Расчет и прогнозирование состояния окружающей среды

Используется для производства строительных материалов (древесно-стружечные плиты, фанера), в текстльной и бумажной промышленности. Карбамол хорошо растворим в теплой воде.Класс опасности 4-ый; ПДК 1,0 мг/л. Является малотоксичным для человека веществом, вред для здоровья не изучен. Опасность карбамидформальдегидных смол в том, что из них в окружающую среды может выделяться более токсичный формальдегид.Стирол и карбамол – относятся к органическим веществам. Рассмотрим основные методы очистки сточных вод от органических примесей. При химической очистке для деструкции органики наиболее используемыми являются различные методы окисления. Для химического окисления органических веществ используются такие сильные окислители, как перекись водорода, озон, варианты процесса Фентона, гомогенные и гетергенныефотокаталитические процессы, ультразвуковая и микроволновая обработка, мокрое окисление, электрохимические процессы, окисление в суперкритической воде, плазменные процессы, ферратная и персульфатная технологии [13].Озон является одним из самых мощных окислителей. Применение озонирования для очистки воды имеет много преимуществ. Из-за короткого периода полураспада (менее 10 минут) окислитель быстро разлагает большинство загрязняющих веществ. Однако при рН = 10 период полураспада озона в растворах составляет менее 1 мин, что снижает эффективность процесса. Эффективность очистки составляет 60-80% по ХПК.Озон может использоваться для очистки сточных вод из различных отраслей промышленности, связанных с целлюлозно-бумажным производством (отбеливание и вторичные стоки), переработкой сланцевого масла, производством и использованием пестицидов, производством красителей, окрашиванием тканей, производством антиоксидантов для каучука, фармацевтическим производством и т. д.Разработан ряд новых окислительных технологий на основе озонирования: озонирование с перекисью водорода, озонирование при ультрафиолетовом облучении, в присутствии активированного угля, каталитическое озонирование и др., которые повышают эффективность минерализации и деградации органики. Для окисления озоновоздушную смесь вводят в воду, в которой озон диссоциирует. Озонаторные установки для очистки сточных вод состоят: из аппаратов для очистки и осушки воздуха, озонаторов, камер контакта озона с обрабатываемой водой, оборудования для утилизации остаточного озона. Атмосферный воздух подают на фильтр, где он очищается от пыли, после чего направляется в водоотделитель капельной влаги, а затем осушается на адсорбционных установках АГ-50 или УОВ. Осушенный воздух подвергается тонкой очистке от пыли, а затем направляется в озонатор (рисунок 2.2) [18]..1 – корпус; 2 – трубчатый элементРисунок2.2. Озонатор с горизонтальными трубчатыми элементамиНа сегодняшний день на первый план выходят физико-химические методы обработки сточных вод, содержащих различные органические примеси. К ним относят коагуляцию, сорбционное поглощение растворенных органических веществ, флотацию и др.[2]Особое внимание уделяется адсорбции на адсорбентах нового поколения, мембранной фильтрации, электродиализу и фотокатализуАдсорбция – эффективная методика очистки сточных вод, исключающая проблемы с образующимся осадком и достигающая высокой степени очистки [2]. За последние несколько десятилетий она стала использоваться очень широко для удаления органики, металлов и других загрязнителей. Во время адсорбции загрязняющее вещество удаляется путем накопления на границе раздела между адсорбентом и жидкой фазой. Активированный уголь – наиболее распространенный адсорбент, используемый при очистке сточных вод. Адсорбирующая способность активированного угля связана с очень большой площадью поверхности на единицу объема. Например, при очистке от СПАВ с содержанием до 200 мг/л, достигается 95% очистки [9]. Активированный уголь может быть изготовлен из углеродистого материала, включая уголь (битумный, суббитумный и бурый), торфа, древесины, кокосовой скорлупы. Недостатком активированного угля является его высокая стоимость регенерации. Активированный глинозем может быть получен из смесей аморфного и гамма-оксида алюминия, полученных дегидратацией Al(OH)3 при температурах 300-600 °C, площадь его поверхности составляет 250-350 м2/г. Применение адсорбентов на основе глинозема показало успешное удаление 2,4-хлорфенола, 2,4,6-трихлорфенола, пентахлорфенола и также пестицидов (молинат, пропазин, атразин) из сточных вод. Цеолиты представляют собой группу природных или синтетических гидратированных алюмосиликатных минералов, которые содержат как щелочные, так и щелочноземельные металлы. Синтетические цеолиты для удаления органических загрязнителей из сточных вод обладают более высокой адсорбционной способностью, чем природные.В качестве недорогих сорбентов могут используются торф, опилки, рисовая шелуха, лузга гречихи. В качестве адсорбента эффективен гидролизный лигнин, который образуется как отход в процессе кислотного гидролиза древесины [9]. Полимерные адсорбенты представляют собой смолы, способные задерживать органические вещества, которые после насыщения адсорбента удаляются растворителями или щелочью. Очистное оборудование, применяемое при адсорбционных методах, состоит из резервуара (колонны) с неподвижным адсорбентом, через который пропускаются сточные воды. Они подаются вверху колонны, стекают вниз через слой адсорбента и отводятся внизу колонны. Предусмотрены меры для обратной промывки и мойки поверхности адсорбента, чтобы предотвратить потерю напора из-за скопления твердых частиц и предотвратить засорение поверхности.Для очистки сточных вод от органических загрязнений в последнее время все шире применяются методы биологической очистки. Органические загрязнители в сточных водах можно разделить на две группы в зависимости от их способности к биологическому разложению. Органические загрязнители с простой структурой и хорошей гидрофильностью легко разрушаются в окружающей среде. Эти органические загрязнители, такие как полисахарид, метанол, могут разлагаться бактериями, грибами и водорослями. Тем не менее, некоторые из них, такие как ацетон и метанол, могут быть очень токсичны, если присутствуют в сточных водах в высоких концентрациях. Биологическая очистка основана на принципе биодеградации. Это процесс с использованием микроорганизмов, грибов, зеленых растений и их ферментов для удаления загрязняющих веществ из природной среды или превращения их в безвредные. Биоразложениеактивно используется в очистке сточных вод в последние годы, так как человечество стремится найти надежные , экономичные и безопасные способы очистки загрязненной воды.2.2 Расчетная частьИсходные данные для варианта 1 приведены в таблице 2.1Таблица 2.1 – Исходные данныеПоказателиЗначениеОбщий расход сбрасываемых в водоем сточных водq, м3 /ч800Количество выпусков сточных водN, шт.4Расстояние между выпусками сточных вод, м1200Район размещения объектаОктябрьскийНаименование загрязняющего вещества 1 ( и его концентрация в сточных водах, Сст, мг/л)хлориды(1500)Наименование загрязняющего вещества 2 ( и его концентрация в сточных водах, Сст, мг/л)стирол(10,0)Наименование загрязняющего вещества 3 ( и его концентрация в сточных водах, Сст, мг/л)карбомол (10,0)Категория водопользования рекирыбохозяйственныйСредний расход воды в реке Q, м3/с110Скорость течения, м/с0,28Средняя глубина реки Нср, м3,7Место сброса сточных воду берегаПДКхлориды мг/л300ПДКстирол мг/л0,1ПДКкарбамол мг/л1,0Концентрация в стоках, Схлориды мг/л1500Концентрация в стоках, Сстирол мг/л10Концентрация в стоках, Скарбамол мг/л10Фоновая концентрация,, Сф хлориды мг/л150Фоновая концентрация, Сф стирол мг/л0,05Фоновая концентрация,, Сфкарбамол мг/л0,5Необходимо произвести расчет концентраций загрязняющих веществ, допустимых к сбросу со сточными водами (Сндс), дать рекомендации по НДС для каждого загрязняющего вещества.Принимаем фоновые концентрации заданных загрязняющих веществ составляют значение, равное 0,5 ПДК для водоемов соответствующей категории водопользования, и что все вещества имеют разные лимитирующие признаки вредности. nш=0,09 nл=0,045Концентрация вредного вещества в водоеме после разбавления i-го выпуска стоков (С.) водами реки определяется по формуле:,(2.1)где Сф - фоновая концентрация вредного вещества в водоеме выше сброса сточных вод, мг/л.ССТi - концентрация вредного вещества в сточной воде i-го выпуска, мг/л; Q - расход воды в водотоке (минимальный расход 95 % - ной обеспеченности для наиболее маловодного месяца гидрологического года), м3/с; ni - коэффициент разбавления сточных вод i-го выпуска речным потоком, определяемый по формуле (2.2):(2.2) где qi – расход сточной воды, м3/с, который рассчитывается по формуле (2.3):== 0,0556 м3/с(2.3) γ - коэффициент смешения:,(2.4) где Li - расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного контрольного створа по прямой, м. Принимаем расстояние от последнего места выпуска до контрольного створа 500 м.е = 2,72 (основание натурального логарифма); α - параметр, учитывающий гидравлические условия в реке – формула (2.5):,(2.5) где φ - коэффициент извилистости реки, φ = l / L (l - расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру реки, м), φ = 1 для прямого участка реки. ξ – коэффициент, зависящий от места выпуска сточных вод (при выпуске у берега ξ = 1); D - коэффициент турбулентной диффузии, м2/с; для приближенных расчетов принимают D = 0,005 м‘/с (средние условия смешения, равнинные реки), для зимних условий рассчитывается по формуле (2.6):(2.6) где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с ;V - средняя скорость течения речного потока, м/с; RПР, nПР, сПР- приведенные значения гидравлического радиуса, коэффициента шероховатости и коэффициента Шези, соответственно.Для широких рек в зимних условиях применяется формула (2.7):RПР = 0,5 H , м(2.7) где Н - средняя глубина реки на участке от створа выпуска сточных вод до рас четного створа, м.RПР = 0,5*3,7 = 1,85 м Приведенный коэффициент шероховатости:(2.8) r = nл /nш,(2.9) где nш- коэффициент шероховатости ложа реки, определяемый по таблице М. Ф. Скрибного[24],приведен в условии задачи;nл - коэффициент шероховатости нижней поверхности льда, определяемый по таблице П.Н.Белоконя [24], приведен в условии задачи.r = 0,045 /0,09 = 0,5 = 0,067Приведенный коэффициент Шези:,(2.10) Где(2.11) = 0,36 = 18,63=0,0059 = 0,473Расстояние от места выпуска сточных вод до расчетного контрольного створа по прямой: = 4100 м, = 2900 м,= 1700 м,м,Коэффициент смешения для 1-го места выпуска: = 0,49Коэффициент разбавления сточных вод 1-го выпуска речным потоком:(2.12) = 970,9Коэффициент смешения для 2-го места выпуска: = 0,3Коэффициент разбавления сточных вод 2-го выпуска речным потоком: = 594,8Коэффициент смешения для 3-го места выпуска: = 0,12Коэффициент разбавления сточных вод 3-го выпуска речным потоком: = 238,5Коэффициент смешения для 4-го места выпуска: = 0,02Коэффициент разбавления сточных вод 4-го выпуска речным потоком: = 40,6Концентрация вредного вещества в водоеме после разбавления i-го выпуска стоков (С.) водами реки определяется по формуле:(2.13) Результаты расчетов сведены в таблицы 2.2 и 2.3.Таблица 2.2 – Результаты расчетов по каждому выпускуНомер выпуска 1234Расстояние от выпуска до створа l, м410029001700500Фактический расход сточных вод q i, м3/с0,05560,05560,05560,0556Коэффициент смешения γi0,490,300,120,02Коэффициент разбавления сточных вод ni970,9594,8238,540,6Таблица 2.3 – Значения концентраций загрязнителей при разбавлении сточных вод каждого выпускаНомер выпуска 1234хлориды (мг/л)1,392,275,6633,25стирол (мг/л)0,010,0170,0420,245карбамол (мг/л)0,010,0160,0400,234Расчет итоговой концентрации загрязнителей в контрольном створе:Схлориды = 150+1,39+2,27+5,66+33,25 = 192,57 мг/л< ПДК = 300 мг/лСстирол = 0,05+0,01+0,017+0,042+0,245 = 0,364 мг/л > ПДК = 0,1 мг/лСкарбамол = 0,5+0,01+0,016+0,040+0,234 = 0,800 мг/л < ПДК = 1,0 мг/лСброс является разрешенным, если выполняется условие:(2.14) Концентрациюi-го загрязнителя в водоеме после сброса сточных вод из 4-х точек сброса с одинаковой концентрацией загрязнителя определяем по формуле: (2.15) мг/л1,64 мг/мл<10,0 мг/мл мг/л4906,7 мг/мл>1500мг/л мг/л16,4 мг/мл > 10,0 мг/л Рассчитаем НДС по формуле (2.16):НДС = СНДСqСТ(г/ч), (2.16) где СНДС - концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, при которой в конкретных условиях водоотведения не превышаются нормы качества воды в контрольном створе, г/м3 (мг/л), qСТ - максимальный часовой расход сточных вод, м3/ч.Определим НДС для всех трех веществ:НДСстирол = 1,64*800 = 1312 г/часНДСхлориды = 4906,7*800 = 3,9∙106г/часНДСкарбамол = 16,4*800 = 1,3∙104г/часПриоритетные загрязняющие вещества можно определить по максимальной величине отношения:∑ Cpij /ПДКi,(2.17) ∑Cpij / (ПДКi– Cфi) =∑ (Cстij – Cфi) / ((ПДКi-Cфi) noj), (2.18) Cpi j = (Ccтij– Cфi) / noj,(2.19) где j – 1, 2, 3 ... n - номер источника.= 0,314мг/л;Cпpстирол /ПДКстирол=0,314/(0,1-0,05) = 6,3= 42,6мг/л;Cпpхлориды /ПДКхлориды=42,6/(300-150) = 0,3= 0,3мг/л;Cпpкарбамол /ПДКкарбамол=0,3/(1-0,5) = 0,6Таким образом, приоритетным загрязнителем является стирол.НДСстирол = 1,64*800 = 1312 г/часФактическое поступление стирола составляет 10*800 = 8000 г/час. Необходимая степень очистки до допустимых значений стирола – не менее 83,6%.При отсутствии очистки необходимо уменьшить сброс сточных вод до:1312 г/час /10 г/м3= 131 м3/час2.3. ВыводыВ сточных водах данного предприятия высокое содержание стирола, он является приоритетным загрязнителем. Концентрации хлоридов и карбомола после разбавления не превышает ПДК. Концентрации загрязнителей в контрольном створе составили: Стирола – 0,314 мг/мл; с учетом фоновой концентрации – 0,364 мг/лХлоридов – 42,6 мг/л, с учетом фоновой концентрации – 192,57 мг/лКарбамола – 0,3 мг/л, с учетом фоновой концентрации – 0,8 мг/лУстановлены НДС для загрязнителей:НДСстирол= 1312 г/часНДСхлориды = 3,9∙106г/часНДСкарбамол =1,3∙104г/часПриоритетным загрязнителем является стирол. Предприятию следует улучшить качество очистки сточных вод. Допустимая концентрация стирола в сточных водах составляет 1,64 мг/л. Таким образом, концентрация стирола в сточной воде перед спуском в водоем должна быть снижена, эффект очистки должен составить не менее 83,6%.Допустимый сброс в водоем при отсутствии должной очистки и сохранении концентрации стирола в сточных водах (10 мг/л)должен быть уменьшен до 131 м3/час.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. При расчете рассеивания загрязняющих веществ из одиночного стационарного источника установлено, что максимальные приземные концентрации диоксида серы и фенола (веществ обладающих эффектомсуммации), не превышают ПДКМР, Выбросы этих загрязнителей находятся в пределах ПДВ.При этом максимальная приземная концентрация цементной пыли превышает ПДКМРи ПДВ. Высота трубы недостаточна для обеспечения заданной степени рассеивания загрязнителей. Границы расчетных размеров СЗЗ с учетом розы ветров очень большие.Это связано с недостаточной очисткой выбросов от цементной пыли. Для достижения нормативных значений следует установить пылеулавливающие аппараты (циклоны, скрубберы, электрофильтры). 2. При расчете нормативов допустимых сбросов сточных вод определен приоритетный загрязнитель – стирол, концентрация которого более чем в 5 раз выше нормативной. Предприятию следует улучшить качество очистки сточных вод, используя физико-химические методы очистки, либо снизить количество сбросов в водоем. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВАндреева, С.А. Исследование процесса очистки промышленных сточных вод с высококонцентрированны-ми органическими примесями / С.А. Андреева, К.Р. Хузиахметова // Вестник ПГТУ. Серия: Лес. Экология. При-одопользование. – 2017. – №4 (36). – С. 82-92.Андреева,С.А., ХузиахметоваК.Р. Комплексный подход к очистке высококонцентрированных сточных вод /С.А. Андреева, ХузиахметоваК.Р.// Известия КазГАСУ. – 2015. – №4 (34). – С. 223-229.Аскаров Р.А. Оценка динамики загрязнения атмосферного воздуха от стационарных источников в регионах республики Башкортостан / Р.А.Аскаров, З.Ф. Аскарова, А.Р. Карелин А.О. // Здравоохранение РФ. 2016. – №4. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-dinamiki-zagryazneniya-atmosfernogo-vozduha-ot-statsionarnyh-istochnikov-v-regionah-respubliki-bashkortostan (дата обращения: 05.05.2021).Бикзинурова А. Р. Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод от сульфатов и хлоридов //Сборник конферен-ций НИЦ социосфера. – 2017. – №. 11. – С. 103.Борщев, В. Я. Экологическая безопасность промышленных объектов : учеб. пособ. / В. Я. Борщев. – Тамбов, 2016. – 128 с.Галимова А. Р. Разработка комбинированного устройства для очистки выбросов г. Нижнекамска / А. Р.Галимова, Ю. А.Тунакова, И. Х. Мингазетдинов //Химия и инженерная экология-XX. – 2020. – С. 17-21.Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан в 2019 году. – Уфа, 2020. – 286 С.Грищенко, Е. А. Промышленная экология / Е. А. Грищенко, Л. Н. Горбунова, В. П. Кутузова. – Красноярск: ИПЦ. КГТУ, 2007. – 743 с.Еремина, А. О. Углеродные адсорбенты из гидролизного лигнина для очистки сточных вод от органических примесей / А.О.Еремина [и др.] // Журнал СФУ. Химия. – 2011. – №1. – С. 100-107.Исхакова, И.О. Инновационные методы очистки сточных вод современного гальванического производства / И.О. Исхакова, В.Э. Ткачева // Вестник Казанского технологического университета. – 2016. – №10. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/innovatsionnye-metody-ochistki-stochnyh-vod-sovremennogo-galvanicheskogo-proizvodstva (дата обращения: 05.05.2021).Калыгин,В.Г. Промышленная экология. Курс лекций. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. - 240 с.Карты химической безопасности [Интернет-ресурс] – Режим доступа : https://www.safework.ru/cards/Кофман, В.Я. Новые окислительные технологии очистки воды и сточных вод (часть 2) (обзор зарубежных изданий) / В.Я. Кофман // Водо-снабжение и санитарная техника. – 2013. – № 11. – С. 70-80.Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе" (Зарегистрировано в Минюсте России 10.08.2017 N 47734. Приказ Минприроды России от 06.06.2017 N 273. – Режим доступа: www.base.garant.ru Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения Приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13 декабря 2016 г. N 552ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» РД 52.04.212-86Палагин, Е.Д. Определение кратности разбавления при нормировании сброса сточных вод / Палагин Е.Д., Быкова П.Г., Гриднева М.А. // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 12. С. 47-53.Пикалов, Е. С. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Физико-химические методы очистки промышленных выбросов в ат-мосферу и гидросферу : учеб. пособие / Е. С. Пикалов. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2016. ‒ 87 с.РД 52.24.643-2002 Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям.СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания" (утв. 28.01.2021),СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектовТоковой, О.К. Экология для инженеров: учебное пособие / О. К. Токовой. – Челябинск, 2015. – 230 с.ТуктароваИ.О. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза: Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта для обучающихся направления подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность / И.О. Туктарова, Т.Ш. Маликова, И.Ф. Туктарова. - Уфа, 2018.-41 с.Туктарова, И.О. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза: Учебно-методическое пособие по проведению практических занятий и выполнению самостоятельной работы обучающихся направления подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность / И.О. Туктарова, Т.Ш. Маликова, И.Ф. Туктарова. – Уфа, 2018. – 62 с.Чмыхалова, С. В. Анализ показателей экологического состояния окружающей среды (на примере Республики Башкортостан) / С. В. Чмыхалова, С. С.Сибагатуллина//Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2018. – №. 4. – С. 119-127.ПРИЛОЖЕНИЯПриложение 1Критерии оценки загрязнения воздухагде:СИ – стандартный индекс, наибольшая измеренная в городе максимальнаяразовая концентрация любого вещества, деленная на ПДК;НП – наибольшая повторяемость превышения ПДК любого веществав городе, %;ИЗА – индекс загрязнения атмосферы.Приложение 2Классификация качества воды водотоков по значению удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ)