环境系统分析课程教学设计.doc

-* 《环境系统分析A》 课程设计 姓 名 学 号 专业名称 提交日期 2016年1月12日 第一章 任务书 3 1.1课程设计目的 3 1.2课程设计要求 3 1.2.1环境质量要求 3 1.2.2报告主要研究内容 3 第二章 课程设计内容 4 2.1总论 4 2.1.1设计依据 4 2.1.2评价因子 4 2.2项目 4 2.2.1热电厂 4 2.2.1.1背景介绍 4 2.2.1.2模型运用 6 2.2.1.3分析模型 8 2．2.2污水厂 8 2.2.2.1背景介绍 8 2.2.2.2模型运用 9 ①污水厂处理前水质 9 ②污水厂处理后 11 2.2.2.3分析模型 11 第三章 应对措施 12 3.1对热电厂所采取的措施 12 3.1.1增加烟囱物理高度 12 3.1.2使用除硫除尘设备: 12 3.1.3其他措施 13 3.2对污水处理采取的措施 13 第四章 课程设计总结 14 第五章 附录 15 5.1小组分工 15 5.2大气环境质量标准（部分） 15 5.3地表水环境质量标准（部分） 16 第一章 任务书 1.1课程设计目的 环境系统分析以模型化为手段描述环境系统的特征，模拟和揭示环境系统分析的发展与变化规律，并通过最优化对系统的结构与运行做出最佳选择。而本课程设计是《环境系统分析》课程学习之后的设计训练，目的在于让学生们把理论运用于实践。设计内容主要在以前布置的水环境质量模式与大气环境质量模式大作业的工作基础上展开。通过课程设计，可以了解求“水环境污染物”与“大气环境污染物”的污染贡献估算所需的主要资料、应做的主要工作、所用的主要模式、工作的一般步骤等等，并锻炼在微机上求解的实际工作能力。 1.2课程设计要求 1.2.1环境质量要求 某城郊区域（假设原来无任何大气和水污染物）要进行国家级经济开发示范建设，先行开发项目有污水处理厂和热电厂，为保证开发区的大气环境质量和水环境质量达标，必须对该二厂排放的大气污染物和水污染物进行控制。 控制标准如下： （1）大气环境质量控制在国家一级标准 （2）水环境质量控制在地表水III类标准 1.2.2报告主要研究内容 （1）调查、统计水、大气环境资料。 （2）使用相应的河流/水质模型以及大气质量模型进行水环境质量、大气环境质量（污染状况）分析，并做出相应的计算过程。 （3）列举污染预测结果为保证达标需要采取的相应的措施手段。 （4）课程设计的结果分析、结论及讨论。 第二章 课程设计内容 2.1总论 2.1.1设计依据 （1）《环境影响评价》，陆书玉编著，高等教育出版社，2013年。 （2）《环境系统分析教程》，程声通主编第二版，化学工业出版社，2012年。 （下简称教程） （3）《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002） （4）《污水综合排放标准》（GB 8978—1996） （5）《环境空气质量标准》（GB 3095—1996） 2.1.2评价因子 水污染物—国家及省规定的总量控制因子：COD、SS、TN、TP四项； 大气污染物—国家及省规定的总量控制因子：烟尘、粉尘、SO2三项。 2.2项目 2.2.1热电厂 热电厂中烟囱的初步设计高度为35米，出口处截面积为10平方米，烟气温度为105度，烟气排放量为20立方米每秒，设计燃煤量为120吨每天，燃煤含硫量2%，含尘量18%。该地主导风向为西北风，年均温15摄氏度，平均气压为1000hPa，地面风速为2米每秒。大气稳定度为D级。电厂正南方3000米处有一处中学，学校主教学楼高22米。 2.2.1.1背景介绍 （1）已知条件： 燃煤量W=120t/d=5t/h；燃煤含硫量S=2%；；烟尘的质量分数S=18%；烟囱出口处的烟气温度TS=105。C+273K=378K；烟囱出口处环境中的大气温度Ta=15。C +273K=288K。 （2）假设条件： 煤的灰分A=80%。 （3）模型依据 a燃烧的二氧化硫排放源强一般预测模型 （教程公式6-2） 为二氧化硫排放源强，kg/h或t/h；W为燃煤量，kg/h或t/h;为二氧化硫的去除效率，%；S为煤中的全硫分含量，%。 b燃煤的烟尘排放源强一般预测模型 （教程公式6-3） 为烟尘排放源强；W为燃煤量，kg/h或t/h;A为煤的灰分，%；B为烟气中烟尘的质量分数；为烟尘的去除效率，%。 c高架连续排放点源模型（高斯模型） （教程公式6-25） （教程公式6-26） 其中 （教程公式6-57） 表示坐标为x,y,z处的污染物浓度；为烟囱的有效高度；Q表示烟囱源强。 d 烟气抬升高度的计算方 （教程公式6-109） 为烟气抬升公式，m；为烟囱出口的烟气流速，m/s;d为烟囱出口的内径，m；为烟囱出口的平均风速，m/s;为烟囱出口处的烟气温度，K；为烟气出口处环境的大气温度，K。 e最大落地点浓度，距离 （教程公式6-30） ， （教程公式6-31） 2.2.1.2模型运用 （1）源强预测 燃烧的二氧化硫排放源一般预测模型：QSO2=1.6WS(1-η1),当未加除煤设备时，即η1=0时：QSO2=1.652%=0.16t/h 燃煤烟尘排放源一般预测模型：Qdust=WAB(1-η2) 当未加除尘设备时，即η2=0时：Q尘=580%18%=0.72t/h。 （2）距学校距离计算 45 444 将学校向风向方向投影,建立x,y轴 Y=3000cos45=2121.3m X=3000sin45=2121.3m （3）标准偏差ζy和ζz计算 因为已知大气能见度为D，所以： γ1（ζy）=0.189396 α1（ζy）=0.88694 γ2（ζz）=0.235667 α2（ζz）=0.75641 y=γ1Χα1=0.1893962121.3^0.88694=169.0 z=γ2Χα2=0.2356672121.3^0.75641=77.4 （4）烟囱高度计算 Uz(35m)=uZ0 (z/z。)^p=2 (35/10)^0.25=2.73m/s………….p经查表得等于0.25 d=2=3.568m 因为Qm=20M3/S,VS=Qm/A=20/10=2m/s ==9.91m He=H1+=35+9.91=44.91m （5）最大落地浓度 因为得=3.86 所以对于二氧化硫 对于烟尘 （6）学校点浓度 对于SO2 ： 0mg/m3 对于烟尘： 0 mg/m3 2.2.1.3分析模型 采用高架连续排放点源模型，经计算得出计算结果分析得出，学校附近污染物浓度趋近于零，但污染物的最大浓度超标。 2．2.2污水厂 污水处理厂设计收集污水流量为8立方米每秒，污水水温为20度，进水COD为1650mg/L，溶解氧浓度为0.65mg/L。 该地一河流断面面积为60m2，常年上游来水流量为120 m3/s，水温20度。入水COD浓度为1.5mg/L，溶解氧达到饱和。污水处理厂的排放口下游1800m处有一单位的取水口，取水水质除要求达到三类水标准外，还需溶解氧浓度>6.0mg/L。 2.2.2.1背景介绍 （1）已知条件： 实测时起点处的BOD浓度为20mg/L，溶解氧为9mg/L，水流流速为4km/h，具体数据有两组，如下： 第一组： X（公里） 0 8 20 35 42 DO（mg/l） 9.0 8.6 7.3 6.4 7.8 第二组： X（公里） 0 10 24 42 58 DO（mg/l） 9.0 8.2 7.2 7.1 6.9 （2）模型依据 ①S-P模型 （教程公式3-88） （教程公式3-89） BOD起始浓度 ，河流的氧亏值，起始氧亏值，河流BOD衰减速度常数kd，河流的复氧速度常数ka,河流的BOD值为L ②临界点的氧亏值和临界点距污水排放点的时间 （公式教程3-92） （教程公式3-93） ③溶解氧 （教程公式3-90） ④初始混合时COD浓度 ⑤初始混合时溶解氧浓度 = ⑥初始混合时 =- 2.2.2.2模型运用 ①污水厂处理前水质 （1）饱和溶解氧 (2)计算混合起始BOD 的值L。 (3)参数估计 Cs 9.07 　 　 1/h ux 4 　 Ka 0.207954 L0 20 　 Kd 0.027547 　 　 　 Ka-Kd 0.180407 x DO DO测 (DO-DO测）^2 　 0 9 9 0 　 8 8.148412 8.6 0.20393215 　 20 7.463981 7.3 0.02688972 　 35 7.153891 6.4 0.568351572 　 42 7.119292 7.8 0.463363399 　 　 　 SUM= 1.26253684 　 经规划求解，可知Kd=0.0275/h，ka=0.207954. 验证： 模型误差检验所需监测数据（第二组）： x 0 10 24 42 58 DO 9 8.2 7.2 7.1 6.9 =0.0997<10%,则认为该模型的精度可以满足要求。 而Ka=0.2080/h已达到优值，但其与实际不相符，故假设Ka=0.10/h （4）初始混合时溶解氧浓度 (5)临界点距污水排放点的时间和距离和的计算 =-=9.07-8.54=0.62 =17.5h x=17.5=126km （6）水质最差点溶解氧和水质最差点COD浓度 ②污水厂处理后 （1）污水厂处理污水效率和处理后的COD浓度 (查标准可知，三类水BOD标准为20mg/l) （污水排放口）=20.51mg/l η= （2）经污水厂处理后的溶解氧 将D=9.07-6=3.09mg/l，t=0.25h，L。=20.51mg/l代入： 得出D。= 3.06mg/l 溶解氧DO=- D。=9.07-3.06=6.01mg/l 2.2.2.3分析模型 采用S-P模型，得出水质最差点溶解氧小于0并且水质最差点COD浓度超标，若经污水处理厂处理后，水质可基本达标。 第三章 应对措施 3.1对热电厂所采取的措施 3.1.1增加烟囱物理高度 (1)对于SO2: 现可以假设SO2最大落地浓度正好达到一级标准，则根据： =0.15mg/m3 若此时源强不变，即：QSO2=1.652%=0.16t/h，可求出此时的有效源高： 108m 也就是说应该增加烟囱物理高度为：108-44.91=63.09m (2)对于烟尘： 现可以假设烟尘最大落地浓度正好达到一级标准，则根据： 若源强不变，即Q尘=580%18%=0.72t/h，可求出此时的有效源高： =255m 也就是说应该增加烟囱物理高度为：255-44.91=210.99m 3.1.2使用除硫除尘设备: (1)对于SO2，要使排放达标，即要使: <0.15 ,即 不变等于44.91m，可求出此时的,： ,==7700.17 因为：QSO2=1.6WS(1-η1) 所以η1=0.983 (2)对于烟尘，要使排放达标，即要使: <0.12即 不变等于44.91m，可求出此时的,： ==6160 因为Qdust=WAB(1-η2) 所以η2=0.969 3.1.3其他措施 （1）继续坚持源头控制 ,即首先在源头控制方面要加强热电厂电力结构和布局调整 , 减少煤电在电力结构中的比重 （2）扩大洗煤配煤比重 ,促进电热冷多联产发展 , 提高能源利用效率, 减少污染元素进入燃煤电厂 , 促进资源的循环使用实施末端治理, 发挥污染物控制装置的作用。 （3） 制定合理的污染物控制目标, 促进投入与产出效果的最大化 3.2对污水处理采取的措施 1、 因为临界点的水质最差,所以应在临界点处测量BOD，DO值进行水质达标评价。 2、提高污水处理厂的处理效率,使水质达到更高标准后再排放 3、通过增加下游取水口附近溶氧 4、游取水口上游进行简单的水质处理,如添加混凝剂去除部分固体物等 5、在取水口上游2000米以内不允许排污口排放污水,以保证在取水口水质不是水质较差点 6、可在排放口上游100处设置一清水排放口,来稀释水中的COD,从而达到使排污口水质达标的目的 第四章 课程设计总结 （1）工厂排放的污染物烟尘、扩散到学校附近时，浓度基本趋向于零，所以对学校基本无影响。但其最大落地浓度超出标准，需要采取一定的措施，例如采用高效率的除尘脱硫设备，其除尘率可达到90%以上；也可增加烟囱的物理高度，使其达到相应的空气质量标准。 （2）污水厂项目中采用S-P模型，得出水质最差点溶解氧小于0并且水质最差点COD浓度超标，污水厂排放口的BOD去处率需要达到80%,溶解氧浓度达到6左右mg/L，就可以使得废水达到排放标准。 第五章 附录 5.1小组分工 表1 小组分工明细表 调查水、大气环境资料 使用相应的大气质量模型进行大气环境质量（污染状况）分析，其中主要对于总量控制因子：烟尘SO2两项做模型分析 进行烟尘、SO2源强预测，计算烟囱的高度、烟尘和SO2最大落地浓度、学校附近烟尘和SO2浓度 制定热电厂未达标点的应对措施，包括烟囱有效高度的估计 5.2大气环境质量标准（部分） 大气环境质量标准分类 单位：mg/m3 污染物名称 取值时间 一级标准 二级标准 三级标准 总悬浮微粒 日平均 0 .15 0.30 0.50 飘尘 日平均 0.05 0.15 0.25 二氧化硫 日平均 0.05 0.15 0.25 环境空气质量标准（一级） 单位：mg/m3 污染物名秤 小时值 日均值 SO2 0.15 0.05 TSP / 0.12 NO2 0.12 0.08 风指数表m 区域 A B C D E、F 城市 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 乡村 0.07 0.10 0.15 0.25 0.25 C-D稳定度下横向扩散参数幂函数表达式数据 α1 γ1 下风距离，m 0.926849 0.14394 0-1000 0.88694 0.189396 ＞1000 C-D稳定度下垂向扩散参数幂函数表达式数据 α2 γ2 下风向距离，m 0.838628 0.126152 0-2000 0.75641 0.235667 2000-10000 0.815575 0.136659 ＞10000 5.3地表水环境质量标准（部分） 水环境质量标准分类 单位：mg/m3 　 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 COD ≤ 15以下 15以下 15 20 25 BOD ≤ 3以下 3 4 6 10 DO ≥ 饱和度90% 6 5 3 2 地表水环境质量标准 单位：mg/L（pH除外） 指标 序号 参数 标 准 值 依 据 Ⅱ类 Ⅲ类 pH 6~9 6~9 GB3838-2002 2 COD≤ 15 20 3 BOD5≤ 3 4 4 石油类≤ 0.05 0.05 5 NH3-N≤ 0.5 1.0 6 Cr6+ 0.05 0.05 8 Pb 0.01 0.01 9 总磷（以P计） 0.1（0.025*） 0.2（0.05*） 10 总氮 0.5* 1.0* 11 硫化物 0.1 0.2 12 氟化物 1.0 1.0 13 粪大肠菌群 2000个/L 10000个/L 城镇污水处理厂污染物部分排放标准 基本控制项目最高允许排放浓度（日均值） 单位mg/l 序号 基本控制项目 一级标准 二级标准 三级标准 a 标准 b 标准 1 化学需氧量（COD） 50 60 100 120① 2 生化需氧量（BOD5） 10 20 30 60② 3 悬浮物（SS） 10 20 30 50