Промышленная экология. Практикум

ПРОМЫШЛЕННАЯ 
ЭКОЛОГИЯ

ПРАКТИКУМ

С.С. ТИМОФЕЕВА
О.В. ТЮКАЛОВА

Рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом 
Иркутского государственного технического университета
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
20.03.01 «Техносферная безопасность»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2020

ИНФРА-М

УДК 574(075.8)
ББК 20.1я73
 
Т41

Тимофеева С.С.
Т41 
 
Промышленная экология. Практикум : учебное пособие / С.С. Тимофеева, О.В. Тюкалова. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 
128 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-00091-733-6 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-016226-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102505-5 (ИНФРА-М, online)
В учебном пособии представлены практические работы по расчету параметров газоочистного оборудования, оборудования для очистки сточных 
вод и системы защиты и переработки твердых бытовых отходов.
Соответствует содержанию разделов Федерального государственного 
образовательного стандарта по направлению подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность».
Предназначено для студентов направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» по профилям «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» и «Безопасность технологических процессов и производств» в рамках подготовки бакалавров.

УДК 574(075.8)
ББК 20.1я73

Р е ц е н з е н т:
Стом Д.И., доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии и зоологии беспозвоночных Иркутского государственного 
университета

ISBN 978-5-00091-733-6 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-016226-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102505-5 (ИНФРА-М, online)

© Тимофеева С.С.,
Тюкалова О.В., 2013
© ФОРУМ, 2013

ОглаВление

Общие методические указания по выполнению практических работ ................ 5

Раздел 1. ЗащиТа аТмОСфеРы .............................................................. 6

Практическая работа 1  
Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ ..............................6
Практическая работа 2 
Определение классификационной группы пыли по дисперсности.  
Определение скорости витания частиц и расчет параметров  
пылеосадочной камеры ..................................................................................14
Практическая работа 3 
Выбор циклона и оценка эффективности очистки газов в циклоне .........20
Практическая работа 4 
Расчет электрофильтра ...................................................................................27
Практическая работа 5 
Технологический расчет рукавных фильтров ...............................................32
Практическая работа 6 
Расчет мокрых пылеуловителей. Полый форсуночный скруббер ..............40
Практическая работа 7 
Расчет тарельчатого пенно-барботажного аппарата ....................................44
Практическая работа 8 
Укрупненный расчет механической вентиляции производственного  
помещения .......................................................................................................48

Раздел 2. ЗащиТа гиДРОСфеРы .......................................................... 55

Практическая работа 9 
Определение необходимой степени очистки сточных вод ..........................55
Практическая работа 10  
Расчет решеток ................................................................................................63
Практическая работа 11 
Выбор устройств для очистки сточных вод от взвешенных частиц  
и расчет их эффективности. Расчет горизонтального отстойника .............67
Практическая работа 12 
Расчет основных параметров гидроциклона.................................................72
Практическая работа 13 
Расчет установок химической очистки сточных вод ...................................78
Практическая работа 14  
Расчет сорбционной установки .....................................................................84

Оглавление

Практическая работа 15 
Расчет флотационной установки ...................................................................90
Практическая работа 16 
Расчет распылительной экстракционной колонны .....................................93
Практическая работа 17 
Расчет установки ионного обмена ................................................................99

Раздел 3. ЗащиТа лиТОСфеРы ...........................................................105

Практическая работа 18 
Обращение с отходами производства и потребления.  
Расчет нормативов образования отходов ....................................................105
Практическая работа 19 
Предельное количество накопления токсичных промышленных  
отходов на территории предприятия (организации) ..................................118
Практическая работа 20 
Расчет установки измельчения твердых отходов ........................................122
Практическая работа 21 
Расчет установки аэробной стабилизации осадков, образующихся  
при очистке сточных вод ..............................................................................124

ОБЩие меТОДиЧеСкие УкаЗания  
ПО ВыПОлнениЮ ПракТиЧеСкиХ раБОТ

Практические работы рассчитаны на двухчасовые занятия в аудитории подготовленных студентов. Каждый студент выполняет индивидуальное задание по условиям, приведенным в работе. При необходимости преподаватель может изменить объем и содержание работ 
или предложить  выполнить работы по отдельным частям задания 
либо их части. Студенты заочной формы обучения выполняют задания преподавателя самостоятельно.
 По каждой выполненной расчетной работе оформляется отчет по 
приведенной ниже форме.    

Отчет 
по практической работе

1. Цель и задачи работы.
2. Краткое описание сущности методики и принципов расчетов.
3. Расчеты.
4. Графики.
5. Выводы по работе.

Работу выполнил студент группы  __________________ Ф. И. О.

Проверил   _____________________________________ Ф. И. О.

При оформлении расчетной работы необходимо указать определяемую величину, привести общую расчетную формулу с последующей 
расшифровкой всех составляющих формулы и указанием их количественных значений, размерности, подставить значения составляющих 
и произвести расчеты. Недостающие данные принимаются по таблицам, приведенным в пособии.
Выводы по работе должны содержать основные расчетные значения определяемых величин.
Полностью подготовленный отчет представляется преподавателю 
на проверку и для защиты выполненной работы. Защита работ производится в установленные преподавателем сроки.

Практическая рабОта 1

раСЧеТ ПриЗемныХ кОнценТраций 

ЗагряЗняЮЩиХ ВеЩеСТВ

Цель работы: освоить методики расчета максимальных приземных 

концентраций загрязняющих веществ См (мг/м3), выбрасываемых различными источниками загрязнения атмосферы, а также  расстояния хм (м) 
от источника выбросов, на котором приземная концентрация См при 
неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения и значений опасной скорости Uм (м/с) на уровне флюгера, 
при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации 
вредных веществ См.

Теоретические положения

Основным нормативным документом для расчета рассеивания в 

атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий, является методика ОНД-86 (РД 52.04.212-86 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе загрязняющих 
веществ, содержащихся в выбросах предприятий).

1. Определение максимальной приземной концентрации (См) загряз
няющего вещества от одиночного источника

Расчет максимальной приземной концентрации от одного источ
ника проводится по следующим формулам.

1) Для нагретых газовых выбросов:

3

1

2
T
V
H

AMFnm
С м
∆

=
η ,
(1)

где См – максимальная приземная концентрация примеси, мг/м3;

А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации 

атмосферы (от температурного градиента атмосферы) и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания загрязняющих веществ;

раздел 1 

ЗаЩиТа аТмОСферы

Практическая работа 1. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ
7

М – мощность выброса – масса примеси, выбрасываемой из источника в атмосферу, г/с;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий дисперсность выбрасываемой примеси (учитывает скорость оседания наиболее крупных фракций);
m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из трубы (определяющие вертикальное и 
горизонтальное распределение соответственно);
Н – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м);
∆Т – разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и 
окружающего атмосферного воздуха (Тг – Татм), °С;
Татм – температура окружающего атмосферного воздуха, равная 
средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года. Для котельных, работающих по отопительному 
графику, допускается при расчетах принимать значения Тв равными 
средним температурам наружного воздуха за самый холодный месяц 
года;
Тг – температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси, принимаемая по действующим для данного производства технологическим нормативам;
η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа 
местности; 
V1 – объемная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м3/с.
Объемная скорость выхода газовоздушной смеси V1 определяется 
по следующей формуле:
 
0

2

1
4
ω
π
=
D
V
 , 
(2)

где D – диаметр устья источника выброса, м; ω0 – средняя скорость 
выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.
Выбор и расчет коэффициентов
Коэффициент А определяется в зависимости от географического 
положения источника:
А = 250 – для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Республики 
Бурятия и Забайкальского края;
А = 200 – для европейской территории России (ЕТР): для районов 
России южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, 
Кавказа; для Молдавии; для азиатской территории России: для Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии; для 
Казахстана;

Раздел 1. Защита атмосферы
8

А = 180 – для европейской территории России и Урала от 50° 

до 52° с. ш., за исключением попадающих в эту зону перечисленных 
выше районов; 

А = 160 – для европейской территории России и Урала севернее 

52° с. ш. (за исключением Центра ETР), а также для Украины (для 
расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне 
от 50 до 52° с. ш. — 180°, а южнее 50° с. ш. — 200); 

А =140 – для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, 

Калужской, Ивановской областей.

Коэффициент F принимают в следующих случаях:
F = 1 – для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, 

в которых скорость оседания наиболее крупных фракций ≤ 0,05 м/с;

F = 2 – для крупнодисперсной пыли и золы при степени очистки 

α > 90%;

F = 2,5 – при α = 75–90 %;
F = 3 – при отсутствии очистки или при α < 75%, а также для 

всех производств, у которых выбросы сопровождаются выделением 
конденсирующегося водяного пара.

Коэффициент η определяется следующим образом:

η = 1 в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом 
высот, не превышающим 50 м на 1 км;
в других случаях η определяется исходя из анализа картографического 
материала.

Коэффициент m определяется по формуле

3
34
0
1
0
67
0

1

f
,
f
,
,

m

+
+

=
  при f < 100; 
(3)

3

47
1

f

,
m =
 при f ≥ 100,
(4)

при этом параметр f вычисляют как

T
H

D
f

∆

1000
2

2
0
ω
=
 ;
(5)

коэффициент n определяют исходя от величины параметра υм:

3
1∆
65
0
υ
H

T
V
,
м =
 ; при f < 100,
(6)

n = 1 при υм ≥ 2;
n = 0,532 υ2

м – 2,13υм + 3,13 при 0,5 ≤ υм < 2;

n = 4,4υм при υм < 0,5.

Практическая работа 1. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ
9

При приближенных расчетах значения m и n принимают равными 1.
2) для холодных газовых выбросов (∆T ≈ 0):

1
8
3
4
V
H

D
AMFn
См
⋅
=
η
 . 
(7)

Коэффициенты А, F, η принимают и рассчитывают, как для на
гретых источников.

Коэффициент n определяется по тем же формулам, что и для на
гретых выбросов, но вместо значения υм используется υ'м, определяемое по формуле

H

D
,
м

0
3
1
υ
ω
=
′
.
(8)

Учет комбинированного действия (суммации) вредных примесей:

М = М1 + М2 • ПДК1/ПДК2 + … + Мn • ПДК1/ПДКn,

где М – общая мощность выброса загрязняющих веществ, приведенная к веществу 1, г/с;

М1– мощность выброса 1-го вещества, г/с;
М2 – мощность выброса 2-го вещества, г/с; 
Мn – мощность выброса n-го вещества, г/с;

ПДК1 ПДК2, ПДКn – максимально-разовая предельно допустимая 

концентрация для веществ соответственно 1, 2, ..., n, мг/м3.

Приведенная концентрация:

С = С1+ С2 • ПДК1/ПДК2 + ... + Сn • ПДК1/ПДКn.

Фоновая концентрация:

Сф = Сф1+ Сф2 • ПДК1/ПДК2 + ... + Сфn • ПДК1/ПДКn.

Эффектом суммированного вредного воздействия обладают мно
гие сочетания вредных веществ, например:

– ацетон и фенол;
– озон, NО2 и формальдегид;
– SО2 + NO2;
– SO2+НF;
– SО2 + аэрозоль серной кислоты;
– SО2+ Н2S;
– фурфурол, метанол, этанол;
– уксусные кислоты + уксусный ангидрид;
– бензол, ацетофенон.

Раздел 1. Защита атмосферы
10

2. Определение расстояния Хм от источника выброса, на котором 

достигается величина максимальной приземной концентрации вредных 
веществ (по оси факела)

Расстояние xм (м) от источника выбросов, на котором приземная 

концентрация с (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения см, определяется по формуле

H

D
,
м

0
3
1
υ
ω
=
′
 .
 (9)

Безразмерный коэффициент d вычисляется по следующим формулам:

а) для нагретых выбросов при f < 100:

d = 2,48 (1 + 0,28 
) при υм ≤ 0,5;
 (10)

d = 4,95 υм (l + 0,28 
) при 0,5 < υм ≤ 2;
 (11)

d = 7 (1 + 0,28 
) при υм > 2; 
(12)

б) для холодных выбросов при f > 100 или ∆T ≈ 0:

d =5,7 при  υ'м ≤ 0,5;

d = 11,4  при 0,5 < υ'м ≤ 2;

d = 16,1  при υ'м > 2.

3. Определение опасной скорости ветра (uм)
Значение опасной скорости uм (м/с) на уровне флюгера (обычно 

10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение 
приземной концентрации вредных веществ См, в случае нагретых и 
холодных выбросов определяется по формулам:

uм = 0,5  при υм (или υ'м) ≤ 0,5;

uм = υм при 0,5 <υм (υ'м) ≤ 2;

uм = υм (1 + 0,12 
) при υм > 2 – для нагретых выбросов;

uм = 2,2 υ'м при υ'м > 2 – в случае холодных выбросов.

4. Расчет максимальной приземной концентрации вредных веществ 

в любой точке по оси факела

Максимальная концентрация Смх (мг/м3), достигающаяся на лю
бом расстоянии х от источника выброса на оси факела при скорости 
ветра uмx, определяется по формуле

Смх = S1 · Ci ,

где безразмерный коэффициент S1 находится в зависимости от отношения х/хм по формулам:

Практическая работа 1. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ
11

 
S1 = 3 (х/хм)4 – 8 (х/хм)3 + 6 (х/хм)2 при х/хм≤ 1;  
(13)

 
(
)
1
/
13
,0

13
,1

2
1
+
=

м
x
x
S
  при 1 < х/хм ≤ 8; 
 (14)

 
 
(
)
(
) 120
/
2,
35
/
58
,3

/

2
1
+
−
=

м
м

м
х
х
х
х

х
х
S
 при х/хм > 8; F ≤ 1,5; (15)

   

(
)
(
)
8,
17
/
47
,2
/
1,0

1

2
1
−
+
=

м
м
х
х
х
х
S
  при х/хм > 8; F > 1,5. 
(16)

Аналогично определяется концентрация при других скоростях  
ветра:
 
Cxu = Cмu · S1.  
(17)
5. Расчет нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющего вещества
Значения ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем 
в случаях Сф < ПДК определяется по формулам:
а) для нагретых выбросов:

 
 
(
)

3
1

2
ПДК
ПДВ
T
V
AFmn

H
Сф
∆
−
=
η

, г/с ; 
(18)

б) в случае холодных выбросов:

 

 
(
)

D
V

AFn

H
Сф
1
8
ПДК
ПДВ

3
4

η

−
=
 , г/с ; 
(19)

в) для нескольких источников выброса:

 
 
(
)

3

2
ПДК
ПДВ
T
V
AFmn

H
С

с
ф
∆
−
=
η

 , г/с , 
(20)

где Vс = V1 + V2 +  ... + Vn
Н – высота источника выброса, м;
V1 – объемный расход газовой смеси, м3/с;
∆Т – разность температур выбросов и атмосферного воздуха, °С;
А – коэффициент температурной стратификации атмосферы, 
принимается в зависимости от региона;
F – коэффициент, зависящий от скорости оседания вредных веществ в воздухе;
m и n – коэффициенты условий выхода газовой смеси из устья 
источника;
D – диаметр устья источника, м;
Vс – суммарный объем газовой смеси, м3/с;
V1 + V2 + ...+ Vn – объем газа, выбрасываемый каждым источником, м3/с.

Раздел 1. Защита атмосферы
12

Задания для самостоятельного решения

1. Используя данные, приведенные в табл. 1, определить максимальную приземную концентрацию загрязняющих веществ (диоксида 
серы и летучей золы) для котельной, работающей по отопительному 
графику.

Таблица 1
метеорологические данные и характеристики выброса ЗВ

Показатели
Варианты

1
2
3
4
5

Коэффициент А,  
зависящий от стратификации атмосферы

Московская  
обл.

Урал, 
севернее  
52° с.ш.

Иркутская  
обл.

Красноярский 
край

Дальний 
Восток

Коэффициент рельефа 
местности
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0

Температура окружающего воздуха, °С
24,5
21,3
21,3
25
25

Средняя температура 
наиболее холодного месяца, °С

– 12
– 50
– 50
– 35
– 10

Высота дымовой трубы, м
120
100
100
125
160
Температура отходящих 
газов, °С
140
50
50
140
80

Диаметр устья дымовой 
трубы, м
7,2
2,1
2,1
10,8
3,0

Суммарный объем выбрасываемой газовоздушной 
смеси, м3/с

11,48
1,183
4,923
12
0,005

Выход летучей золы Мз 
при 98%-ной очистке, г/с
404,4
4,923
6,8515
0,085
7,125

Выход диоксида серы 
VSO2, м/c
666,7
6,8515
5
2,5
2

Расстояние от населенного пункта, км
3
4
0
0
0

Фоновая концентрация 
пыли
0
0
0
0
0

Фоновая концентрация 
SO2, мг/м3
0
0,02 
0
0
0

2. Сравнить полученные данные с ПДК: ПДКм.р. SO2 = 0,5 мг/м3; 
ПДКм.р  летучей золы 0,5 мг/м3.