Предисловие
Современное промышленное производствооказывает на окружающую среду (ОС) многообразное, часто негативное,воздействие. Это — загрязнение ОС вредными (токсичными) веществами, истощение ресурсов, изменениеприродных и возникновение техногенных ландшафтов.
В настоящем учебно-методическомпособии (далее по тексту — пособие) рассматриваются вопросы, связанные с загрязнением атмосферы (работа №1), водных объектов (работа № 2), а также классификация твердых отходовпредприятия по опасности для ОС с целью размещения их на полигонах твердыхбытовых отходов (работа № 3).
Наиболее значимым показателем,характеризующим воздействие вредных (опасных) химических веществ на окружающуюсреду вообще и человека, в частности, является предельно допустимая концентрацияэтих веществ — ПДК.
При нормированииконцентраций загрязняющих веществ в атмосфере используют принцип лимитирующегопоказателя. Согласно этому принципу, нормирование проводится по наиболеечувствительному показателю. Например, если запах вещества ощущается при концентрациях,которые не оказывают вредного влияния на человека и окружающую среду, тонормирование производят с учетом порога обонятельного ощущения. Если жевещество оказывает на объекты окружающей среды (животных или растения) вредноедействие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормированииисходят из действия вещества на природные объекты. В настоящее время для оценкизагрязнения воздуха населенных мест используют два норматива. Первый — разовая или максимально разоваяпредельно допустимая концентрация – ПДКмр, второй – среднесуточнаяконцентрация – ПДКсс.
Максимально разовая ПДК устанавливаетсяс целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха,изменение биоэлектрической активности головного мозга, световойчувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений(до 20 мин), а среднесуточная– с целью предупреждения ихтоксического влияния (общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др.).
Величина максимальноразовой ПДК устанавливается в результате экспериментов с людьми, кратковременно(от 5 до 20 мин) вдыхающими воздух, содержащий малые концентрации изучаемоговещества. Содержание этих веществ в воздухе безопасно для человека. В качествекритерия предельно допустимого содержания загрязняющих веществ в атмосферепринимается, прежде всего, отсутствие запаха. Минимальная ощутимая концентрациядля наиболее чувствительных лиц принимается за пороговую концентрацию пообонятельному ощущению. Установив ее, приступают к поиску пороговых иподпороговых концентраций по рефлекторным реакциям.
Для установлениясреднесуточных ПДК проводят токсикологический эксперимент на животных.Результаты, полученные в хроническом опыте на животных, переносят на людей.
Наряду с ПДК веществ ввоздухе населенных мест (ПДКнм) токсичность (опасность) веществаможет быть охарактеризована ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны — ПДКрз. Это такаяконцентрация вещества, которая при ежедневной (кроме выходных) работе в пределах8 часов или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю в течениевсего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонений в состоянииздоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работыили в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Вредные (опасные)вещества, содержащиеся в сточных водах промышленных предприятий и организаций(например, научно-исследовательских), сбрасываемых в водные объекты (водоемы),так же могут быть охарактеризованы ПДК (допустимыми концентрациями — ДК). Среди этих показателей рассмотримдва: ПДКв и ПДКрх.
ПДКв (мг/л) — предельно допустимая концентрациявещества в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытовоговодопользования – концентрация химического вещества в воде, при превышениикоторой вода становится непригодной для этого вида водопользования.
ПДКрх (мг/л) — предельно допустимая концентрациявещества в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения –экспериментально установленное максимально допустимое содержание в водномобъекте вредного вещества, при котором не возникают последствия, снижающие егорыбохозяйственную ценность или затрудняющие его рыбохозяйственное использование.
Из остальныхмногочисленных показателей, характеризующих отрицательное воздействиехимических веществ на объекты окружающей среды (и, в первую очередь, человека)рассмотрим только показатели, используемые в работе № 3, которые приведеныниже:
- ПДКп,мг/кг – предельно допустимое количество вещества в почве – количество, котороене должно вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиесяс почвой окружающую среду, здоровье человека, а также самоочищающую способностьпочвы;
- ОБУВ –ориентировочно безопасный уровень воздействия – временный гигиеническийнорматив содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухенаселенных мест, воде водоемов, продуктах питания. Используется для целейпредупредительного санитарного надзора. Устанавливается расчетным методом пофизико-химическим свойствам для химических веществ, на которые ПДК неустановлены и обосновывается каждые 2 года для воздуха и каждые 3 года – дляводы;
- LD50,мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего веществана 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном пероральномвведении в унифицированных условиях;
- LD50к,мг/кг – средняя смертельная доза компонента в миллиграммах действующего веществана 1 кг живого веса, вызывающая гибель 50% подопытных животных при однократном нанесениина кожу в унифицированных условиях;
- LC50,мг/м3 – средняя смертельная концентрация вещества, вызывающая гибель50% подопытных животных при ингаляционном поступлении действующеговещества в виде паров или аэрозолей в унифицированных условиях.
Курсовая работа № 2
Определение показателей допустимого воздействия сточных водпредприятий на водные объекты
Цельработы
1) Определитьпредельно допустимый сброс загрязняющих веществ со сточными водами предприятийв водоемы хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования.
2) Определитьприведенный объем сточных вод.
Введение
Общий порядок разработки,рассмотрения и согласования нормативов допустимого воздействия сточных вод (СВ)на водные объекты определяет Водный кодекс РФ [11]
В соответствии с ним длякаждого источника загрязнения вод[1] устанавливают предельнодопустимый сброс (ПДС) загрязняющего вещества в поверхностные водные объекты.При этом учитываются ассимилирующая способность водного объекта[2]и оптимальное распределение массы сбрасываемых веществ между водопользователями,сбрасывающими сточные воды.
Выпуск в водоемы СВдолжен, как правило, осуществляться таким образом, чтобы была обеспеченавозможность наиболее полного смешения СВ с водой водоема в месте их выпуска (применениеспециальных конструкций и режимов).
Условия сброса СВ вводоем принято оценивать с учетом их влияния на качество воды у ближайшегопункта водопользования, т.е. в контрольном створе[3](рис.2.1).
/>
Рис. 2.1. Ситуационная блок-схема сброса сточных вод в водоемыхозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользования. Пояснения втексте
Предельно допустимыйсброс (ПДС, г/с) загрязняющеговещества в водный объект – это масса вещества в сточных водах, максимальнодопустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объектав единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном створеили на участке водного объекта с учетом вида водопользования.
Нормативы ПДСустанавливаются исходя из условия недопустимости превышения ПДК вредных веществв водных объектах. Нормативы ПДК вредных веществ в водных объектах и СВустанавливаются исходя из условий целевого использования водного объекта[4].
В соответствии ссанитарными требованиями дополнительно рассчитываются максимальная допустимаяпредельная концентрация взвешенных веществ в СВ и температура СВ, при которой впункте водопользования летняя температура речной воды не должна повышаться врезультате спуска СВ более, чем на 3°С.
В данной работе расчетПДС осуществляется для консервативных веществ[5] по санитарно-токсикологическомупоказателю вредности[6] для водоемов, относящихсяк хозяйственно-питьевому и культурно-бытовому[7] видам водопользования.
2.1. Определение предельно допустимых сбросов
ПДС (г/с) рассчитываетсяпо формуле:
ПДС = Спр q (2.1)
где Спр –максимальная (предельная) концентрация, которая может быть допущена в СВ, илитот уровень очистки СВ, при котором после их смешения с водой водоема у первого(расчетного) пункта водопользования степень загрязнения не должна превышатьпредельно допустимую концентрацию данного загрязняющего вещества в воде водныхобъектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв),мг/л;
q – разбавляемая сточнаявода, поступающая в водоем, м3/с.
Предельнаяконцентрация Спр (мг/л) для консервативных веществ рассчитывается поформуле:
Спр £ ПДКв + (n – 1) (ПДКв – Сф) (2.2)
где ПДКв –предельно допустимая концентрация химического вещества в воде, мг/л;
Сф – фоноваяконцентрация загрязняющего вещества в воде водоема до сброса СВ, мг/л;
n – реальная кратностьразбавления СВ, которую в общем случае следует определять по формуле:
n = (g Q + q) / q (2.3)
где Q – разбавляющаявода водоема, м3/с;
g – коэффициент, указывающий настепень полноты разбавления сточных вод в водоеме.
Для расчета g используются коэффициенты,учитывающие условия выпуска СВ и гидрологические особенности водоема:
g = [1 – b] / [1 + (b Q / q)] (2.4)
b = e –х; х = a Lф1/3 (2.5)
где e –основание натурального логарифма, e = 2,72;
Lф –расстояние до рассматриваемого створа по течению (по фарватеру) реки, м;
a – коэффициент, учитывающийгидрологические факторы смешения; рассчитывается по формуле:
a = x j (D / q)1/3 (2.6)
где x – коэффициент, зависящий от меставыпуска стока в реку:
x = 1,0 – при выпуске у берега;
x = 1,5 – при выпуске в стрежне реки(глубокая часть речного русла с большой скоростью течения);
j – коэффициент извилистости реки,который определяется по формуле:
j = Lф / Lпр (2.7)
где Lф –расстояние по фарватеру полной длины русла от выпуска СВ до рассматриваемогоствора, м;
Lпр –расстояние между фарватером и рассматриваемым створом по прямой, м;
D – коэффициенттурбулентной диффузии, определяемый по формуле:
D = Vср Hср g / 2 m Cш (2.8)
где Vср –средняя скорость течения, м/с;
Hср – средняяглубина, м;
g – ускорение свободногопадения, g = 9,81 м/с2;
m – коэффициентБуссинского, м1/2/с; m = 24 м1/2/с;
Сш –коэффициент Шези, зависящий от типов водотоков и их характеристик, м1/2/с;принимает значения от 10 до 70.
2.2.Определение приведенного объема сточных вод
Приведенный объем сточныхвод Пq представляет собой условную величину, позволяющую всопоставленном виде (путем разбавления до норм ПДК) выразить вредностьзагрязняющих ингредиентов, которые содержатся в СВ различных производств.
Расчет Пq (м3/с)ведется по формуле:
Пq = (ПДС – q ПДКв) / ПДКв (2.9)
где ПДС – предельнодопустимый сброс загрязняющего вещества, г/с;
q – разбавляемая сточнаявода, поступающая в водоем, м3/с;
ПДКв –предельно допустимая концентрация химического вещества в воде, мг/л.
Порядок выполнения работы
1) Вариант задания соответствует №студента по кафедральному журналу.
2) Рассчитать ПДС (г/с) для каждоговещества, поступающего с СВ в водоем, по формуле 2.1.
3) Определить приведенный объем сточныхвод Пq (м3/с) по формуле 2.9.
4) Ранжировать приведенные объемы покаждому загрязняющему веществу (Пq 1 > Пq 2 > Пq3) и сделать вывод о том, какое загрязняющее вещество является наиболееопасным.
5) Для получения зачета по работе № 2студент письменно (или устно, по указанию преподавателя) отвечает на заданныеему контрольные вопросы.
Задание кработе № 2
Вариант заданиясоответствует № студента по кафедральному журналу.
В сточных водах,сбрасываемых в реку, могут быть следующие металлы: медь, никель, цинк, свинец ихром. Осуществляются расчеты тех примесей, для которых указана фоноваяконцентрация.
Задание к работепредставлено тремя таблицами: в таблице 2.1 приведены условия сброса сточныхвод; в таблице 2.2 – характеристики рек; в таблице 2.3 – предельно допустимыеконцентрации металлов в воде водоемов хозяйственно-питьевого икультурно-бытового видов водопользования.
Таблица 2.1.
Исходныеданные для выполнения работы № 2№ Река
q, м3/с
Lф, м
Lпр, м Характер выпуска СВ в реку
Сф, % от ПДКв Cu Ni Zn Pb Cr 1. Воронеж 8 9000 7000 у берега 15 10 15 - - 2. 7 8000 5000 в стрежне - 10 15 3 - 3. Урал 8 5000 3700 у берега 20 20 18 - - 4. 7 4800 3500 в стрежне - 20 18 8 - 5. река Кольского п-ва 8 7900 6700 у берега 20 20 15 - - 6. 7 7800 5500 в стрежне - 20 15 10 - 7. Иртыш 8 4900 3700 у берега 20 16 20 - - 8. 7 4800 3500 в стрежне - 16 20 12 - 9. Воронеж 6 7000 4000 у берега 15 - 15 - 3 10. 5 6000 3000 в стрежне 15 10 15 - - 11. Урал 6 4400 3400 у берега 20 - 18 - 5 12. 5 2600 1300 в стрежне 20 20 18 - - 13. река Кольского п-ва 6 6700 4800 у берега 20 - 15 - 5 14. 5 4000 2200 в стрежне 20 - 15 10 - 15. Иртыш 6 4700 2400 у берега 20 - 20 - 5 16. 5 3600 2300 в стрежне 20 16 20 - - 17. Воронеж 4 5000 2000 у берега - 10 15 3 - 18. 5 4000 2000 в стрежне 15 - 15 3 - 19. Урал 4 3500 2200 у берега - 20 18 8 - 20. 5 4800 3200 в стрежне 20 - 18 8 - 21. река Кольского п-ва 5 6600 3300 в стрежне 20 20 15 - - 22. 4 5400 3200 у берега - 20 15 10 - 23. Иртыш 4 3500 2100 у берега - 16 20 12 - 24. 6 3000 1800 в стрежне 20 - 20 - 5 25. Воронеж 6 3000 1000 в стрежне 15 - 15 - 3
Таблица 2.2.
ХарактеристикирекРека
коэффициент Шези СШ
расход разбавляющей воды водоема Q, м3/с;
средняя скорость течения реки Vср, м/с;
средняя глубина реки Нср, м Воронеж 55 65 1,6 1,8 Иртыш 40 55 2,6 1,4 Небольшая река Кольского полуострова 30 45 3,0 0,8 Урал 35 50 2,2 1,2
Таблица 2.3.
Предельно допустимые концентрации металлов в водеводоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового видов водопользованияМеталлы Cu Ni Zn Pb Cr
ПДКв, мг/л 0,1 0,1 1,0 0,01 0,005