2020-06-30
160
ВСТУП
В останні роки у зв’язку з різким погіршенням стану навколишнього природного середовища екологічні проблеми співставляються з важливими соціальними, політичними та економічними проблемами. Для їх розв’язання необхідно вибрати таку стратегію і тактику природокористування, при якій людина у своїй господарській діяльності буде всесторонньо враховувати закони розвитку природи.
Інженерна екологія – це науковий напрям, що вивчає діяльність людини у довкіллі, задачею якого є застосування досягнень науки, техніки, використання законів і природних ресурсів для вирішення проблем навколишнього середовища.
Метою iнженерної екології є запобiгання, усунення або зниження до допустимого рiвня негативного впливу на об'єкти дiючих та потенцiйно можливих небезпечних геологiчних процесiв. Iнженерний захист об’єктів при забудовi або реконструкцiї повинен здiйснюватись як складова та невiд'ємна частина заходiв з iнженерної пiдготовки територiй.
Курс складається з двох частин – лекційної і практичної. На лекціях даються теоретичні основи екологічної безпеки. На лабораторних заняттях розглядаються шляхи, методи та способи забезпечення екологічної безпеки.
Методичні вказівки призначені для надання допомоги у виконанні контрольної (самостійної роботи) для студентів денної та заочної форм напчання.
Робота містить чотирі задачі, які доповнюють одна одну.
У додатку А (у відповідних таблицях) наведені дані для виконання контрольної роботи згідно варіантам.
У додатку Б – умови оформлення роботи.
У додатку В – ГДК забруднюючих речовін в втмосферному повітрі.
Контрольна (самостійна робота)
Задача 1.1. Визначити ГДВ для забруднюючих інгредієнтів котельні, що працюють на газу. При цьому в розрахунок беруться лише викиди оксиду вуглецю та оксиду азоту інші компоненти не зустрічаються або зовсім не значні.
Дані для виконання розрахунків наведені в табл. 1.1. додаток А
Теоретичні відомості
Відповідно до Закону “Про охорону атмосферного повітря”, з метою обмеження техногенної дії на атмосферу, в якості охоронного заходу, поряд з ГДК, передбачають регулювання і кількісне обмежен- ня викидів в атмосферу. Реалізація цього положення Закону здійс-нюється нормуванням гранично допустимим викидом забруднюючих речовин стаціонарними і пересувними джерелами забруднення.
Гранично допустимий викид (далі - ГДВ) – науково-технічний норматив, встановлений при умові, що вміст забруднюючих речовин в приземному шарі атмосфери від джерела або їх сукупності, з урахуванням перспективи розвитку промислових підприємств, не перевищував би нормативів екологічної безпеки атмосферного повітря: гранично допустимих концентрацій забруднюючих речовин у атмосферному повітрі для людей і об’єктів навколишнього природного середовища. Про затвердження Порядку розробки та затвердження нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин у атмосферне повітря стаціонарними джерелами, Мінекобезпеки України, Наказ № 75 від 18/07/1996ГДВ встановлюється для кожного джерела забруднення атмосфери (і для кожного інгредієнту, який надходить до атмосфери з цього джерела), таким чином, що викиди шкідливих речовин від даного джерела та від сукупності джерел усього населеного пункту з урахуванням перспектив розвитку інфраструктури промислових підприємств і розсіювання шкідливих речовин в атмосфері не створюють приземну концентрацію, яка перевищувала б їх ГДКмр (гранично допустима концентрація максимально разова).
Основні значення ГДВ – максимально разові, встановлюються за умови повного навантаження як технологічного, так і газоочисного обладнання та їх нормальної роботи, і не повинні перевищуватись в будь-який довільний 20-хвилинний період часу.
Поряд з максимально разовими (контрольними) значеннями ГДВ (г·с-1) встановлюють похідні від них річні значення ГДВр (т·рік- 1), для окремих джерел і для підприємства в цілому з урахуванням нерівномірності викидів у часі, в тому числі з огляду на планові ремонти технологічного та газоочисного обладнання. ГДВ для кожного стаціонарного джерела (відповідно ГОСТ 17.2.3.02 – 78) встановлюється за умов, що викиди шкідливих речовин від такого джерела сумісно з фоновим забрудненням не створять в приземному шарі атмосфери концентрацію, яка перевищує ГДК, тобто необхідним є виконання умови
де СМ, – концентрація в приземному шарі атмосфери забруднювачів від цього джерела (за умов найбільш несприятливих для розсіювання); Сф – фонова концентрація, мг∙м -3.
Значення гранично допустимих викидів для нагрітої газоповіт-ряної суміші з одиночного (точкового) джерела з круглим отвором (наприклад труба котельні) у випадку, коли фонова концентрація суміші Сф встановлена як незалежна від швидкості та напрямку вітру і постійна на території району, що розглядається, тоді в цьому випадку ГДВ визначається за формулою
, (1.1)
де А – коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери та визначає умови горизонтального розсіювання атмосферних домішок, с2/3∙мг∙град∙г-1; F – безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосфері. Для дрібнодисперсних аерозолів з коефіцієнтом очищення викидів не менш як 90 %: F =2, від 75 до 90 % F =2,5, менш як 75 % і в разі відсутності очищення F = 3); m, n – безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з отвору джерела викиду; Н – висота джерела викиду над рівнем Землі, м; ∆Т – різниця між температурою газоповітряної суміші Тгс, що викидається, та температурою навколишнього середовища (повітря) Тп; Vгс – об’єм газоповітряної суміші, м3∙с-1; визначається за формулою
(1.2)
де D – діаметр отвору джерела викиду, м; 
середня швидкість виходу газоповітряної суміші з отвору джерела викиду, м× с-1;
Величину безрозмірного параметра m визначають в залежності від параметра f, м∙с-2∙с-1, за формулою:
(1.3)
де f – знаходять за виразом
. (1.4)
У випадку, якщо значення параметра f відповідає нерівності fе < f < 100 – параметр fе обчислюють за виразом
, (1.5)
а V' m, м/с, дорівнює
. (1.6)
Значення коефіцієнта m розраховують за формулою (2.3), в яку замість f підставляють fе.
Величину безрозмірного коефіцієнта п – визначають в залеж-ності від параметра Vм за формулами:
при 0,5£ Vm < 2; (1.7а)
– при Vm < 0,5; (1.7б)
п= 1 – при Vм > 2. (1.7в)
При цьому Vм знаходять за формулою
(1.8)
Безрозмірний коефіцієнт 
приймається рівним 1, якщо в радіусі п’ятидесяти висот труб Н від джерела перепад відміток місцевості не перевищує 50 м на 1 км.
Задача 1.2. Визначити максимальну концентрацію забрудню-ючої речовини на відстані Хm від труби котельні. При цьому в розрахунок беруться лише викиди оксиду вуглецю та оксид азоту. Зробити відповідні висновки.
Дані для виконання розрахунків наведені в табл. 1.2. додатку А
Теоретичні відомості
У разі викиду шкідливих газів з одиночного точкового джерела з круглим устям, за несприятливих метеорологічних умов, на відстані Хm від джерела максимальну концентрацію забруднюючої речовини (Сm) визначають за формулою
, (1.9)
де М – маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферу, г∙с-1;
Розрахунок викиду маси шкідливих речовин в атмосферу від котельні залежить від типу палива, яке використовується. Необхідно розрізняти котельні, які працюють на твердому паливі (кам’яне вугілля), рідкому паливі (мазут) та газу. У разі коли котельня працює на газу, розрахунок викиду маси шкідливих речовин в атмосферу ведеться тільки за оксидом вуглецю та азоту.
Розрахунок викидів оксиду вуглецю:
т/рік, (1.10)
де В – річні витрати палива, м3 (перевести в тонни); q3 – втрати теплоти через хімічну неповноту згоряння палива; R – коефіцієнт, який враховує частку втрати теплоти, R = (0,5); Q4 – нижча теплота згоряння палива, Q4 = 34,02 МДж/м3; q4 – втрати теплоти через механічну неповноту згоряння палива, %.
Розрахунок викидів оксиду азоту:
т/рік, (1.11)
де В – річні витрати палива, м3 (перевести в тонни);
КNO2 – коефіцієнт, який характеризує кількість оксиду азоту, які утворюються на 1 ГДж тепла в залежності від теплової потужності котло- агрегата і приймає значення від 0,072 до 0,09 кг/ГДж; к4 – коефіцієнт, який враховує ступінь зниження викидів NО2 в результаті застосування технічних рішень.
Відстань Xm (м) від джерела викидів, на якій приземна концентрація С за несприятливих метеорологічних умов досягає максимального значення Сm, визначають за формулою
, (1.12)
де a – безрозмірний коефіцієнт, при 
< 100 обчислю-ється за формулами:
– при Vm £ 0,5; (1.13а)
– при 0,5< Vm <2 (1.13б) 
– при Vm > 2 (1.13в)
Якщо f <100 або 
, значення a визначають за формулами:
a =5,7 – при V¢m £ 0,5 (1.14а)
a =11,4 V¢m – при 0,5< V¢m < 2 (1.14б)
a =16 
– при V¢m > 2 (1.14в)
Задача 1.3. Визначити розміри санітарно-захисної зони котельні. Дані для розрахунків використовуються з задачі 1.2. та табл. 1.3. додатку А.
Теоретичні відомості
Санітарно-захисні зони (СЗЗ) – це ділянки землі навколо об’єктів господарської діяльності, що відокремлюють їх від житлових масивів з метою зменшення шкідливих впливів цих об’єктів на здоров’я людини. Для промислових підприємств СЗЗ розтало-вують з підвітряного боку і засаджують деревами та чагарниками, що мають бактерицидні властивості. Згідно з санітарними нормами проектування промислових підприємств, виділяють п’ять класів промислових об’єктів завширшки від 50 до 3000м з урахуванням ступеня забруднення поблизу виробництва. В табл. 2.2. наведені розміри С33 залежно від класу промислового об’єкту. Відстань від джерела викидів до зовнішніх меж СЗЗ за напрямком румбів з урахуванням рози вітрів визначається за формулою
, (1.15)
де L – розрахункова відстань від джерела викидів до межі СЗЗ, м; Lо – розрахунковий розмір ділянки місцевості в даному напрямі, де концентрація шкідливих речовин (з урахуванням фонової концентра-ції від інших джерел) перевищує ГДК, м; Р – середньорічна повто-рюваність напрямку вітру румба, що розглядається,%; Ро – повторю-ваність вітру одного румба при круговій розі вітрів, %.
Задача 1.4. Визначення категорії небезпечності котельні. Дані для розрахунків використовуються з задачі 1.2.
Теоретичні відомості
Для визначення категорій небезпечності підприємств потрібно використовувати дані про викиди забруднених речовин в атмосферу за формою статистичної звітності 2тп-повітря. Категорію небезпечності підприємства (КНП) визначають за формулою
, (1.16)
де Мі – маса викиду і-ої речовини, т/рік; ГДКСД – середньодобова гранично допустима концентра-ція і- ої речовини,мг/м3; n – кількість шкідливих речовин, яке викидає підприємство і забруднює атмосферу; аі – безрозмірна константа, яка дозволяє порівняти ступінь шкідливості і-ої речовини зі шкідливістю сірчистого газу (табл. 1.1).
Таблиця 1.1
