладных целях используют модели
79
сокращенного его описания, опираясь на гидромеханические характеристики
движения одной из фаз (например, фильтрата). Такой подход использован в
одномерной стационарной модели Дарси (1855 г.), согласно которой:
1)
общую скорость процесса фильтрования dv/dt можно выразить
через объем фильтрата, прошедший в единицу времени через единицу
площади поверхности фильтрующей перегородки
dV
dv
dV
, то есть

F  dt
dt F  dt
2)
эта скорость равна отношению разности давлений Ар по обе
стороны фильтрующей перегородки
(так называемой движущей
силы
процесса) к общему сопротивлению R на пути фильтрата:
dv p

dt
R
Если величины ∆p и R выразить через физические характеристики
фильтруемой
системы,
то
можно
получить
модифицированные
дифференциальные или интегральные расчетные модели, удобные для тех
или иных инженерных приложений. Среди них, в первую очередь, следует
назвать модели Дарси-Рутса и Козени-Кармана-Дарси. Рутс ввел (1935 г.)
дополнительные условия в модель Дарси, полагая, что:
1) режим фильтрования поддерживается бароконстантным, то есть
∆p = const;
2) в процессе фильтрования не меняется геометрическая
структура фильтрующей ткани и осадка в гидродинамических масштабах
L>>d (где d − характерный линейный размер дисперсных частиц), то есть
объемная доля пор − пористость ткани ε тк(L) = const и порочность осадка ε
ос(L) = = const;
3) режим движения фильтрата в порах ткани и осадка ламинарный,
что гарантирует линейный вид зависимости между ∆p и скоростью движения
фильтрата;
4)
общее сопротивление R фильтра аддитивно, слагается из
постоянного сопротивления ткани RTK и переменного сопротивления осадка
Rос, причем эти сопротивления взаимозаменяемы, то есть
R = Rтк + Rос
Rтк = Rос(усл) = K1v1 = K1C
Rос = K1v
Здесь Roc(ycл) — сопротивление условного осадка, который мог бы отложиться
при прохождении удельного объема фильтрата; K − постоянная модели,
учитывающая индивидуальные особенности структуры осадка (а через него и
ткани).
Интегральная параболическая модель Дарси-Рутса:
(v)2 + 2Cv* = Кt.
80
Здесь v* − текущее значение удельного объема фильтрата, м3/м2; t —
продолжительность фильтрования, с; С, К − константы уравнения фильтрования в рассматриваемой модели.
Константа С является косвенной характеристикой фильтрующей ткани,
выражаемой через удельный объем фильтрата разделяемой суспензии. По
определению величина С численно равна такому удельному объему
фильтрата v1, прохождение которого сопровождалось бы отложением осадка,
эквивалентного по сопротивлению Rос(уcл) = Rтк, то есть С измеряется в тех же
единицах, что и v*. Константа уравнения К = 2∆р/К1 является интегральной
гидромеханической
характеристикой
процесса
фильтрования
(для
конкретной разделяемой системы), выраженной через суммарный перепад
давления Δр и проводимость (1/К1).
В тех же случаях, когда возможно дать количественную оценку
макрофизических характеристик структуры ткани и осадка, целесообразно
выделить общепринятые параметрические функции вязкости фильтрата i,
удельного сопротивления го или порозности εoc(L) осадка и εтк(L) ткани,
используя, например, модифицированные уравнения фильтрования КозениКармана.
Данная работа посвящена экспериментально-расчетному определению
констант уравнения фильтрования С и К в модели Дарси-Рутса с
использованием двух основных способов. Первый способ опирается на
линейный вид зависимости между величиной, обратной скорости
фильтрования dt/dv, и удельным объемом фильтрата v*:
dt 2v 2C


(1)
dv K
K
Построив
посредством
экспериментальных данных график
зависимости в координатах dt/dv и v, находят численные значения 2/К −
тангенса угла наклона прямой и отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат
и равный 2С/К, откуда определяют константы С и К.
Второй способ определения С и К состоит в решении системы
алгебраических уравнений при двух известных парах переменных v1, t1, и v2,
t2, фиксируемых в эксперименте.
Описание установки
Основной аппарат установки − барабанный вакуум-фильтр (рис. 41) с
наружной фильтрующей поверхностью (F = 0,25 м2), с коэффициентом
использования ее в зоне фильтрования а = 0,33. Изготовленный из нержа81
веющей стали барабан 1 фильтра установлен над корытообразным резервуаром так, что некоторая его часть погружена в суспензию, находящуюся в
резервуаре. Барабан приводится во вращение электродвигателем через
редуктор и вариатор, позволяющие изменять частоту вращения барабана.
Боковая поверхность барабана перфорирована и покрыта фильтрующей
тканью, закрепленной на барабане проволокой.
Под фильтрующей
поверхностью создается разрежение, фильтрат проходит через ткань, а
осадок задерживается на ее поверхности и снимается ножом 3. Для
предотвращения осаждения твердых частиц в резервуаре установлена ка
чающаяся мешалка 12. Электродвигатель, редуктор и вариатор расположены
на станине под фильтром.
Внутреннее пространство барабана разделено радиальными перегородками на двенадцать секций 2, которые соединены трубками с каналами,
проходящими через одну из цапф. На торцевой поверхности цапфы эти каналы заканчиваются отверстиями (по числу секций). К этой поверхности
цапфы прижато тщательно пришлифованное переключающее устройство, называемое распределительной головкой (рис. 42).
82
Рис. 5. Схема действия ячейкового барабанного вакуум-фильтра
1 — барабан; 2 — ячейка; 3 — нож для съема осадка; 4 — полый вал; 5 и 13
— полости распределительного устройства, сообщающиеся с компрессором
6 и 10 — то же с вакуумным насосом; 7 — бесконечная лента; 8 —
разбрызгивающее устройство- 9 — натягивающий ролик; 11 — резервуар для
суспензии; 12 — мешалка
83
I
I
III
V
IV
Рис. 42. Вид подвижной и неподвижной частей распределительной головки
Неподвижная распределительная головка состоит из четырех камер, которые на промышленных фильтрах соединены следующим образом:
I и IV — с вакуум-сборниками, в которых раздельно собираются фильтрат и
промывная жидкость;
II — с линией подачи сжатого воздуха (для отдувки осадка от ткани перед
снятием его ножом);
III — с паровой линией, по которой подводится перегретый пар (для регенерации ткани).
Прорези камер неподвижной головки перекрывают отверстия на плоской поверхности цапфы, соединенные с секциями фильтра. При вращении
барабана каждая фильтровальная камера последовательно проходит зоны
фильтрования (угол α), подсушки осадка (угол β), промывки (угол γ), а также
вторую зону подсушки от промывной воды (угол θ), зону отдувки (угол ε) и
пропарки (угол ν). Таким образом, в каждой отдельной секции фильтрование
протекает периодически, в целом же фильтр работает непрерывно.
Измерение объема фильтрата над вакуум-сборником, снабженным
водомерным стеклом, производят с помощью мерного стакана (объем 2,5 л),
что обеспечивает более высокую точность определения. Вакуум в сборнике
фильтрата измеряют вакуумметром.
84
Обработка опытных данных и составление отчета
Получив задание по определению констант уравнения фильтрования
С и К при N различных фиксированных значениях частоты вращения n барабана, при неизменных значениях движущей силы ∆р процесса и
измеряемого объема V1 фильтрата, находят опытные величины ∆tJ, ∆vJ,
∆tJ/∆vJ для каждого опыта данной серии и заносят их в таблицу. По табличным данным строят график в координатах dtJ/dvJ = ∆tJ/∆vJ - v (как
представлено на графике) и по нему определяют С и К.
< >
dr
dv*
2С
К
v*
-C
Таблица 34
Варианты заданий
Объем
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
V
t
T
t
T
20
1750
2400
1900
230
25
2500
2125
2850
320
30
3400
3900
3400
390
35
4450
4725
4600
450
40
5900
5700
5700
580
45
7150
6400
6600
660
85
Лабораторная работа №14
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СГУЩЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ФЛОКУЛЯНТОВ
Цель работы. Изучить методику приготовления промежуточных и
рабочих растворов порошкообразных флокулянтов. Исследование процесса
сгущения суспензий угольных шламов и продуктов флотации углей с
применением одного или двух флокулянтов в цилиндре. На основе
полученных экспериментальных данных определяются ожидаемые значения
технологических показателей работы промышленных сгустителей.
Экспериментальная установка
Рабочие растворы флокулянтов готовят в 2 стадии:
1. приготовление промежуточного раствора;
2. разбавление промежуточного раствора с получением рабочего раствора.
Для приготовления промежуточного раствора используется магнитная
мешалка типа ММ-3.
Рис. 43 Схема магнитной мешалки ММ-3
1 – ручка регулятора скорости вращения мешалки; 2 – тумблер включения
нагрева; 3 – тумблер включения электродвигателя мешалки
На основании мешалки установлен электродвигатель, на валу
которого закреплен ротор с постоянным магнитом. В корпусе мешалки
86
имеется электроплитка. На панели управления расположены: ручка 1 для
регулирования скорости вращения мешалки, тумблер 2 для включения
нагрева и тумблер 3 для включения электродвигателя мешалки.
Техническая характеристика магнитной мешалки ММ-3:
- максимальная потребляемая мощность, Вт
- 200;
- максимальная скорость вращения ротора, об/мин
- 1400;
3
- максимальный объем перемешиваемой жидкости, см
- 1500;
- масса, кг
- 4.
Опыты проводят в мерном цилиндре объемом 250 см3, диаметром 3537 мм с двумя отметками: одна – на уровне 250 см3, другая – на 100 мм ниже
первой отметки (рис. 44). Для перемешивания суспензии в цилиндре
используется ручная дисковая мешалка с диаметром на 3-5 мм меньше
диаметра цилиндра.
250
200
150
100
50
Рис. 44. Схема мерного цилиндра для проведения опытов
1 – цилиндр; 2 – верхняя метка; 3 – нижняя метка
87
Порядок подготовки к проведению эксперимента
1. Готовится проба суспензия исследуемого продукта с заданным
содержанием твердого и объемом 250 см3.
2. Готовятся рабочие растворы флокулянтов с концентрацией 0,05 %
путем разбавления водой промежуточных растворов.
Порядок проведение эксперимента
1. Взвесить на весах необходимое для приготовления раствора
количество порошкообразного флокулянта; масса навески флокулянта
определяется для данного объема воды исходя из молекулярной массы
флокулянта:
при молекулярной массе не более 1000000 концентрация
промежуточного раствора должна составлять 1 %;
при молекулярной массе от 1000000 до 5000000 концентрация
промежуточного раствора должна составлять 0,5 %;
при молекулярной массе не более 1000000 концентрация
промежуточного раствора должна составлять 1 %;
при молекулярной массе более 5000000 концентрация
промежуточного раствора должна составлять 0,2 ― 0,3 %.
2. Установить на плитку колбу с водой и погрузить в нее
перемешивающий стержень.
3. Подключить мешалку к сети.
4. Установить тумблер 3 в положение "Включено".
5. Поворотом ручки 1 по часовой стрелке отрегулировать скорость
вращения перемешивающего стержня таким образом, чтобы он вращался
свободно, не подпрыгивая, а вращающаяся в колбе вода образовывала бы
воронку, причем в воде по возможности не должно быть пузырьков воздуха.
6. Постепенно высыпать навеску порошкообразного флокулянта в
колбу таким образом, чтобы он по возможности попал бы в воронку.
7. Процесс перемешивания следует осуществлять вплоть до полного
растворения флокулянта, что определяется визуально по отсутствию в
растворе каких-либо сгустков и комков. Полученный промежуточный
раствор флокулянта хранить в темном сухом месте (срок хранения – до 1
месяца).
8. Рабочий раствор флокулянта следует готовить непосредственно
перед употреблением. Для этого промежуточный раствор разбавляется водой
до концентрации 0,05 %. Срок хранения рабочего раствора – до 1 суток.
88
9. По окончании работы следует повернуть ручку 1 против часовой
стрелки до упора, установить тумблер 3 в положение "Выключено", снять
колбу уложить стальное кольцо на плитку и выключить мешалку из сети.
Порядок проведения эксперимента
1. В мерный цилиндр заливалется заранее проба суспензии.
2. К суспензии при помощи пипетки добавлялся рабочий раствор
флокулянта в количестве, соответствующем заданной дозировке; объем
рабочего раствора флокулянта рвссчитывается по формуле:
V ф  2 ,5  10  5  d 
Cс
, г/т
Cф
Vф – объем рабочего раствора флокулянта, мл;
d – доза флокулянта, г/т;
Сс – содержание твердого в суспензии, кг/м3 (г/л);
Сф – концентрация рабочего раствора флокулянта, % масс.
3. Осуществляется перемешивание суспензии с флокулянтом при
помощи дисковой мешалки путем возвратно-поступательного перемещения
мешалки по всей высоте цилиндра (3 раза по 4 с).
4. По окончании перемешивания включается секундомер и замеряется
кинетика процесса, то есть высота осветленного слоя воды и высота слоя
сгущенной суспензии в цилиндре в зависимости от времени: в первый раз –
при прохождении границы раздела между двумя указанными слоями нижней
отметки на цилиндре, далее – не менее 3-4 раз на протяжении опыта.
5. Опыт проводится до установления постоянной высоты слоя
сгущенной суспензии в цилиндре (время опыта 20-40 мин). Затем
осветленный слой воды (то есть слив) декантируется; измеряется объем
слива и осадка на дне цилиндра (то есть сгущенной суспензии).
Определяются значения массы твердого в сливе и в сгущенной суспензии
(выпариванием или фильтрованием под вакуумом).
где
Обработка экспериментальных данных
В результате проведенного эксперимента известны: время
прохождении границы раздела между осветленной водой и сгущенной
суспензией нижней отметки на цилиндре τ100; объем слива и сгущенной
суспензии (соответственно Vсл и Vсг); масса твердого в сливе и в сгущенной
суспензии (соответственно mсл и mсг).
89
Определяются содержание твердого в сливе и в сгущенной суспензии
(соответственно mсл и mсг) по формулам:
m сл
V сл
m
С сг  сг
V сг
, кг/м 3
С сл 
, кг/м 3
Значения Ссл и Ссг рассчитываются для каждого из замеров, при этом
для расчета берутся текущие значения Vсл и Vсг для данного времени τ, после
чего полученные расчетные значения Ссл и Ссг наносятся на график: по оси
абсцисс – время опыта, по оси ординат – содержание твердого.
Скорость осаждения частиц твердой фазы υ рассчитывается по
формуле:

360
 100
,м / ч
Допустимое значение удельной нагрузки по исходной суспензии для
промышленного сгустителя qуд рассчитывается по формуле:
q уд  0 ,1   , м 3 /м 2  ч
где 0,1 – коэффициент перехода для промышленного сгустителя.
Типоразмер сгустителя выбирается из заданного значения объемного
расхода исходной суспензии Vз таким образом, чтобы отношение величины
Vз к поверхности осаждения сгустителя S не превышало бы величины qуд; при
этом величина S рассчитывается по формуле:
D сг
S
4

,м2
где: Dсг – диаметр сгустителя, м; выбирается из типоразмерного ряда:
для радиальных сгустителей – 12; 15; 18; 25 и 30 м2;
для цилиндро-конических сгустителей – 6; 8; 10 м2.
Время пребывания суспензии в сгустителе τпр рассчитывается как
отношение объема сгустителя Vсг к объемному расходу исходной суспензии
Vз; величина Vсг рассчитывается по формуле:

 D сг
H
V сг 
 (H ц  к )
4
3
, м3
где: Hц и Hк – высота соответственно цилиндрической и конической частей
сгустителя, м.
Уточненные значения Ссл и Ссг для промышленного сгустителя
определяются графически по ранее построенным экспериментальным
кривым при τ = τпр.
90
На основании полученных результатов делают следующие выводы об
эффективности работы сгустителя.
1. Величина qуд для радиальных сгустителей при работе без
флокулянтов составляет 1–1,5 м3/м2 · ч, а с применением флокулянта – 4,5
м3/м2 · ч. Для цилиндро-конического сгустителя при работе с флокулянтом
величина qуд может достигать 8 м3/м2 · ч. Если расчетная величина qуд
оказывается ниже указанных значений, то это свидетельствует о том, что
выбран недостаточно эффективный флокулянт или слишком мала доза
флокулянта.
2. Содержание твердого в сгущеннном продукте должно составлять не
менее 200 кг/м3, в противном случае сгуститель работает неэффективно.
3. Содержание твердого в сливе не должно превышать 10 кг/м3.
Лабораторная работа №15.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ХЛОРА И КИСЛОРОДА В ВОДЕ
Часть 1 Определение содержания остаточного хлора
Цель работы  определение содержания остаточного хлора в воде после ее
дезинфицирования.
Содержание т. н. «активного хлора» определяется в дезинфицированной
им питьевой воде и в сточных водах, которые приходится хлорировать, и в
некоторых видах сточных вод, загрязненных хлором или соединениями,
выделяющими хлор. В поверхностных водах содержание хлора определяется
в местах ниже сброса сточных вод. Понятие «активный хлор» охватывает,
кроме растворенного молекулярного хлора и другие соединения хлора,
диоксид хлора, хлорамины, органические хлорамины, гипохлориты.
Хлорамины – производные аммиака, образованные замещением одного, двух
или трех атомов водорода атомами хлора (например, монохлорамин NH2Cl,
дихлорамин NHCl2), или производные органических кислот.
На практике при хлорировании воды часто приходится определять
остаточный активный хлор, т.е. его содержание после хлорирования. Следует
помнить, что хлорирование питьевой воды, кроме ее дезинфицирования,
приводит к повышению токсичности этой воды в 100-250 раз за счет
образования хлорорганических соединений, особенно в присутствии
фенолов.
Для количественного определения активного хлора в водах используют
метод йодометрии. Хлор выделяет йод из раствора иодида калия.
Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия с крахмалом в
качестве индикатора.
В кислой среде реакции протекают количественно:
Cl2 + 2KI = I2 + 2KCl, I2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI.
91
Определению хлора в питьевых или поверхностных водах с небольшим
содержанием органических веществ не препятствуют нитриты, марганец,
железо и растворенный кислород. При использовании 0,01 н раствора
тиосульфата натрия можно определять 0,05 мг/л и более активного хлора в
пробе объемом 500 мл. Пробы, предназначенные для определения хлора, не
разрешается консервировать. Определение следует проводить немедленно
после отбора пробы.
Ход определения. Отмеряют 100-300 мл пробы воды (по указанию
преподавателя в зависимости от предполагаемого содержания активного хлора)
в коническую колбу для титрования, прибавляют 10 мл раствора уксусной
кислоты, 5 мл 10%-ного раствора KI и выдерживают в темноте 10 мин. Далее
выделившийся йод титруют 0,005 н раствором тиосульфата натрия до светложелтой окраски. Затем добавляют около 1 мл раствора крахмала и продолжают
титрование до исчезновения синего окрашивания. Титрование проводят не
менее трех раз. Результаты эксперимента заносят в табл. 35.
Таблица 35
Результаты эксперимента при определении свободного хлора
Номер
пробы
1
2
3
Объем пробы,
мл
Нормальная концентрация
раствора Nа2S2O3
Объем раствора Nа2S2O3,
пошедший на титрование, мл
Содержание активного хлора (А) в мг/л вычисляют по формуле:
N  V1  1000  35,5
A
,
V2
где N – точная концентрация раствора тиосульфата натрия; V1 – объем раствора
тиосульфата натрия, израсходованного на титрование, мл; V2 – объем пробы,
мл; 35,5 – молярная масса эквивалента хлора.
Следует отметить, что определению хлора в воде мешают ионы, способные
окислять иодид-ион до йода. Поэтому данный метод можно применять только
при отсутствии других окисляющих веществ. Особо следует отметить
мешающее влияние брома, йода, бромаминов, йодоаминов, озона, перекиси
водорода, ионов перманганата, йодада, бромата, хромата, железа (III), меди (II),
марганца (III).
Часть 2. Йодометрический метод определения кислорода в воде (метод
Винклера).
Минимальная концентрация растворенного кислорода, необходимая для
нормального развития рыбы, составляет около 5 мг/л. Понижение ее до 2 мг/л
вызывает их массовую гибель. Неблагоприятно и пресыщение воды
кислородом. ПДК кислорода – не менее 4 мг/л.
Ход определения. В пикнометры с помощью сифона наливают исследуемую
воду. Не закрывая пикнометр пробкой, прибавляют реактивы Винклера – по
1 мл каждого. Пипетку с реактивом опускают на одну треть склянки. Сначала
92
добавляют щелочной раствор иодида калия, затем хлорида марганца.
Закрывают пробкой так, чтобы не было пузырьков воздуха, и перемешивают.
Пробу ставят в темное место на 1-2 ч. или на 1 сут. После отстаивания
открывают пробку и прибавляют 1 мл концентрированной фосфорной или
разбавленной (1:1) серной кислоты. Закрывают пробкой. Перемешивают до
растворения осадка и титруют тиосульфатом натрия (0,01 н) до бледно желтого
цвета. Прибавляют 0,5 мл крахмала и тируют до полного обесцвечивания.
Обмывают оттитрованным раствором стенки склянки и дотитровывают.
Рассчитывают по формуле:
Х = n·F·0,08·1000/(V – v),
где n – объем тиосульфата натрия, пошедшего на титрование, мл; F – поправка;
V – объем склянки; v – объем прибавленных реактивов Винклера.
Определение поправки: к 1 мл 15% раствора иодида калия добавляют 3 мл
25% раствора серной кислоты и 20 мл 0,01 н раствора бихромата калия. Ставят
на 3 мин в темноту, накрыв часовым стеклом. Титруют раствором тиосульфата
натрия. Вычисляют поправку: F = 20/B, где В – число мл тиосульфата натрия,
пошедшее на титрование.
Определив содержание кислорода в исследуемой воде, ее оставляют в
закрытой склянке на 2, 3, 5, 10, 15 сут., определяя содержание кислорода по
истечении каждого из перечисленных периодов времени (период инкубации).
Уменьшение количества кислорода в воде показывает, сколько его за это время
израсходовано на окисление органических веществ, находящихся в воде. Это
количество, отнесенное к 1 л воды, и является показателем биохимического
потребления кислорода воды за данный промежуток времени (БПК2, БПК3,
БПК5, БПК10, БПК15).
Определение кислорода основано на реакции растворенного кислорода с
гидроксидом марганца (II) и на йодометрическом определении образовавшихся
высших по степени окисления соединений марганца. Метод основан на
использовании следующих химических реакций:
MnCl2 + 2KOH = Mn(OH)2 +2КСl, 2Мn(ОН)2 + O2 + 2Н2O = 2Мn(ОН)4
Мn(ОН)4 + 4НСl = МnСl2 + Сl2 + 4Н2O, Cl2 + 2KI = I2 + 2KCl
I2 + 2 Nа2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI
Выделяющийся в ходе реакции йод оттитровывается раствором тиосульфата
натрия. При определении кислорода мешающее влияние оказывают любые
изменения его концентрации в пробе в период между отбором и фиксацией, а
также изменение состава осадка гидроксида марганца в период с момента их
образования до определения титрованием. Поэтому в пробе, отобранной для
определения кислорода, его необходимо немедленно после отбора фиксировать,
прибавляя раствор хлорида марганца и гидроксида калия для осаждения. В
случае присутствия в воде других веществ, выделяющих йод или в кислой
среде реагирующих с йодом (хлор и его соединения, нитриты, железо (III) и
др.), проводят холостой опыт без добавления хлорида марганца. Кислород
обычно не определяется при анализе питьевых и грунтовых вод. Точность
определения растворенного кислорода достигает для чистых вод ±0,05 мг/л.
93
Лабораторная работа № 16.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИХРОМАТНОЙ И ПЕРМАНГАНАТНОЙ
ОКИСЛЯЕМОСТИ ВОДЫ
Окисляемость воды (ОВ) – величина, характеризующая содержание в воде
органических веществ, окисляемых одним из самых сильных химических
окислителей при определенных условиях. ОВ выражается в миллиграммах
атомарного кислорода, пошедшего на окисление веществ, содержащихся в
литре воды. Разделяют перманганатную и бихроматную окисляемость. Степень
окисления органических веществ, присутствующих в поверхностных водах,
бихроматом в крепком растворе серной кислоты близка к 100%.
Часть 1. Определение бихроматной окисляемости воды
Бихроматная окисляемость служит для определения суммарного содержания
органических веществ. Окислителем является бихромат калия K2Cr2O7,
который, окисляя находящиеся в воде органические примеси, сам
восстанавливается до солей Cr (III).
Концентрация бихромата калия в воде определяется при помощи соли Мора
Fe(NH4)2(SO4)2·6H2O. При этом протекает окислительно-восстановительная
реакция.
K2Cr2O7 + 6 Fe(NH4)2(SO4)2 + 7 H2SO4 =
K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 6 (NH4)2SO4 + 3 Fe2(SO4)3+ 7 H2O
Зная концентрацию бихромата калия до и после окисления, можно
рассчитать, какое количество K2Cr2O7 (в пересчете на кислород) израсходовано
на окисление примесей воды.
Ход определения. Отбирают пипеткой 10 мл исследуемой воды в коническую
колбу емкостью 200 мл, приливают пипеткой 5 мл 0,25 н раствора K2Cr2O7,
прибавляют 1 г сульфата ртути HgSO4 (для связывания ионов Cl-) и 0,4 г
сульфата серебра (катализатор). Затем приливают 30 мл концентрированной
серной кислоты, 5 мл концентрированной H3PO4 и титруют 0,25 н раствором
соли Мора.
Величину бихроматной окисляемости (Х) рассчитывают по формуле:
Х = (V1 – V2)·N·8·1000/V, мгО2/л;
где V1 – объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование 5 мл 0,25 н
раствора K2Cr2O7 (в глухом опыте), мл; V2 – объем раствора соли Мора,
израсходованный на титрование пробы, мл; N – нормальность раствора соли
Мора;
V – объем исследуемой воды, взятой для определения, мл.
Часть 2 Перманганатная окисляемость Окисление проводится 0,01 н
раствором KMnO4 в сернокислой среде при кипячении. Схема реакции
следующая:
MnO4– + 8 H+ + 5ē → Mn2+ + 4 H2O
Правильные результаты получаются лишь при избытке KMnO4, необходимо,
чтобы к концу окисления в пробе оставалось еще около 40% KMnO4.
94
В водах открытых водоемов величина кислорода перманганатной
окисляемости к органическому углероду в среднем близка к единице. В высоко
цветных водах это отношение несколько больше единицы. В
высокопродуктивных водоемах величина этого отношения меньше единицы.
Использование этих зависимостей позволяет по кислороду окисляемости
получить представление о примерном содержании в воде органического
углерода.
Ход определения. В коническую колбу вносят 100 мл испытуемой воды или
при большом содержании органического вещества меньший объем с
соответствующим добавлением до 100 мл бидистиллированной воды.
Добавляют стеклянные капилляры или кипятильные камешки. Затем
приливают 5 мл разбавленной серной кислоты, 20 мл 0,01 н раствора KMnO4.
Смесь нагревают так, чтобы она закипела через 5 мин, и кипятят 10 мин. Если
окраска осталась розовой, то к нему прибавляют 20 мл 0,01 н раствора
щавелевой кислоты. Обесцвеченную, еще горячую (80-90ºС) смесь титруют
0,01 н раствором перманганата до слаборозовой окраски.
Если во время кипячения содержимое колбы потеряет розовую окраску или
побуреет, определение надо повторить, разбавив исследуемую воду
бидистиллированной водой. Для введения поправки на разбавляющую
бидистиллированную воду необходимо определить ее окисляемость так же, как
и в случае исследуемой воды.
Часть 2. Перманганатная окисляемость воды (по Кубелю)
В мгО2/л определяется по формуле:
Х = [(A1 + A2) K – B] 0,01 81000/V,
где А1 и А2 – количество раствора перманганата, прибавленного в начале и
конце определения, мл; К – поправочный коэффициент этого раствора для
приведения точно к 0,01 н; В – количество введенного 0,01 н раствора
щавелевой кислоты, мл; V – объем пробы, взятой для определения.
Если исследуемая вода перед определением была разведена, то расчет ее
производится следующим образом. Например, исследуемая вода разведена в 4
раза, окисляемость полученной смеси равна 8,4 мгО2/л, окисляемость
бидистиллированной воды 0,2 мгО2/л. Окисляемость исследуемой воды равна:
(8,4 – 0,752)·4 = 33 мгО2/л.
Определение цветности воды. Цветность воды определяется наличием в
ней растворенных веществ. Она характеризует интенсивность окраски воды.
Качественную оценку цветности воды производят, сравнивая ее с
дистиллированной водой. Для этого в чистые химические стаканы из
бесцветного стекла наливают исследуемую и дистиллированную воду и
рассматривают сверху и сбоку на фоне белого листа бумаги. Оценивают
цветность и указывают наблюдаемый цвет: зеленоватый, желтоватый и т.д.
Количественно цветность определяют по платиново-кобальтовой или
бихромат-кобальтовой шкале и выражают в градусах цветности.
95
Для определения цветности воды по бихромат-кобальтовой шкале готовят
растворы для составления шкалы цветности:
- основной раствор 0,0875 г бихромата калия и 2,0 г семиводного сульфата
кобальта растворяют в небольшом объеме (100 мл) концентрированной серной
кислоты плотностью 1,84 г/см3 и доводят бидистиллятом до 1 л.
- вспомогательный раствор: 1 мл концентрированной серной кислоты
плотностью 1,84 г/см3 разбавляют дистиллированной водой до 1 л.
Для приготовления шкалы цветности смешивают основной и
вспомогательный растворы, доводя общий объем до 100 мл. При этом
учитывают, что 1 мл основного раствора в этой смеси соответствует 5 град.
цветности. Например, для приготовления раствора, имеющего цветность,
соответствующую 20 град., берут 4 мл основного и 96 мл вспомогательного
растворов и перемешивают.
Ход определения: готовят основной и вспомогательный растворы. Навески
веществ измеряют на аналитических весах с точностью до 4-го знака после
запятой. Готовят бихроматно-кобальтовую шкалу цветности с шагом 10 град.,
т.е. 10, 20-100 град. При наличии интенсивной окраски у исследуемой пробы
увеличивают шаг цветности. Мутную исследуемую воду предварительно
отфильтровывают через фильтр. В мерный цилиндр диаметром 30 мм и высотой
350 мм наливают исследуемую пробу и при рассматривании сверху сравнивают
окраску воды с окраской растворов шкалы на фоне белой бумаги.
96
Лабораторная работа № 17.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ
Часть 1. Определение вкуса и запаха воды
Запахи, присутствующие в анализируемой воде, подразделяются на
естественные и искусственные. Естественные запахи присущи природным
водоемам (рыбный, болотный, плесневый, гнилостный и др.) и возникают в
результате жизнедеятельности организмов, а также при разложении
органических веществ, присутствующих в воде. Искусственные запахи –
фенольный, аммиачный, сероводородный и другие появляются при
загрязнении водоемов сточными водами предприятий и определяются
характером того или иного производства.
Согласно ГОСТ 2784-73 у воды различают четыре вкуса: горький, сладкий,
кислый и соленый. Остальные вкусовые ощущения определяются как
привкусы. Воду, безопасную в санитарно-гигиеническом отношении,
исследуют без предварительной обработки, в других случаях - после
предварительного кипячения и последующего охлаждения до 20°С.
Категорически запрещается пробовать загрязненную воду.
Для определения характера и интенсивности вкуса 10-15 мл исследуемой
пробы воды набирают в рот и держат примерно 5-15 с, не проглатывая.
Количественно запах и вкус воды оценивается по пятибальной шкале:
Таблица 36
Представление результатов определение
Балл
Интенсивность
вкуса
0
1
2
3
4
5
Отсутствует Очень слабый Слабый Заметный Отчетлив Очень сильный
ый
Часть 2 Определение цветности воды
Цветность воды определяется наличием в ней растворенных веществ. Она
характеризует интенсивность окраски воды. Качественную оценку цветности
воды производят, сравнивая ее с дистиллированной водой. Для этого в чистые
химические стаканы из бесцветного стекла наливают исследуемую и
дистиллированную воду и рассматривают сверху и сбоку на фоне белого листа
бумаги. Оценивают цветность и указывают наблюдаемый цвет: зеленоватый,
желтоватый и т.д. Количественно цветность определяют по платиновокобальтовой или бихромат-кобальтовой шкале и выражают в градусах
цветности.
Для определения цветности воды по бихромат-кобальтовой шкале готовят
растворы для составления шкалы цветности:
- основной раствор 0,0875 г бихромата калия и 2,0 г семиводного сульфата
кобальта растворяют в небольшом объеме (100 мл) концентрированной серной
кислоты плотностью 1,84 г/см3 и доводят бидистиллятом до 1 л.
97
- вспомогательный раствор: 1 мл концентрированной серной кислоты
плотностью 1,84 г/см3 разбавляют дистиллированной водой до 1 л.
Для приготовления шкалы цветности смешивают основной и
вспомогательный растворы, доводя общий объем до 100 мл. При этом
учитывают, что 1 мл основного раствора в этой смеси соответствует 5 град.
цветности. Например, для приготовления раствора, имеющего цветность,
соответствующую 20 град., берут 4 мл основного и 96 мл вспомогательного
растворов и перемешивают.
Ход определения: готовят основной и вспомогательный растворы. Навески
веществ измеряют на аналитических весах с точностью до 4-го знака после
запятой. Готовят бихроматно-кобальтовую шкалу цветности с шагом 10 град.,
т.е. 10, 20-100 град. При наличии интенсивной окраски у исследуемой пробы
увеличивают шаг цветности. Мутную исследуемую воду предварительно
отфильтровывают через фильтр. В мерный цилиндр диаметром 30 мм и высотой
350 мм наливают исследуемую пробу и при рассматривании сверху сравнивают
окраску воды с окраской растворов шкалы на фоне белой бумаги.
Определение цветности воды по платиново-кобальтовой шкале
Для составления платиново-кобальтовой шкалы цветности готовят
следующий раствор: в 200 мл дистиллированной воды растворяют 1,245 г
хлорплатины калия К2[РtСl6] и 1,01 г шестиводного хлорида кобальта. В тот
же раствор добавляют 100 мл концентрированной свежей соляной кислоты
плотностью 1,19 г/см3 и доводят общий объем до 1 л дистиллированной
водой. Цветность такого раствора соответствует 500 град. Рабочую шкалу
готовят, прибавляя в мерные цилиндры рассчитанное количество основного
раствора и разбавляя его до 100 мл дистиллированной водой. Например, для
приготовления раствора, имеющего цветность, соответствующую 50, берут
10 мл основного раствора и доводят до 100 мл дистиллированной водой.
Ход определения аналогичен измерению цветности воды по
бихроматкобальтовой шкале. Для питьевой воды цветность не должна
превышать 20.
98
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриев В.В. Прикладная экология: учебник для студ. вузов / В.В.
Дмитриев, А.И. Жиров, А.Н. Ласточкин. – М.: Академия, 2008. – 608
с.
2. Белозерский Г.Н. Радиационная экология: учебник для студ. вузов /
Г.Н. Белозерский. – М.: Академия, 2008. – 384 с.
3. Коробкин В.И. Экология: учебник для студ. вузов / В.И. Коробкин,
Л.В. Передельский. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 602 с.
4. Акинин Н.И. Промышленная экология: принципы, подходы,
технические решения: учеб. пособие для студ. вузов / Н.И. Акинин. –
2-е изд., испр. и доп. – Долгопрудный: Интеллект, 2011. – 312 с.
5. Кирсанов В.В. Инженерная экология: учеб. пособие / В.В. Кирсанов,
А.А. Смолко. – Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева, 2010. – 247 с.
6. Бродский А.К. Общая экология: учебник для студ. вузов / А.К.
Бродский. – 4-е изд., стер. – М.: Академия, 2009. – 256 с.
7. Пузанова Т.А. Экология: учебное пособие для студ. вузов / Т.А.
Пузанова. – М.: Экономика, 2010. – 287 с.
8. Тунакова Ю.А. Прикладная экология: учебное пособие / Ю.А.
Тунакова, С.В. Новикова. – Казань: Изд-во КГТУ им. А.Н. Туполева,
2008. – 155 с.
9. Буторина М.В. Инженерная экология и экологический менеджмент:
учебник / М.В. Буторина, Л.Ф. Дроздова, Н.И. Иванов и др.; под ред.
Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – Изд. 3-е. – М.: Логос, 2011. – 520 с.
10. Практикум по курсу «Промышленная экология». Ч. I. Промышленные
сточные воды / Под ред. к.т.н. И.Х. Мингазетдинов. Казань: Изд-во
«Экоцентр», 2005. 28с.
11.
Практикум по курсу «Промышленная экология». Ч. II. Загрязнение
воздушного бассейна / Под ред. к.т.н. И.Х. Мингазетдинов. Казань: Изд-во
«Экоцентр», 2006. 28с.
12.
. Научные и технические аспекты окружающей среды. Обзорная
информация. 2001. № 6.
13. . Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии.- М.:
Высшая школа, 1999.
18. Научные и технические аспекты окружающей среды. Обзорная
информация. 2001. № 6.
99