Методические указания к практическим занятиям по курсу " Основы утилизации отходов" для студентов 4 курса дневной и 5 курса заочной форм обучения бакалавров специальности

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим занятиям по курсу “Основы утилизации отходов” (для студентов 4 курса дневной и 5 курса заочной форм обучения бакалавров специальности 8.070800 – “Экология и охрана окружающей среды”) ХАРЬКОВ – ХНАГХ – 2007 Методические указания к практическим по курсу “Основы утилизации отходов” (для студентов 4 курса дневной и 5 курса заочной форм обучения бакалавров специальности 8.070800 – “Экология и охрана окружающей среды”). Составитель: Брыгинец Е. Д. – Харьков: ХНАГХ, 2007. – 44 с. Составитель: Е. Д. Брыгинец Рецензент: доц. кафедры ИЭГ, канд. техн. наук В. Н. Ладыженский Рекомендовано кафедрой ИЭГ, протокол № 2 от 03. 10. 2007 г. Содержание Общие положения ………………………………………………………………..... 4 Содержательный модуль 1. Основные закономерности образования отходов, методы их переработки и складирования ………………………….. 6 Тема 1. Определение класса опасности промышленных отходов….…………… 6 1.1. Определение класса опасности отходов расчетным способом ……… 6 1.2. Пример расчета класса опасности промышленных отходов на основании LD50 …………………………………………………………….. 11 Тема 2. Расчет отвалов промышленных отходов при сухом способе возведения 2.1. Основные типы отвалов ………………………………………………. 13 2.2. Примеры расчета ……………………………………………………… 21 Тема 3. Расчет хранилищ промышленных отходов при гидравлическом способе возведения ………………………………………………………………………… 22 3.1.Гидравлический способ складирования отходов ……………….…… 21 3.2. Основные типы хранилищ отходов ………………………………….. 22 3.3. Примеры расчета ……………………………………………………… 25 Содержательный модуль 2. Основные направления обращения с промышленными отходами ……………………………………………………. 31 Примеры заданий ………………………………………………………….. 31 Приложения ……………………………………………………………………….. 34 Список литературы ……………………………………………….…..................... 43 Цель практических работ – совершенствование и углубление теоретических знаний студентов, и приобретение ими практических навыков в области обращения с промышленными твердыми отходами. ^ Общие положения Одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время является проблема обращения с промышленными отходами. Ежегодно в Украине образуется около 1,5 млрд. тонн промышленных отходов, из них около 8 млн. тонн – отходы 1 – 3 класса опасности. В настоящее время в Украине накопилось около 25 млрд. тонн промышленных отходов. Наибольшее количество отходов составляют вскрышные, вмещающие, шахтные породы добычи полезных ископаемых, хвосты обогащения руд, угля, металлургические шлаки, шламы химических, гальванических производств, горелая формовочная земля и другие. Во многих случаях отходы содержат в своем составе черные, цветные, редкие, драгоценные металлы, а также нерудное сырье. Среди них отходы гальванических производств черной и цветной металлургии, химической промышленности и т. д. Накопители таких отходов расценивают как техногенные месторождения. Они занимают сотни тысяч гектар плодородных земель, поверхности отвалов, хранилищ отходов пылят, фильтрат проникает в почвы, грунты, подземные воды и загрязняет их. В Украине производится обследование отвалов, накопителей, хранилищ отходов с целью определения объемов отходов, их свойств, оценки воздействия на окружающую среду. Студенты, будущие специалисты – экологи, должны уметь обосновывать и внедрять в своей будущей профессиональной деятельности эффективные методы обращения с отходами, уметь определять класс опасности их и выполнять все необходимые расчеты. Настоящие методические указания разработаны в помощь студентам для выполнения практических работ по двум содержательным модулям, входящих в состав курса “Основы утилизации отходов”: Основные закономерности образования отходов, методы их переработки и складирования. Основные направления обращения с промышленными отходами. На практических занятиях будут рассмотрены следующие вопросы: Содержательный модуль 1: Определение класса опасности отходов. Расчеты объемов отвалов промышленных отходов различной конфигурации, их поверхности, занимаемой площади, сроков эксплуатации отвалов (сухой способ складирования отходов). Расчеты плотности, расхода пульпы, объемов ограждающих дамб, хвостохранилищ, сроков их эксплуатации (гидравлический способ складирования отходов). В состав первого модуля входит выполнение самостоятельной расчетно-графической работы: “Расчет параметров хвостохранилища”. Содержательный модуль 2: Ориентировочные расчеты объемов образования отходов, расхода сырьевых материалов, содержания ценных компонентов в отходах. Разработка рекомендаций по обращению с промышленными отходами. Текущий контроль знаний студентов дневной формы обучения включает: контрольную работу № 1 – первый модуль; контрольную работу № 2 – второй модуль; защиту расчетно-графической работы: “Расчет параметров хвостохранилища”. Студенты заочной формы обучения выполняют контрольное задание и расчетно-графическую работу и защищают ее. Итоговый контроль предусматривает сдачу экзамена. ^ Модуль 1. Основные закономерности образования отходов, методы их переработки и складирования Тема 1. Определение класса опасности промышленных отходов Класс опасности отходов определяют: экспериментальным путем на подопытных животных в учреждениях, аккредитованных на этот вид деятельности; расчетным способом при известном физико-химическом составе отходов на основании LD50 (первый способ) или ПДК химических веществ в почве (второй способ); на основании классификатора отходов. Определение класса опасности отходов расчетным способом Расчет класса опасности производится по методике ДСанПиН. 2.27.029-99 г. /1/. Первый способ расчета класса опасности отходов Первый способ расчета опасности используют для отходов, для которых разработаны технологии утилизации, обезвреживания или обработки, что приводит к предупреждению или уменьшению негативного воздействия на объекты окружающей среды. На основании LD50 определяют индекс токсичности (Кi) каждого химического ингредиента, который входит в состав отхода по зависимости Кі = , (1) где lg(LD50)i – логарифм средней смертельной дозы химического ингредиента при попадании в желудок (LD50 определяют по справочникам) /2 – 4/. S- коэффициент, отражающий растворимость химического ингредиента в воде (определяют по справочнику /5/ в граммах на 100 г воды при температуре не выше 250 С, эту величину делят на 100 и получают безразмерный коэффициент S, который чаще всего находится в интервале от 0 до 1); F – коэффициент летучести химического ингредиента, который определяют следующим образом: по справочнику /6, 7/ определяют давление насыщенного пара ингредиентов отхода в мм рт. ст., имеющего температуру кипения при давлении 760 мм ртутного столба не выше 80оС, полученную величину делят на 760 и получают безразмерную величину коэффициента F; Св – содержание данного ингредиента в общей массе отхода в т/т; Величину Кі округляют до первого знака после запятой. После расчета Кi для отдельных ингредиентов отхода, выбирают не больше 3, но не меньше 2 ведущих компонентов, имеющих минимальное значение Кi, причем К1< К2 < К3, кроме того должно выполняться условие К1+ К2 ≥ К3. Если это условие не выполняется, выбирают 2 компонента. Затем определяют суммарный индекс опасности по зависимости где n – количество выбранных ингредиентов (2 или 3), К∑, рассчитывается с помощью двух или трех выбранных индексов токсичности. На основании суммарного индекса опасности определяют класс опасности и степень токсичности отхода с помощью таблицы 1. Таблица 1. Классификация опасности отходов на основании LD50 Величина К∑,, определенная на основании LD50 Класс опасности Степень токсичности Меньше 1,3 І Чрезвычайно опасные От 1,3 до 3,3 ІІ Высоко опасные От 3,4 до 10 ІІІ Умеренно опасные От 10 и более ІV Мало опасные При отсутствии LD50 для ингредиентов отхода, но при наличии класса опасности этих ингредиентов в воздухе рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005-88) необходимо в формулу (1) подставлять условные величины LD50, которые ориентировочно определяют по показателям класса опасности в воздухе рабочей зоны (табл. 2). Таблица 2. Классы опасности ингредиентов в воздухе рабочей зоны и соответствующие эквиваленты LD50 Класс опасности в воздухе рабочей зоны Эквивалент LD50 lg (LD50) І 15 1,176 ІІ 150 2,176 ІІІ 5000 3,699 ІV >5000 3,778 ^ Второй способ расчета класса опасности отходов Второй способ расчета класса опасности используют для отходов, которые удаляют для складирования на полигоны твердых промышленных отходов, т. е. при этом будет непосредственная связь отходов с почвой. В этом способе расчета применяют ПДК их химических составляющих в почвах. Индекс токсичности (Кi) каждого химического ингредиента, который входит в состав отхода, определяют по зависимости  = , (3) где ПДКі – предельно допустимая концентрация токсичного химического вещества в почве, который содержится в отходе; Кі, S, F, Св – те же показатели, что и в формуле 1. После определения Кі расчет выполняют в той же последовательности, что и в первом случае. Далее на основании К∑, с помощью таблицы 3 устанавливают класс опасности отходов. Таблица 3. Классификация опасности отходов на основании ПДК химических составляющих в почвах Величина К∑,, определенная на основании ПДК почвах Класс опасности Степень токсичности Меньше 2 І Чрезвычайно опасные От 2,1 до 16 ІІ Высоко опасные От 16,1 до 30 ІІІ Умеренно опасные От 30,1 и более ІV Мало опасные При отсутствии данных о составе отходов, класс опасности их определяют по классификаторам /9/. 1.2. Пример расчета класса опасности промышленных отходов на основании LD50 На машиностроительном предприятии образуется отход, в составе которого содержатся следующие ингредиенты: 1. As2O5 – 5%; 2. AsCl3 – 5%; 3. AlCl3 – 15%; 4. Fe2O3 – 50%; 5. PbO – 25%. Согласно приложению 2, находим необходимые параметры и составляем таблицу: Таблица 4. Физико-химические и токсикологические характеристики ингредиентов отходов Ингредиент Масса ингредиента, т/т Давление насыщенного пара, мм рт. ст. Растворимость ингредиента в воде, г/100 LD50, мг/кг Класс опасности Эквивалент LD50 As2O5 0,05 0 65,8 - ІІ 150 AsCl3 0,05 11,65 0 48 - - AlCl3 0,15 0 45,1 150 - - Fe2O3 0,50 0 0 - ІІІ 5000 PbO 0,25 0 0,2756 217 - - Согласно формуле (1) определяем индекс токсичности каждого химического ингредиента: К1 (As2O5) =3,1; К2 (AsCl3) =  = 32,6; К3 (AlCl3) =  = 3,6; К4 (Fe2O3) = = 7,4; К5 (PbO) = = 9,2. Далее располагаем этот ряд по увеличению значений коэффициентов Кі и вводим новую нумерацию К1 (As2O5) = 3,1; К2 (AlCl3) = 3,6; К3 (Fe2O3) = 7,4 К4 (PbO) = 9,2; К5 (AsCl3) =32,6. Выбираем наименьшие значения индексов токсичности (Кі), чтобы выполнялось условие: К1<К2<К3. Такими величинами будут: К1 = 3,1; К2 = 3,6; К3 = 7,4. Но в этом случае не выполняется второе условие: К1+ К2 ≥ К3, поэтому берем только два значения: К1 = 3,1; К2 = 3,6 и определяем суммарный индекс токсичности согласно формуле (2) Согласно таблице (1), суммарный индекс опасности отвечает второму классу опасности отходов. Тема 2. Расчет отвалов промышленных отходов при сухом способе возведения ^ 2.1. Основные типы отвалов При сухом способе складирования отходов отвалы устраивают плоскими, платообразными, одноярусными, многоярусными, террасированными высотой 30 –100 м (рис. 1). Причем для их размещения чаще всего отводят непригодные для землепользования участки земель, поэтому отвалы отходов могут иметь Рис. 1 – Поперечные разрезы различных типов отвалов: а) одноярусного; б) многоярусного; в) террасированного. 1 – гребень; 2 – откос; 3 – основание; 4 – усредненный откос; с – заложение откоса; с1 – заложение усредненного откоса. различную конфигурацию. Для расчета объемов, площадей поверхности и занимаемых земельных участков такими отвалами, их разбивают на отдельные участки, для которых существуют геометрические зависимости, а полученные результаты суммируют. Горизонтальную площадь, которая ограничивает тело отвала сверху, называют гребнем; боковые стороны – откосами; нижнюю площадь – основанием. Уклоны откосов зависят от высоты отвала, свойств складируемых отходов, свойств грунтов основания. Заложение откоса – это проекция длины откоса на горизонтальную поверхность (обычно заложение откоса обозначают, как отношение 1 метра высоты отвала к заложению откоса, приходящегося на 1 метр высоты, например, 1 : 3; 1 : 2,5 и т. д., это значит, что на 1 метр высоты отвала заложение откоса составляет 3 или 2,5 м). При устройстве многоярусных или террасированных отвалов уменьшается средний уклон откоса отвала, что повышает его устойчивость, кроме того, улучшаются условия подъезда транспорта. ^ 2.2. Примеры расчета Задача 2.2.1. Определить объем, площадь поверхности отвала отходов и площадь земельного участка который он занимает, при следующих исходных данных: высота отвала – H = 40 м; ширина гребня – b = 10 м; длина в основании – L = 800 м; заложение откоса – 1 : m = 1 : 2. Решение Схема отвала представлена на рис 2. Продольный разрез Поперечный разрез Четыре ¼ конуса – “ІІІ” Рис. 2 – Схема отвала Для расчета разбиваем отвал на отдельные фигуры, для которых существуют геометрические зависимости: призму “І”, 2 призмы “ІІ” и четыре ¼ конуса “ІІІ”. Определение объема отвала Объем призмы “І” определяем по зависимости Vпр. 1 = F1 H1, где F1 – площадь поперечного сечения призмы “І”; H1 – высота призма, равная в данном случае L1. L1 = L – 2 H m = 800 - 2*40 *2 = 640 м; а = H m + b + H m = 40 *2 + 10 + 40 *2 = 170 м; F1 = (а + b) / 2 * Н = (170 + 10) / 2 * 40 = 3600 м2. Vпр. 1 = 3600 * 640 = 2304000 м3. Объем призмы “ІІ” определяем по зависимости Vпр. 2 = F2 H2, где F2 – площадь поперечного сечения призмы “ІІ”; H2 – высота призма, равная в данном случае b. F2 = с H / 2; с = H m = 40 * 2= 80 м; F2 = (80 * 40) /2 = 1600 м2; Vпр. 2 = 1600 * 10 = 16000 м3. Объем четырех ¼ конуса“ІІІ” определяем по зависимости Vкон. = 1/3 π R2 H = 1/3 * 3.14* 802 * 40 = 267947 м3, где R = с. Объем отвала определяем по зависимости Vотв. = Vпр. 1 + 2 Vпр. 2 + Vкон. = 2304000 + 2 * 16000 + 267947 = 2603947 м3. Определение площади поверхности отвала Площадь поверхности отвала отходов рассчитывают с целью определения поверхности пыления, объема земляных работ при рекультивации отвалов, определения поверхностного стока с поверхности отвала и т. д. Площадь поверхности призмы “І” определяем по зависимости Sпов. пр. 1 = (2 l + b) L1, где l – длина откоса, определяемая по зависимости l = =  = 89,44 м; Sпов. пр. 1 = (89,44 * 2 + 10)* 640 = 120883 м2. Площадь поверхности призмы “ІІ” определяем по зависимости Sпов. пр.2 = b l = 10 * 89,44 = 894,4 м2. Площадь поверхности четырех ¼ конуса “ІІІ” определяем по зависимости Sкон. = π R l = 3,14 * 80 * 89,44 = 22467 м2 Площадь поверхности отвала определяем по зависимости Sпов. отв. = Sпов. пр. 1 + Sпов. пр.2 + Sкон. = 120883 + 894,4 * 2 + 22467 = 145139 м2. Определение площади земельного участка, занимаемого отвалом Площадь земельного участка, занимаемого призмой “І” определяем по зависимости Sзем. уч. пр.1 = (2 с + b) L1 = (80 * 2 + 10) 640 = 108800 м2. Площадь земельного участка, занимаемого призмой “ІІ” определяем по зависимости Sзем. уч. пр.2 = b с = 10 * 80 = 800 м2. Площадь земельного участка, которую занимают четыре ¼ конуса “ІІІ” определяем по зависимости Sзем. уч.кон. = π R2 = 3,14 * 802 = 20096 м2. Площадь земельного участка, занимаемого отвалом, определяем по зависимости Sотв. = Sзем. уч. пр.1 + Sзем. уч. пр. 2 + Sзем. уч. кон.= 108800 + 800 * 2 + 20096 = 130496 м2 = ~13,0 га. Ответ: объем отвала равен 2603947 м3; площадь поверхности отвала –145139 м2; площадь земельного участка, занимаемого отвалом, составляет около 13,0 га. Задача 2. 2.2. Определить площадь поверхности отвала и площадь земельного участка, который освободится после полной утилизации отходов отвала при следующих исходных данных: ориентировочно принять форму отвала в виде усеченной пирамиды; высота отвала – H = 40 м; заложение откосов – 1 : m = 1 : 2,5; объем отвала – V = 1,5 млн. м3. Решение Схема отвала показана на рис. 3. Рис 3 – Схема отвала Для определения объема отвала используют зависимость для усеченной пирамиды V = +), где S1 .– площадь гребня отвала, S2 – площадь нижнего основания отвала; S1 = x2; S2 = (x + 200)2; 1500000 = 1/3 * 40* (x2 + (x + 200)2 + ) = 1500000 = 1/3*40*(3x2 + 600x + 40000); x2 + 200x – 24166,7 = 0; D = b2 – 4ac = 136666,8; x = (-b ±) / 2a = (-200 ±  = 84.84 м; Определение площади поверхности отвала Сначала определяем площадь одной грани, имеющей форму трапеции по зависимости Sпов. 1 = (a + x) / 2 * l; l =  =  = 107.7 м; c = H m = 40 * 2.5 = 100 м; a = 2 c + х = 2 * 100 + 84,84 = 284,84 м; Sпов. 1 = (284,84 + 84,84) /2 * 107,7 = 19907 м2; Sпов.отв. = 4 Sпов. 1 + S1 = 19907 + 84,842 = 86826 м2 ^ Определение площади земельного участка, занимаемого отвалом Sзем. уч. = а2 =284,842 = 81134 м2 = ~ 8,1 га. Ответ: площадь земельного участка, занимаемого отвалом, составляет около 8,1 га; площадь поверхности отвала – 86826 м2. Задача 2.2.3. Определить срок эксплуатации отвала при следующих исходных данных: форма отвала в виде усеченного конуса; высота отвала – Н = 80 м; площадь нижнего основания – Sн. = 12 га; угол наклона откоса – 440; среднегодовое образование отходов на предприятии – G = 420 тыс. м3. Решение Схема отвала приведена на рис. 4. Рис. 4 – Схема отвала Определяем объем отвала по зависимости для усеченного конуса V =  π Н(R2 +r2 + R r); Sн. = πR2; R =  =  = 195,5 м; r = R – a; а =  =  = 82.8 м; r = 195,5 – 82,8 = 112, 7м; V =  * 3,14 * 80 * (195,52 + 112,72 + 195,5 * 112,7 = 6108714 м3; Срок эксплуатации отвала определяем по зависимости T =  =  = 14.5 лет. Ответ: срок эксплуатации отвала 14,5 лет. Задача 2.2.4. Шахта складирует отходы на участке, площадью 8,4 га. Определить на сколько больше срок эксплуатации отвала, отсыпанного с уплотнением отходов, чем отсыпанного без уплотнения. Для расчета принять следующие исходные данные: форма отвала – усеченный конус; высота отвала – 60 м; угол наклона откоса отвала – 380; плотность сухого грунта уплотненного – ρ с. г.1 = 1,85 т/м3; плотность сухого грунта неуплотненного – ρ с. г. 2 = 1,5 т/м3, Среднесуточное образование отходов на шахте – G = 1200 т. Решение Схема отвала приведена на рис. 5. Рис. 5 – Схема отвала Определяем объем отвала по зависимости для усеченного конуса V =  π Н (R2 +r2 + R r); Sн. = π R2; R =  =  = 163,6 м; r = R – a; а =  =  = 76.80 м; r =163,6– 76,8 = 86,8м; V =  * 3,14 *60 * (163,62 + 86,82 + 163,6 * 86,8 =3045780 м3; Определяем массу отходов, отсыпанных в отвал с уплотнением по зависимости М1 = V ρс. г.1 = 3045780 * 1,85 = 5634693 т; ^ Определяем массу отходов, отсыпанных в отвал без уплотнения по зависимости М1 = V ρс. г. 2 = 3045780 * 1,5 = 4568670 т; Срок эксплуатации отвала определяем по зависимости T1 =  =  = 12,86 лет; T1 =  =  = 10,43 лет; ∆ Т = T1 – T2 = 12,86 – 10,43 =2,43 года. Ответ: срок эксплуатации отвала, отсыпанного с уплотнением отходов, больше на 2,43 года, чем отсыпанного без уплотнения.

Схожі:

	Харьковская национальная академия городского хозяйства методические указания Методические указания к практическим по курсу “Основы утилизации отходов” (для студентов 4 курса дневной и 5 курса заочной форм обучения...		Программа и методические указания к выполнению курсовой работы и контрольных работ (практических заданий) по дисциплине "Основы санитарии городов" (для студентов Основы санитарии городов (для студентов 3 курса дневной и студентов 3 курса заочной форм обучения специальности «Экология и охрана...
	«Компьютерная графика в строительстве» Методические указания к лабораторным работам, расчетно-графическим работам и самостоятельной работе по курсу «Компьютерная графика...		Методические указания к изучению дисциплины «Основы экономики строительства» Методические указания к изучению курса «Основы экономики строительства» (для студентов 4 курса дневной формы обучения специальности...
	Методические указания Методические указания для проведения контрольной работы по дисциплине «Основы гидромелиорации» (для студентов 3 курса дневной и заочной...		Т. Е. Киркач Методические указания «Инженерная графика» (для студентов 1 курса дневной и заочной форм обучения бакалавров по направлению 140101 «Гостинично-ресторанное...
	Городского хозяйства методические указания Ргр) и практическим занятиям по дисциплине «Системное администрирование» (для студентов 6 курса заочной формы обучения специальности...		Конспект лекций по курсу "Обработка и утилизация осадков" для студентов 5 курса дневной и заочной форм обучения Конспект лекций по курсу "Обработка и утилизация осадков" (для студентов 5 курса дневной и заочной форм обучения специалистов по...
	Министерство образования и науки украины харьковская национальная академия городского хозяйства методические указания и задания к практическим работам по курсу „Основы производства и маркетинг” Качев А. С. Методические указания и задания к практическим работам по курсу „Основы производства и маркетинг” (для студентов 3 курса...		Методические указания к практическим занятиям по медицинской ботанике для студентов II курса фармацевтического факультета Методические указания к практическим занятиям по медицинской ботанике для студентов II курса фармацевтического факультета / Сост....