Перерахунок концентрацій газів

Затверджено

На засіданні кафедри технології

Неорганічних речовин та екології

Протокол №8 від 21.04. 2013р

 

 

Дніпропетровськ УДХТУ 2014

Методичні рекомендації до практичних занять і самостійної роботи з курсу «Нормування антропогенного навантаження на природне середовище» для студентів спеціальності 7.040106 – Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування / Укл.: В.В.Архипова, В.М.Набивач. – Дніпропетровськ: ДВНЗ УДХТУ, 2014. – 71 с.

 

 

Укладачі: В.В. Архипова, канд. техн. наук

В.М. Набивач, д-р хім. наук

 

Відповідальний за випуск: О.А.Півоваров, д-р техн. наук

 

 

Навчальне видання

 

Методичні вказівки

до практичних занять і самостійної роботи

з курсу «Нормування антропогенного навантаження

на природне середовище»

для студентів спеціальності 7.040106 – Екологія, охорона

навколишнього середовища та збалансоване природокористування

 

 

Укладачі: АРХИПОВА Вікторія Вікторівна

НАБИВАЧ Валентин Михайлович

 

 

Редактор Л. М. Тонкошкур

Коректор Л. Я. Гоцуцова

 

 

Підписано до друку Формат 60x84 1/16. Папір ксерокс. Друк різограф Ум.– друк. арк. Обл.– вид. арк. Тираж 50 прим. Зам. №

Свідоцтво ДК №303 від 27.12.2000р.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ДВНЗ УДХТУ, 49005, Дніпропетровськ- 5, пр. Гагаріна, 8

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Видавничо-поліграфічний комплекс Ін Ком Центру

ЗМІСТ

 

 

	Стор.
ВСТУП……………………………………………………………………….
1 ПЕРЕРАХУНОК КОНЦЕНТРАЦІЙ ГАЗІВ……………………………..
1.1 Приклади розв'язання задач…………………………………………….
1.2 Задачі для самостійного розв'язання………………………………......
2 ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН ТА ОЦІНКА ЯКОСТІ ПОВІТРЯ……………………………………………….
2.1 Приклади розв’язання задач…………………………………………….
2.2 Задачі для самостійного розв’язання
3 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЕНТІВ РОЗВЕДЕННЯ ДЛЯ ПРИВЕДЕННЯ КОНЦЕНТАЦІЇ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН ДО ВЕЛИЧИНИ ГДК…………………………………………………………………………..
3.1 Задачі для самостійного розв’язання…………………………………..
4 ВПЛИВ ОКСИДУ ВУГЛЕЦЮ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ……………
4.1 Задачі для самостійного розв’язання…………………………………..
5 РОЗРАХУНКИ ЗАБРУДНЕННЯ ПРИЗЕМНОГО ШАРУ АТМОСФЕРИ………………………………………………………………..
5.1 Розрахунок максимальної приземної концентрації………………....... 5.1.1 Задачі для самостійного розв'язання…………………………………
5.2. Розрахунок гранично допустимого викиду……………………………
5.2.1 Задачі для самостійного розв’язання ………………………………..
5.3 Визначення потужності викиду та висоти труби…………………......
5.3.1 Задачі для самостійної роботи………………………………………..
6 НОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ПРИРОДНИХ ВОДОЙМИЩ……………….
6.1 Визначення концентрації шкідливих речовин у природних водоймах і стічних водах……………………………………………………………….
6.1.1 Задачі для самостійного розв’язання…………………………….......
7 ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ ТА ШЛЯХИ ЇЇ ПОМ'ЯКШЕННЯ……….……….
7.1 Задачі для самостійного розв’язання…………………………………..
8 ВИЗНАЧЕННЯ УМОВ ВІДВЕДЕННЯ СТІЧНИХ ВОД У ВОДНІ ОБ'ЄКТИ……………………………………………………………………..
8.1 Визначення ступеню змішування та розбавлення стічних вод, що надходять у водойму………………………………………………………..
8.1.2.Задачі для самостійного рішення……………………………………
8.2 Визначення ступеню очистки стічних вод перед скиданням їх у водойму та розрахунок гранично допустимого скиду (ГДС)…………….
8.2.1 Задачі для самостійного розв’язання …………………………………
8.3 Розрахунок необхідного ступеню очищення стічних вод за зваженими речовинами…………………………………………………......
8.4 Розрахунок допустимої температури стічних вод перед спуском у водойму……………………………………………………………………….
8.5 Визначення необхідного ступеню очищення стічних вод за БСК та вмісту розчиненого кисню…………………………………………………..
8.6 Розрахунок ступеня очищення стічних вод за вмістом шкідливих речовин……………………………………………………………………….
8.6.1 Задачі для самостійного розв’язання………………………………….
9 ОЦІНКА РІВНЯ ХІМІЧНОГО ЗАБРУДНЕННЯ ПОЧВИ………….......
9.1 Задачі для самостійного розв’язання……………………………………
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………….
ДОДАТОК А………………………………………………………………….

 

ВСТУП

 

 

Головним завдання курсу «Нормування антропогенного навантаження на природне середовище» є надання і формування системи знань про принципи санітарно-гігієнічного нормування забруднюючих речовин в об`єктах довкілля і харчових продуктах, критерії і концепції оцінки токсичності шкідливих речовин, шляхи трансформації хімічних речовин в об`єктах довкілля та їх наслідки, методи управління процесами збалансованого природокористування.

Оскільки лекції як форма навчання забезпечують в основному передачу лише знань засвоюваної дисципліни, вони повинні поєднуватися з практичними заняттями, на яких слід закріплювати і поглиблювати одержувані на лекціях знання і виробляти вміння і навички практичної діяльності.

Практичні заняття передбачають надання студентам навичок по користуванню табличними даними і розрахунковими рівняннями для визначення небезпеки і токсичності шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря і водойми, для оцінювання класу небезпеки підприємств та їх нормативних показників (ГДВ, ТДВ, ГДС), для визначення необхідного ступеню очистки стічних вод перед скиданням їх у водойми і показників питної води.

Першою умовою ефективності практичних занять є повторення теоретичного матеріалу кожної теми практичних занять по навчальному посібнику і конспекту лекцій.

При вирішуванні кожної задачі студенти повинні намагатися не тільки одержати правильну відповідь, але і опанувати загальний метод рішення подібних задач. Записав умови задачі, не слід відразу записувати формули і підставляти одержані дані. Необхідно спочатку уявити увесь розвиток рішення і тільки потім починати обчислювання. При рішенні задачі повинен бути приведений увесь хід розрахунку, пояснення до кожного рівняння і, обов’язково, висновок.

На практичних заняттях рекомендується вести запис розрахунків у строго визначеній системі, яка полегшує роботу, виявляє і підкреслює методику розрахунку, а також дає можливість легко перевірити хід рішення і виявити помилку. Особливу увагу слід приділити чіткому написанню цифр, одиниць вимірювання одержаних величин та умінню користуватися довідниками і таблицями нормативних показників.

В кожному розділі «Методичних рекомендацій», крім прикладів рішення різних задач, студентам пропонується серія аналогічних задач для самостійної роботи і підготовки до контрольної роботи, яка передбачається наприкінці.

ПЕРЕРАХУНОК КОНЦЕНТРАЦІЙ ГАЗІВ

 

 

Для кількісної характеристики газоподібних викидів зазвичай використовують об'ємні і масові концентрації шкідливих речовин. Так, окрім концентрацій, виражених через масу (мг/м³), використовують також об'ємні відсотки. Перерахунок із масових в об'ємні одиниці виміру здійснюється за формулою:

 

,

 

Або за рівнянням:

 

(1.1)

 

де V – концентрація, % об; g – концентрація, мг/м³; Т – абсолютна температура газу, К; М – молекулярна маса газу, кг; Р – атмосферний тиск, Па.

Зворотній перерахунок концентрацій із об'ємних відсотків в мг/м³ здійснюється за формулою:

 

(1.2)

 

В зарубіжній літературі величини концентрацій у деяких випадках виражаються в одиницях ppm або ppb, хоча ці одиниці не відповідають рекомендаціям Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) та Міжнародного Стандарту (ISO 4226).

Абревіатура ppm означає мільйонну частку яких-небудь відносних величин ( від базового показника). Скорочення ppm походить від англ. «parts per million»(читається «пі-пі-ем») та рівнозначно позначенню млн :

 

 

Для масових концентрацій: . Якщо йдеться про об'ємні концентрації (об'ємні долі), то . Так, об'ємна концентрація вуглекислого газу в атмосфері Землі становить близько 380 ppm, тобто в 1м³ повітря міститься 380 мл СО .

Абревіатура ppb (англ. «parts per billion») позначає мільярдну частку, тобто млрд або 10 .

Величини ppm і ppb використовують для характеристики невеликої кількості речовин: домішок забруднювачів в повітрі і воді, мікротоксинів в живих організмах, мікрокількостей корисних копалин.

Наступна мала величина – проміле (‰) – використовується для позначення кількості тисячних часток будь-чого в цілому:

 

1 ‰=0,001=0,1 %=1000 ppm.

 

Традиційно деякі величини (частки) вимірюються в ‰: солоність води, рівень вмісту алкоголю в крові людини, уклон залізничної колії та ін.

Перерахунок концентрацій із мг/м³ в одиниці ppm здійснюється за формулою:

 

, (1.3)

 

де С – концентрація, млн (або ppm).

 

 

1.1 Приклади розв'язання задач

 

 

Приклад 1.1.1. У вихідних газах вміст оксиду вуглецю складає 2500 мг/м³. Атмосферний тиск Р=101325 Па, температура газів 25 ºС. Визначити концентрацію СО (М=28) в об'ємних відсотках.

Розв'язання. За рівнянням (1.1) знаходимо:

 

 

Приклад 1.1.2. У вихідних газах вміст сірчистого ангідриду складає 0,15% об. Атмосферний тиск Р=101325 Па, температура 25 ºС. Визначити концентрацію SО (М=64) в мг/м³.

Розв'язання. За рівнянням (1.2) знаходимо:

 

.

 

Приклад 1.1.3. Приземна концентрація сірчаної кислоти при Р=101325 Па і температурі 25ºС дорівнює 14 мг/м³. Визначити концентрацію H₂SO₄ (M=98) в одиницях ppm.

Розв'язання. За рівнянням (1.3) знаходимо:

 

 

Для перерахунку концентрації в повітрі та газах, за нормальних умов (Р=101325 Па, t=25ºС), нижче наведені співвідношення для найбільш розповсюджених речовин.

 

Речовина	1мг/м³=ppm	1ppm=мг/м³
O3	0,509	1,963
CO2	0,556	1,800
CO	0,873	1,145
NO2	0,532	1,881
CH4	1,528	0,654
NH3	1,438	0,695
SO2	0,382	2,620
H2S	0,719	1,391
NO	0,815	1,227
3,4-Бензпірен	0,097	10,310
Бензол	0,313	3,19
Етан	0,815	1,227
Етилен	0,873	1,145
Формальдегід	0,815	1,227

 

Приклад 1.1.4. Концентрація двоокису азоту за нормальних умов складає 50ppm. Виразити цю концентрацію в мг/м³.

Розв'язання. З наведеної таблиці знаходимо, що 1ppm NO відповідає 1,881 мг/м³. Тоді g = 50·1,881 = 94,05мг/м³.

Приклад 1.1.5. Вміст сірководню у коксовому газі за нормальних умов складає 32мг/м³. Виразити цю концентрацію в частках на 1млн.

Розв'язання. З наведеної таблиці знаходимо, що концентрація H₂S 1мг/м³ відповідає 0,719 млн . Отже, С = 32·0,719 = 23млн або ppm.

На підставі наведених табличних даних можна проводити також перерахунок масових одиниць в об'ємні відсотки і навпаки.

Приклад 1.1.6. Концентрація оксиду вуглецю у димових газах становить 0,015 %об. Визначити концентрацію СО в мг/м³.

Розв'язання. Із табличних даних випливає, що концентрація СО 1 ppm відповідає 1,145 мг/м³. Враховуючи, що 1% об. дорівнює 10000 млн , а 1 млн (ppm) дорівнює 0,0001 %об., перерахунковий коефіцієнт від ppm до об'ємних одиниць дорівнює 10000. Отже, g = 10000·1,145·0,015 = 171,75 мг/м³.

Приклад 1.1.7. Концентрація аміаку у вихідних газах за нормальних умов складає 1600 мг/м³. Визначити концентрацію NH₃ в об'ємних відсотках.

Розв'язання. Із табличних даних випливає, що концентрація NH₃ 1 мг/м³ відповідає 1,438 ppm. Отже, V = 1600·1,438·0,0001 = 0,23 %об.

 

 

1.2 Задачі для самостійного розв'язання

 

 

Задача 1.Концентрація двоокису нітрогену в димових газах при атмосферному тиску 99325 Па і температурі 60ºС дорівнює 175 ppm. Визначити концентрацію NO в мг/м³. (Відп.: 288,84 мг/м³).

Задача 2. Концентрація сірчистого ангідриду за нормальних умов складає 131мг/м³. Виразити концентрацію SO в одиницях ppm. (Відп.: 50 ppm).

Задача 3. За рахунок вихлопних газів автомобілів в атмосферу великих міст потрапляє помітна кількість оксиду вуглецю, концентрація якого може досягати за нормальних умов 100 ppm. Виразити цю концентрацію в мг/м³. (Відп.: 114,5 мг/м³).

Задача 4. Вміст двоокису вуглецю у вихлопних газах автомобілів досягає 2 % об. при Р = 102200 Па і температурі 80ºС. Виразити цю концентрацію CO в мг/м³ та ppm. (Відп.: 30647,9 мг/м³; 20000 ppm).

Задача 5. У літні, сонячні дні в атмосфері м. Лос-Анджелеса концентрація озону досягає 450 ppb. Визначити цю концентрацію О₃ в мкг/м³.

Задача 6. Концентрація сірчистого ангідриду у вихідних газах за нормальних умов складає 2 г/м³. Перерахувати цю концентрацію О₃ в % об. (Відп.: 0,076 % об).

Задача 7. Концентрація оксиду вуглецю у тютюновому димі за нормальних умов складає 0,045 % об. Перерахувати цю концентрацію в мг/м³ і порівняти з ГДК_с.д. по СО в повітрі. (Відп.: 3 мг/м³.)

Задача 8 Концентрація 3,4-бензпирену в тютюновому димі за нормальних умов складає 0,002 ppm. Перерахувати цю концентрацію в мг/м³ і порівняти з ГДК_с.д. по бензпірену в повітрі. (Відп.: 0,001 мг/м³).

Задача 9. Під час лондонського смогу в 1952 р. концентрація діоксиду сірки в міському повітрі при Р=99100 Па і t=11^оС досягала 1,45 ррm. Виразити цю концентрацію в мг/м³ і визначити ступінь перевищення ГДК_с.д по SO_2. (Відп.: 0,05 мг/м³).

Задача 10. Вміст 3,4-бензпірену у вихлопних газах вантажних машин за нормальних умов складає 0,31∙10^-6 мг/м ³. Перерахувати цю концентрацію в одиниці ррm і ррb.

Задача 11. Фонова концентрація 3,4-бензпірену в атмосферному повітрі над океаном при н.у. складає 0,00001 мкг/м³. Виразити цю концентрацію в ррm.

Задача 12. Вміст 3,4-бензпірену (М = 252,3) у повітрі промислових районів і великих міст за н.у. складає 1,86∙10^-11 %. Перерахувати цю концентрацію в мг/м ³ і порівняти з фоновою концентрацією бензпірену

попередньої задачі.