МУ задания варианты к практическим работам

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1
РАСЧЕТ НОРМАТИВОВ ОБРАЗОВАНИЯ
ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
(на примере работы предприятия по подготовке и обогащению руды)
Цель работы: расчет нормативов образования твердых отходов на предприятии по
подготовке и обогащению руды.
1.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.
1.1.Предприятие включает цех дробления, сортировки и сушки; цех сухого
измельчения и обогащения руды; подсобно-вспомогательные производства. Годовая
производительность планируемого предприятия (по концентрату) 130 тыс. т.
1.2. Режим работы предприятия 250 рабочих дня в году – в три смены по 8 часов.
1.3. Планируемое количество рабочего персонала на предприятии – 29 человек.
1.4. При работе предприятия образуются следующие виды отходов:
1. При периодическом и плановом обслуживании станков в ремонтномеханической мастерской и замене масла в станках образуется:
 отработанное индустриальное масло;

 промасленная ветошь;

 стружка черных металлов.
2. При работе на заточных станках в ремонтной мастерской образуются такие виды
отходов, как:
 лом абразивных изделий;
 пыль абразивно-металлическая.
3. При зачистке резервуаров с топливом (топливо используется для процесса сушки
руды) образуется:
 нефтешлам.
4. Кроме перечисленных отходов на предприятии образуются следующие отходы
потребления:
 отработанные ртутные лампы;
 стеклобой оконный и от ламп накаливания; 
бытовые отходы;  смет с территории; 
тряпье.
Отходов руды не образуется. Образующаяся при сушке пыль улавливается
циклонами и возвращается на предприятие для дальнейшей упаковки и отправки
потребителям (пыль руды является промпродуктом, который можно использовать,
например, при бурении скважин).
2.
РАСЧЕТ НОРМАТИВОВ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ
2.1. Расчет образования отработанных ртутных ламп.
Ртутные лампы применяются для освещения помещений и территории
предприятия.
Для освещения помещений и цехов предприятия установлены ртутные лампы
типа ДРЛ-250 - 34 штуки.
Режим работы предприятия 250 дней в году в три смены по 8 часов.
Для освещения территории используются лампы типа ДРЛ-400 в количестве 5
штук.
Режим работы этих ламп – в среднем 12 часов в сутки 365 дней в году.
Для ламп ДРЛ-250 (освещение помещений):
Максимальный период эксплуатации ламп этого типа (Tr ) 12000 часов/год.
Продолжительность работы ламп этого типа на проектируемом предприятии
составляет:
t = 3 смены · 8 часов ·250 дней = 6000 часов / год.
Количество ламп, которое потребуется для освещения помещений,
составит:
Опомещений = 34 шт · 6000 /12000 = 17 шт/год.
Масса одной ртутной лампы ДРЛ-250 составляет 400 г или 0,4 кг, тогда
масса образующихся отходов от этих ламп составляет:
Мотх = 0,4 кг · 17 шт = 6,8 кг = 0,0068 т/год.
Для ламп ДРЛ-400 (освещение территории):
Максимальный период эксплуатации ламп этого типа (Tr ) 15000 часов/год.
Продолжительность работы ламп этого типа на проектируемом предприятии
составляет:
t = 12 часов · 365 дней = 4380 часов/ год..
Количество ламп, которое потребуется для освещения территории, составит:
Отерритории = 5 шт · 43800 / 15000 = 1,46 шт/год или точнее 2 шт/год.
Масса одной ртутной лампы ДРЛ-400 составляет 400 г или 0,4 кг, тогда
масса образующихся отходов от этих ламп составляет:
Мотх = 0,4 кг · 2 шт = 0,8 кг = 0,0008 т/год.
Общее количество образующихся отходов в год составляет:
19 ламп или 0,0076 т/год.
1)
2.2. Расчет образования стеклобоя.
Стеклобой от ламп накаливания
На предприятии для освещения также используются лампы накаливания в
количестве 25 штук. Замена ламп накаливания производится в среднем 2 раза в год.
Ежегодно замене подлежат 50 шт. ламп накаливания мощностью 200 Вт. Масса одной
лампы оставляет 90 гр.
Общая масса стеклобоя от ламп накаливания составляет:
Qст.ламп = 90 гр. · 50 шт = 4500 гр = 4,5 кг или 0,0045 т/год
2)
Стеклобой при замене стекол
При замене разбитых стекол в цехах и помещениях предприятия образуются
отходы стеклобоя. Ежегодно для замены разбитых стекол планируется расходовать 3
листа оконного стекла размером 70х70 см. Толщина одного листа составляет 3 м.
Удельный вес оконного стекла равен 10 г/см3.
Масса одного стекла составит:
Qст.окон. = 10 г/см3 · (70 · 70 · 0,3) см3 = 14700 г = 14,7 кг.
Следовательно, общая масса стеклобоя от замены стекол в год будет равна:
Qст.окон. = 14,7 кг · 3 листа = 44,1 кг/год = 0,0441 т/год.
Таким образом, суммарное количество образовавшегося стеклобоя составит:
Qстеклобоя = 0,0045 + 0,0441 = 0,0485 т/год
2.3. Расчет образования бытовых отходов
Количество бытовых отходов, образующихся в результате
жизнедеятельности работников предприятия рассчитывают по формуле:
М = N · m, м3/год,
где N – количество людей, ежедневно одновременно работающих на заводе, человек;
m – удельная норма образования бытовых отходов на 1 работающего человека
3
в год, м /год.
Количество работников предприятия 29 человек. Норматив образования
бытовых отходов 0,3 м3 на человека в год. Плотность бытовых отходов данного вида
составляет  = 0,22 т/м3.
М = 0,3 м3/чел. год · 29 человек = 8,7 м3/год
М = 8,7 м3/год · 0,22 т/м3 = 1,914 т/год.
2.4. Расчет образования смета с территории
Заасфальтированная площадь на предприятии составляет 7000 м2. Однако
уборке подлежит только 10% асфальтированной территории (дороги и подъезды к
зданиям). Остальная заасфальтированная площадь занята под прирельсовый открытый
склад сырья и промежуточный открытый склад сырья. Согласно СНиП норматив
образования смета с 1 м2 территории составляет 5 кг/м2.
Расчет нормативного объема образования смета за год рассчитывают по
формуле:
Q = S · H, т/год;
где S – площадь территории, м2; Н – норматив образования смета с 1 м2 в год, кг.
Q территории= 700 м2 · 5 кг/м2 = 3500 кг = 3,5 т/год.
2.5. Расчет образования отработанного индустриального масла.
Отработанные индустриальные масла образуются при обслуживании станков,
находящихся в ремонтной мастерской, при замене масел, сливаемых из картеров
металлообрабатывающих станков.
В ремонтной мастерской имеются следующие станки, в которых заменяется
масло:
 фрезерный станок, объем масленого картера (V1) – 30 л;

 консольно-фрезерный станок, объем масленого картера (V2) – 5 л;

 токарный станок – 2 шт, объем каждого масленого картера (V3) – 8 л;

 вертикально-сверлильный станок, объем масленого картера (V4) – 10 л.
Количество отработанного индустриального масла, сливаемого из станка,
определяется по формуле:
Мi = Ni · Vi · ni · kc ·  · 10-3, т /год, где

Ni – количество единиц i-го типа, шт;
Vi – объем масляного картера единицы оборудования i-го типа, л;
ni – количество замен масла в год на оборудовании i-го типа, раз в год; kc
– коэффициент сбора отработанного масла (kc = 0,9);
 - плотность отработанного масла, кг/л ( = 0,9);
10-3 – переводной коэффициент.
Замена масла в станках производится 1 раз в год.
Мфрезер. = 1 шт ·30 л ·1 раз/год · 0,9 · 0,9 ·10-3 = 0,0243 т/год;
Мкон.-фр. = 1 шт · 5 л ·1 раз/год · 0,9 · 0,9 ·10-3 = 0,00405 т/год;
Мтокар. = 2 шт · 8 л ·1 раз/год · 0,9 · 0,9 · 10-3 = 0,01296 т/год;
Мверт-свер.= 1 шт ·10 л ·1 раз/год · 0,9 · 0,9 ·10-3 = 0,0081 т/год.
 Мi = 0,0243 + 0,00405 + 0,01296 + 0,0081 = 0,04914 т/год
2.6. Расчет образования стружки черных металлов
Стружка черных металлов образуется при работе станков в слесарной
мастерской. В мастерской производится ремонт металлического оборудования и
рассверловка отверстий в металлических деталях. Обрезков и кусков металла при работе
на станках не образуется.
Расчет количества образования стружки черных металлов производится по
формуле:
М = Q · kстр./100, т/год, где
Q – количество металла, поступающего на обработку, т/год (2,4 т черного металла);
kстр – норматив образования металлической струдки, % (kстр = 5%).
М = 24 т · 5/100 = 0,12 т/год.
2.7. Расчет образования ветоши промасленной
Промасленная ветошь образуется при обслуживании и замене масла в
станках.
Для обслуживания станков и замены масла в станках на предприятии в год
используется около 70 кг сухой ветоши.
Расчет образования промасленной ветоши производится по формуле:
М ветоши = Р / (1- К), где
Мветоши – количество образующейся промасленной ветоши, т/год;
Р – вес используемой сухой ветоши, т/год (Р = 70 кг = 0,07 т/год);
К – содержание масла в промасленной ветоши, в долях от 1 (К = 0,05).
Количество образующейся промасленной ветоши составит:
М ветоши = 0,07 / (1-0,05) = 0,0737 т/год.
2.8. Расчет образования тряпья Тряпье
образуется при списании изношенной спецодежды.
В год списывается примерно:
- ватники – 5 шт. весом 2 кг (каждый);
- комбинезоны тканевые – 29 шт. весом 0,8 кг(каждый).
Расчет образования тряпья осуществляют по формуле:
Мтр = N1n1 + N2n2 = 5 шт ·2 кг + 29 шт · 0,8 кг = 33,2 кг = 0,0332 т/год.
2.9. Расчет образования абразивно-металлической пыли.
Для обработки материалов и заточки инструмента используется заточный станок на
два круга. В год используется два абразивных круга.
Таблица
Количество
Подразделение
Параметры кругов, мм
Вес круга, кг
заменяемых кругов,
шт/год
Мастерская (станок на
2 круга)
Заточной, диаметр 180
1,0
2
Количество абразивно-металлической пыли, образующейся при работе станка
определяется по формуле:
М пыли = ni · mi · k1 / k2 ·  · 10-3, т/год, где
ni – количество кругов i – го вида, израсходованных за год, шт/год;
mi - масса нового шлифовального круга i – го вида, кг;
k1 – коэффициент износа кругов до их замены (k1 = 0,7);
k2 –
доля абразива в абразивно-металлической пыли (для корундовых абразивных
кругов k2 = 0,35);

 - степень очистки в пылеулавливающем аппарате, доли от 1 (при отсутствии ПГУ
 = 0,8).
Мпыли = 2 шт · 1 кг · 0,70/0,35 · 0,8 · 10-3 = 0,0032 т/год.
2.10. Расчет образования лома абразивных изделий.
Количество лома абразивных изделий определяется по формуле:
Млома = ni · mi · (1 - k1) · 10-3, где
ni – количество абразивных кругов i – го вида, израсходованных за год,
шт/год; mi - масса нового абразивного круга i – го вида, кг;
k1 – коэффициент износа кругов до их замены (k1 = 0,7);
Для заточных кругов диаметра 180 мм:
ni = 2 шт; mi = 1 кг; k1 = 0,7.
Количество лома, которое образуется на предприятии, составит:
М лома = 2 · 1 кг (1 – 0,7) · 10-3 = 0,0006 т/год.
2.11. Расчет образования нефтешлама от зачистки резервуаров хранения топлива
1) Для резервуаров с дизельным топливом (нефтепродукт II группы) количество
образующегося нефтешлама складывается из нефтепродуктов, налипших на стенках
резервуаров, и осадка.
Мнефтешлама = М н/ш стенки + М н/ш осадка
Масса налипшего на внутренние стенки резервуара
рассчитывается по формуле:
нефтепродукта
Мн/ш стенки = Кн · S · 10-3, т/год, где
Кн – коэффициент налипания нефтепродукта на вертикальную
металлическую поверхность, кг/м2 (для нефтепродуктов II группы Кн = 2 кг/м2);
S – площадь поверхности налипания, м2.
Площадь поверхности налипания для резервуаров со сферическими
днищами рассчитывается по формуле:
S = 2 · p · r · L + 2 · p · (r2 + h2) = 2 · p · (r + L + r2 + h2), м2, где
r – радиус цилиндрической части резервуара, м (r = 1,4 м);
L – длина цилиндрической части резервуара, м (L = 4,15 м);
h - высота сферического сегмента резервуара, м (h = 2,8 м).
S = 2 · 3,14 · ( 1,4 · 4,15 + 1,42 + 2,82) = 98 м2
М н/ш стенки = 2 кг/м2 · 98 · 10-3 = 0,196 т/год.
Масса осадка в цилиндрическом горизонтальном резервуаре определяется по
формуле:
М н/ш осадка = ½ [ b· r – а (r – h)] r · L, т, где
b – длина дуги окружности, ограничивающей осадок снизу, м
b = Ö a2 + (16 h2 / 3) = 0,73 м
r - внутренний радиус резервуара, м (r = 1,34 м);
а – длина хорды, ограничивающей поверхность осадка сверху,
м; a = 2 Ö h r – h 2 = 0,724 м
h – высота осадка, м (h = 0,05 м);
r - плотность осадка, равная 1 т/м3;
L - длина резервуара, м (L = 4,15 м).
М н/ш осадка = ½ [ 0,73· 1,34 – 0,724 (1,34 – 0,05) = 0,092 т/год
М нефтешлама = М н/ш стенки + М н/ш осадка = 0,196 + 0,092 = 0,288 т/год.
2) Для резервуаров с бензином (нефтепродукт I группы), в расчете допустимо
пренебречь количеством нефтепродуктов, налипших на стенках резервуара.
Масса осадка в цилиндрическом горизонтальном резервуаре определяется по
формуле:
М н/ш осадка = ½ [ b· r – а (r – h)] r · L, т, где
b – длина дуги окружности, ограничивающей осадок снизу, м
b = Ö a2 + (16 h2 / 3) = 0,65 м
r - внутренний радиус резервуара, м (r = 1,08 м);
а – длина хорды, ограничивающей поверхность осадка сверху,
м; a = 2 Ö h r – h 2 = 0,64 м
h – высота осадка, м (h = 0,05 м);
r - плотность осадка, равная 1 т/м3;
L - длина резервуара, м (L = 2,84 м).
М н/ш осадка = ½ [ 0,65· 1,08 – 0,64 (1,08 – 0,05) = 0,061 т/год
М нефтешлама = М н/ш осадка = 0,061 т/год.
В год зачищается один резервуар с дизельным топливом и резервуар с
бензином.
Общее количество зачищаемого в год нефтешлама равно:
М общ. = 0,288 + 0,061 = 0,349 т/год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При работе предприятия по подготовке и обогащению руды образуются отходы
потребления (отработанные ртутные лампы, стеклобой, тряпье, бытовые отходы, смет с
территории) и отходы производства (нефтешлам при зачистке резервуаров, отработанное
индустриальное масло, стружка черных металлов, ветошь промасленная, пыль абразивнометаллическая, лом абразивных изделий).
Классы опасности образующихся отходов и нормативы их образования
приведены в табл.
№
п/п
Наименование отходов
Класс
опасности
Единицы
измерени
я
т (шт.)
Таблица
Норматив
образования
отхода
0,0076 (19)
4
Отработанные ртутные лампы
Нефтешлам при зачистке
резервуаров
Отработанное индустриальное
масло
Стеклобой
5
6
Бытовые отходы
Смет с территории
IV
IV
Т (м3)
Т
1,914 (8,7)
3,5
7
Стружка черных металлов
IV
Т
0,12
8
Ветошь промасленная
IV
Т
0,0737
9
Тряпье
IV
Т
0,0332
10
Пыль абразивно-металлическая
IV
Т
0,0032
11
Лом абразивных изделий
IV
Т
0,0006
1
2
3
I
II
Т
0,349
III
Т
0,04914
IV
Т
0,0486
Суммарный годовой объем отходов
6, 09904
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
1.
Рассчитать количество бытовых отходов за год, образующихся в результате
жизнедеятельности 54 работников предприятия, если известен норматив образования
бытовых отходов на человека в год, а плотность бытовых отходов данного вида
составляет 0,22 т/м3.
2.
Рассчитать общую массу стеклобоя от ламп накаливания, образующуюся в
течение года, если на предприятии для освещения используют 52 штуки ламп
накаливания, каждая массой 90 грамм, замена которых осуществляется в среднем 4 раза в
год.
3.
Рассчитать общую массу стеклобоя, образующегося при замене стекол в
цехах и помещениях предприятия, если ежегодно используется по 15 листов оконного
стекла размером 120 см х 120 см толщиной 0,3 см, а удельный вес стекла равен 25 г/см3.
4.
Произвести расчет образования стружки черных металлов, образующейся
при работе станков в слесарной мастерской, согласно нормативам, если на обработку в год
поступает 8,6 т черного металла.
5.
Для обслуживания станков на предприятии в год используется 170 кг сухой
ветоши, рассчитать, сколько за этот период образуется промасленной ветоши, если
содержание масла в ней составляет 8%.
6.
Рассчитать сколько образуется списанной спецодежды (тряпья) на
предприятии, если работникам выдается 25 ватников весом 2 кг каждый и 25
комбинезонов весом 0,8 кг каждый.
7.
Подготовить расчет нормативов образования твердых отходов для
предприятия с годовой мощностью по получаемому продукту 200 тыс. т, если на
предприятии трудится 45 человек и предприятие работает в 2 смены.
8.
Составить 3 задачи по расчету нормативов образования любого твердого
отхода для любого предприятия аналогично примерам для самостоятельного решения.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА ОПАСНОСТИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Экологическая опасность отхода – качество, которое представляет собой
совокупность опасных свойств, находящихся в функциональном единстве и способных
оказывать отрицательное воздействие на окружающую среду и человека.
Опасные отходы – отходы, содержащие в своем составе вещества, которые
обладают одним из опасных свойств (таким как токсичность, инфекционность,
взрывчатость, пожароопасность, высокая реакционная способность) и присутствуют в
таком количестве и в таком виде, что представляют непосредственную или
потенциальную опасность для здоровья людей или окружающей среды как
самостоятельно, так и при вступлении в контакт с другими веществами.
Определение класса опасности промышленных отходов осуществляется на
основании расчета индекса опасности.
Индекс опасности отходов – интегральный показатель, характеризующий
опасность отхода при его воздействии на окружающую среду и человека.
Класс опасности отхода – характеристика относительной экологической
опасности отхода, выраженная в виде числа, которому соответствует определенное
значение индекса опасности отхода.
Установленный класс опасности отхода определяет требования к выбору тары,
способам хранения, транспортировки отходов и к объектам размещения отходов. В
зависимости от класса опасности устанавливается норматив платы за размещение отходов.
Индекс опасности отхода определяется расчетным методом с использованием
гигиенических характеристик и токсикометрических параметров веществ с учетом
взаимозаменяемости некоторых из них. Оценка класса опасности отхода сложного состава
производится по соединениям, определяющим уровень токсичности отхода.
1.1.
Определение класса опасности промышленных отходов на основе ПДК
химических веществ в почве
Расчет индекса опасности (Кi) ведут по формуле
ПДКi
Кi = ------------(1) ,
(S + CB)i
где ПДКi – предельно допустимая концентрация токсичного химического вещества,
содержащегося в отходе, в почве, мг/кг;
S – коэффициент, отражающий растворимость его в воде, безразмерный и равный
растворимости данного химического вещества в граммах на 100 г воды при 25оС,
.3.
деленной на 100. Значение величины S находится в интервале от 0 до 1. При
растворимости больше 100 г в 100 г воды коэффициент принимается равным 1;
СВ – содержание данного компонента в общей массе отхода, массовая
доля;
i – порядковый номер данного компонента.
Величину Кi округляют до 1-го знака после запятой.
В случае когда опасность отхода определяется по катиону или аниону токсичного
компонента отхода, используется растворимость компонента отхода в пересчете на катион
(анион).
1.2. Определение класса опасности при отсутствии ПДК в почве
Расчет индекса опасности (Кi) ведут для каждого компонента отхода по формуле
(2), используя величину ЛД50 для данного компонента. ЛД50 – средняя смертельная доза
при введении в желудок, мг/кг. При наличии в справочнике нескольких значений ЛД 50
для расчета принимают минимальное значение.
lg (ЛД50)i
Кi = ¾¾¾¾¾¾
S+0,1F+CB
(2),
где F – безразмерный коэффициент летучести данного компонента, равный отношению
давления насыщенного пара индивидуального компонента в мм рт.ст. при температуре
25оС к 760 мм рт.ст. Значение величины F находится в интервале от 0 до 1. Летучесть
определяют только для веществ, имеющих температуру кипения при 760 мм рт.ст. не
выше 80оС. Остальные обозначения те же, что в формуле (1).
Определение класса опасности при отсутствии ПДК химических веществ
в почве и ЛД50
При отсутствии ПДК в почве и ЛД50 для некоторых компонентов отходов, но при
наличии величин классов опасности в воздухе рабочей зоны в уравнение (2) подставляют
условные величины ЛД50, ориентировочно определяемые по показателю класса опасности
в воздухе рабочей зоны с помощью вспомогательной таблицы 3.
1.4. Определение суммарного индекса опасности
Рассчитав Кi для отдельных компонентов отхода, выбирают несколько (не более
трех) ведущих компонентов отхода, имеющих наименьшее значение К i, причем К1< К2<
К3.
Затем по формуле (3) ведут расчет индекса опасности отхода К :
по трем ведущим компонентам при условии 2К1³ К3;
по двум ведущим компонентам при условии 2К1³ К2, но 2К1< К3
1
n
К = ¾¾  Ki (3),
n2
1
где n – количество ведущих компонентов отхода (n£3).
После расчета К определяют класс опасности отхода по таблице 1 при расчете на
основе ПДК в почве (п.1.1) или по таблице 2 при расчете на основе ЛД50 (пп.1.2 и 1.3).
Таблица 1
Классификация опасности химических веществ на основе их ПДК в почве
Расчетная величина К по
ПДК в почве
Класс опасности
Степень опасности
Менее 2
От2до16
От 16,1 до 30
Выше 30
1
2
3
4
Чрезвычайно опасные
Высокоопасные
Умеренно опасные
Малоопасные
Таблица 2
Классификация опасности химических веществ по ЛД 50
Расчетная величина К по
ПДК в почве
Класс опасности
Степень опасности
Менее 1,3
От 1,3 до 3,3
От 3,4 до 10
Более 10
1
2
3
4
Чрезвычайно опасные
Высокоопасные
Умеренно опасные
Малоопасные
Таблица 3
Классы опасности в воздухе рабочей зоны и соответствующие им условные
величины ЛД50
Класс опасности в воздухе рабочей
Эквивалент ЛД50, мг/кг
зоны
1
15
2
150
3
5000
4
Более 5000
ПРИМЕР 1.
Рассчитать класс опасности отхода на основе ПДК в почве (вариант 1), на основе
ЛД50 (вариант 2) и исходя из класса опасности вещества в воздухе рабочей зоны (вариант
3).
Справочные данные о ведущих компонентах отходов и их содержании в отходах
приведены в таблице 4.
Таблица 4
Содержание ведущих компонентов и справочные данные для расчета
класса опасности отходов
Содержа
ние
Ведущий
компонент
та
отхода
отходе,
%
мг/кг
100 г
1
Хлорофос
Метафос
5
5
0,5
0,1
12,3
0,006
компоне
нта в
ПДК в
почве,
Раствори
№
вариан
мость в
воде, г в
Темпер
атура
кипени
я, оС
Летальная
доза ЛД50
Класс
опасн
ости в
возду
,
хе
мг/кг
рабоч
ей
зоны
2
1
57
13
Карбофос
2
3
Бария
хлорид
Натрия
тетраборат
Na2B4O7 x
10H2O
Нитробензо
л
Трихлорбен
зол
5
2,0
0
190
2
5
-
36,2
2050
100
2
35
-
21,2
320
2000
2
25
40
-
0,19
0
210
213
-
2
2
РЕШЕНИЕ
1.
Вариант 1
1.1. Рассчитываем индексы опасности ведущих компонентов отходов по формуле
(1):
0,1
К1 = Кi метафоса = ¾¾¾¾¾¾¾ = 2
6 ×10-5 + 0,05
0,5
К2 = Кi хлорофоса = ¾¾¾¾¾¾¾ = 2,9
0,123 + 0,05
2
К3 = Кi карбофоса = ¾¾¾¾¾¾¾ = 40
0+ 0,05
Кi метафоса< Кi хлорофоса< Кi карбофоса
Показатель летучести F принят равным нулю, т.к. температура кипения выше 80оС.
2К1>К2, а 2К1 < К3.
2+2,9
К = ¾¾¾¾ = 1,2
22
ВЫВОД: согласно таблицы 1 отход, содержащий по 5% хлорофоса, метафоса и
карбофоса, относится к 1-му классу опасности.
2.Вариант 2.
2.1. Рассчитываем индексы опасности ведущих компонентов отходов по формуле
(2):
lg 100
Кi BaCl2 = ¾¾¾¾¾¾
0,362 + 0 + 0,05
= 4,9
lg 2000
Кi Na2B4O7 x 10H2O = ¾¾¾¾¾¾
= 8,9
0,0212 + 0 + 0,35
о
Показатель летучести F принят равным нулю, т.к. температура кипения выше
80 С.
2.2. Находим суммарный индекс опасности по двум ведущим компонентам, т.к.
2К1>К2
4,9 + 8,9
К = ¾¾¾¾ = 3,5
22
ВЫВОД: согласно таблицы 2 отход, содержащий по 5% хлорида бария и 35%
тетрабората натрия, относится к 3-му классу опасности.
3. Вариант 3.
3.1. Рассчитываем индексы опасности ведущих компонентов отходов по формуле
(2):
lg 150
Кi нитробензола = ¾¾¾¾¾¾
= 8,6
0,002 + 0 + 0,25
lg 150
Кi трихлорбензола = ¾¾¾¾¾¾ = 5,4
0+0+0,4
Показатель летучести F принят равным нулю, т.к. температура кипения выше 80оС.
2К1>К2.
5,4 + 8,6
К = ¾¾¾¾ = 3,5
22
ВЫВОД: согласно таблице 2 отход, содержащий 25% нитробензола и 40%
трихлорбензода, относится к 3-му классу опасности.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
ЗАДАЧА 1. Отход отработанного активированного угля содержит одно из
органических веществ: а) хлороформ; б) четыреххлористый углерод; в) бензол; г)
перхлорэтилен; д) толуол. Уголь подвергли обезвреживанию, при этом содержание
органического загрязняющего вещества снизилось до 0,1%. Опасность отхода
определяется наличием в нем органического вещества.
Справочные данные для загрязняющих веществ приведены в табл.5.
Рассчитать класс опасности отхода отработанного угля до и после обезвреживания.
Исходные данные по вариантам приведены в приложении 1.
ЗАДАЧА 2. Шлам от мойки машин и механизмов содержит: а) низкокипящие
нефтепродукты; б) индустриальные масла. Класс опасности в воздухе рабочей зоны нефти
– 3- й; ЛД50 для индустриальных масел равна 12000 мг/кг. Определить класс опасности
шлама, загрязненного а) нефтепродуктами; б) индустриальными маслами.
Исходные данные по вариантам приведены в приложении 1.
ЗАДАЧА 3. Определить класс опасности отхода производства фторсолей, если в его
состав входят сера, натрия сульфат и натрия фторид. Значение ПДК в почве для серы 160
мг/кг, для сульфат-иона – ПДК в почве серной кислоты 160 мг/кг, для фторида натрия –
ПДК в почве для растворимой формы фтора 10 мг/кг. Растворимость в воде сульфата
натрия в пересчете на сульфат– ион – 35,8 г на 100 г воды, фторида натрия в
пересчете на фторид-ион – 1,95 г в 100 г воды, сера в воде практически не растворима.
Исходные данные по вариантам приведены в приложении 1.
ЗАДАЧА 4. Шлам содержит одно из токсичных веществ: а) меди нитрат; б)
кобальта сульфат; в) никеля нитрат; г) мышьяка оксид (3). Справочные данные для
загрязняющих веществ приведены в табл. 5.
Рассчитать класс опасности шлама.
Исходные данные по вариантам приведены в приложении 1.
Таблица 5
Физико-токсикологические параметры токсичных компонентов отходов
Загрязняющее
вещество
ЛД50,
мг/кг
Хлороформ
Углерод
четыреххлори
стый
Бензол
Перхлорэтиле
н
Толуол
Меди нитрат
Кобальта
сульфат
Никеля нитрат
Мышьяка
оксид (Ш)
Нитраты
Сульфаты
Класс
опасности в
воздухе
рабочей зоны
2
2
Растворимость, Летучесть
г в 100 г воды
атмосф.
100
0,82
0,21
5760
0,08
0,16
4600
0,08
0,1
 5000
0,015
0,013
940
0,063
134*
0,04
0
-
13,8*
0
1620
77*
0
13,8
2,8*
0
-

0
-

0
ПДК в
почве,
мг/кг
-
2
3
0,3
-
3
2
-
0,3
3,0 (Cu)
1
1
4,0(Ni)
6,0 (Co)
2,0 (As)
-
130
160
(H2SO4)
Примечание: цифры, помеченные *, указывают растворимость в пересчете
на токсичный компонент-металл.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
№ ЗАДАЧИ
1
25
50
34
0,47
0,14
8,5
Мышьяк
Никель
Кобальт
Медь
Фторид ион-
Сульфа ион-
Сера
Индустриальн
ыемасла
Нефтепродукт
ы
Толуол
2
Перхлорэтилен
Бензол
3
4
Отход
Шлам, содержащий
Уголь
отработанный Нефтешла
производства
цветные металлы
активированный
м
фторсолей
Содержание токсичных компонентов в отходе, %
ССl4
1
Хлороформ
№
вариа
нта
2
3
4
5
6
7
8
25
48
25
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0,68
2,3
35
25
30
25
30
40
30
3,4
3,4
13,5
10,1
10,1
13,5
4,5
4,5
2,3
4,5
9,0
4,5
32
25
30
16,9
6,8
6,8
4,5
28
15
20
13,5
6,8
4,5
4,5
13,5
20,3
29,7
10,7
10,1
3,4
20,3
10,1
4,5
2,3
0,45
9
6,8
2,3
9
9
10,2
12
40
40
30
45
20
30
20
15
20
10
13,1
23,7
4,5
2,3
5,1
8
20
3,4
9
15
30
13,5
20,3
9
46
25
44
25
42
20
40
20
37
20
9
10
11
12
30
20
33
10
15
30
15
15
26
15
24
15
22
35
20
35
18
35
16
35
14
35
10
10
10
10
6
10
4
10
2
1,9
3,2
7,6
1,7
5,7
4,8
11,
4
3,4
13,
7
1,6
15,
1
7,6
8,0
3,8
6,8
3,8
9,6
18,
9
17,
5
0,9
6
6,1
9,5
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ФЕДЕРАЛЬНЫМ
КЛАССИФИКАЦИОННЫМ КАТАЛОГОМ ОТХОДОВ
И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕГО ПРИ СОСТАВЛЕНИИ
ПАСПОРТА ОПАСНОГО ОТХОДА
Федеральный классификационный каталог отходов (приложение 1) разработан во
исполнение п.3 Постановления Правительства РФ от 01.07.1996 г.№766 «О
государственном регулировании и контроле трансграничных перевозок опасных отходов»
и в соответствии с Законом РСФСР от 19.12. 1991 г.№2060-1 «Об охране окружающей
природной среды».
Каталог отходов предназначен для юридических лиц и индивидуальных
предпринимателей с целью учета, контроля, нормирования отходов при обращении с
ними, лицензировании деятельности в области обращения с отходами, выдаче разрешений
на трансграничные перевозки и размещение отходов, при проектировании
природоохранных сооружений и осуществлении мероприятий, связанных с
природоохранной деятельностью предприятий.
Каталог отходов – перечень видов отходов, систематизированных по
совокупности приоритетных признаков:
 по происхождению отхода;

 агрегатному состоянию;

 химическому составу;

 экологической опасности.
Вид отхода – совокупность отходов, которые имеют одинаковые
классификационные признаки и по химическому составу относятся к одному и тому же
классу опасности.
Каталог отходов имеет пять уровней классификации, расположенных по
иерархическому принципу: блоки, группы, подгруппы, позиции, субпозиции.
Высшем уровнем классификации являются блоки, сформированные по признаку
происхождения отходов:
- отходы органические природного происхождения (животного и растительного);
- отходы минерального происхождения;
- отходы химического происхождения;
- отходы коммунальные (включая бытовые).
Каждый блок отходов того или иного происхождения делится на группы, группы
делятся на подгруппы, в каждой подгруппе выделяются позиции и соответствующие им
субпозиции.
В основу выделения групп, подгрупп, позиций и субпозиций положены следующие
признаки:
- происхождение исходного сырья;
- принадлежность к определенному производству, технологии;
- химический состав; - агрегатное состояние и другие
свойства.
Иерархически в каждом подразделении эти признаки раскрываются более широко
(от общего к частному).
Позиция несет в себе наиболее полную характеристику вида отходов в отличие от
верхних уровней классификации.
Субпозиция заключает в себе информацию об экологической опасности
конкретного вида отхода.
Название виду отхода присваивается с учетом его происхождения и химического
состава.
Кодовая система Каталога отходов вводится для формализации видов отходов,
удобства передачи информации, ее обработки, сбора.
Кодирование
отхода
–
технический
прием,
позволяющий
представить
классифицируемый объект в виде знака или группы знаков по правилам, установленным
данной системой классификации.
В Каталоге отходов принято обозначение кода арабскими цифрами.
Коды блоков, групп, подгрупп, позиций и субпозиций взаимосвязаны.
Структура кодового обозначения построена по десятичной системе и включает код
блока, группы, подгруппы, позиции и субпозиции.
Весь массив отходов разбит на блоки, обозначенные цифрами 1,3,5,9.
Ряд цифр (2,4,6,8) оставлен для обозначения резервных блоков.
Резервный блок может включать в себя все необходимые уровни классификации.
Резервный блок необходим для расширения номенклатуры отходов и для выделения
специфических групп отходов.
В каждом выделенном блоке заключено девять групп с 11 по 19 для первого блока,
с 31 по 39 – для третьего блока и т.д.
Девятая группа каждого блока включает «другие отходы».
Каждая группа соответствующего блока включает в себя девять подгрупп.
Например, 111 – 119, 311 – 319 и т.д. Каждая подгруппа может содержать 99 позиций,
например, для 311 подгруппы от 31101 до 31199 и т.д.
БЛОК обозначается цифровым кодом с одной первой значащей цифрой, например
– 100000.
ГРУППА обозначается цифровым кодом с двумя первыми значащими
цифрами, например 110000.
ПОДГРУППА обозначается цифровым кодом с тремя первыми значащими
цифрами, например 111000.
ПОЗИЦИЯ обозначается цифровым кодом с пятью первыми значащими цифрами,
например 111110.
СУБПОЗИЦИЯ обозначается шестизначным цифровым кодом, например 111111.
БЛОК – ГРУППА – ПОДГРУППА отражают развернутую характеристику
происхождения отходов.
ПОЗИЦИЯ и СУБПОЗИЦИЯ – отражают состав и свойства отхода.
Шестая цифра кода обозначает уровень экологической опасности отхода в
соответствии с установленным классом опасности.
III. Федеральный классификационный каталог отходов (приказ от 27.11.97 №527)
- прилагается
МПР России приказом от 02.12.2002 г №786 внесены дополнения в Федеральный
классификационный каталог отходов (приложение 2), предложив для каждого вида отхода
не шестизначный код, а тринадцатизначный, который учитывает агрегатное
состояние (7,8 цифры), физическую форму отхода (9,10 цифры), группу опасных свойств
(11,12 цифры) и класс опасности отходов (13 цифра).
НАПРИМЕР, масла автомобильные отработанные имеют следующий код – 541 002
02 02 03 3. Это означает, что данные масла относятся к 5 блоку, группе 54, подгруппе 541,
агрегатное состояние 02 обозначает, что данный вид отхода жидкий, а физическое
состояние отхода 02 – потерявшее свой потребительские свойства, класс опасности отхода
– третий.
ПОРЯДОК ПАСПОРТИЗАЦИИ ОПАСНЫХ ОТХОДОВ
В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Порядок паспортизации опасных отходов в Российской Федерации разработан с
целью реализации статьи 14 Федерального закона от 24.06.98 г. № 89-ФЗ «Об отходах
производства и потребления» и Постановления Правительства РФ от 26.10.2000 г. №818
«О порядке ведения государственного кадастра отходов и проведения паспортизации
опасных отходов».
1. Паспортизация опасных отходов – процедура получения производителем
(собственником) отхода ПАСПОРТА ОПАСНОГО ОТХОДА, удостоверяющего
принадлежность данного отхода к соответствующему виду и классу опасности для
окружающей природной среды и содержащего сведения о составе и свойствах данного
отхода.
2. Паспортизации подлежат отходы, которые содержат вредные вещества или
обладают
опасными
свойствами
(экотоксичностью,
взрывоопасностью,
пожароопасностью, высокой реакционной способностью, коррозионной опасностью и
т.д.), за исключением радиоактивных и содержащих возбудителей инфекционных
болезней, обращение с которыми регулируется соответствующим законодательством РФ.
3. Порядок паспортизации не распространяется на сточные воды и выбросы в
атмосферу. Отходы, уловленные или образовавшиеся в процессе очистки отходящих газов
и сточных вод на соответствующих сооружениях и установках, также подлежат
паспортизации.
4. Паспортизация опасных отходов проводится с целью совершенствования
системы управления в области обращения с отходами и предназначается для применения
при:
- формировании Государственного кадастра отходов;
- проведении инвентаризации отходов;
- выдаче лицензий на осуществление деятельности по обращению с опасными
отходами;
- ведении отчетности в области обращения с отходами;
- оценке материального ущерба или риска возникновения аварии при обращении с
опасными отходами;
- проведении государственной экологической экспертизы;
- экологическом аудировании предприятия.
5. Состав отходов определяется производителем (собственником) отхода
самостоятельно или с привлечением аккредитованных для таких исследований
организаций (прилагается копия аттестата аккредитации аналитической лаборатории и
область аккредитации). За достоверность сведений о составе отхода ответственность несет
производитель (собственник) отхода. Отбор проб отходов для анализа и выполнение
измерений качественного и количественного состава отхода осуществляется в
соответствии с нормативно-методическими документами. Допускается применение
отраслевых и государственных стандартов.
6. Производитель (собственник) отхода самостоятельно, или привлекая сторонние
организации, готовит обоснование отнесения отхода к соответствующему классу
опасности для окружающей природной среды согласно нормативным документам.
7. Для утверждения обоснования отнесения отходов к соответствующему классу
опасности и получения паспорта опасного отхода производитель представляет в
территориальный орган МПР России исходные данные об отходе.
8. Территориальный орган МПР России на основании регионального каталога
отходов выдает производителю отхода паспорт опасного отхода в соответствии с
приложением 3.
9. Регистрация отходов в Федеральном классификационном каталоге отходов
считается завершенной для производителя отходов после получения в территориальном
органе МПР России паспорта опасного отхода.
10. Срок проведения анализа материалов, представленных территориальными
органами МПР России по обоснованию отнесения отходов к классу опасности для
окружающей природной среды и принятия решения о выдаче паспорта опасного отхода
определяется трудоемкостью работ и объемом представленных на регистрацию исходных
данных об отходах, но не должен превышать 3-х месяцев.
11. В выдаче паспорта опасного отхода производителю отходов может быть
отказано в случае установления ошибок, допущенных при определении состава отхода,
расчете его класса опасности для ОС или предоставлении недостоверных сведений, или
при неполном учете всех потенциально опасных свойств отходов.
12. В некоторых случаях (особенно спорных) для проверки правильности
определения класса опасности отхода для ОС расчетным способом необходимо провести
исследования экспериментальным путем за счет заинтересованной стороны, Если при
этом не будет совпадения результатов по классам опасности для окружающей природной
среды, то за конечный принимается результат, который показал более высокий класс
опасности для окружающей природной среды.
13. Производитель (собственник) отхода один раз в пять лет подтверждает
характеристики, включенные в паспорт опасного отхода при условии неизменности
технологического процесса и используемого сырья. При переходе на иной состав сырья
или изменении технологического процесса необходимо в установленном порядке заново
получить паспорт опасного отхода.
Приложение 1
к приказу МПР России
от 02.12.2002 №785
Форма
УТВЕРЖДАЮ
Директор _______________
_________________________
«____»___________200__ г.
М.П.
СОГЛАСОВАН
Руководитель территориального
органа МПР России
_____________________________
«_____»______________200__ г.
М.П.
ПАСПОРТ ОПАСНОГО ОТХОДА
Составлен на отход ___________________________________________________________
(код и наименование по федеральному классификационному каталогу отходов)
_____________________________________________________________________________
(агрегатное состояние и физическая форма отхода: твердый, жидкий, пастообразный, шлам,
гель, эмульсия, суспензия, сыпучий, гранулят, порошкообразный, пылеобразный, волокно, готовое
изделие, потерявшее свои потребительские свойства, иное)
состоящий из: _______________________________________________________________
(компонентный состав отхода в процентах)
образованный в результате_____________________________________________________
(наименование технологического процесса, в результате которого
образовался отход, или процесса, в результате которого товар (продукция) утратил свои
_____________________________________________________________________________________
________
потребительские свойства, с указанием наименования исходного товара) имеющий
класс опасности для окружающей природной среды ____________________
обладающий опасными свойствами ____________________________________________
(токсичность, пожароопасность, взрывоопасность, высокая
реакционная способность, содержание возбудителей инфекционных болезней)
Дополнительные сведения_____________________________________________________
ФИО индивидуального предпринимателя или полное наименование юридического
лица_________________________________________________________________________
Сокращенное наименование юридического лица ________________________________
_____________________________________________________________________________
ИНН _____________________________________ ОКАТО ___________________________
ОКПО ___________________________________ ОКОГУ ___________________________
ОКВЭД __________________________________
ОКФС ___________________________________ОКОПФ ___________________________
Адрес юридический ___________________________________________________________
Адрес почтовый ______________________________________________________________
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4
ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
Утилизация твердых отходов позволяет расширить номенклатуру сырьевых
ресурсов и уменьшить загрязнение окружающей среды. Для выбора наиболее
приемлемого способа переработки необходимо провести экономическую оценку
нескольких вариантов.
Интегральная экономическая оценка варианта переработки отходов должна
учитывать расходы и ущерб от процесса переработки, снижение расходов и ущерб от
получения и использования аналогичного природного сырья, расходы и ущерб от
складирования или захоронения остатков переработки. При оценке должны учитываться и
косвенные элементы изменения расходов. Так, сбор и переработка лома алюминиевых и
медных сплавов, наряду с экономией природного сырья, обеспечивает улучшение
качества стали.
Рассмотрим два варианта переработки титановой стружки.
Вариант 1: сортировка по видам, сортировка по крупности, электромагнитная
сепарация, дробление в молотковой дробилке, обезжиривание, сушка.
Вариант 2: сортировка по видам, измельчение в щековой дробилке, сортировка по
крупности, магнитная сепарация, обезжиривание, сушка.
Основное оборудование: автопогрузчик 4022 (сбор отходов), стилоскоп «Спектр»
СЛ-12, конвейер пластинчатый КП-55 (сортировка), грохот инерционный ГИТ-32
(сортировка), электромагнитный железоотделитель П 100 (сепарация), молотковая или
щековая дробилка, моечная машина (обезжиривание), центрифуга (сушка).
Варианты переработки различаются только операцией дробления. Использование
молотковой дробилки позволяет почти полностью извлечь железные примеси и
уменьшить размер получаемых частиц до 1,0-1,5 мм. Щековые дробилки дают размер
частиц 40 мм.
Определим коэффициент изменения физического состояния стружки по
вариантам:
75
210
КИО1 = ------- = 50,
КИО2 = ------ = 5,25,
1,5
40
где 75 и 210 – размер частиц по вариантам до переработки, мм;
1,5 и 40 – размер частиц по вариантам после переработки, мм.
Производительность молотковой дробилки – 0,15 т/ч, а шековой – 360 т/ч.
Экономичность процессов характеризуется количеством перерабатываемой
стружки на единицу затрат:
550
10000
Э1 = --------- = 0,07 (т/руб);
Э2 = ------------ = 1,92 (т/руб),
7800
5200
где 550 и 10000 – годовой объем перерабатываемой стружки по вариантам, т;
7800 и 5200 – текущие затраты на переработку стружки по вариантам, руб/т.
Коэффициент отчуждения территории для размещения оборудования:
0,25
2
КОТ1= ------- = 0,005 (м /т),
550
1,663
2
КОТ2 = -------- = 0,0001 (м /т).
10000
где 0,25 и 1,663 – площади под оборудованием по вариантам, м2.
Экологический ущерб от загрязнения окружающей среды связан с выбросами
смачивателя ОП-7, используемого для очистки поверхности стружки. Общая масса
годового сброса по 1-му варианту 69 т/год, по 2-му – 1250 т/год. Экологический ущерб
составит:
У1 = 2217,5 х 0,47 х 3,33 х 69 = 239,472 (тыс. руб/год) или 435 руб/т;
У2 = 2217,5 х 0,47 х 3,33 х 1250 = 4338,261 (тыс. руб/год) или 434 руб/т,
где 2217,5 - удельный экологический ущерб от загрязнения водоемов, руб/усл.т; 0,47 коэффициент, учитывающий месторасположение водоема; 3,33 - показатель
относительной опасности сброса в водоем смачивателя, усл. т/т.
-
Существует несколько вариантов использования титановых отходов:
как добавки при выплавке стали;
в производстве титансодержащих шлаков;
при хлорировании в солевых расплавах;
в выплавке серийных сплавов;
в фасонном литье;
при рафинировании (электролитическое и металлотермическое);
в порошковой металлургии.
Выбор варианта использования отходов определяется видом и ценой полученного
продукта. Отходы, перерабатываемые по 1-му варианту, используются в черной
металлургии, а по 2-му – при выплавке серийных титановых сплавов.
Коэффициент технологической ценности по вариантам равен:
7800 + 435
1620000 +434
КТЦ1 = ----------------- = 0,09;
КТЦ2 = -------------------- = 0,83,
85000
1950000
где 7800 и 1620000 – затраты на производство продукции из отходов, руб/т;
85 000 и 1 950 000 –
затраты на производство продукции из первичного сырья,
руб/т.
Оценочные показатели вариантов (табл. 1) позволяют сделать вывод о
целесообразности использования 1-го варианта.
Таблица 1
Оценочные показатели вариантов переработки отходов
Наименование показателей
Коэффициент
изменения
физического
состояния, мм/мм
Производительность процесса, т/ч
Экономичность процесса, т/руб
Коэффициент отчуждения территории, м2/т
Варианты
1-й
2-й
49
4,25
0,15
0,07
0,0005
3,0
1,92
0,0001
Годовой экологический ущерб от загрязнения
окружающей среды, тыс. руб
Коэффициент технологической ценности,
руб/руб
239,472
4338,261
0,09
0,83
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
1. Рассчитать экологический ущерб, обусловленный выбросами твердых отходов,
а также коэффициент отчуждения территории, если объем выбросов составляет 3000 т в
год, объем перерабатываемых отходов 700 т (по первому варианту) и 290 т (по второму
варианту), а площадь, занятая под отходами 0,76 м2 и 0,52 м2 соответственно. Удельный
экологический ущерб от загрязнения почвы составляет 2000 и 3400 руб/усл. т; 0,5 –
коэффициент экологической значимости; 4,0 – показатель относительной опасности
выбросов, усл.т /т.
2. Выбрать вариант переработки металлической стружки и рассчитать
экологический ущерб, наносимый окружающей среде, если размер стружки до
переработки по вариантам составляет 55 и 175 мм, а после переработки на молотковой
дробилке – 1,5 мм, а щековой – 25 мм. Годовой объем перерабатываемой стружки по
вариантам – 250 и 1000 т, текущие затраты 5600 и 3000 руб/т. Удельный экологический
ущерб от загрязнения почвы составляет 1500 руб/усл.т; коэффициент экологической
значимости для данного региона – 0,5, а показатель относительной опасности стружки –
4,0.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №5
РАСЧЕТ ВМЕСТИМОСТИ ПОЛИГОНОВ
Как показывает мировая и отечественная практика наиболее распространенными
сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны.
Современные полигоны – это комплексы природоохранных сооружений,
предназначенные для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО, обеспечивающие
защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод,
препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных
микроорганизмов.
Проектируемую вместимость полигона рассчитывают с учетом удельной
обобщенной годовой нормы накопления ТБО на одного жителя, которая включает
накопление ТБО в учреждениях и организациях, число обслуживаемого полигоном
населения, расчетный срок эксплуатации, степень уплотнения ТБО в процессе их укладки
в тело полигона и после его закрытия.
Пример расчета полигона
Исходные данные. Расчетный срок эксплуатации полигона Т = 20 лет. Годовая удельная
норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов на год
проектирования У1 = 1,1 м3/чел×год. Количество обслуживаемого населения на год
проектирования Н1 = 250 тыс. чел., прогнозируется через 20 лет с учетом близко
расположенных населенных пунктов Н2 = 350 тыс. чел. Высота складирования ТБО,
предварительно согласованная с архитектурно-планировочным управлением, Нп = 40 м.
1. Расчет проектируемой вместимости полигона ТБО.
Вместимость полигона ЕТ на расчетный срок определяется по формуле:
Ет =
У1 +У2  ´ Н1 +Н2 ´Т
2
2
К2
К1
= У1 +У2Н1 + Н2´Т ´К2 :4К1,
где У1 и У2 – удельные годовые нормы накопления ТБО по объему на 1-ый и последний
годы эксплуатации полигона, м3/чел×год;
Н1 и Н2 – количество обслуживаемого полигоном населения на 1-ый и последний годы
эксплуатации полигона, чел.;
Т – расчетный срок эксплуатации полигона, год;
К1 – коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона на
весь срок Т;
К2 – коэффициент, учитывающий объем наружных изолирующих слоев грунта
(промежуточный и окончательный).
Определим значение параметров, отсутствующих в исходных данных. Удельная
годовая норма накопления ТБО по объему на 20-ый год эксплуатации определяется из
условия ежегодного роста ее по объему на 3 % (среднее значение по РФ 3-5%):
У 2 = У1 ´ 1,03Т =1,1´ 1,0320 =1,1´1,805 =1,99 м3/чел×год
Коэффициент К1, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона
за весь срок Т, принимаем по табл. 1 с учетом применения для уплотнения бульдозера
массой 14 т: К1 = 4.
Коэффициент К2, учитывающий объем изолирующих слоев грунта в зависимости от
общей высоты, принимаем по табл. 2: К2 = 1,18.
Таблица 1
Масса бульдозера или катка ,
т
3– 6
12 – 14
12 – 14
20 – 22
Полная проектируемая
высота полигона, м
20...30
менее 20
20...40
50 и более
К1
3
3,7
4
4,5
Примечание: значения К1 приведены при соблюдении послойного уплотнения ТБО,
оседания в течение не менее 5 лет и плотности ТБО в местах сбора r = 200 кг/м3.
Таблица 2
Общая
высота, м
К2
5,25
7,5
9,75
12...15
16...39
1,37
1,27
1,25
1,22
1,2
40...50
1,18
Более
50
1,16
Примечание:
1. При обеспечении работ по промежуточной и окончательной изоляции
полностью за счет грунта, разрабатываемого в основании полигона, К2 = 1.
2. В табл. 2 слой промежуточной изоляции принят 0,25 м. При применении
катков КМ-305 допускается слой промежуточной изоляции 0,15 м.
Проектируемая вместимость полигона ЕТ составит:
ЕТ = 1,1+1,99´250000 + 350000´ 20´1,18 :16 = 2734650 м3.
С учетом плотности ТБО после уплотнения вместимость полигона на расчетный
срок его эксплуатации рассчитывается по формуле:
(Y1 + Y2)
K2
ЕТ = ----------- (H1 + H2) T ------2K1
2ТБО
где Y1 , Y2 – удельные годовые нормы накопления отходов в первый и последний годы
эксплуатации полигона, т /чел; Н1, Н2 – численность населения, обслуживаемого
полигоном, на первый и последний годы эксплуатации, чел.; Т – расчетный срок
эксплуатации полигона, годы; К1 – коэффициент уплотнения ТБО, равный отношению
плотности ТБО после уплотнения (ТБО = 0,6-0,8 т /м3) к плотности ТБО, доставляемого
мусоровозами на полигон (ТБО = 0,2-0,3 т/м3), зависит от массы грунтоуплотняющей
машины и толщины изолирующего слоя (hиз), выполняемого из минерального грунта (при
hиз = 0,25 м и менее, К1 = 3-4,5); К2 – коэффициент, учитывающий увеличение объема
полигона за счет устройства наружных и внутренних изолирующих слоев; К 2 зависит от
изолирующего материала, в качестве которого используют минеральный грунт,
забираемый из основания полигона, либо привозной. Так, для выполнения изолирующих
работ с помощью минерального грунта, разрабатываемого в основании возводимого
полигона, К2 = 1, а привозного грунта – К2 =1,16-1,37 в зависимости от высоты или
глубины полигона.
При расчете вместимости полигона необходимо учитывать демографические
изменения численности населения в обслуживаемом районе за расчетный период:
Н2 = Н1К3, (3)
где К3 – коэффициент, учитывающий демографические изменения в обслуживаемом
районе за счет рождаемости и миграции населения, К3 = 1-1,4.
Таблица 3.
Ориентировочные нормы накопления ТБО в жилом фонде
Классификация жилищного фонда
Жилые дома
Благоустроенные:
- при отборе
отходов;
- без отбора
отходов;
Неблагоустроенные:
- без отбора
отходов;
Нормы накопления ТБО на 1
человека
кг/год
м3/год
Средняя
плотность
ТБО, кг/м3
180-200
0,9-1,0
190-200
210-225
1,0-1,1
200-220
350-450
1,2-1,5
300
-
2,0-3,25
1000
260-280
1,4-1,5
190
пищевых
пищевых
пищевых
Жидкие отходы из непроницаемых
выгребов неканализованных домов
Общая норма накопления ТБО по
благоустроенным
жилым
и
общественным
зданиям
для
городов с населением более 100
тыс. чел.
То же с учетом всех арендаторов
280-300
1,5-1,55
200
Таблица 4
Ориентировочные нормы накопления ТБО от отдельно стоящих
объектов общественного назначения
Объект образования
отходов
Расчетная
единица
Гостиница
Детский сад, ясли
Школа,
техникум,
институт
Театр, кинотеатр
Учреждение
На 1 место
На 1 место
На 1 учащегося
Продовольственный
магазин
Промтоварный
магазин
На 1 м2 торговой
площади
На 1 м2 торговой
площади
На 1 м2 торговой
площади
На 1 место
Рынок
На 1 место
На 1 сотрудника
Санатории,
пансионаты,
дома отдыха
Вокзалы, автовокзалы, На 1 м2 площади
аэропорты
Норма накопления
Плотность
ТБО, кг/м3
3
кг/год
120
95
м /год
0,7
0,4
170
240
24
0,12
200
30
40
0,2
0,22
150
180
160-250
0,8-1,5
160-190
80-200
0,5-1,3
150-160
100-200
0,6-1,3
160-170
250
1,0
250
125
0,5
250
Таблица 5
Степень уплотнения ТБО при различных способах их прессования
(уплотнения) в зависимости от давления, создаваемого установками.
Способ прессования
Уплотнение сухих
учреждениях
или
предприятиях.
отходов в
торговых
Давление, МПа (кг/см2)
При сборе
Степень уплотнения, раз
0,1-0,2 (1-2)
3-6
При транспортировании
при
0,02-0,1 (0,2-1)
0,03-0,6 (0,3-0,6)
при
Уплотнение в мусоровозе
сборе.
Прессование
перегрузке в контейнеры.
При переработке и захоронении
5-30 (50-300)
Прессование
на
специальных
прессах
с
последующим
захоронением
на
полигонах.
0,1(1)
Послойное
уплотнение отходов
при захоронении на полигонах.
1,5-3
8-10
3-4
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
1. Рассчитать вместимость полигона, функционирующего на протяжении 15 лет,
если численность населения, обслуживаемого полигоном составляет 125 тыс. чел., при
норме накопления 275 кг/год на человека, если нормы накопления ТБО изменяются в
среднем на 3% в год.
2. Рассчитать количество отходов, образующихся в городе N, и вместимость
полигона этого города, в котором проживает 500 тыс. чел. В городе функционирует 4
рынка, 2 театра, 6 кинотеатров, 30 детских садов, 50 школ, 6 институтов, 150 учреждений.
Среднюю плотность отходов взять в таблицах 1 и 2, учесть степень уплотнения ТБО при
транспортировании. Дать рекомендации о времени существования полигона.
Недостающие данные по количеству человек, работающих в учреждениях и
обучающихся в школах и ВУЗах, посещающих театры, кинотеатры и рынки ввести в
расчеты самостоятельно.
3. Какое количество отходов образуется в городе N при функционировании 134
продовольственных магазинов? Учесть, что в 20 магазинах работает по 10 человек, в 54
магазинах – 35 человек, а в остальных по 4-5 человек. Сколько времени понадобится для
того, чтобы плановая мощность полигона 10 млн. м3 была полностью реализована, если
при транспортировке ТБО они уплотняются в 5 раз и вывозятся на специальный полигон с
плановыми показателями по высоте не более 30 м.
4. На 4 железнодорожных вокзалах в год образуется до 150 тыс. т металлических
банок, 265 тыс. т стеклянных бутылок, 340 тыс. т полимерной посуды и упаковки из
пластика. Доля этих отходов в общем объеме городского мусора (2,5 млн. м3/год)
составляет 12%. Какой объем отходов будет вывезен на полигон через 10 лет, если
ежегодный прирост этих отходов составляет 0,5% при степени уплотнения отходов при
транспортировке 2,4 раза.
5. Составить задачу по расчету вместимости полигона, учитывающую, что
численность данного населенного пункта составляет 100 тыс. человек, годовой прирост
населения – 2%. Проектная мощность полигона высотой 40 м – 1 млн. м3. Годовая
удельная норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов на
год проектирования У1 = 0,75 м3/чел×год. Недостающие данные ввести самостоятельно.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6
РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ, ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ С
БИОГАЗОМ, НА ПОЛИГОНАХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
Цель работы – овладение методикой расчета количественных характеристик
выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и
промышленных отходов
Задачи работы – рассчитать максимально разовые и валовые выбросы
загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферу с биогазом, возникающим в
результате разложения твердых бытовых и промышленных отходов на полигонах.
Теоретическая часть.
В толще бытовых и промышленных отходов, захороненных на полигонах, под
воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс распада
органической составляющей отходов.
Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную объемную массу
которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными компонентами
биогаз содержит пары воды, оксид углерода, оксиды азота, аммиак, углеводороды,
сероводород, фенол и в незначительных количествах другие примеси, обладающие
вредным для здоровья человека и окружающей среды воздействием.
Количественный и качественный состав биогаза зависит от многихфактов, в том
числе, от климатических и геологических условий места расположения полигона,
морфологического и химического состава завозимых отходов, условий складирования
(площадь, объем, глубина захоронения), влажности отходов, их плотности и т.д., и
подлежит уточнению в каждом конкретном случае, но не ранее двух лет с начала
эксплуатации полигона.
По общепринятой технологии захоронения отходов предусматривается планировка
и уплотнение завозимых отходов, а также регулярная изоляция грунтом рабочих слоев
отходов.
В начальный период (около года) процесс разложения отходов носит характер их
окисления, происходящего в верхних слоях отходов, за счет кислорода воздуха,
содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы, Затем по мере естественного и
механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются анаэробные
процессы с образованием биогаза, являющегося конечным продуктом биотермического
анаэробного распада органической составляющей отходов под воздействием микрофлоры.
Биогаз через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу,
загрязняя ее. Если условия складирования не изменяются, процесс анаэробного
разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза
практически одного газового состава (при стабильности морфологического состава
отходов).
Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых
отходов на полигонах:
1 - я фаза – аэробное разложение;
2 - я фаза – анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);
3 - я фаза - анаэробное разложение с непостоянным выделением метана
(смешанное брожение);
4 – я фаза – анаэробное разложение с постоянным выделением
метана; 5-я фаза – затухание анаэробных процессов.
Первая и вторая фазы имеют место в первые 20-40 дней с момента укладки
отходов, продолжительность протекания третьей фазы – до 700 дней.
Длительность четвертой фазы – определяется местными климатическими
условиями и для различных регионов РФ колеблется в интервале от 10 (на юге) до 50 лет
(на севере), если условия складирования не изменяются.
За период анаэробного разложения отходов с постоянным выделением метана и
максимальным выходом биогаза (четвертая фаза) генерируется около 80% от общего
количества биогаза. Остальные 20% приходятся на первые три и конечную фазы, в
периоды которых в образовании продуктов разложения принимают участие только часть
находящихся на полигоне отходов ( верхние слои отходов и медленно разлагаемая
микроорганизмами часть органики). Количественный и качественный состав выбросов,
приходящихся на эти фазы, зависит от состава отходов, определяемого при обследовании
того или иного конкретного полигона.
Поэтому расчет выбросов биогаза целесообразно проводить для условий
стабилизированного процесса разложения отходов при максимальном выходе биогаза
(четвертая фаза) с учетом того, что стабилизация процесса газовыделения наступает в
среднем через два года после захоронения отходов. На эту фазу приходится 80%
выделяемого биогаза. Остальные 20% выбросов учитываются концентрациями
компонентов биогаза, определяемыми анализами (при анализах отобранных проб биогаза
не представляется возможным дифференцировать, какая часть из общей определяемой
концентрации того или иного компонента создается при смешанном брожении, а какая –
при анаэробном разложении с постоянным выделением метана).
Процесс минерализации отходов происходит в течение 1-го года – на 12 см, 2 – го
года – на 21 см, 3 года – на 27 см и т.д.
Поступление биогаза с поверхности полигона в атмосферный воздух идет
равномерно, без заметных колебаний его количественных и качественных характеристик.
Расчет выбросов загрязняющих веществ
в атмосферный воздух с полигонов
Расчет выбросов газообразных загрязняющих веществ в атмосферный воздух
приводится для нормального режима эксплуатации полигона ТБО и ПО.
На количественную характеристику выбросов загрязняющих веществ с полигонов
отходов влияет большое количество факторов, среди которых:
- климатические условия;
- рабочая (активная) площадь полигона;
- сроки эксплуатации полигона;
- количество захороненных отходов;
- мощность слоя складированных отходов;
- соотношение количеств завезенных бытовых и промышленных отходов;
- морфологический состав завезенных отходов;
- влажность отходов;
- содержание органической составляющей в отходах;
- содержание жироподобых, углеводоподобных и белковых веществ в органике
отходов;
- технология захоронения отходов.
Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при
метановом брожении определяется по уравнению:

4
Q = 10R(0,92 Ж + 0,62У + 0,34Б),
(1)
где Q – удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;
R – содержание органической составляющей в отходах, %;
Ж – содержание жироподобных веществ в органической части отходов, %;
У – содержание углеводоподобных веществ в органической части отходов;
Б – содержание белковых веществ в органической части отходов, %;
R, Ж, У и Б – определяются анализами отбираемых проб отходов.
Уравнение (1) составлено применительно к абсолютно сухому веществу отходов.
В реальных условиях отходы содержат определенное количество влаги, которая
сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесенный к единице
веса реальных влажных отходов, будет меньше, чем отнесенный к той же единице
абсолютно сухих отходов в 10-2 (100 – W) раз, так как в весовой единице влажных отходов
содержание абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет всего 10-2 (100 – W)
от этой единицы.
Здесь W – фактическая влажность отходов в %, определенная анализами проб
отходов.
С учетом вышесказанного уравнение выхода биогаза при метановом брожении
реальных влажных отходов принимает вид:

6
Q = 10R(100 -W )(0,92Ж + 0,62У + 0,34Б),
(2)
где сомножитель 10-2 (100 – W) учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов,
для которых составлено уравнение (1), в общем количестве реально влажных отходов.
Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов,
определяется по формуле:
Р уд. =
t
Qw
×103 кг/т отходов в год (3),
сбр.
где tобр. – период полного сбраживания органической части отходов, в годах,
определяемый по приближенной эмпирической формуле:
10248
t =
обр.
Ттепл. × (tср.тепл. )0,301966
(4),
где tср. тепл. – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона
ТБО и ПО за теплый период года (tср.мес.>0), в оС;
Ттепл. –
продолжительность теплого периода года в районе полигона
ТБО и ПО, в
днях;
10248 и 0,301966 – удельные коэффициенты, учитывающие биотермическое
разложение органики.
Органические вещества, содержащиеся в отходах обладают различной
интенсивностью разложения. Так, резина, кожа, полимерные материалы и т.п. разлагаются
микроорганизмами очень медленно, в то время как органические составляющие отходов,
содержащие белковые вещества, крахмал, разлагаются очень быстро. Таким образом,
можно считать, что органическая составляющая отходов состоит из «пассивного» (не
генерирующего или очень медленно генерирующего) органического вещества и
«активного»
(генерирующего)
органического
вещества.
Следовательно,
от
морфологического состава отходов зависит интенсивность образования и выделения
биогаза и в зависимости от него и от климатических условий колеблется
продолжительность периода стабилизированного активного выхода биогаза.
Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как суммарная величина
произведений объемных концентраций его компонентов на их плотности:
n
C ×
 =
б.г.

об.i
i 1
100

i
, кг / куб.м,
(5)
где: Соб.i - содержание i-го компонента в биогазе, объемные
%; ρi – плотность i-го компонента биогаза, кг/куб.м; n –
количество компонентов в биогазе.
Примечание. Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95-0,98 плотности
воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб.м средняя плотность биогаза будет:
1,2928 · 0,965 = 1,24755 кг/куб.м.
С другой стороны, связь плотностей компонентов, их концентраций в биогазе и
объемного процентного содержания определяются формулой:
С
об.i
= 10
4
Сi
,%
(6)
i
где: Сi – концентрация -го компонента в биогазе, мг/куб.м.
Формула для определения плотности биогаза выводится совместным решением
уравнений (5) и (6):
n
б.г. = 106  Ci , кг / куб.м
(7)
i 1
В нижеприведенной табл. 1 указаны плотности наиболее вероятных компонентов
биогаза.
Таблица 1
Компоненты биогаза, образующегося в результате разложения отходов
на полигоне ТБО и ПО
№ п/п
Наименование вещества
Плотность, кг/куб. м
1
Метан
0,717
2
Углерода диоксид
1,977
3
Толуол
0,867
4
Аммиак
0,771
5
Ксилол
0,869
6
Углерода оксид
1,250
7
Азота диоксид
1,490
8
Формальдегид
0,815
9
Ангидрид сернистый
2,930
10
Этилбензол
0,867
11
Бензол
0,869
12
Сероводород
1,540
13
Фенол
1071
Состав биогаза и концентрации компонентов в нем определяются (через 2 года
после начала эксплуатации) анализами проб биогаза, отобранных в ряде точек по площади
полигона на глубине 1-1,5 м (количество и расположение точек отбора зависит от
активной площади полигона и числа разнородных участков) путем отсоса биогаза и
дальнейших его химических анализов по существующим утвержденным методикам.
Используя полученные анализами концентрации компонентов в биогазе и
рассчитанную его плотность, определяется весовое процентное содержание этих
компонентов в биогазе:
Свес.i = 10-4 Сi / ρб.г., % (8)
Размерности в этой формуле:
Сi - концентрации компонентов в биогазе – мг/куб.м;
ρб.г. – плотность биогаза – кг/куб.м.
По рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесенному к одной
тонне отходов (формула 3) и весовым процентным содержаниям компонентов в биогазе
(формула 8) определяются удельные массы компонентов, выбрасываемые в год, по
формуле:
Руд.i = (Свес.i · Pуд) /100, кг/т отходов в год (9).
При использовании расчетного метода инвентаризации выбросов действующего
полигона и при проектировании нового или расширении существующего полигона ТБО
может приниматься следующий среднестатистический состав биогаза (табл.2).
Таблица 2
Состав биогаза,%
Метан
Свес.i, %
52,915
Толуол
0,723
Компонент
Аммиак
0,533
Ксилол
0,443
Углерода оксид
0,252
Азота диоксид
0,111
Формальдегид
0,096
Этилбензол
0,095
Ангидрид сернистый
0,070
Сероводород
0,026
Для расчета величин выбросов подсчитывается количество активных отходов,
стабильно генерирующих биогаз, с учетом того, что период стабилизированного
активного выхода биогаза в среднем составляет двадцать лет и что фаза анаэробного
стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем
два года после захоронения отходов, т.е. отходы, завезенные в последние два года, не
входят в число активных.
При подсчете возможны два варианта.
Первый – полигон функционирует менее двадцати лет, т.е. менее периода полного
сбраживания (tсбр.). В этом случае учитываются все отходы, завезенные с начала работы
полигона, за исключением отходов, завезенных в последние два года.
Второй – полигон функционирует более двадцати лет, т.е. более периода полного
сбраживания. Этом случае подсчитываются отходы, завезенные за последние двадцать лет
без учета отходов, завезенных в последние два года.
Максимально разовые выбросы i-го компонента биогаза с полигона определяют по
формуле:
Мi = 0,01· Мсум. · Свес.i , г/с ,
(10)
где Мсум. – суммарный максимальный разовый выброс всех компонентов биогаза,
определяемый по формуле:
М
сум.
Р уд
=
T

D
P
×10
3
=
уд.
D
, г/с , (10а)
86,4 ×Ттепл.
24 ×3600
где ∑D – количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, т;
Ттепл. – продолжительность теплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, в
днях (Берется из действующих климатологических справочников или справки, запрашиваемой
в территориальных органах Росгидромета);
С
вес.i
тепл. ×
– определяется по формуле 8 или по табл.2.
Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. При
отрицательных температурах процесс «мезофильного сбраживания» (до 55оС)
органической части ТБО и ПО прекращается, происходит т.н. «законсервирование» до
наступления более теплого периода года (tср.мес. > 0oC).
Приведенная формула (10) справедлива для случая обследования полигона и отбора
проб биогаза в теплое время года (tср.мес. > 8oC). При обследовании в более холодное
время года (0 < tср.мес. ≤ 8oC), что нецелесообразно хотя бы из-за дополнительных
погрешностей измерений, в формуле следует применять повышающий коэффициент
неравномерности образования биогаза 1,3.
С учетом коэффициента неравномерности валовые выбросы i – го загрязняющего
вещества с полигона определяются по формуле:
Gi = 0,01× Gсум. × Свес.i , т / год (11)
где Gсум. – суммарный валовый выброс всех компонентов биогаза с учетом
коэффициента неравномерности, определяемый по формуле:
G
сум.
=М
сум.
(
a × 365 × 24 × 3600
+
12
в×365×24×3600 ) ×106 , т/ год (11а).
12 ×1,3
Примечание: а и в в формуле (11а) соответственно периоды теплого и холодного
времени года в месяцах (а при tср.мес. >8оС; в при 0 < tср.мес. ≤ 8oC).
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ.
Пример 1.
Исходные данные:
1. Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне:
- содержание органической составляющей в отходах - R = 55%;
- содержание жироподобных веществ в органике отходов – Ж = 2%;
- содержание углеводоподобных веществ в органик отходов – У = 83%; содержание белковых веществ в органик отходов – Б = 15%;
- средняя влажность отходов – W =47%.
2. Результаты анализов проб биогаза:
Компонент
Метан
Углерода диоксид
Сi, мг/куб.м
660 908
558 958
Толуол
9029
Аммиак
6659
Ксилол
5530
Углерода оксид
3148
Азота диоксид
1392
Формальдегид
1204
Этилбензол
1191
Ангидрид сернистый
878
Сероводород
326
2. Полигон функционирует 16 лет.
3. Ежегодно на полигон в районе Москвы завозится 208200 т отходов.
Расчет.
1. По формуле (2) определяем удельный выход биогаза (в кг от одного кг отходов)
за период активного его выделения:
Qw = 10-6 ·55· (100 – 47) · (0,92 · 2 + 0,62 ·83 + 0,34 ·15) = 0,170236 кг/кг отходов.
Период активного выделения биогаза для Москвы (tср.тепл. = 11,67оС; Ттепл. = 244 дн.)
составит по формуле 4:
t
обр.
10248
= 244(11,67) 0,301966 = 20лет
2. По формуле (3) определяем количественный выход биогаза за год, отнесенный
к одной тонне захороненных отходов:
Р уд. =
0,170236
год. 20
×103 = 8,5118 кг/т отходов в
3. По формуле (7) определяем плотность биогаза:
Компонент
Сi, мг/куб.м
Метан
660908
Углерода диоксид
558958
Толуол
9029
Аммиак
6659
Ксилол
5530
Углерода оксид
3148
Азота диоксид
1392
Формальдегид
1204
Этилбензол
1191
Ангидрид сернистый
878
Сероводород
326
ИТОГО
1249223
б.г. = 10-6 · 1249223 = 1,249 кг/куб.м
4. По формуле (8) определяем весовое процентное содержание компонентов в
биогазе (диоксид углерода как ненормируемое вещество из дальнейшего
рассмотрения исключается):
Свес.i,%
Компонент
Метан
52,915
Толуол
0,723
Аммиак
0,533
Ксилол
0,443
Углерода оксид
0,252
Азота диоксид
0,111
Формальдегид
0,096
Этилбензол
0,095
Ангидрид сернистый
0,070
Сероводород
0,026
5. По формуле (9) определяем удельные массы компонентов биогаза,
выбрасываемые за год:
Компонент
Руд.i , кг /т отходов в год
Метан
4,504019
Толуол
0,061540
Аммиак
0,045368
Ксилол
0,037707
Углерода оксид
0,021450
Азота диоксид
0,009448
Формальдегид
0,008171
Этилбензол
0,008086
Ангидрид сернистый
0,005958
Сероводород
0,002213
6. Активно вырабатывают биогаз отходы, завезенные на полигон за период с
начала его работы до момента расчета минус последние два года, т.е. за 14 лет:
208200 · 14 = 2914800 т
По формулам (9) и (10) рассчитываем максимальные разовые и валовые выбросы
загрязняющих веществ.
Суммарный максимальный разовый выброс биогаза полигона составит (формула
10):
М
сум.
= 8,5118 × 2914800 = 1176,865 г/с
86,4 × 244
В том числе без СО2 – формула 10а:
Компонент
Мi, г/с
Метан
622,73805
Толуол
8,50873
Аммиак
6,27269
Ксилол
5,21351
Углерода оксид
2,96570
Азота диоксид
1,30632
Формальдегид
1,12979
Этилбензол
1,11802
Ангидрид сернистый
0,82381
Сероводород
0,30598
Валовые выбросы биогаза, т/год рассчитываются по формуле 11:
Gсум. = 1176,865 × ( 5×365×24×3600 + 3×365× 24×3600 ) ×106 = 22601,23737 т/год
12 ×1,3
12
(а = 5 мес.; в = 3 мес.).
В том числе (без СО2) – формула 11а):
Компонент
Gi,т/год
Метан
11959,44598
Толуол
163,40696
Аммиак
120,46461
Ксилол
100,12349
Углерода оксид
56,95512
Азота диоксид
25,08738
Формальдегид
21,69719
Этилбензол
21,47118
Ангидрид сернистый
15,82087
Сероводород
5,87632
Пример 2.
Исходные данные:
1. Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне:
- содержание органической составляющей в отходах - R = 55%;
- содержание жироподобных веществ в органике отходов – Ж = 2%;
- содержание углеводоподобных веществ в органик отходов – У = 83%;
- содержание белковых веществ в органик отходов – Б = 15%;
- средняя влажность отходов – W =47%.
2. Полигон функционирует более 30 лет.
3. Ежегодно на полигон в районе Сочи завозится 20 000 т отходов.
Расчет.
1. По формуле (2) определяем удельный выход биогаза (в кг от одного кг отходов)
за период активного его выделения:
Qw = 10-6 ·55· (100 – 47) · (0,92 · 2 + 0,62 ·83 + 0,34 ·15) = 0,170236 кг/кг отходов.
Период активного выделения биогаза для Сочи (tср.тепл. = 14,11оС; Ттепл. = 365 дн.)
t
обр.
10248
= 365(14,11) 0,301966 = 13лет
2. По формуле (3) определяем количественный выход биогаза за год, отнесенный к
одной тонне захороненных отходов:
Р уд. =
0,170236
год. 13
×103 = 13,09508 кг/т отходов в
3. Принимаем весовое процентное содержание компонентов в биогазе
аналогичным п.4 примера 1.
Компонент
Свес.i,%
Метан
52,915
Толуол
0,723
Аммиак
0,533
Ксилол
0,443
Углерода оксид
0,252
Азота диоксид
0,111
Формальдегид
0,096
Этилбензол
0,095
Ангидрид сернистый
0,070
Сероводород
0,026
4. По формуле (9) определяем удельные массы компонентов биогаза,
выбрасываемые за год:
Компонент
Руд.i , кг /т отходов в год
Метан
6,929260
Толуол
0,094677
Аммиак
0,069797
Ксилол
0,058011
Углерода оксид
0,033000
Азота диоксид
0,014536
Формальдегид
0,012571
Этилбензол
0,012440
Ангидрид сернистый
0,009167
Сероводород
0,003405
5. Активно вырабатывают биогаз отходы, завезенные на полигон за последние
13 лет минус последние два года, т.е.за 11 лет:
20000 · 11 = 220000 т
По формулам (9) и (10) рассчитываем максимальные разовые и валовые выбросы
загрязняющих веществ.
Суммарный максимальный разовый выброс биогаза полигона составит (формула 10):
М
сум.
В том числе без СО2 (формула 10а):
= 13,09508 × 220000 = 91,35328 г/с
86,4 ×365
Компонент
Мi, г/с
Метан
48,33959
Толуол
0,66048
Аммиак
0,48691
Ксилол
0,40470
Углерода оксид
0,23021
Азота диоксид
0,10140
Формальдегид
0,08770
Этилбензол
0,08679
Ангидрид сернистый
0,06395
Сероводород
0,02375
Валовые выбросы биогаза, т/год рассчитываются по формуле 11:
G
сум.
= 91,33285 × (
10 ×365 × 24 ×3600
+
2×365×24×3600 ) ×106
= 2770,11243 т/год
12 ×1,3
12
(а = 10 мес.; в = 2 мес.).
В том числе (без СО2) – формула 11а):
Компонент
Gi,т/год
Метан
1465,80499
Толуол
20,02791
Аммиак
14,76470
Ксилол
12,27160
Углерода оксид
6,98068
Азота диоксид
3,07482
Формальдегид
2,65931
Этилбензол
2,63161
Ангидрид сернистый
1,93908
Сероводород
0,72023
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
1. Рассчитать максимально разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ,
выделяющихся с биогазом, если полигон ТБО функционирует более 30 лет,
ежегодно на него завозится 20 тыс. т отходов. Продолжительность теплового
периода составляет 365 дней, а средняя температура воздуха в районе полигона –
14,11оС. R = 68%, Ж = 4%, У =86%, Б = 18%, W = 52%. Содержание компонентов
биогаза (Свес.i, %) следующее: метан – 48, толуол – 0,516; аммиак – 0,455; ксилол –
0,385; СО – 0,341; NO 2 – 0,111; формальдегид – 0,104; этилбензол – 0,1; ангидрид
сернистый – 0,09; сероводород – 0,035.
2. Рассчитать удельный выход биогаза и период его активного выделения, если Ттепл
= 250 дней, tср.тепл. = 12,4оС, R = 42%, Ж = 1,5%, У =82%, Б = 15%, W = 45%.
3. Рассчитать удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год, если Ттепл
= 265 дней, tср.тепл. = 18оС, R = 68%, Ж = 1,1%, У =86%, Б = 12%, W = 70%.
4. Составить многовариантную задачу (на 5 вариантов) и решить ее.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7
РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ОТСТОЙНИКА
ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ
1.1. Скорость свободного осаждения твердых частиц сферической формы под
действием силы тяжести в неограниченном объеме жидкости может быть рассчитана,
исходя из баланса силы тяжести, силы выталкивания (силы Архимеда) и силы
сопротивления движению (силы Стокса) по формуле
2
u = 2 × r g ( т - ж ) ,
c
9
(1.1)
где u – скорость свободного осаждения, м/с; r – радиус сферической частицы, м; g –
ускорение свободного падения, м/с; ρт и ρж – плотность твердой и жидкой фаз,
соответственно, кг/м3; µс – динамическая вязкость суспензии, Па·с.
Вязкость суспензии не зависит от формы и размеров частиц, но зависит от
объемной доли твердой фазы в суспензии ε и определяется следующим образом
µс = µж(1 + 2,5ε) при ε  0,1;
(1.2а)
µс = µж(1 + 4,5ε) при ε > 0,1,
(1.2б)
где µж – вязкость жидкой фазы.
Объемная доля твердой фазы в суспензии может быть выражена через массовую
долю x следующим образом. Плотность суспензии ρс определяется соотношением
ρс = ρтх + ρж(1 – х).
(1.3)
В этом случае масса суспензии Gс, выраженная через ее объем Vс и плотность, равна
Gс = Vс ρс, масса твердой фазы в суспензии равна Gт = хGc = xVc ρc, а ее объем – Vт = Gт/ρт
= xVc ρc /ρт. Объемная доля твердой фазы в суспензии равна ε = Vт/Vc = хρс /ρт. Подставив в
последнее выражение значение ρс из (1.3), получим
=x x+
ж
т
1 - x  .
(1.4)
1.2. Скорость стесненного осаждения в общем случае описывается
критериальным уравнением вида: Re = f(Ar, 1 – x ), где Re и Ar – критерии Рейнольдса и
Архимеда соответственно.
В расчетной практике скорость стесненного осаждения вычисляют по формулам
uст = u1 -  2 ×101,82
u
u
при ε  0,3;
(1.5а)
0,1231   3
при ε > 0,3.
(1.5б)
1.3. Поверхность осаждения отстойника, необходимая для удаления из
суспензии частиц радиусом r и более определяется по формуле
(1.6)
F = Vосв /uст,
3
где Vосв – объем осветленной жидкости, получаемый в единицу времени, м /с.
ст

Задача 1. Рассчитайте поверхность осаждения отстойника, теоретически необходимую
для осаждения из суспензии диоксида кремния частиц с эффективным диаметром 100 мкм и
более. Производительность отстойника – 1000 м3/ч. Массовая доля твердой фазы в суспензии
– 0,1. Вязкость воды равна 1,002·10–3 Па·с при 20 оС; плотность
воды – 1·10 3 кг/м3; плотность диоксида кремния – 2,651·10 3 кг/м3.
Решение. Объемная доля диоксида кремния в суспензии рассчитывается по
формуле (1.4)
  0,1 0,1  1000 1 0,1  0,044.
2651
Вязкость суспензии определяется по формуле (1.2а)
µс = 1,002·10
–3
–3
(1 + 2,5·0,044) = 1,112·10 Па·с.
Скорость свободного осаждения рассчитывается по формуле (1.1) при r = = 50 мкм
= 5·10 м
u = 2 5×105 2 ×9,81 26511000 = 8,09 ×103 м/с.
–5
1,112×103
9
Скорость стесненного осаждения определяется по формуле (1.5а) uст =
-3
2
–1,82·0,044
8,09·10 (1 – 0,044) ·10
= 6,16·10
–3
м/с.
Производительность отстойника по осветленной жидкости Vосв = 1000 м3/ч или
1000 / 3600 = 0,278 м3/с. Поверхность осаждения при этой производительности равна
F = 0,278/6,16·10-3 = 45 м2.
Контрольная задача 1. Рассчитайте поверхность осаждения отстойника Fт,
теоретически необходимую для осаждения из суспензии частиц с эффективным
диаметром dэф и плотностью ρт. Производительность отстойника равна Vосв, массовая
доля твердой фазы в суспензии – х. Исходные данные приведены в табл. 1.1. Вязкость
воды µж примите равной 1,002·10–3 Па·с; плотность воды – ρж = 1·103 кг/м3.
Выберите отстойник необходимых размеров из нормализованного ряда (табл. 1.2),
учитывая, что из-за неравномерности распределения суспензии и вихреобразования
площадь отстойника увеличивают на ⅓ по отношению к теоретически необходимой .
Таблица 1.1
Вариaнт
00
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Исходные данные для контрольной задачи
ВариVосв,
3
ρт, кг/м Dэф, мкм
м3 /ч
Твердая фаза
ант
Апатит
3190
30
00
500
2600
40
01
550
Асбест
2240
50
600
Гипс
02
2650
45
03
650
Известняк
2200
55
04
700
Каолин
5000
25
05
750
Колчедан серный
Песок
1500
90
06
800
Каменный уголь
1350
100
07
850
2900
40
08
900
Магнезит
1900
55
09
950
Шамот
x
0,095
0,090
0,085
0,080
0,075
0,070
0,065
0,060
0,055
0,050
Таблица 1.2
Основные характеристики нормализованных отстойников
Число оборотов
мешалки, мин-1
Диаметр, мм
Высота, мм
1800
1800
0,63
3600
1800
0,39
6000
3000
0,30
9000
3600
0,15
12000
3600
0,19
15000
3600
0,19
18000
3200
0,12
24000
3600
0,08
30000
3600
0,08
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8
РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЦЕНТРИФУГ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ В
ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ
1.1. В отстойных центрифугах со сплошными стенками ротора разделение
суспензии на осадок и осветленную жидкость (фугат) происходит по принципу
осаждения под действием центробежной силы.
Величина центробежной силы в общем случае выражается равенством
(2.1)
Fц = mv2/r ,
где Fц – центробежная сила, н; m – масса вращающегося тела, кг; v – окружная скорость
вращения, м/с; r – радиус вращения, м.
Окружная скорость вращения определяется соотношением
v = 2πnr ,
(2.2)
-1
где n – число оборотов ротора, с .
2.2. Отношение центробежного ускорения v2/r к ускорению силы тяжести g
называют фактором разделения:
Kp
v 2  2 n  2 r
,
 rg  g
(2.3)
Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризуется индексом
производительности Σ, который является произведением поверхности осаждения на
фактор разделения:
Σ = SKp.
(2.4)
Индекс производительности центрифуги представляет собой площадь отстойника,
эквивалентного по производительности для данной суспензии.
2.3. Для отстойной центрифуги с цилиндрическим ротором диаметром D и длиной
L, в котором находится слой суспензии толщиной h, фактор разделения может быть
отнесен к среднему диаметру (D – h )
Kp 
2n2 ·D  h
g
(2.5)
2
или при h << D:
Kp2
.
n2 D
g
.
(2.6)
Площадь поверхности осаждения в этом случае равна
S = πDL.
(2.7)
2.4. Приведенные выше уравнения справедливы для осаждения твердых частиц в
ламинарном режиме. Вследствие большой величины центробежной силы осаждение
суспензии в центрифугах может происходить в условиях турбулентного или переходного
режимов. В этом случае индекс производительности выражается соотношениями
Σ=SKр 0,715 для переходного режима;
(2.8а)
Σ=SKр 0,5
для турбулентного режима.
(2.8б)
2.5. Минимальный размер отделяемых частиц (крупность граничного зерна) δ,
мкм, для гидроциклона с углом конусности 20о определяется по формуле
 = 0,9 ×10
5
d
d
сг 4
сл
Dxс
H т - ж
,
(2.9)
где dсл – диаметр сливного патрубка, м; D – диаметр цилиндрической части корпуса
гидроциклона, м; x – доля твердой фазы в суспензии; µс – вязкость суспензии, Па·с; dсг –
диаметр песковой насадки (патрубка для слива сгущенной суспензии), м; Н – избыточное
давление на входе в гидроциклон, атм; ρт и ρж – плотности твердой и жидкой фазы,
соответственно, кг/м3.
2.6. Производительность циклона, м3/ч, находится по формуле
V = 5,64 ×105 dвхdсл H ,
(2.10)
где dвх – диаметр входного патрубка, м.
Задача 2. Определите число центрифуг с характеристиками: D = 1 м; L = 0,7 м; n =
1000 мин-1, эквивалентных по производительности отстойнику, поверхность осаждения
которого рассчитана в предыдущей задаче. Осаждение суспензии происходит в
турбулентном режиме.
Решение. Фактор разделения центрифуги рассчитывается по формуле (2.6)
К p = 2 3,14 ×1000 / 602 ×1 = 558.
9,81
Для турбулентного режима поверхность осаждения рассчитывается по
уравнению 2.8б) при индексе производительности, равном поверхности осаждения
отстойника
45 =19 м2.
S=
5580,5
Поверхность ротора одной центрифуги равна
S1 = 3,14·1·0,7 = 2,2м2.
Число центрифуг
N = S/S1 = 1,9/2,2 ≈ 1.
Контрольная задача 2. Определите число центрифуг, эквивалентных по
производительности отстойнику, рассчитанному в контрольной задаче 1. Характеристики
центрифуг приведены в табл. 2.1, Осаждение суспензии происходит в переходном режиме.
Из формулы (2.9) определите диаметр гидроциклона D, работающего под напором
Н = 0,3 атм. при dсл = 0,3D; dсг = 0,2dсл. Значения вязкости суспензии, доли твердой фазы в
суспензии, плотностей твердой и жидкой фазы примите по расчетному заданию 1.
Определите число гидроциклонов, эквивалентных по производительности
отстойнику, рассчитанному в контрольной задаче 1, при dвх = dсл. Подберите
соответствующий по размерам циклон из справочной табл. 2.2.
Вариант
00
10
20
30
40
50
60
70
80
90
D, мм
25
50
75
150
250
350
500
700
1000
Таблица 2.1
Исходные данные для контрольной задачи
Число оборотов, мин-1
Диаметр ротора , м Длина ротора, м
Вариант
0,50
0,50
0,55
0,55
0,60
0,60
0,65
0,65
0,70
0,75
0,5
0,6
0,5
0,6
0,5
0,6
0,6
0,7
0,7
0,6
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
2000
1950
1900
1850
1800
1750
1700
1650
1600
1550
Таблица 2.2
Данные гидроциклонов Уфимского завода горного оборудования
Угол
конусности,
dсл, в долях D
dвх, в долях dсл dсг, в долях dсл
град.
20
0,3 – 0,5
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,3 – 0,5
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,5
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
20
0,2 – 0,4
1,0 – 0,5
0,2 – 0,7
Фильтрование при постоянном перепаде давления
3.1. Фильтрованием называют процесс разделения суспензии на твердую фазу
(осадок) и жидкую фазу (фильтрат) с использованием пористых перегородок. Жидкость
движется через перегородку под действием разности давлений с одной и другой ее сторон.
Скорость фильтрования принято выражать в дифференциальной форме
dV
p
w  Sdt  Rос  Rфп  ,
(3.1)
где w – скорость фильтрования, м3/(м2·с); V – объем фильтрата, м3; S - поверхность
фильтрования, м2; t – продолжительность фильтрования, с; ∆p – перепад давлений, Па; µ –
вязкость жидкой фазы, Па·с; Rос и Rфп – сопротивление слоя осадка и фильтровальной
перегородки соответственно, м–1 .
Для несжимаемых осадков объем осадка Vос пропорционален объему фильтрата и
равен произведению толщины слоя осадка hос на поверхность фильтрования
Vос = x0V = hосS,
(3.2)
где x0 – объемная доля твердой фазы в суспензии (отношение объема осадка к объему
фильтрата).
Сопротивление слоя осадка в этом случае можно выразить уравнением
rx V ,
rh
R
0 ос
ос
0
–2
0
(3.3)
S
где r0 – удельное сопротивление осадка, м .
После подстановки полученного выражения в уравнение (3.1) получаем основное
уравнение фильтрования
dV
Sdt 
rx
p
V
00
.
R
S
(3.4)
фп
3.2. При постоянном давлении ∆p = const и неизменной температуре все величины
в уравнении (3.4), за исключением V и t, постоянны. Разделив переменные и
проинтегрировав это уравнение, получим
2
V
2
RфпS
V2
r0 x 0
pS 2
r 0 x 0
t.
(3.5)
Полученное уравнение в явном виде описывает зависимость объема фильтрата от
времени фильтрования при постоянном давлении.
3.3. Значения постоянных в уравнении фильтрования находят опытным путем. Для
этого уравнение приводят к линейному виду
t
V

r x
2V 
Rфп
0 0
2pS
pS
.
(3.6)
Полученное уравнение в координатах V – t/V представляет собой прямую,
отсекающую на оси ординат отрезок, равный µRфп/(∆pS), тангенс угла наклона которой
равен k = µr0x0/(2∆pS2).
Задача 3. Определите число фильтров периодического действия с поверхностью
фильтрования S1 = 7 м2, необходимое для разделения суспензии, характеристики которой
приведены в задаче 1, в режиме фильтрования при постоянном давлении 1 атм.
Фильтрование проводят до накопления на фильтре осадка толщиной 10 см. При
фильтровании суспензии на модельном фильтре с поверхностью Sм = 0,01 м2 в
аналогичных условиях получена следующая зависимость объема фильтрата от времени:
t, мин
5
10
15
20
V, л
55
75
90
100
Сопротивление фильтровальной перегородки в расчетах не учитывать.
Решение. Если сопротивление фильтровальной перегородки пренебрежимо мало
по отношению к сопротивлению слоя осадка, то уравнение (3.6) можно переписать в виде
r x
t
(3.6а)
 0 02 V .
V 2pS
Полученное уравнение в координатах V – t/V представляет собой прямую,
проходящую через начало координат, тангенс угла наклона которой равен k =
µr0x0/(2∆pS2).
Для определения константы k уравнения (3.6а) преобразуем исходные данные к
виду:
t, с
300
600
900
1200
V, м3
0,055
0,075
0,090
0,100
t/V, с/м3
5500
8000
10000
12000
и построим график зависимости t/V от V (рис.3.1).
Рис.3.1.
Определение
константы
По графику находим значение углового коэффициента прямой
kº
r x
0 0
=
11000
DpS 2 0,0982
= 0,11×106 м4/с
и вычисляем удельное сопротивление осадка
2
5
2
6
10 -2
r = 2DpS м k = 2 ×1,03 ×10 × 0,01 × 0,11 ×10 = 4,93 ×10 м .
0
x0
1,002 ×103 × 0,046
В расчетах принято: перепад давлений на фильтровальной перегородке ∆p = 1 атм
= = 1,03·105 Па; вязкость воды µ = 1,002·10–3 Па·с; отношение объема осадка к объему
фильтрата x0 = ε/(1 – ε) = 0,044/(1 – 0,044) = 0,046.
Из уравнения (3.6а) выразим время фильтрования
V 2 r0 x0
t=
S 2Dp
и, принимая во внимание, что в соответствии с уравнением (3.2) V/S = hос/x0,
получим выражение для расчета времени накопления осадка заданной толщины
hос
t=
2
×
r0 x0
0,1 2
=
×
1,002 ×103 × 4,93 ×1010 ×0,046
5
=52с.
x0
2Dp
2 ×1,03 ×10
0,046
Максимальная эффективность работы фильтров периодического действия
достигается, когда время фильтрования равно времени, затрачиваемому на
вспомогательные операции (удаление осадка и регенерация фильтровальной перегородки).
Поэтому суммарное время одного цикла будет равно удвоенному времени фильтрования
tц = 2t = 104 с.
Объем фильтрата за это время составит
V = S1hoc/x0 = 7·0,1/0,046 = 15,2 м3.
Следовательно, производительность одного фильтра равна
V1 = V/tц = 15,2/104 = 0,15 м3/с = 540 м3/ч.
Число фильтров
N = Vосв/V1 = 1000/540 ≈ 2.
Контрольная задача 3а. Определите число фильтров периодического действия с
поверхностью фильтрования S1, необходимое для разделения суспензии, характеристики
которой приведены в контрольной задаче 1, в режиме фильтрования при постоянном
давлении 1 атм. Фильтрование проводят до накопления на фильтре осадка толщиной hос.
Значения S1 и hос, а также зависимость объема фильтрата от времени при фильтровании
суспензии на модельном фильтре с поверхностью Sм = 0,01 м2 в аналогичных условиях,
приведены в табл. 3.1. Сопротивлением фильтровальной перегородки в расчетах
пренебречь.
Таблица 3.1
Вариант
S1, м2
hос, см
Вариант
00
10
20
30
40
50
60
70
80
90
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
12
11
10
9
9
8
8
7
7
7
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
Объем фильтрата V, л
при времени фильтрования t, мин
5
10
15
20
34
50
60
70
40
55
70
80
42
60
75
85
45
65
80
95
50
70
85
100
55
75
95
110
55
80
100
115
60
85
105
125
63
95
115
130
70
100
125
140
Контрольная задача 3б. Повторите решение контрольной задачи 3а с учетом
сопротивления фильтровальной перегородки.
Примечание
Для построения графиков рекомендуется использовать метод наименьших
квадратов.
Метод наименьших квадратов основан на минимизации суммы квадратов
отклонений экспериментальных значений yi и значений искомой функции y = f(x):
N
min
  yi
 f  xi 2 .
i
В частности, для функции у = kx значение коэффициента пропорциональности k по
методу наименьших квадратов может быть вычислено по формуле:
N
 xi yi
k
i
,
N

xi
2
i
где xi и yi – экспериментально определенные значения аргумента и функции; N –
число измерений.
Для функции вида y = kx + b значения коэффициентов рассчитываются по
формулам:
N
N
N x y x

k
i
i
i

N
i
i
i
i
N
N
i
i
N  x i2   xi

y
2
;

b
N
N
i
i
x i2  yi   x i  xi yiNN
i
i
N
N  x i2
i

2
N
x
.
i
i
Дисперсионный анализ суспензий методом седиментации
Основной задачей дисперсионного анализа является определение характера
распределения частиц суспензии по размерам, иными словами – получение так
называемой кривой распределения.
Назовем фракцией ∆Q0 часть от общего количества твердой фазы в суспензии,
соответствующую достаточно узкому интервалу радиусов ∆r. Отношение F = ∆Q0/∆r (а в
пределе – d Q/dr) представляет функцию распределения частиц суспензии по радиусам.
Графически выраженная зависимость ∆Q0/∆r = f(r) представляет дифференциаль