環(huán)境系統(tǒng)分析課程設(shè)計

1、滋啊護萃孝睨環(huán)境系統(tǒng)分析A課程設(shè)計姓名學(xué)號專業(yè)名稱提交日期2016年1月12日第一章任務(wù)書31.1課程設(shè)計目的31.2課程設(shè)計要求31.2.1環(huán)境質(zhì)量要求31.2.2報告主要研究內(nèi)容3第二章課程設(shè)計內(nèi)容42.1總論42.1.1設(shè)計依據(jù)42.1.2評價因子42.2項目42.2.1熱電廠42.2.1.1背景介紹42.2.1.2模型運用62.2.1.3分析模型822.2污水廠82.2.2.1背景介紹82.2.2.2模型運用9 污水廠處理前水質(zhì)9 污水廠處理后112.2.2.3分析模型11第三章應(yīng)對措施123.1對熱電廠所采取的措施123.1.1增加煙囪物理高度123.1.2使用除硫除塵設(shè)備:123.

2、1.3其他措施133.2對污水處理采取的措施13第四章課程設(shè)計總結(jié)14第五章附錄155.1小組分工155.2大氣環(huán)境質(zhì)量標準（部分）155.3地表水環(huán)境質(zhì)量標準（部分）163第一章任務(wù)書1.1 課程設(shè)計目的環(huán)境系統(tǒng)分析以模型化為手段描述環(huán)境系統(tǒng)的特征，模擬和揭示環(huán)境系統(tǒng)分析的發(fā)展與變化規(guī)律，并通過最優(yōu)化對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運行做出最佳選擇。而本課程設(shè)計是環(huán)境系統(tǒng)分析課程學(xué)習(xí)之后的設(shè)計訓(xùn)練，目的在于讓學(xué)生們把理論運用于實踐。設(shè)計內(nèi)容主要在以前布置的水環(huán)境質(zhì)量模式與大氣環(huán)境質(zhì)量模式大作業(yè)的工作基礎(chǔ)上展開。通過課程設(shè)計，可以了解求“水環(huán)境污染物”與“大氣環(huán)境污染物”的污染貢獻估算所需的主要資料、應(yīng)做的主要

3、工作、所用的主要模式、工作的一般步驟等等，并鍛煉在微機上求解的實際工作能力。1.2課程設(shè)計要求1.2.1 環(huán)境質(zhì)量要求某城郊區(qū)域(假設(shè)原來無任何大氣和水污染物)要進行國家級經(jīng)濟開發(fā)示范建設(shè)，先行開發(fā)項目有污水處理廠和熱電廠，為保證開發(fā)區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境質(zhì)量達標，必須對該二廠排放的大氣污染物和水污染物進行控制?？刂茦藴嗜缦拢?1) 大氣環(huán)境質(zhì)量控制在國家一級標準(2) 水環(huán)境質(zhì)量控制在地表水III類標準1.2.2 報告主要研究內(nèi)容(1)調(diào)查、統(tǒng)計水、大氣環(huán)境資料。(2)使用相應(yīng)的河流/水質(zhì)模型以及大氣質(zhì)量模型進行水環(huán)境質(zhì)量、大氣環(huán)境質(zhì)量(污染狀況)分析，并做出相應(yīng)的計算過程。(3)列舉污染

4、預(yù)測結(jié)果為保證達標需要采取的相應(yīng)的措施手段。(4)課程設(shè)計的結(jié)果分析、結(jié)論及討論。環(huán)境系統(tǒng)課程設(shè)計第二章課程設(shè)計內(nèi)容2.1 總論2.1.1 設(shè)計依據(jù)(1)環(huán)境影響評價，陸書玉編著，高等教育出版社，2013年。(2)環(huán)境系統(tǒng)分析教程，程聲通主編第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年。(下簡稱教程)(3) 地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB38382002)(4) 污水綜合排放標準(GB89781996)(5) 環(huán)境空氣質(zhì)量標準(GB30951996)2.1.2 評價因子水污染物一國家及省規(guī)定的總量控制因子：COD、SS、TN、TP四項；大氣污染物一國家及省規(guī)定的總量控制因子：煙塵、粉塵、SO2三項。2.2 項

5、目2.2.1 熱電廠熱電廠中煙囪的初步設(shè)計高度為35米，出口處截面積為10平方米，煙氣溫度為105度，煙氣排放量為20立方米每秒，設(shè)計燃煤量為120噸每天，燃煤含硫量2%，含塵量18%。該地主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，年均溫15攝氏度，平均氣壓為1000hPa，地面風(fēng)速為2米每秒。大氣穩(wěn)定度為D級。電廠正南方3000米處有一處中學(xué)，學(xué)校主教學(xué)樓高22米。2.2.1.1 背景介紹(1)已知條件：燃煤量W=120t/d=5t/h；燃煤含硫量S=2%；煙塵的質(zhì)量分數(shù)S=18%；煙囪出口處的煙氣溫度T=105。C+273K=378K；煙囪出口處環(huán)境中的大氣溫度T=15。CSa+273K=288K。(2)假設(shè)條件

6、：煤的灰分A=80%。(3)模型依據(jù)a燃燒的二氧化硫排放源強一般預(yù)測模型QSO=1.6WS(lH)(教程公式6-2)SO2°sq為二氧化硫排放源強，kg/h或t/h；W為燃煤量，kg/h或t/h;H為二氧化硫的去除效率，%；S為煤中的全硫分含量，%。b燃煤的煙塵排放源強一般預(yù)測模型。塵=WAB(1H)(教程公式6-3)Q塵為煙塵排放源強；W為燃煤量，kg/h或t/h;A為煤的灰分，%；B為煙氣中煙塵的質(zhì)量分數(shù)；H為煙塵的去除效率，%。c高架連續(xù)排放點源模型(高斯模型)H=H+He1C(x,y,z,H)e<2兀uooxyzexp1(y2(z-H)2+e2o2o2<yz丿-教

7、程公式6-25)+exp(z+H)2'eo2z丿9Oyz円2仁教程公式6-26)教程公式6-57)其中C(X，"Z'He)表示坐標為x,y,z處的污染物濃度；He為煙囪的有效高度；Q表示煙囪源強。daH煙氣抬升高度的計算方VdAHuux廠TT、1.5+2.7sadT丿$s教程公式6-109)AH為煙氣抬升公式，m；為煙囪出口的煙氣流速，m/s;d為煙囪出口的內(nèi)徑，m；為煙囪出口的平均風(fēng)速，m/s;Ts為煙囪出口處的煙氣溫度，K；Ta為煙氣出口處環(huán)境的大氣溫度，K。e最大落地點濃度，距離x*uH2xe4EzC（x,0,0,H）=e2QQz兀euH2Q（教程公式6-30）

8、（教程公式6-31）2.2.1.2模型運用（1）源強預(yù)測燃燒的二氧化硫排放源一般預(yù)測模型：Q=1.6ws（1-n）,當(dāng)未加除煤SO21設(shè)備時，即n1=0時：Q=1.652%=0.16t/hSO2燃煤煙塵排放源一般預(yù)測模型：Q=WAB（1-n）當(dāng)未加除塵設(shè)備時,dust2即n2=0時：Q=580%18%=0.72t/h。塵（2）距學(xué)校距離計算%45°東南將學(xué)校向風(fēng)向方向投影，建立x,y軸Y=3000cos45=2121.3mX=3000sin45=2121.3m（3）標準偏差Zy和Zz計算因為已知大氣能見度為D,所以:Y1（zy）=°.189396a=0.886941（Zy）

9、Y2（zZ）=0.235667SsF75641qy=Y1xXa1=0.189396x2121.30.88694=169.0qz=y2xXa2=0.235667x2121.30.75641=77.4（4）煙囪高度計算Uz(35m)二ux(z/z。廠p=2x(35/10廠0.25=2.73m/s.p經(jīng)查表得Z0等于0.25d=2xI10=3.568m:兀因為Q=20M3/S,V=Q/A=20/10=2m/smSmH沁s-uxVd(T-T1.5+2.7ad2x3.5682.73(1.5+2.7x378-288378x3.568=9.91m丿H=H1+AH=35+9.91=44.91me(5) 最大落

10、地濃度因為b2=2Ex/u得E=(b2u)/2-x=3.86zZzZzzuH2X*二_e-4Ez二356.62m所以對于二氧化硫C(x,0,0,H)=C(x*,0,0,H)=SO2z=0.809mg/m3emaxezey對于煙塵C(x,0,0,H)=C(x*,0,0,H)=2QDuSb兀euH2bzeyemax"Z3.641mg/m36)學(xué)校點濃度expC(x,y,z,Hey2+2y(z-H)2eb2z+expC(212132121322,44)智:黑鬣需上怦匸1(2121.3(2244.9'+2169.0774V丿+exp1(2121.3(22+44.9'+2169

11、.077.4V丿b2z對于SO:20mg/m3對于煙塵:C(2121.3,2121.3,22,440XX.41f2121.3(22-44.91(2121.3(22+44.9'>exp2169.0+77.衛(wèi)V丿+exp2+169.077彳V丿>0mg/m32.2.1.3分析模型采用高架連續(xù)排放點源模型，經(jīng)計算得出計算結(jié)果分析得出，學(xué)校附近污染物濃度趨近于零，但污染物的最大濃度超標。22.2污水廠污水處理廠設(shè)計收集污水流量為8立方米每秒，污水水溫為20度，進水COD為1650mg/L，溶解氧濃度為0.65mg/L。該地一河流斷面面積為60m2,常年上游來水流量為120m3/s,

12、水溫20度。入水COD濃度為1.5mg/L，溶解氧達到飽和。污水處理廠的排放口下游1800m處有一單位的取水口，取水水質(zhì)除要求達到三類水標準外，還需溶解氧濃度>6.0mg/L。2.2.2.1 背景介紹（1）已知條件：實測時起點處的BOD濃度為20mg/L，溶解氧為9mg/L，水流流速為4km/h，具體數(shù)據(jù)有兩組，如下：第一組：X（公里）08203542DO(mg/l)9.08.67.36.47.8第二組：X（公里）010244258DO(mg/l)9.08.27.27.16.9（2）模型依據(jù)S-P模型L=Lexp（-kt）0d（教程公式3-88）環(huán)境系統(tǒng)課程設(shè)計kLK-Kade-kdte

13、-kat+De-kato教程公式3-89)BOD起始濃度L，河流的氧虧值D，起始氧虧值D,河流BOD衰減速度常數(shù)kd，oo河流的復(fù)氧速度常數(shù)ka,河流的BOD值為L臨界點的氧虧值和臨界點距污水排放點的時間O=C-DSC公式教程3-92)lnr1-dD(k-k)0adILk0d教程公式3-93) 溶解氧O=O-D二OskLd_0k一kade-kdt-e-kat-De-kat0a教程公式3-90)11 初始混合時COD濃度L=QPi+qP20Q+q 初始混合時溶解氧濃度 初始混合時DD°=C-DO°s2.2.2.2 模型運用污水廠處理前水質(zhì)1)飽和溶解氧Cs468468Cs31

14、.6+T31.6+209.07mg/l(2) 計算混合起始BOD的值L。=104.53mg/18x1650+120x1.58+120(3)參數(shù)估計Cs9.071/hux4Ka0.207954L020Kd0.027547Ka-Kd0.180407xDODO測(DO-DO測廠2099088.1484128.60.20393215207.4639817.30.02688972357.1538916.40.568351572427.1192927.80.463363399SUM二1.26253684經(jīng)規(guī)劃求解，可知Kd=0.0275/h，ka=0.207954.驗證：模型誤差檢驗所需監(jiān)測數(shù)據(jù)(第二組)

15、x010244258DO98.27.27.16.9”fe二0.6745丫i'兒L=0.0997<10%,則認為該模型的精度可以滿足要0.5n-1求。而Ka=0.2080/h已達到優(yōu)值，但其與實際不相符，故假設(shè)Ka=0.10/h(4)初始混合時溶解氧濃度DO8+120DO=QO1+叫=8x%5+120x9.°7=8.54mg/1Q+qc(5)臨界點距污水排放點的時間t和距離和D的計算ccD=C-DO=9.07-8.54=0.62mg/11lnkkad0.10.1-0.0275ln0.0275k1D(k-k)kLkd0d0.62x(0.1-0.0275)104.53x0.0

16、275=17.5hu=Q=120X3600=7.2km/h60x=uxt=7.2x17.5=126kmck0.0275D=hL°e-kdtc=cka0.1x104.53xe-0.0275x17.5=17.77mg/1(6)水質(zhì)最差點溶解氧和水質(zhì)最差點COD濃度O二C-D二9.07-17.77=-8.7mg/1SCL=Lxe-kat=64.62mg/1COD°污水廠處理后(1)污水廠處理污水效率和處理后的COD濃度t=X=1800=900s=0.25hu120/60L=L;xe-kat=20mg/1(查標準可知，二類水BOD標準為20mg/l)L'(污水排放口)=20

17、.51mg/l104.53-20.51104.53=80.37%2)經(jīng)污水廠處理后的溶解氧將D=9.07-6=3.09mg/l,t=0.25h,L。=20.51mg/l代入:kLd_0k-kadexp(-kt)-exp(-kt)+Dexp(-kdaot)a得出Do=3.06mg/l溶解氧DO=CDo=9.07-3.06=6.01mg/ls2.2.2.3 分析模型米用S-P模型，得出水質(zhì)最差點溶解氧小于0并且水質(zhì)最差點COD濃度超標，若經(jīng)污水處理廠處理后,水質(zhì)可基本達標。環(huán)境系統(tǒng)課程設(shè)計第三章應(yīng)對措施3.1對熱電廠所采取的措施3.1.1 增加煙囪物理高度(1)對于SO:2現(xiàn)可以假設(shè)2SO2最大落

18、地濃度正好達到一級標準，則根據(jù)：C(x,0,0,H)=e=0.15mg/m319xey若此時源強Q不變，即：Q=1.652%=0.16t/h,可求出此時的有效源高:SO2H*°%O'"09/3600%77.4二108me0.15%2.73%兀e%169.0也就是說應(yīng)該增加煙囪物理高度為：H二H*-44.91二108-44.91=63.09me(2)對于煙塵：現(xiàn)可以假設(shè)煙塵最大落地濃度正好達到一級標準，則根據(jù)：C(x,0,0,H)=C(x*,0,0,H)=塵=0.12mg/m3emaxexey若源強Q不變，即Q”=580%18%=0.72t/h，可求出此時的有效源高：

19、塵H*°%°72%109/3600%774=255me0.12%2.73%n%e%169.0也就是說應(yīng)該增加煙囪物理高度為：H二H*-44.91二255-44.91=210.99me3.1.2 使用除硫除塵設(shè)備:(1)對于SO要使排放達標，即要使:2，C(x,0,0,H)emax二CC*,0,0,He2Qdustz兀euH2Q<0.15mg/m3,即H不變等于44.91m，可求出此時的QeSO2=7700.17mg/s小0.15%169.0%44.91%44.91%e%2.73Q,=SO22%77.4因為：Q=1.6ws(1n)SO21所以n=0.9831(2)對于煙

20、塵，要使排放達標，即要使:，C(x,O,O,H)-CC*,O,O,H)=<0.12mg/m3即emaxe兀eUH2QzeyH不變等于44.91m,可求出此時的Q，:edUst八0.12xl69.0x44.91x44.91x兀xex2.73/Q=6160mg/sdUst2x77.4因為Q二WAB(1n)dust2所以n=0.96923.1.3 其他措施(1)繼續(xù)堅持源頭控制,即首先在源頭控制方面要加強熱電廠電力結(jié)構(gòu)和布局調(diào)整,減少煤電在電力結(jié)構(gòu)中的比重(2)擴大洗煤配煤比重,促進電熱冷多聯(lián)產(chǎn)發(fā)展,提高能源利用效率,減少污染元素進入燃煤電廠,促進資源的循環(huán)使用實施末端治理,發(fā)揮污染物控制裝置

21、的作用。(3) 制定合理的污染物控制目標,促進投入與產(chǎn)出效果的最大化3.2 對污水處理采取的措施1、因為臨界點的水質(zhì)最差，所以應(yīng)在臨界點處測量BOD,DO值進行水質(zhì)達標評價。2、提高污水處理廠的處理效率，使水質(zhì)達到更高標準后再排放3、通過增加下游取水口附近溶氧4、游取水口上游進行簡單的水質(zhì)處理，如添加混凝劑去除部分固體物等5、在取水口上游2000米以內(nèi)不允許排污口排放污水，以保證在取水口水質(zhì)不是水質(zhì)較差點6、可在排放口上游100處設(shè)置一清水排放口，來稀釋水中的COD，從而達到使排污口水質(zhì)達標的目的第四章課程設(shè)計總結(jié)(1) 工廠排放的污染物煙塵、S02擴散到學(xué)校附近時，濃度基本趨向于零，所以對學(xué)

22、?；緹o影響。但其最大落地濃度超出標準，需要采取一定的措施，例如采用高效率的除塵脫硫設(shè)備，其除塵率可達到90%以上；也可增加煙囪的物理高度，使其達到相應(yīng)的空氣質(zhì)量標準。(2) 污水廠項目中采用S-P模型，得出水質(zhì)最差點溶解氧小于0并且水質(zhì)最差點COD濃度超標，污水廠排放口的BOD去處率需要達到80%,溶解氧濃度達到6左右mg/L，就可以使得廢水達到排放標準。第五章附錄5.1小組分工表1小組分工明細表調(diào)查水、大氣環(huán)境資料使用相應(yīng)的大氣質(zhì)量模型進行大氣環(huán)境質(zhì)量（污染狀況）分析，其中主要對于總量控制因子：煙塵S02兩項做模型分析進行煙塵、S02源強預(yù)測，計算煙囪的高度、煙塵和S02最大落地濃度、學(xué)校附近煙塵和S02濃度制定熱電廠未達標點的應(yīng)對措施，包括煙囪有效咼度的估計5.2 大氣環(huán)境質(zhì)量標準（部分）大氣環(huán)境質(zhì)量標準分類單位：mg/m3污染物名稱取值時間一級標準二級標準三級標準總懸浮微粒日平均0.150.300.50飄塵日平均0.050.15