Шпаргалки на гос.экзамен по экологии для студентов СФУ специальности 280201 - файл n2.docx

приобрести
Шпаргалки на гос.экзамен по экологии для студентов СФУ специальности 280201
скачать (4969 kb.)
Доступные файлы (5):
n1.docx468kb.17.02.2012 08:42скачать
n2.docx405kb.24.02.2012 00:46скачать
n3.docx127kb.24.02.2012 00:27скачать
n4.docx3944kb.24.02.2012 00:36скачать
n5.docx118kb.24.02.2012 00:48скачать

n2.docx

1. Общие принципы рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере

Рассеяние веществ в атмосфере не определяется диффузией и не может быть в полной мере объяснено теорией переноса, так как коэффициент диффузии, который лучше всего ее характеризует, очень сильно меняется во времени и пространстве. В случае, когда выбрасываются загрязн-ие в-ва, обладающие значительной плавучестью, именно последняя является основной причиной их рассеяния. Принцип аналогии Рейнольдса, гласящий, что количество движения и масса разбавляются одинаково, отвечает действительности только в теории частично турбулентных течений.

Рассеяние вызывается движениями, которые могут быть названы вихревыми. Для использования статистических методов необходимо, чтобы интервал времени наблюдений или объем контролируемого пространства охватывал достаточно большое число этих вихрей. Однако это может быть неэффективно, поскольку временной масштаб флюктуации не ограничен. Необходимо также учитывать, что время отбора проб всегда влияет на значение полученных концентраций, следовательно, есть и ограничения применения теории турбулентной диффузии.

В общем случае диффузионные теории сводятся к определению коэффициентов диффузии и анализу результата сопоставления с данными имеющихся измерений. Данные измерений, как правило, характеризуются большим разбросом и не могут обеспечить проверку какой бы то ни было гипотезы. Такие измерения обычно относят к ситуациям, когда погодные условия, объемы выбросов и многие другие факторы различны.

Эти и многие другие обстоятельства привели к созданию новых теорий, в частности теорий баланса загрязняющих в-в, которые грубы в предельных случаях, но просты и доступны. Они представляют собой простое математическое выражение принципа неразрывности, из которого следует, что загрязняющие в-ва либо остаются вблизи источника, либо переносятся в соседние области пространства, либо могут быть разбавлены в большом объеме путем подъема и перемешивания в вышележащих слоях.

Детальность рассмотрения каждой конкретной ситуации, источников и стоков разнообразных загр-х в-в зависит от детальности имеющейся информации. Используемые концепции метеорологии и механики жидкости и газа обычно элементарны, но техника вычислений может быть чрезвычайно сложна и зависит в большей степени от выбранной физической и феноменологической моделей рассматриваемого процесса.


2. Механизм расчета рассеивания вредных выбросов промышленных предприятий

Регламентирование выбросов вр-х в-в в атмосферу через те или иные источники осущ-ся на основе установления ПДВ. Для того чтобы регламентировать выбросы, следует сначала определить максимально возможную конц-ю вр-х в-в и расстояние от источника выброса, где эта конц-я возникает.

Величина максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ СМ (мг/м3) от одиночного (точечного) источника с круглым устьем для выбросов нагретой газо-воздушной смеси, при неблагоприятных метеоусловиях рассчитывается:

СМ = (А*М*F*m*n*)/(H2* ), где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания примесей в атмосфере, с2/3·мг·°С1/3; F – безр-ый коэфф-т, учит-ий скорость оседания загр-х в-в в атмосфере; m и n – безр-ые коэфф-ты, учит-ие условия выхода газо-воздушной смеси от устья источника;  - безр-ый коэфф-нт, учит-ий влияние рельефа местности; V – объемный расход газовоздушной смеси (м3/с); Т – разность между температурой газовоздушной смеси ТГ и температурой окружающего воздуха ТВ, 0С; Н – высота трубы, м; М – массовый расход загр-х в-в, г/с.

Значения М, Н, V, ТГ опред-ся по данным инвентаризации выбросов, а при их отсутствии - расчетом. Темп-ра наружного воз-ха прин-ся по среднему значению на 13.00 часов наиболее жаркого месяца года. Значения F принимаются равными: 1- для газообр-х загр-х в-в и мелкодисперсных аэрозолей, скорость оседания наиболее крупных фракций которых не превышает 0,03-0,05 м/с; 2-для крупнодисперсной пыли и золы, когда степень очистки не менее 90%; 2,5-при ?=75-80%; 3-при ?<75% или при отсутствии очистки.

Безразмерный коэффициент m определяется расчетом в зависимости от параметра f

, где 0 – скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы, м/с; D – диаметр устья источника выбросов;

0 = V/(0,785*D).

Значение коэффициента n определяется в зависимости от параметра Vm, , рассчитываемого по формуле: Vm = 0,65 * , где

Коэфф-т ?=1, если в радиусе 50Н и более от источника перепад отметок местности не превышает 50м на 1 км. Если в рассм-ой местности имеются препятствия для распр-я ветра (гряды, ложбины и тд.) – ?>1.

Расстояние ХМ от источника, на котором создается концентрация См:

Хм=Нd, а при F>2 , где d = 10-20 – безразмерный коэффициент, определяемый расчетным путем согласно ОНД-86.

Максим-ую конц-ю устанавливают при опасной скорости ветра на уровне флюгера (10м от уровня земли) , , .

Значение опасной скорости ветра UМ , м/с, на уровне флюгера (обычно 10 метров от уровня земли), при которой достигается наиб значение приземной конц рассчитывается по формулам в зависимости от f и Vm.

Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ для выбросов холодной газовоздушной смеси (т.е. у которых Т примерно равно 0 или при расчете f > 100), определяется

СМ =

В соответствии с ОНД-86 источник выброса в зависимости от высоты его устья над уровнем земли относится к одному из следующих классов: 1) высокие источники, Н > 50 м; 2) средней высоты, Н = 10-50 м; 3) низкие, Н = 2-10 м; 4) наземные источники, Н < 2 м. Эта классификация имеет значение при расчете загрязненного воздуха на промышленной площадке и в прилегающей к ней местности, когда возникает необходимость учета влияния зданий и сооружений на рассеивание выбросов.
3. Теория образование NOx при сжигании органического топлива

Оксиды азота состоят из суммы оксида и диоксида азота. При поступлении в атм-ру NO в течение неск-х часов в рез-те фотохимического взаим-я переходит в NO2. В завис-ти от первоисточников образ-я в топках котлов оксиды азота разделяют:

1).Термальные оксиды азота. Основные положения термической теории:

1. Образование NO происходит за фронтом пламени в зоне высоких температур по цепному механизму, формальная кинетика которого хорошо описывается уравнением:

кДж.

Инициирующей реакцией будет реакция диссоциации свободного кислорода

кДж/моль.

Первая реакция определяет скорость образования NO в зависимости от концентрации атомарного кислорода.

2. Выход NO определяется максимальной температурой горения и конц-ми азота и кислорода в зоне реагирования.

3. Концентрация образовавшегося N0 не превышает равновесную при максим-ой темп-ре в зоне реагирования.

4. При наличии свободного кислорода (а>1) выход N0 определяется макс-ой температурой в зоне реакции, при недостатке (а<1) - кинетикой разложения N0, т. е. скоростью охлаждения продуктов сгорания (закалкой).

5. При сжигании углеводородных или влажных топлив в процессе реакций горения образуется гидроксильный радикал, который участвует в образовании оксида азота.

2).Топливные оксиды азота образуются ч/з азотсодержащие соединения, которые присутствуют в жидких топливах. Содержание химически связанного азота в сырой нефти до 0,65 %, в мазуте - до 1,4 %, в бензине -до 0,07 %.

Азот в топливе в основном входит в состав соединений, легко распадающихся при нагревании и активно вступающих в реакцию с кислородом. На основании результатов исследований можно сделать ряд практических выводов:

- конверсия азота топлива в NO происходит во фронте пламени при скорости, соизмеримой со скоростью реакций горения;

- степень конверсии уменьшается с увеличением концентрации азота топлива с 20-80 % при NP<0,1 % до 10-20 % при NP=0,1 +1,6%.

- конверсия слабо зависит от температуры пламени;

- конверсия не зависит от вида азотсодержащего соединения, а определяется содержанием в нем азота;

- конверсия увеличивается с увеличением коэффициента избытка воздуха;

- доля топливного NO в суммарном выходе оксидов азота будет тем больше, чем ниже тепловые напряжения и температура в топке.

3). Фронтальные оксиды азота имеют место при сжигании всех видов топлива. Химически индуцированный механизм синтеза NO близок по своему характеру к механизму топливного NO, который происходит с участием промежуточных продуктов и радикалов во фронте пламени. Скорости протекания реакций сопоставимы со скоростями горения.

Основные закономерности механизма образования фронтальных NO следующие:

- фронтальные NO образуются в зоне, характеризующей фронт пламени;

- время образования NO соизмеримо со временем реакции горения;

- образование фронтальных NO слабо зависит от температуры и в основном определяется избытком воздуха;

- в суммарном выходе оксидов азота в условиях, характерных для топок отопительных котлов малой мощности, доля фронтальных NO незначительна и будет уменьшаться с увеличением тепловой мощности котлов и температур в топке.

4.Теория образования сажистых частиц при сжигании органического топлива.

Сажевые частицы – это продукты неполного сгорания, в состав которых входит на 98% углеводород, остальное – водород, входящий в состав сажи или сопутствующих ей сложных углеводородов. В конгломерате, состоящем из золы, кокса и сажи, могут также находиться соединения ванадия, натрия, серы, оксида железа и серы.

Сажа– тв. частицы размером от 0,04 (канальная сажа) до 0,2 мкм (термическая сажа).При движении в потоке частицы сажи могут увеличиваться за счет образ-я агрегатов, размер ко-х 10 мкм и более. Кроме того, что сажа яв-ся недожогом, т.е. происходит потеря углеводородов, она обладает вредными св-ми, что объясняется присутствием в ней сложных углеводор-ов типа Б(а)П.

Сажа практически всегда присутствует в дымовых газах, прежде всего, за счет большего, чем нужно кол-ва окислителя в зоне горения. Кол-во сажистых частиц зависит от способа и от качества смешения топлива с окислителем. Сущ-ют и технические факторы, которые влияют на образ-е сажи:

-объем топочного пространства;

- форма топочной камеры;

- степень экранирования топки;

- степень расплывания топлива.

Та. частицы, попадая в атм-ру, нах-ся в ней в виде пылей, аэрозолей, летучей золы, коксовых частиц. Тв. частицы составляют около 10% от общей массы техногенных загрязнителей атм-ры, но ущерб от них яв-ся значимым. Тв. частицы поражают легкие человека, снижают прозрачность атм-го воз-ха, увеличивают кол-во осадков, туманов, влияют на почву и растительность. Основной вклад в загрязнение атм-ры вносят частицы размерами от 0,1 до 10 мкм.

Следует отметить, что до сих пор нет единой теории образования сажи. Классической теорией является теория Теснера. В основе реакции образования лежат процессы полимеризации:

НС  С – С = С – С  СН  Н – С =С – С = С – С = СН  зародыш сажи

НС

НС

С

С

С

С

молекула сажи образуется в результате дальнейшего роста зародыша сажи.

Образование сажи и кокса в ходе топочного процесса происходит параллельно, поэтому образуется на поверхности нагрева конгломерат, собственно сажи и мелкодисперсного кокса, назыв-го котельной сажей.

5. Теория образования газообразного недожога в топках котлов

Горение жидкого топлива начинается с присоединения к углероду кислорода и образования спиртов и альдегидов. Последние расщепляются или окисляются с образованием формальдегида (НСНО), который при недостатке кислорода распадается с образованием СО. Кроме того, при сжигании любых углеводородных топлив в качестве промежуточных продуктов (радикалов) образуются СН, НСО и т. п., через которые также возможно образование оксида углерода.

Завершающими реакциями горения углеводорода (в углеводородных топливах) является образование СО и его переход в СО2.

Характерные причины образования СО:

1. Отсутствие окислителя или его недостаток в высокотемпературной реакционной зоне.

2. Некачественное смешение горючего и окислителя.

3. Неудачная конструкция горелочного устройства.

4. Снижение температуры в реакционной зоне (или недостаточное время пребывания в реакционной зоне).

5. Слишком большая степень экранирования топки при малом ее объеме.

6. Большой коэффициент избытка воздуха.

7. Неудачное расположение горелочных устройств и колосниковой решетки.

8. Касание пламенем холодных поверхностей нагрева и т. п.

Оксид углерода очень стабилен и в атмосферном воздухе может находиться до 4 месяцев. Суммарная эмиссия СО только в результате деятельности человека составляет около 300 млн т/год, т.е. 20 % всех выбросов СО, поступающих в атмосферу.

Оксид углерода не влияет отрицательно на металлы и другие строительные материалы, не оказывает вредного воздействия на жизнедеятельность растений при концентрации менее 125 мг/м .

Воздействие угарного газа СО на организм человека общеизвестно. Гемоглобин крови НЬ имеет в 210 раз большее родство с СО, чем с кислородом. Таким образом, СО активнее взаимодействует с гемоглобином (в 200 раз и более), образуя карбоксигемоглобин крови СО(НЬ), который снижает поступление кислорода к клеткам организма. Вторичный эффект воздействия СО(НЬ) состоит в том, что он мешает реализации кислорода, переносимого остальным гемоглобином.

6. Теория образования SOx при сжигании органического топлива

Горючая сера как сумма органической и колчеданной (S° + Sк) содержится в жидком топливе в количестве 0,05-0,15 % (керосин) и до 3,5 % в мазутах.

В процессе сжигания топлива, содержащиеся в нем сернистые соединения, сгорают с окислением серы, в основном, до диоксида серы.

В небольших количествах образуется триоксид серы S03. SO2 образуется при сжигании 98-99%, и около 1% SO3.

SO3 более токсичное в-во чем SO2, пагубно влияет не только на растительность, но ина теплотехническое оборудование.

С увеличением концентрации кислорода количество S03 будет увеличиваться до некоторого максимального значения, фиксирующегося при избытке кислорода (коэффициент избытка воздуха 1,15-1,30). При последующем увеличении избыточного воздуха S03 будет снижаться.

Дальнейшее превращение S02 в S03 может происходить в атмосфере, но чрезвычайно медленно, однако гетерогенная катализация на поверхности твердых частиц может увеличить скорость превращения. При интенсивном солнечном освещении скорость фотохимической реакции окисления диоксида серы в триоксид составляет 0,1-0,2 % в час.

Концентрация SOx в уходящих газах полностью зависит от содержания в топливе горючей серы. При сжигании жидкого топлива практически вся сера переходит в SO х.

Влияние различных факторов на образование SOХ

1)с ростом нагрузки степень улетучивания серы увеличивается (связано со временем контакта дымовых газов и летучей золы)

2)с ростом температуры степень улетучивания серы растет, т.к. при t = 1000 – 1200 0С имеет место диссоциация сульфатов

CaSO4 = CaO + SO2 + Ѕ O2, т.е. обратное выделение SO2 из сульфатов, образовавшихся в летучей золе в начальных стадиях горения.

3)влияние длины факела. Наиболее существенное изменение с серой топлива происходит на расстоянии 3-4 м от устья горелки. Сера переходит в газообразное состояние.

4)Влияние температурного факела на образование серного ангидрида. При увеличении температуры, газы, находящиеся в топке уменьшают содержание SO3 (т.к. большая часть серного ангидрида образуется в факеле в основном в результате соединения SO2 с атомарным кислородом).

5)Уменьшение избытка воздуха однозначно увеличивает содержание SO4

6)Влияние нагрузки котла не влияет на образование SO4

Оксиды серы относятся к наиболее опасным загрязнителям. На их долю приходится наибольший ущерб животному миру, растительности и различным сооружениям из металла и камня.

Оксиды серы активно взаимодействуют в атмосфере с оксидами азота, образуя токсичные комплексы, негативное воздействие которых значительно сильнее, чем отдельных компонентов.

В атмосфере оксиды серы способны переходить в сульфат-ион S04 и серную кислоту, воздействие которых в 5-10 раз сильнее, чем воздействие S02.
7. Снижение эмиссии NOx

Методы снижения выбросов оксидов азота после сжигания органического топлива разделяются на первичные и вторичные.

Первичные мероприятия связаны с организацией горения топлива, при которой снижается образование NOx. К ним относят: снижение температуры горения, снижение избытков воздуха в зоне активного горения, снижение парциального давления кислорода в воздухе для горения путем рециркуляции дымовых газов, сокращение времени пребывания топлива в зоне горения, использование принципа организации ступенчатого горения. Первичные мероприятия дают хороший эффект при сжигании природного газа, а также мазута, а при сжигании угля их использование ограничивается появлением продуктов неполного сгорания горючих компонентов, что снижает эффективность котельной установки.

Вторичные мероприятия по очистке дымовых газов включают: селективное термическое восстановление NOx (ввод NH3 в высокотемпературную зону, в результате чего образуется безвредный молекулярный азот), селективное каталитическое восстановление (СКВ) оксидов азота, электронно-лучевой способ, абсорбционный способ, применение активированного кокса.

Наибольшее распространение из вторичных мероприятий в мировой практике получили первые два способа. Существуют два варианта СКВ-способа, различающихся по месту расположения каталитического реактора (до и после пылеочистного оборудования),- запыленный и малозапыленный.

Электронно-лучевой способ очистки: с помощью свободных радикалов О, ОН, НО2, образующихся в электронных пучках, проводится окисление NOx в присутствии воды до HNO3, а затем нейтрализация кислоты дозированием аммиака с образованием конечного продукта – нитрата аммония. Этот способ, так же как и применение активированного кокса, ведет к снижению выбросов SO2 и NOx.

К абсорбционным, или мокрым, способам очистки относят:

  1. окислительно- абсорбционно-редукционный способ связывания при помощи абсорбентов NaOH, NH3, H2SO4, CaO и СaO/CaCO3 и водного раствора катализатора;

  2. абсорбционно-окислительный способ с использованием в качестве окислителя KOH/KMnO4 или CaCO3/Ca(OH)2;

  3. абсорбционно-редукционный способ подачи в очищенные от пыли газы ограниченного количества комплексных реагентов с выделением газообразного азота.


8. Снижения эмиссии SOХ

Одной из наиболее острых проблем защиты ОС от загрязнений выбросами пром предприятий является защита воздушного бассейна от газообразных примесей, выбрасываемых с продуктами сгорания органических топлив. В процессе сжигания топлива, содержащиеся в нем сернистые соединения сгорают с образованием оксидов серы SOХ, представляющие собой сумму диоксида и триоксида серы (SO2 +SO3). Оксиды серы относятся к наиболее опасным загрязнителям.

Снижение эмиссий SOХ достигается предварительным извлечением серы в результате механического, химического или иного обогащения топлива. Физическая очистка представляет собой процесс измельчения угля до той окружности кусков, когда колчеданная сера высвобождается из структуры угля. Далее разделяют минеральные и угольные частицы. Для отделения органической серы приходится применять дорогостоящие процессы для разрушения сернистых соединений. Часто используются процессы окисления. При обработке щелочами обеспечивается 55% извлечения колчеданной и 50% органической серы. Еще одним способом может служить предварительная газификация топлива. Так же добиться снижения эмиссии SOХ можно путем:

- связывания серы в процессе сжигания,

- создания потоков с кипящим слоем,

- создание парогазовых установок с внутри цикловой газификацией,

- сероочистка дымовых газов.

Кроме того существуют некоторые способы десульфации которые позволяют одновременно улавливать SOХ и NOХ. В США разработан способ облучения дымовых газов потоком электронов, в качестве реагента используется известь или аммиак, вдуваемые в дымовые газы с последующим облучением потоков электронов. Образуются радикалы, окисляющие SOХ и NOХ до серной и азотной кислот, которые нейтрализуются с образованием сульфатно-нитритных соединений и используются в качестве удобрений.

9. Снижение эмиссии аэрозолей

Устройства, в которых частицы осаждаются под действием сил тяжести, инерции либо и тех и других, принято называть механическими осадителями. В гравитационных осадителях частицы осаждаются из потока газа под действием собственного веса. В инерционных - поток внезапно подвергается изменению направления движения, при этом возникают инерционные силы, которые стремятся выбросить частицы из потока.

К механическим обеспыливающим устройствам относятся осадительные камеры, инерционные пылеуловители, циклоны

Осадительные камеры предназначены для улавливания грубодисперсных частиц размерами от 50 до 500 мкм и более, движущихся с потоком в горизонтальном направлении.



Рис. - Осадительные камеры: 1-пылеосадительная, 2-камера Гаварда

Для осаждения под действием гравитации газ медленно пропускают через большую камеру. Расстояние, требуемое для осаждения частиц, можно уменьшить путем разделения пространства камеры несколькими горизонтальными параллельными плоскостями.

Недостаток – громоздкость и затруднения при очистке самого аппарата.

В инерционных пылеуловителях очистка производится за счет резкого изменения направления потока, в результате чего частицы пыли по инерции ударяются о поверхность, выпадают и удаляются из аппарата через разгрузочные устройства.



Рис. - инерционные пылеуловители: 1,2-пылевые мешки; 3-жалюзийный пылеуловитель.

Недостатки - сложность очистки и абразивный износ. Их эффективность не более 70-75 % при размерах пылевых частиц 30-40 мкм. Достоинства - возможность встраивать эти аппараты в газовоздушные тракты технологической системы.

Циклон состоит из двух частей - цилиндрической трубы и суживающегося книзу конуса. Запыленный газ по спирали движется внутри аппарата. Взвешенные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам циклона и, теряя скорость, опускаются но его конической части.

Циклоны широко используются в цементной, угольной, химической, деревообрабатывающей промышленности, металлургии. Средняя эффективность (или КПД циклона) обеспыливания газа составляет 98 % при размерах частиц пыли 30-40 мкм, 80 % - при 10 мкм и 60 % - при размерах частиц 4-5 мкм. Основной недостаток циклонов - большой абразивный износ проточных частей аппарата пылью.



Мокрые скрубберы - это устройства, в которых для улавливания частиц используется жидкость. В одних скрубберах первичный захват происходит на водной поверхности, в других - водой смывают частицы, осажденные на твердой поверхности. В последнем случае в качестве первой ступени очистки используется циклон или фильтр.

В мокрых скрубберах реализуется тесный контакт газа и жидкости, сопровождающийся генерацией капель.




10. Основные принципы переноса загрязнений в атмосфере

Рассеяние примеси в атмосфере определяется многими факторами, главными из которых являются: мощность источника выброса примеси; его высота; температура смеси, скорость ветра; состояние атмосферы, характеризуемое классом устойчивости.

Мощность источника примеси - это масса примеси, выходящей из источника в единицу времени.

Источники делят на высокие и низкие. К низким источникам относят выбросные трубы, вентиляционные шахты, дефлекторы и другие источники, выбросы которых производятся непосредственно в зоны аэродинамических теней зданий и сооружений. К высоким источникам относят трубы, выбрасывающие вентиляционный воздух и технологические газы в верхние слои атмосферы. Классификация источников на высокие и низкие производят по их эффективной высоте, которая складывается из геометрической высоты трубы h и высоты подъема факела ?Н за счет собственной скорости струи и ее перегрева относительно окружающего воздуха:

H=h + ?H

Чем выше температура выбрасываемых газов и скорость их выхода через устье трубы, тем больше эффективная высота источника.

По геометрическим характеристикам источники делят на точечные, линейные и площадные. К точечным источникам примеси можно отнести дымовые трубы. Примером линейного источника может служить оживленная транспортная магистраль, от которой распространяются выхлопные газы автомобилей. Промышленный район, в котором сосредоточено большое количество дымовых труб различных предприятий, в ряде случаев можно рассматривать как площадной источник.

Важнейшим фактором, определяющим рассеяние примеси, является степень устойчивости атмосферы. Примесь, выброшенная в атмосферу, переносится ветровым потоком и турбулентными вихрями. Интенсивность турбулентного переноса существенно зависит от температуры поверхности земли и распределения температуры воздуха в приземном слое атмосферы.

В случае если вблизи земли температура воздуха выше, чем в более высоких областях приземного слоя, состояние атмосферы будет неустойчивым. И наоборот, устойчивому состоянию атмосферы соответствует более высокая температура на некоторой высоте над землей, чем у ее поверхности.

11 Влияние аэродинамических и теплофизических факторов на процессы тепломассообмена в атмосфере

Аэродинамика:1)скорость ветра, 2)давление, 3)температурные локальные эффекты

Теплофизические факторы:1)инверсия (изменение температуры с высотой, время суток, теплота Земли), 2)температуры выброса, высота над поверхностью Земли, 3)турбулизация потока: -механическая (шероховатость), -конвективные перемещения.

Сложное строение атмосферы, обуславливается различными физическими свойствами слоев (разл плотности, темп-ры, влажность, и др.).

Конвекция– перенос отдельных масс воздуха приводящий к перемешиванию. Конвекция имеет турбулентный характер. Для атмосферы характерна свободная конвекция. Это объясняется имеющимися изменениями температурного горизонта. У поверхности Земли тем-ра воздуха и скорость ее изменения оказывают существенное влияние на картину конвекции. Перенос загрязнений в атм в основном обусловлен двумя составляющими атмосферного давления: 1) поле среднего ветра, за счет которого загрязнение переносится от одной точки к другой, 2) турбулентное движение, которое рассеивает примеси относительно некоторого центра

Чтобы разобраться в этих явлениях важно рассмотреть особенности атмосферного движения вблизи Земли, влияние трения атмосферы о поверхность Земли, эффект диффузионного потока тепла на поверхности и влияние поля ветра на турбулентность и перенос загрязнений. Большинство перечисленных явлений наблюдается в пограничном слое (планетарный слой), где движения в основном не подвержены влиянию приземного трения и охлаждения или нагревания.

В приземном пограничном слое ветровой поток подвержен влиянию шероховатостей подстилающей пов-ти и вертикального темпер-го градиента. Для переходного слоя ветровой поток подвержен влиянию поверх-го трения, градиента плотности и вращения Земли.

Тепловая конвекция рассматривается применительно к процессам загрязнения воз-ха, как вертикальный механизм переноса. Свободная конвекция имеет место, когда движение целиком или частично обуславливается собственной плавучестью, которая возникает при нагревании воздуха, расположенного непосредственно у поверхности Земли

Вынужденная конвекция – движение, вызываемое другими причинами, в этом случае плавучесть не влияет на движение и коэффициент теплопередачи; она возникает, когда Земля на много теплее воздуха, проходящего над ней. Именно в это время турбулентная структура атмосферы заметно отличается от обычной и рассеяние примесей в это время сильно увеличивается в вертикальном направлении

На траекторию ветра могут влиять некоторые локальные эффекты, н-р: долинный поток, который существенно повлияет на траекторию примесей. Примесь, попавшая в долину, будет накапливаться в ней. В условиях слабого градиента ветра неравномерный нагрев долины может вызвать ветры, дующие по долине: вниз ночью, вверх днем.

Еще одним типом локального ветрового потока может быть бризовый поток, который возникает из-за разницы температур между сушей и водной поверхностью. Примесь, перемещаясь внутри этой циркуляции, будет возвращаться и увеличивать загрязнение.

Третьим типом является городская застройка. Известно, что температура наружного воздуха в городах на несколько градусов выше, чем в окружающей местности, что способствует возникновению восходящего движения воздуха у поверхности земли внутри города. Это происходит при нормальных метеоусловиях, когда температура воздуха понижается с высотой. При наступлении инверсии воздух «запирается внизу», находящимся выше его слоем третьего воздуха. В этом случае распределение темп-ры по высоте имеет противоположное распределение. Инверсия – это состояние атмосферы, при котором температура воздуха в тропосфере не убывает с высотой. Обмен воздушными массами резко снижается и происходит накопление в инверсионном слое атмосферы города вредных примесей.

12. Основные положения теории турбулентности из классической гидродинамики

Общепринятые статистические и феноменологические подходы к механизму турбулентности, как правило, малоприменимы к процессам в свободной атмосфере, которые, в свою очередь, важны в описании, например, процессов рассеяния атмосферных примесей.

Основные понятия турбулентности

Впервые, при изучении движения жидкости по трубам, в результате опыта, проведенного Рейнольдсом, было дано определение турбулентного течения как неупорядоченного движения. Турбулентное движение наблюдается не только в трубах, но и в пограничных слоях.

Для объяснения сложнейшего вопроса о возникновении турбулентности в разное время выдвигалось много гипотез. В одной из них обсуждаются условия, при которых малые возмущения растут и вызывают превращение ламинарного течения в турбулентное. Такой подход к проблеме наиболее рационален, поскольку такое превращение весьма обычно в атмосферных процессах. Для природы естественны не критическая ситуация, в которой может или не может возникнуть турбулентность, а неустойчивые или устойчивые состояния, которые проявляются в течение нескольких минут или часов.

Некоторые сложные волновые движения могут иметь много признаков турбулентного течения, но не вызывать при этом рассеяния или диффузии какой бы то ни было субстанции, переносимой жидкостью.

Существует некоторое среднее движение с добавленными к нему пульсациями. Среднее движение описывается точно, а флюктуации – статистическими методами. Разделение потока на среднее и флюктуационное на основе различных критериев может проводиться достаточно субъективно. В результате турбулентность (флюктуационная часть процесса) уже выступает не как объективное свойство движения, а как объект, произвольно определяемый по нашему усмотрению. Таким образом, формулировка определения турбулентности для данной ситуации может стать отражением реальных особенностей течения.

Часто встречается определение турбулентности как сложного движения, вызывающего диффузию. Примером может служить перемешивание красителя в растворителе или рассеивание табачного дыма.

Турбулентность способствует диффузии частиц вещества в сплошной среде (применительно к атмосфере – аэрозолей типа дыма и паров воды), а также любой из его характеристик: цвета, химического состава и т.п.

Частицы жидкости обладают тепловой и кинетической энергией, энергией вращения и поступательного движения. Есть свойства, не присущие постоянно жидким веществам, некоторые из них диффундируют под действием градиента давления, или механизма молекулярного переноса.

Пульсации плотности могут передаваться в жидкости под действием звуковых волн, а пульсации концентрации только при движении самого вещества.

Скорость жидкости в точке может пульсировать либо из-за вихрей, играющих частицами вещества, либо из-за волн, идущих во всех направлениях и вызывающих колебания частицы относительно ее среднего положения. При прекращении возмущения, колебания прекращаются и частицы возвращаются в прежнее положение
13. Приложение теории турбулентности к атмосферным процессам

В стратифицированной жидкости турбулентное движение перемещает частицы жидкости с увеличением их потенциальной энергии. Рассмотрим воздушную среду, в которой теплый воздух, подвергающийся воздействию турбулентного перемешивания, находится сверху. Тогда распределение потенциальной температуры становится более однородным, так как верхние слои охлаждаются, а нижние нагреваются. Для всей массы среды потенциальная энергия в поле силы тяжести возрастает вследствие подъема ее центра тяжести. В то же время основное движение горизонтального течения с вертикальным градиентом скорости работает против турбулентных напряжений и его энергия будет расходоваться на усиление турбулентности. Ричардсон показал, что если количество энергии, расходуемое таким образом, меньше работы против силы тяжести, то турбулентность затухает. Если, где Ri - критерий Ричардсона; - коэффициент статической устойчивости; = du/dz - вертикальный градиент скорости, то энергии для поддержания турбулентности недостаточно. В действительности турбулентность начинает затухать при еще меньшей степени стратификации, поскольку значительная часть энергии турбулентного режима перераспределяется в пользу меньших вихрей и затем рассеивается за счет вязкости. Число Ri является локальной характеристикой, которая может меняться от точки к точке.

Количество движения может передаваться поперек основного потока стационарными гравитационными волнами при условии, что поверхность, содержащая гребни, смещена относительно вертикали.

Поток количества движения направлен вверх от препятствия на подстилающей поверхности, которая, в свою очередь, испытывает в направлении течения действие силы, называемой волновым сопротивлением. Это условие излучения энергии, которое справедливо для бесконечной среды.

Применительно к атмосфере существуют две математические трудности. Первая: убывание плотности с высотой означает постепенное увеличение амплитуды волн, что делает задачу существенно нелинейной. Вторая трудность возникает, когда скорость волн относительно воздуха оказывается равной нулю на некоторой высоте над земной поверхностью (это обычно означает, что на указанной высоте скорость ветра равна нулю относительно препятствия, порождающего волны). Кроме того, полагают, что волны отражаются или затухают на высоте свыше 150 км за счет вязкости, тем самым упрощая задачу, связанную с первой трудностью.

Уравнение Рейнольдса справедливо лишь в том случае, когда в атмосфере имеется набор разновидностей вихрей с размерами, соответствующими диапазону турбулентного спектра, который практически не содержит энергии; с другой стороны, без существования такого «провала» в спектре невозможно определение основного «осредненного» течения. Эта трудность может быть преодолена с помощью общего предположения о том, что, во-первых, независимо от сути турбулентного процесса его эффекты могут быть описаны в терминах К-теории и, во-вторых, что для описания этого процесса можно применять уравнение молекулярной диффузии, но с коэффициентом в 103-104 раз большим, чем коэффициент молекулярной диффузии. Однако проблема определения операции осреднения не может быть решена простым умолчанием о ней, а коэффициент турбулентного переноса К не имеет смысла без такого определения, так как неясно, как он изменяется в пространстве, в частности с высотой, и с какой скоростью изменяется в разных направлениях. Скорости переноса в атмосфере часто изменяются на несколько порядков за сравнительно небольшой промежуток времени (в несколько часов) и очень сильно различаются для разных диффундирующих субстанций. Разнообразие форм турбулентных процессов столь велико, а их эффекты столь различны, что не существует единой теории турбулентности.


14. Общие принципы рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере

Рассеяние веществ в атмосфере не определяется диффузией и не может быть в полной мере объяснено теорией переноса, так как коэффициент диффузии, который лучше всего ее характеризует, очень сильно меняется во времени и пространстве. В случае, когда выбрасываются загрязн-ие в-ва, обладающие значительной плавучестью, именно последняя является основной причиной их рассеяния. Принцип аналогии Рейнольдса, гласящий, что количество движения и масса разбавляются одинаково, отвечает действительности только в теории частично турбулентных течений.

Рассеяние вызывается движениями, которые могут быть названы вихревыми. Для использования статистических методов необходимо, чтобы интервал времени наблюдений или объем контролируемого пространства охватывал достаточно большое число этих вихрей. Однако это может быть неэффективно, поскольку временной масштаб флюктуации не ограничен. Необходимо также учитывать, что время отбора проб всегда влияет на значение полученных концентраций, следовательно, есть и ограничения применения теории турбулентной диффузии.

В общем случае диффузионные теории сводятся к определению коэффициентов диффузии и анализу результата сопоставления с данными имеющихся измерений. Данные измерений, как правило, характеризуются большим разбросом и не могут обеспечить проверку какой бы то ни было гипотезы. Такие измерения обычно относят к ситуациям, когда погодные условия, объемы выбросов и многие другие факторы различны.

Эти и многие другие обстоятельства привели к созданию новых теорий, в частности теорий баланса загрязняющих в-в, которые грубы в предельных случаях, но просты и доступны. Они представляют собой простое математическое выражение принципа неразрывности, из которого следует, что загрязняющие в-ва либо остаются вблизи источника, либо переносятся в соседние области пространства, либо могут быть разбавлены в большом объеме путем подъема и перемешивания в вышележащих слоях.

Детальность рассмотрения каждой конкретной ситуации, источников и стоков разнообразных загр-х в-в зависит от детальности имеющейся информации. Используемые концепции метеорологии и механики жидкости и газа обычно элементарны, но техника вычислений может быть чрезвычайно сложна и зависит в большей степени от выбранной физической и феноменологической моделей рассматриваемого процесса.

15.Распространение загрязняющих веществ от трубы

Движение воздуха в атмосфере почти всегда происходит с большими числами Рейнольдса и малыми числами Маха, поэтому (за исключением случая, когда ветер слаб и изменчив) при всех прочих равных условиях, оно происходит в режиме подобия. Суть его в том, что объем воздуха, в который выбрасываются загр-ие в-ва, пропорционален скорости ветра, так что концентрация пропорциональна интенсивности выброса и обратно пропорциональна скорости ветра.

Из геометрического подобия следует, что концентрация заг-х в-в пропорциональна (d – диаметр конуса). На определенной стадии дымовой шлейф должен соприкоснуться с землей. Если загр-ее в-во поглощается поверхностью, то его концентрация в шлейфе уменьшается.


Рис 1 – Распространение ЗВ в параболической и конической струях

Если поглощение отсутствует, то загр-ее в-во в шлейфе вблизи поверхности находится в такой концентрации, как если бы существовал фиктивный источник, симметричный действующему относительно отражающей поверхности (рис. 2).


Рис 2 – Распространение загрязняющей примеси в струе над подстилающей поверхностью:

1 – профиль концентрации загрязнения в вертикальной плоскости;

2 – профиль концентрации загрязнения на уровне земли



Рис.3.-Карта изолиний постоянной приземной концентрации примеси, выброшенной из высокой трубы

На практике многие источники загрязнения являются одновременно и источниками тепла. Архимедовы силы вызывают подъем выбрасываемых газов на условную высоту h', называемую термическим подъемом (рис. 4.).


Рис. 4.- Использование фиктивного источника для описания распространения всплывающей струи

Тогда формула для максимальной концентрации может быть представлена в виде



где N - числовой множитель, определяемый через угол при вершине конуса и профиль концентраций в поперечном сечении, N?0,15. Формула показывает, что концентрация в приземном слое существенно уменьшается с увеличением высоты трубы.

Поток загр-их в-в проходит через всю площадь сечения



Нагретые газы, выбрасываемые из трубы, поднимаются выше, чем ненагретые. Горизонтальный ветер может заставить вытекающую струю изогнуться.

Для вычисления скорости истечения из трубы всплывающей напорной струи используем формулу



Где . Ф - поток плавучести, определяемый архимедовой силой; к и т - коэффициенты пропорциональности, которые должны быть измерены; константы С и с определяют, как будет вести себя струя: как свободная, как напорная или как нечто среднее.

Считается, что после изгиба скорость струи приобретает скорость ветра.


16. Основные теоретические подходы, используемые для описания процессов рассеивания примесей в атмосфере

Вредное вещество от сжигания органич. топлива и технологич. газы др. производств содержат различ. вред. вещества и используемые в настоящее время методы борьбы не позволяют снизить их концентрации до уровней безопасных для человека и природы в целом, и только поэтому рассеивание в атмосфере отходящих газов любых промыш-х источников яв-ся важным элементом в общей системе мер по снижению конц-ции вред. вещ-тв на уровне дыхания человека. Для описания процессов рассеивания примесей в атмосфере, определения поля их концентрации используют 2 альтернативных подхода:

1. Основан на решении полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии, с использованием градиентной теории переноса (перенос вещества пропорционален градиенту его концентрации) или «К-теория».

2. Базируется на статистической модели, предполагая наличие нормального закона распределения (распределения Гаусса) концентрации в газовом облаке.

Наиболее известными моделями рассеивания доведенными до расчетных методик является: 1.Модель, разработанная в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова (ГГО). Эта модель является основой общероссийского нормативного документа ОНД-86. 2. Модель института экспериментальной метрологии. 3. Модель Поскуилла - Гиффорда (основа всех методик МАГАТЭ).

Две первые методики яв-ся комбинированными и используют с разными подходами градиентную и гауссову теории. Особенностью методики ГГО яв-ся возможность определения поля конц-ций для опасной скорости ветра и для наиболее неблагоприятных условий рассеивания в атмосфере. Вторая модель позволяет решать более широкий круг задач с учетом различных условий состояния атмосферы, используя надежные эмпирические зависимости, в основе кот. лежат уникальные экспериментальные данные


17. Расчетная методика рассеивания вредных веществ в атмосфере, разработанная в ГГО им. А.И. Воейкова

Методика ГГО базируется на численных решениях основного уравнения турбулентной диффузии примеси. Формулы, полученные с использованием логарифмической аппроксимации скорости ветровых потоков по вертикали: U=U1*log(z/zo)/lg(z1/z0), U-изменение скорости, z-координата удаления по вертикали.

Величины, входящие в эту формулу, зависят от состояния атмосферы. Устойчивость атмосферы опред-ся параметром Будыко: Б=?Т/U21. При использовании этого парам-ра берется дополнит-ое осреднение, которое учитывает изменение направления ветра.Так было получено аналитическое решение основного ур-я переноса, кот-ое было дополнено численными расчетами и затем аппромсими-но простыми формулами и таблицами, в рез-те чего была получена методика, которая в конечном итоге была представлена общероссийским документом ОНД-86. По этой методике расчет концентраций примесей проводится не для любых погодных условий, а только для опасных (неблагопр-х). Кроме конц-ии с помощью этой методики можно определить опасную скорость ветра – это та скорость, при которой приземная концентрация окажется максимальной.

Методика яв-ся нормативным документом и предназначена для расчета рассеивания примесей от стационарных источников выбросов прм-х предпр-ий. С ее помощью определяется разовая конц-ция, относящаяся к 20-30 минутному интервалу осреднения. В качестве критерия, с кот-ым сравнив-ся полученные конц-ии, использ-ся значения ориентировочно безопасных уровней загрязнения воз-ха (ОБУВ) в порядке, установленном Минздравом России.

Чтобы выявить лояльность этой методики были проведены многочисленные сравнения результатов, расчетов и эксперим-х данных. Подобные сравнения проводились для предпр-ий, сжиг-х органич-ое топливо.Сравнивались рез-ты по рассев-ю SO2, тв. аэрозолей (зола). Обработка данных велась путем построения графиков зависимостей конц-ии от скорости ветра и проведения на них огибающих кривых, соответ-х величинам наибольших конц-ий. Обработка полученных данных позволила сделать вывод, что методика ОНД-86 корректна при расчете загряз-х веществ от высоких источников выброса, но дает существенно завышенные результаты при расчете рассеивания от низких источников вред. выбросов. Н-р, при расчете выбросов компрессорных станций манистральных газопроводов опасная скорость ветра получается 10-15 м/с, тогда как на практике она 2-5 м/с. Поэтому фактич-ая конц-я загр-ий в 90% случаев будет существенно меньше расчетной. Поэтому необходимо было разработать дополнения к заявленной методике.

Ученые ВНИИгаза совместно со специалистами ГГО им. Воейкова разработали дополнения к методике, ориентированные на выбросы компрессорных станций: уточнена расчетная схема характерных условий выхода газовоздушной смеси из труб компресс-х станций и были модифицированы зависимости безразм-х коэфф=ов по отношению к расчетной скорости ветра Um(t1=U|Um), U – расчетная скор-ть ветра, Um – опасная скор-ть ветра.

Сравнение расчетов конц-ии по ОНД-86 и дополнению к ней
Из графиков видно, что усовершенствованная расчетная схема существенно уменьшает значения конц-ий загрязнителя по сравнению с ОНД-86.

Недостатки использования ОНД-86: 1) невозможно рассчитать интенсивные нестационарные выбросы, н-р, которые сопровождают аварийные ситуации. 2) методику недьзя использовать для прогнозных расчетов 3) методика разработана для получения конц-ии при неблагоприятных условиях.

18. Общие закономерности разбавления сточных вод

Использование водных ресурсов на современном этапе связано с качеством используемой воды, которая, так или иначе, возвращается в объекты гидросферы. Поэтому большое внимание необходимо уделять, прежде всего, очистке сточных вод перед выпуском их в гидросферу.

Разбавление сточных вод - процесс снижения конц-ии вещ-ва в водоемах и водотоках. Кратность разбавления характеризует интенсивность процесса разбавления:

n=(Q+Q0)/Q0, где Q-расход водного потока среды, м3/с; Q0-расход сточных вод, сбрасыв-ых в водоемы или водотоки, м3/с.

Интенсивность разбавления м/б выражена и ч/з конц-ии: n=(C0-Cв)/C-Cв., С0, Св, С-конц-ции загряз-х в-в соответственно в сточ. водах, водоеме и водотоке до выпуска сточных вод в рассматриваемом сечении.

Кратность разбавления для водотоков



? – безмерный коэф-т, показывающий какая часть расчетного расхода водотока будет учитываться в смешении (? ? 1). Qв-расчетный расход водотока, м3/с.

Схема распространения сточных вод в водотоке

111111.jpg

I зона - начальное разбавление, в кот-м процесс разбавления происходит за счет эжекции окружающей воды турбулентным струйным потоком. Чем больше имеет скоростных показателей выпускаемый из труб поток сточных вод, тем выше скорость обмена конц-ми м/у водой природной и водой сточной. Поэтому в этой зоне набл-ся значит-ое снижение начальных конц-ий. Эта зона отсчит-ся до сечения водотока, где разность скоростей струйного потока и природной воды становится незначит-ой.

II зона - створ полного перемешивания и разбавления, в ней происходит снижение конц-ии, но менее интенсивно, чем в I зоне и это снижение опред-ся интенсивностью турбулентного обмена самого водотока.

III зона – конц-ии имеют выровненную эпюру по всему сечению водотока, т.е. конц-ии будут примерно одинаковы. В этой зоне действие от загр-х в-в почти незаметно. Идут процессы снижения конц-ии только за счет процессов самоочищения водотока.

Зная кратность разбавления на каждом из участков можно рассчитать общую кратность разбавления

от места выпуска до первой точки

от первой точки до второй

общее на рассматриваемом участке водотока

Разбавление сточных вод в водоеме или водотоке определяется в рез-те комплекса мероприятий:1) распределением сточных вод в начальном сечении водоема (в месте сброса), кот-ое зависит от конц-ии на выпуске, 2) начальным разбавлением сточных вод, происходящим под действием турбулентных струй, 3) основным разбавлением сточных вод, обусловленным гидродинамическими процессами водоемов и водотоков. Кроме этого, на разбавление влияет наличие ветрового потока, фактор температурной стратификации, морфологические харк-ки русла, проточность и др

19.Методы расчета разбавления сточных вод для водотоков.

Метод Родзиллера основан на решении диф.ур-я турбулентной .диффузии:



При след-х условиях: область речного потока рассм-ся безграничной, начальное разбавление отсутствует, выпуск сосредоточенный.

Этот метод наиболее распространен, рекомендован к прим-ю для больших и средних рек. Концентрация (Сmax) максимально загрязненной струи:



С – конц-я в створе полного перемешивания, L- расстояние, ? – к-нт, который зависит от гидравлич. условий смешения:

? – коэф-т, кот. учит. место расположения выпуска (для берегового ?=1;для руслового ?=1,5); ? – коэф-т извилистости, определяемый как отн-е полной длины русла от выпуска до расчетного створа L к расстоянию м/у этими сечениями по прямой Ln; D – коэф-т турб-ой диффузии.

Для расчета кратности разбавления на заданном расстоянии коэффициент смешения вычисляют по след. формуле:

QВ – расчетный расход водотока, Q0 – расход сточной воды, сбрасываемой в водоток; L – расстояние, где хотели знать концентрации.

Коэф-т турб-ой диффузии определяют по формуле Караушева:



или.по формуле Маккавеева:

Н – ср. глубина, м; Vx – ср. скорость, м/с; Сш – коэф-т Шэзи; М – функция коэф-та Шэзи; mБ – коэф-т Буссинеска (для воды mБ=22,3).

Коэф-т турб-ой диффузии для равнинных рек может быть найден по формуле Потапова:



Метод Караушева основан на решении ур-я турб-ой диффузии:



Решается методом конечных разностей для плоской задачи.



Справедливо для установившегося потока в форме конечных разностей.

Схема расчетных клеток к методу А.В. Караушева.



Изменение концентрации, согласно схеме:



где

Получим коцентрацию в-ва в клетке (k,m), равную среднему ариф-му из конц-ии в-ва в соприкас-ся с ней клетках, располож-х в предыдущем сечении:



Если область потока разбить на сетку из равных клеток, то размеры клеток будут связаны м/у собой зависимостью:



Размеры клеток связаны с начальными условиями выпуска:

у берега:

в середине русла:;
20.Методы расчета разбавления сточных вод для водоемов

Метод Руффеля основан на решении диф-го ур-я турбулентной диффузии для условий разбавления сточных вод в водоемах, когда основное течение вызывается ветром. Расчеты соответствуют максимальному загр-ю при ветре вдоль берега и постоянной его скорости, равной 5,5 м/с.

Начальное разбавление при выпуске в береговую часть:

верхняя треть глубины:

нижняя треть глубины:

Основное разбавление для водоемов:

для выпуска у берега

для выпуска вдали от берега

L – расстояние от выпуска до расчетного створа, м; ∆x – расс-е м/у расчетными сечениями: ?х=6,53Н1,167, для выпуска вдали от берега ?х=4,41Н1,167.

Основное разбавление n0 и полное n можно определить по спец-ым номограммам при известных L, H и рассчитанному nн.

Метод Лапшева используется для рассеивающих и сосредоточенных выпусков при скорости истечения сиочных вод V0=2 м/с, расположении выпуска от берегаи относительной глубине в месте выпуска Н/d0>30 (d0 – диаметр выпуска).

Наименьшее разбавление, наблюдающееся на расстоянии L от места выпуска:



А –параметр, определяющий изменение разбавления; Р – параметр, учит-ий проточность водоема и нагрузку от сточных вод для него; S – параметр, определяемый относительной глубиной водоема.

При сосредоточенном выпуске А=1, при рассеивающем выпуске:



l1 – рас-е м/у выпусками;

Параметр Р для случая, когда движение воды в водоеме опред-ся только стоком, находят по формуле:



Lв – длина водоема от места выпуска в направлении стокового течения., м; ?б – период обмена воды в водоеме; ?0 – суммарная площадь выпускных отверстий;W0 – годовой объем сбрасыв-х вод.

Когда течение в водоеме опр-ся ветром или известны скорости стоковых течениий, то.:

Vп – скорость течения; V0 – скорость на выпуске.

Параметр S в завис-ти .от глубины в районе выпуска рассч-ся:



S всегда ? 1.Если при расчетах S пол.>1, его принимают =1

21. Расчет предельно допустимого сброса для проточных водоемов

ПДС – это такое максим-ое кол-во загр-го в-ва, кот-ое можно сбросить в водоем, не превышая ПДК загр-го в-ва в месте водопользования с учетом разбавления.



q, м3/ч – максим-ый часовой расход сточных вод; Спдс, г/м3 - допустимая конц-я загр-го в-ва.

Максим-ый часовой расход сточных вод опред-ся по спец-ым отраслевым методикам и при определении ПДС в начале находят допустимую конц-ю загр-го в-ва, которая бы обеспечивала качество воды в данном водоисточнике. После чего, пользуясь методиками, расчит-ся максим-ый часовой расход ст. вод, при этом надо иметь в виду, что сброс массы загр-ой воды д/б увязан с расходом сточной воды. Если это условие не вып-ся, это приведет к конц-ии в-ва в данном объекте, превышающей ПДК. Кроме той конц-ии, которая имеется в стоках, учитывается и фоновая конц-я.

Основное уравнение для нахождения конц-ии:



СПДС – пред. доп. конц-я загр-го в-ва в воде водотока, г/м3, Сф – фоновая конц-я загр-го в-ва, определ-ая выше водозабора предприятия, г/м3, n – кратность общего разбавления сточных вод в водотоке.



nн – кратность начального разбавления, nо – кратность основного разбавления.

С учетом неконсервативности загр-го в-ва уравнение имеет вид



R – коэф-т неконсервативности, сут-1;t – время пробега от места выпуска ст.вод до расчетного створа, сут.

Коэф-т неконсервативности определ-ся либо по натурным наблюдениям или по справочникам. Этот коэф-т пересчитывают в завис-ти от темпер-ры воды и скорости истечения реки.

При установлении ПДС по параметру биохимического поглощ. кислорода (БПК)



k0 – усредненное значение коэф-та неконсервативности органич-х в-в, обусловливающих БПКполн фона и сточных вод; Ссм – БПК полн, обусловленное метаболитами и орг-ми веществами, смываемыми в водосток атм-ми осадками с площади водосбора на последнем уч-ке пути перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега.

Ограничения, связанные с работой этой формулы для различных водных объектов:

- для горных рек ССМ= 0,6-0,8 гр/м3.

- для равнинных рек, протекающих по территории с почвой, не очень обогащенной орг-ми в-ми ССМ= 1,7-2гр/м3;

- для рек болотного питания или протекающих по территории, с которой смывается повышенное кол-во орган-х в-в ССМ=2,3-2,5 г/м3.

- если расст-ие от выпуска ст.вод до конкретного створа меньше 0,5 суточного пробега, то величину Ссм принимают равной 0.

Начальную кратность разбавления учитывается в след-х случаях:

- для напорных сосредоточенных и рассеивающих выпусков в водоток при соотношении скоростей реки Vр и выпуска Vст

Vст?4Vр

При абсолютных скоростях истечения струи из выпуска, больших 2 м/с. При меньших скоростях расчет начального разбавления не производится.
22. Расчет предельно допустимого сброса для водохранилищ и озер

Расчет выполняется с учетом специфики гидродинам-го и биохим-го .состояния водоема. При этом используются формулы Караушева и Родзиллера, но сущ-ют некоторые дополнения:

Если раст-ие от выпуска ст.вод до контрольного створа < 0,5 суточного пробега воды, то БПК полн, обусловленное метаболитами и орг-ми веществами (Ссм) принимается =0. При наличии в водоеме устойчивых ветровых течений для расчета общего разбавления м/б использован метод Руфеля, но только в 2-х случаях:

1) когда выпуск произ-ся в мелководную часть или в верхнюю треть глубины водоема, где загр-ая струя распр-ся вдоль берега под действием прямого поверхностного течения, имеющего одинаковое с ветром направление;

2) когда выпуск произ-ся в нижнюю треть глубины водоема, и тогда загр-ная струя распр-ся к береговой полосе против выпуска под действием компенсац-го теч-я, обратного направлению ветраю

Этот метод имеет след-ие ограничения:

- глубина зоны смешения не должна превышать 10 м.

- расст-е от выпуска до контрольного створа вдоль берега в первом случае не превышает 20 км;

- расст-е от выпуска ст.вод до берега против выпуска во втором случае не превышает 0,5 км.

Кратность общего разбавления , тогда начальная кратность разбавления для мелководья:



q – расход ст.вод выпуска, м3/с.V – ск-ть ветра над водой в месте выпуска, м/с. Нср – ср.глубина водоема вблизи выпуска, кот.принимают 3-4 м на участке 100 м, 5-6 м на участке 150 м, 7-8 м на участке 200 м, 9-10 м на участке 250.

При выпуске в нижнюю треть глубины



Для водохранилищ и озер кратность основного разбавления

для выпуска у берега



для выпуска вдали от берега

L – расстояние от выпуска до расчетного створа, м; ∆x – расс-е м/у расчетными сечениями: ?х=6,53Н1,167, для выпуска вдали от берега ?х=4,41Н1,167.

Если сбрасываются сточные воды, содержащие несколько примесей, то

(1)

Степень очистки, необходимая по каждому ингредиенту, д/б приведена по лимитирующему показателю.

Необходимая степень очистки по i-му в-ву опред-ся:



В процессе расчета по каждому лимитирующему признаку вредности при превышении соотношения (1) необходимо решать, какое из превышающих загрязнений нужно удалять в первую очередь.


23. Движение аэрозольных загрязнителей в потоке

На ч-цу, движ-ся в потоке, действуют 3типа сил:1.внешние (тяжести, электрич-ие, магн-ые); 2.силы сопротивления среды; 3. взаимод-е м/у частицами. Последние очень слабы и ими можно пренебречь. Сопротивление среды (газа) при отсутствии эффектов инерции, связанных с вытеснением воздуха движущейся сферической частицей (Rep<0,05), выражается з-ом Стокса

Где F- сила сопрот-я потока, Н; Ur – относит-ая скор-ть ч-цы по сравнению с газом, см/с.

При подобном движении частицы, конечная скор-ть оседания опред-ся из условия равенства сил тяжести и сопротивления:

где ?p , ?g –плотность частицы и газа соответственно, г/см 3

Если размер ч-цы мал и близок к величине среднего пробега молекул газа, то ч-цы проскакивают м\у молекулами, сопротивление воздуха уменьшается, и скорость падения частицы возрастает. В этом случае исп-ся поправочный коэф-т Каннингхема и конечная скорость оседания:



где dp – диаметр Стокса, см; dра – импакторный диаметр, см; dрас – классический диаметр, см.

Если Re имеет большие знач-я (Rep>0,05), то для определения ск-ти оседания принято пользоваться графической зав-тью (зависимость диаметра частицы (см), от стационарной скорости оседания, см/с). Самые мелкие частицы, размер которых меньше среднего свободного пробега молекул газа, имеют очень низкие скорости оседания. При соударении друг с другом процесс их движения становится хаотичным (броуновским).Удаление подобных частиц из потока возм-но за счет диффузии. Коэфф-т диффузии:

Dp – к-нт диффузии;N – число Авогадро.

Если частицы таковы, что они могут при соударении слипаться, то диаметр их будет увеличиваться, возникает контакт и происходит коагуляция – самопроизвольный процесс, как правило, имеющий непрерывный характер и приводящий к увеличениючастиц в размере.

Если из потока следует удалить жидкие частицы, то необходимо учесть процесс испарения или конденсации.

24. Теоретические основы улавливания твердых частиц из отходящих газов

Если мы возьмем какой-то элементарный объем:

Рисунок 1 – Общая модель осаждения частиц
Материальный баланс (по частицам) в элементарном объеме м/б представлен следующим образом:

или

где - скорость потока газа, см/с; - высота потока, см; W – ширина потока, см; - скорость осаждения, см/с; - концентрация частиц в плоскости осаждения; L – длина коллектора, см; Q – объемная скорость потока, смі/с; Q=ugHfW, nd – средняя концентрация частиц в плоскости, перпендикулярной к направлению потока, см3 ; А – площадь осаждения, смІ, Аd=WL.

Если отсутствует перемешивание, то величина имеет постоянное значение, равное n (так называемая входная концентрация) до тех пор, пока не станет равной нулю. Как только n =о, след-но поток очищен, тогда имеем право пользоваться ур-ем:

или , ? - КПД пылеулавлив-ей системы. -параметр осаждения, характ-ий эффект-ть улавливания или эффект изъятия частиц из потока.

Для случая полного перемешивания , тогда: ,

,где Pt – проскок частиц, в долях.

Pt = 1 – ?, ? – эффективность улавливания частиц.

Для того, чтобы определиться с возможностями систем очистки, необходимо совершенно точно иметь сведения о фактической скорости осаждения для устройства, которое предположит-но будет использовано в очистке. В свою очередь, фактическая скорость осаждения зависит от размера частиц, от геометрии коллектора, от св-в газов, от характеристик потока. Обладая подобными сведениями, можно приступать к созданию механизмов улавливания отдельных частиц из технологических газов, насыщенных твердыми аэрозолями, с целью предотвращения негативного воздействия на ОПС.

25. Теоретические основы защиты ОС от энергетических воздействий

Энергетическими загрязнениями ОС считаются такие виды энергии антропогенного происхождения, которые либо вообще не характерны для природной среды, либо их интенсивность значительно превышает фоновые величины, вредно действуют на людей, животных, растения и могут вызывать нарушение нормального функционирования различ-х эко-х систем.

Воздействие на биосферу энергетич-х загрязнителей антропогенного происхождения складывается из теплового, акустического, электромагнитного и радиоактивного загрязнений, каждое из которых характеризуется различными свойствами, параметрами, степенью опасности для человека и других живых организмов. Загрязнения в-вом и энергией могут действовать на природу комплексно, вызывая отрицательный эффект.

Тепловое загрязнение. Этот тип загрязнения обусловлен в основном работой теплоэнергетических агрегатов, к которым относится оборудование ТЭС, АЭС. При переходе от минерального топлива к атомному, до некоторой степени уменьшается хим загряз ОС, но возрастает тепловое. В настоящее время в России выбросы тепла не регламентируются нормативными документами, так как тепло достаточно быстро рассеивается на большие пространства и не может оказать существенного влияния на эко-ую обстановку.

Имеют место локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы: нагретые сточные воды влияют как на термический, так и на биологический режим водоемов. Снижение интенсивности теплового загрязнения тесно связано с повышением эффективности и экономичности теплообменного и теплоэнергетического оборудования, с более полным использованием теплоты сгорания топлив, снижением его расхода.

В настоящее время в системах охлаждения электростанций все большее применение находит оборотное водоснабжение с использованием градирен. В случае применения градирен сброс тепла происходит в атм, которая менее чувствительна к тепловому воздействию, чем гидросфера. Недостатки: - выброс в атм. огромного кол-ва паров, капельной влаги и тепла; - себестоимость Эл/эн на ТЭС с градирнями на 5-6 % выше, чем в случае прямоточного охлаждения. Существуют проекты комбинированных охладительных башен, сочетающих «мокрое» и «сухое» охлаждение воды. Они позволяют решать две задачи: предотвращение туманообразования в приземном слое атм-ры; уменьшение годовой потребности в свежей подпиточной воде

Препятствием к использованию сбросов теплой воды явл ее низкая температура. Наиболее эффективна утилизация низкопотенциального сбросного тепла прямоточных систем охлаждения в с/х, животноводстве и рыбоводстве. Следует отметить, что потребность в тепле с/х комплекса мала по сравнению с мощностью теплового выброса с циркуляционной водой крупной ТЭС, чтобы говорить о радикальном снижении тепловых выбросов таким образом.

Кроме того, тепловые сбросы можно использовать в технологич циклах различ теплоемких производств.

Виброакустические загряз-я. Источниками вибрации явл мощные установки, такие как молоты, штамповочное оборудование, транспорт. Распространяясь по грунту, вибрации достигают жилых и общественных зданий, воздействуют на ОС.

Методы и средства виброзащиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Основные методы коллективной защиты: снижение вибрации воздействием на источник возбуждения (замена штамповки прессованием.); -отстройка от режима резонанса изменением массы или жесткости установки; -вибродемпфирование, -виброизоляция

Шум и окруж-ая среда. Под шумом понимают беспорядочное сочетание различных по частоте, интенсивности звуковых колебаний в диапазоне частот от 20 до 20000 Гц. Основными источниками шума в городах явл автомобильный, рельсовый и воздушный транспорт и пром предпр-я. Средства и методы защиты от шума подразделяют на коллективные (акустические, архитектурно-планировочные, организационно-технические) и индивидуальные (противошумные наушники, вкладыши, шлемы, каски, костюмы). К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума относят: увеличение расстояния между источником и защищаемым объектом; применение акустически непрозрачных экранов, откосов, стен и зданий - экранов; использование специальных шумозащитных полос озеленения;

Защита от электрических и магнитных полей, электромагнитного излучения

Для защиты от действия эл-го или магнитного поля применяют: -защиту временем пребывания, расстоянием, стационарные и переносные экраны из металлических заземленных сеток и др.

Мощным источником электрического поля являются воздушные линии электропередач (ЛЭП). Основным мероприятием по уменьшению вредного действия электрического поля ЛЭП является выделение санитарно-защитных зон, в которых напряженность поля превышает 1 кВ/м.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации