Работа 5. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха

отработанными газами автотранспорта на участке улицы (по концентрации CO)

Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей удобно оценивать по концентрации окиси углерода, в мг/м³. Исходными данными для работы служат показатели, полученные во время проведения предыдущей работы, можно проводить и в качестве самостоятельной работы. Например: магистральная улица города с многоэтажной застройкой с двух сторон, продольный уклон 2 °, скорость ветра 4 м/сек, относительная влажность воздуха – 70 %, температура 20 °С. Расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях – 500 автомашин в час (N). Состав автотранспорта: 10 % грузовых автомобилей с малой грузоподъемностью, 10 % со средней грузоподъемностью, 5 % с большой грузоподъемностью с дизельными двигателями, 5 % автобусов и 70 % легковых автомобилей.

 

Цель работы: оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на определенном участке городской улицы.

Ход работы

Концентрация оксида углерода K_CO оценивается по следующей формуле:

 

, (1)

где 0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхождения, мг/м³;N – суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге, авт./ час;К_Т – коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный воздух окиси углерода;К_А – коэффициент, учитывающий аэрацию местности;К_У – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона; К_С – коэффициент, учитывающий изменение концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра;К_В – то же в зависимости от относительной влажности воздуха;К_П – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода у пересечений.

Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле:

 

, (2)

где P_i – состав автотранспорта в долях единицы;К_Тi – коэффициенты токсичности конкретного автомобиля в зависимости от типа машины приведены в табл. 6.

 

Таблица 6

Параметры коэффициента токсичности

автомобиля

 

Тип автомобиля	Коэффициент KT
Легкий грузовой	2,3
Средний грузовой	2,9
Тяжелый грузовой (дизельный)	0,2
Автобус	3,7
Легковой	1,0

 

Подставив значения согласно заданию (собственные значения), получаем: К_Т = 0,1 · 2,3 + 0,1 · 2,9 + 0,05 · 3,7 + 0,7 · 1 = 1,41

Значение коэффициента К_А, учитывающего аэрацию местности, определяется по табл. 7.

 

Таблица 7

Параметры коэффициента аэрации местности

 

Тип местности по степени аэрации	Коэффициент КА
Транспортные тоннели	2,7
Транспортные галереи	1,5
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон	1,0
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке	0,6
Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие насыпи	0,4
Пешеходные тоннели	0,3

 

Для магистральной улицы с многоэтажной застройкой К_А = 1.

Значение коэффициента К_У, учитывающего изменение загрязнения воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона, определяем по табл. 8.

 

Таблица 8

Параметры коэффициента К_У

 

Продольный уклон, °	Коэффициент КУ
	1,00
	1,06
	1,07
	1,18
	1,55

 

Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра К_С определяется по табл. 9.

 

 

Таблица 9

Параметры коэффициента К_С

 

Скорость ветра, м/с	Коэффициент КС
	2,70
	2,00
	1,50
	1,20
	1,05
	1,00

 

Значение коэффициента К_В, определяющего изменение концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в табл. 10.

Таблица 10

Параметры коэффициента К_В

 

Относительная влажность	Коэффициент КВ
	1,45
	1,30
	1,15
	1,00
	0,85
	0,75

 

Коэффициент увеличения загрязнения воздуха окисью углерода у пересечений приведен в табл. 11.

 

Таблица 11

Параметры коэффициента К_П

 

Тип пересечения	Коэффициент КП
Регулируемое пересечение:
со светофорами обычное	1,8
со светофорами управляемое	2,1
саморегулируемое	2,0
Нерегулируемое:
со снижением скорости	1,9
кольцевое	2,2
с обязательной остановкой	3,0

 

Подставим значения коэффициента, оценим уровень загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода:

К_СО = (0,5 + 0,01 · 500 · 1,4) · 1 · 1,06 · 1,20 · 1,00 = 8,96 мг/м³.

ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равна 5 мг/м³. Снижение уровня возможно следующими мероприятиями:

ü запрещение движения автомобилей;

ü ограничение интенсивности движения до 300 авт/час (до снижения концентрации СО до предельно допустимой);

ü замена карбюраторных грузовых автомобилей дизельными;

ü установка фильтров.

Сделать вывод.

1.5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД

 

Качество воды – это совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обусловливающих пригодность воды для использования в промышленном производстве и быту. Требования к ее использованию на производственные цели устанавливаются в каждом конкретном случае в зависимости от назначения и особенностей применения воды.

Воду, используемую в промышленности подразделяют на охлажда-ющую, технологическую и энергетическую. Охлаждающая вода используется для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется. В промышленности 65–80 % воды используется для охлаждения. Энергетическая вода применяется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов. Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующая вода используется для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспортировке продуктов и отходов производства; промывающая – для промывки газообразных (абсорбция), экстракции жидких и твердых продуктов; реакционная – в составе реагентов, а также при азеотропных перегонках. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями, в результате чего образуются промышленные стоки.

Сточная вода – это вода, бывшая в употреблении или прошедшая через какую-либо загрязненную территорию. Различают бытовые или хозяйственно-фекальные (БСВ), атмосферные (АСВ) и промышленные (ПСВ) сточные воды.

Для очистки сточных вод используют механические, физико-химические, химические, термические, биологические методы, которые в свою очередь подразделяются на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные предусматривают извлечение из сточных вод ценных веществ и их дальнейшее использование. В деструктивных методах загрязняющие воду вещества разрушаются путем окисления или восстановления.

Механические методы очистки сточных вод или так называемые методы осветления служат для удаления взвешенных грубо- или мелкодисперсных примесей. Грубодисперсные примеси удаляют из сточных вод чаще всего отстаиванием или флотацией; мелкодисперсные – фильтрованием, осаждением в центробежном поле. Выбор методов осветления зависит от дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей, расхода стоков и требуемой степени осветления. Методы механической очистки позволяют удалять частицы размером больше 10–50 мкм.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относят: коагуляцию, флокуляцию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию.

К химическим методам очистки сточных вод относят: нейтрализацию, окисление и восстановление, реагентные методы (перевод растворимых соединений в нерастворимые).

Биологическая очистка сточных вод микроорганизмами может проводиться как в аэробных, так и анаэробных условиях. В процессе биологической очистки формируются биоценозы: активный ил или биопленка.

К термическим методам очистки сточных вод относят: концентрирование с последующим выделением растворенных веществ; окисление органических веществ в присутствии катализаторов при атмосферном или повышенном давлении; жидкофазное или парофазное окисление органических веществ.

Кислые или щелочные воды перед выпуском в водоем или подачей на биологические очистные сооружения должны быть нейтрализованы. Кроме того, нейтрализация сточных вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов и других технологических систем.

Для обезвреживания промышленных сточных вод применяют следующие способы нейтрализации:

ü взаимную нейтрализацию кислых и щелочных стоков вод (если они имеются на данном предприятии);

ü нейтрализацию реагентами;

ü фильтрование через нейтрализующие материалы.

Эффективна нейтрализация стоков через доломитовый фильтр (CaCO₃ · MgCO₃), известняк (CaCO₃), магнезит (MgCO₃), обожженный магнезит (MgO). При выборе реагентов для нейтрализации стоков учитывают, будет ли в процессе очистки образовываться осадок или нет.

Различают три вида кислотосодержащих стоков:

1) воды, содержащие слабые кислоты (H₂CO₃, CH₃COOH);

2) воды, содержащие сильные кислоты (HCl, HNO₃). Для их нейтрализации может быть использован любой названный выше агент. Соли этих кислот хорошо растворимы в воде;

3) воды, содержащие серную и сернистую кислоты. Кальциевые соли этих кислот плохо растворимы в воде и выпадают в осадок.

 

Работа 6. Очистка сточных вод методом нейтрализации

При очистке кислых стоков применяется раствор щелочи. Процесс нейтрализации протекает по реакции:

 

HCl + NaOH ® Na Cl + H₂O

 

Материалы: 1) бюретка; 2) колба Эрленмейера; 3) бумага индикаторная универсальная; 4) стакан химический; 5) зажим Мора; 6) воронка; 7) пипетка.

Реактивы: 1) кислотный сток; 2) щелочной сток; 3) раствор соляной кислоты 0,1 н; 4) раствор гидроксида натрия 0,1 н; 5) раствор индикатора метилового оранжевого (метилоранж).

Ход работы

1. В бюретку с этикеткой «NaOH» налить 0,1 н раствор гидроксида натрия чуть выше нулевой метки, повернув носик бюретки под углом вверх над химическим стаканом.

2. Открыть зажим Мора и, выпустив из носика весь воздух, заполнить его раствором титранта.

3. Довести мениск титранта до нулевой метки.

4. Взять пипеткой 3–5 см³ пробного кислотного стока и перенести его в колбу Эрленмейера.

5. Добавить в эту колбу 3–5 капель раствора метилоранжа и сделать оценочное титрование.

6. Рассчитать объем контрольной аликвоты, которую необходимо взять для получения точного результата анализа, количество титранта не должно превышать объем бюретки.

7. Взять пипеткой рассчитанный объем кислотного стока и перенести его в колбу Эрленмейера.

8. Добавить туда 3–5 капель раствора метилоранжа и сделать контрольное титрование.

9. Повторить операцию контрольного титрования два раза до получения сходящихся до 0,1–0,2 см³ результатов.

Рассчитать молярную и массовую концентрации кислоты в кислотном стоке в пересчете на соляную кислоту.

Затем провести аналогичное (по пп. 1–9) определение концентрации щелочи в щелочном стоке, после чего: 1) рассчитать объем щелочного стока, необходимого для полной (до pH = 7) нейтрализации 2 м³ и 50 см³ кислотного стока; 2) налить в колбу Эрленмейера 50 см³ кислотного стока и добавить рассчитанное количество щелочного стока; 3) определить по универсальной индикаторной бумаге примерный pH полученного раствора; 4) добавить к нему 3–5 капель метилоранжа и оттитровать стандартным раствором кислоты и щелочи в зависимости от полученного pH; 5) по результатам титрования рассчитать концентрацию ионов водорода в нейтрализованном стоке.

Расчетная часть: для расчета в волюметрическом анализе используется формула:

N₁V₁ = N₂V_2, (3)

где N₁ и N₂ – нормальные (эквивалентные) концентрации титранта и титруемого растворов, моль-экв./л; V₁ и V₂ – их объемы, л.

Оформить результаты определения концентрации кислого и щелочного стоков и их необходимого количества для нейтрализации в виде табл. 12.

 

Таблица 12