В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Охрана окружающей среды.

Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Охрана окружающей среды.

Студент5012/2группы

_____________________________Головина Е.В.

Зачтено «_____»________________ 2005 г. Преподаватель _____________профессор, д.т.н. Альхименко А.И.

Санкт Петербург

2005

Содержание.

Введение…………………………………………………………………………………………….3

1. Исходные данные……………………………………………………………………………….3

1.1 Характеристики порта, особенности его работы………………………………………..3

1.2 Основные источники загрязнения моря при работе порта………………………………4

2. Разработка мероприятий по предотвращению загрязнения морской среды…………..5

2.1. Выбор оборудования для ликвидации аварийных разливов

нефти. …………………………………………………………...…………………………………5

2.2. Ликвидация последствий аварийных разливов нефти…………………………………..5

2.3. Биологическая очистка загрязненных вод………………………………………………….9

2.4. Очистка технологически загрязненных вод………………………………………………12

2.5. Сбор мусора…………………………………………………………………………………...12

2.6. Разработка компоновки специального района береговой базы, взаимодействия между отдельными элементами спецрайона…………………………………………………….12

3. Диффузия веществ в морской воде………………………………………………………….13

4. Ущерб от загрязнения вод…………………………………………………………………..14

Приложение 1………………………………………………………………………………….15

Приложение 2………………………………………………………………………………….18

Приложение 3………………………………………………………………………………….21

Приложение 4………………………………………………………………………………….22

Литература………………………………………………………………………………………...23

Введение.

Целью курсовой работы является разработка раздела «Охрана окружающей среды» в проекте необходимо рассмотреть основные источники загрязнения морской воды при работе порта: нефть, нефтепродукты, хозяйственно–фекальные воды, льяльные воды, бытовой мусор и пищевые отходы; а также меры, позволяющие предотвратить или уменьшить их влияние на морскую среду.

Для модели точечного аварийного разлива нефти проводится расчет размеров нефтяного пятна и разрабатывается схема ликвидации аварии. По результатам расчетов вычисляется кол-во загрязняющих веществ, образующихся при эксплуатации порта, а также подсчитывается ущерб, наносимый государству от загрязнения морской среды.

1. Исходные данные.

Грузооборот:

Вид груза Количество грузов (тыс.т) Вид плавания Контейнерные 15000 Каботаж Минеральные строительные 10000 Каботаж Генеральные 10000 Каботаж Нефть 10000 Загран. Время навигации Т=365

По исходным данным выбирается тип судна и его технические характеристики, приведенные ниже в табличной форме.

Вид груза Тип судна Дедвейт

тыс.т Г/п,

тыс.т Длина,

м Ширина,

м Осадка,

м Прим. Контейнерные СКН-700 20 8,1 147 22,7 7,5 810 конт. Минеральные строительные СО-3М 20 2,8 130 13,6 3,6 4 трюм. Генеральные СН-20 20 49,4 215,2 31,8 12,3 8 трюм. Нефть НО-100 100 143,0 295 45,0 17,0 -

1.1 Характеристики порта, особенности его работы.

Для обеспечения необходимой пропускной способности требуется достигнуть соответствующих технических характеристик, к которым относятся:

* глубина в порту;

* размеры акватории;

* длина причального фронта;

* размеры территории;

* основное грузоподъемное оборудование;

* состав и размеры складов

При строительстве порта размеры акватории выбираем из соображений обеспечения безопасности входа судна в порт, его маневрирования для подхода к причалам, безопасную стоянку всего состава судов при перегрузочных работах, отстое и обслуживании. Производим учет перспективы развития порта и возможность захода в порт судов больших размеров. Так же принимаем во внимание то, что суда могут заходить в порт и двигаться по акватории как своим ходом так и с помощью буксиров. Под входом в порт понимается совокупность входных ворот и примыкающих к ним участка подходного канала и входного рейда, т.е. элементов, влияющих на безопасность и продолжительность входа и выхода судов.

Входной рейд имеет размеры и форму, которые позволяют осуществить при сильном ветре любые маневры, необходимые для входа или выхода из порта, в том числе возможность гашения инерции входящего судна, возможность его разворота на требуемый угол, аварийную отдачу якоря и аварийную стоянку.

В нашем случае разворот судов и их движение по акватории порта будет осуществляться портовыми буксирами.

По проекту оградительных сооружений проводится расчет дифракции волн 5% обеспеченности со стороны волноопасного направления. Дифракция является качественной оценкой конструкции волнозащитных сооружений.

1.2 Основные источники загрязнения моря при работе порта.

Загрязняющие вещества, образующиеся при работе порта, подразделяются на производственные и хозяйственно-бытовые. К производственным относятся льяльные воды, к хозяйственно–бытовым - сточные воды, от душевых и кухонных блоков, фекальные воды, бытовой мусор и т.д.

Наибольший ущерб морской среде наносят нефть и нефтепродукты. Одна тонна нефти растекается по поверхности моря площадью в 2,5 км2. Скорость образования пятна велика. Пленка нефти активно поглощает растворившийся в воде кислород и препятствует газообмену между водой и атмосферой. Значительная часть нефти в виде эмульсии находится в верхнем слое (толщиной до 10 м) и может перемещаться с водой на дальние расстояния.

Наиболее уязвимы при загрязнении воды нефтью морские организмы на ранних стадиях развития. Также серьезную опасность представляют входящие в состав сырой нефти и нефтепродуктов ароматические углеводороды. Некоторые моллюски способны аккумулировать углеводороды, в том числе и канцерогенные и употребление их в пищу человеком становится опасным.

Серьезную опасность представляют нефтяные разливы для водоплавающих птиц.

2. Разработка мероприятий по предотвращению загрязнения морской среды.

Для предотвращения загрязнения морской воды производственными и хозяйственно-бытовыми отходами принимаются такие меры, как устройство сборщиков для всех видов отходов.

2.1. Выбор оборудования для ликвидации аварийных разливов нефти.

Необходимо предусмотреть вероятность разлива нефти. Нефть является активной примесью в морской среде, и её гидравлические характеристики не совпадают с характеристиками воды. Нефть может существовать в двух видах: в виде нефтяной пленки на поверхности воды и в растворенном виде.

Нефтяная пленка может покрывать значительные площади и препятствовать газообмену между атмосферой и гидросферой, разрушая поверхностный микрослой. Растворенные н/п являются очень токсичными и предельно–допустимая концентрация для них очень мала ПДК=0,05 мг/л.

Для ликвидации аварийных разливов используют нефтесборщики и боновые заграждения «Экспанди 4300», которые выполняются в виде секций длиной 50м. Боновые заграждения при их буксировке позволяют увеличивать толщину слоя нефти за счет ее большой концентрации в конце петли, образуемой буксируемыми бонами. Боны должны удовлетворять следующим требованиям:

- быстрое развертывание,

- минимальные габариты,

- удобство и надежность транспортировки,

- быстрое и безопасное соединение секций.

Для удаления разлитой по поверхности нефти применяем суда – нефтесборщики типа Lockheed 400. Схемы бонового заграждения и нефтесборщика представлены на рис. 1,2.

2.2. Ликвидация последствий аварийных разливов нефти.

При локализации нефтяного пятна возможны две схемы расстановки бонов. Схемы представлены на рис. 3.

По первой схеме локализации нефтяного пятна боны удерживают пятно загрязнения, движущегося под действием внешних факторов – ветра и течения. Эта схема может быть использована при постоянном направлении движения ветра для стационарного расположения бонов.

При точечном источнике загрязнений, а также при больших скоростях ветра и течений предпочтительней оказывается вторая схема.

Транспортировка пятна к берегу представлена на рис. 4.

Бон ЭКСПАНДИ (модель 4300)

Рис. 1.

Нефтесборщик Lockheed 400

1. Дисковый барабан,

2. Нефтесборщик.

Рис. 2.

Схемы расстановки бонов

Схема 1

Схема 2

1. Оградительные боны,

2. Вспомогательное суда,

3. Направление движения пятна,

4. Нефтесборщик,

5. Одерживающие тросы

Рис. 3.

Транспортировка пятна к берегу

1. Боновое заграждение,

2. Нефтяной разлив,

3. Нефтесборщик,

4. Буксиры.

Рис. 4.

2.3. Биологическая очистка загрязненных вод.

Хозяйственно-фекальные воды накапливаются на судне в специальных цистернах, откуда их потом передают на специальное судно-сборщик и транспортируют на санитарный причал береговой базы. Фановую систему сборщика подключают к береговой канализации при помощи гибкого шланга. Через спецприемник стоки отводят по самотечному коллектору в приемную шахту канализации, а далее на очистные сооружения СБО (см. рис. 6.).

Схема передачи льяльных и хозфекальных вод

на станцию биологической очистки

1. Разгружаемое судно,

2. Причал,

3. Портальный кран,

4. Судно-сборщик,

5. Станция биологической очистки.

Рис. 6

Хозяйственно-фекальные и производственно-технические воды проходят биологическую очистку на специальной станции.

Последовательность проведения операций на СБО следующая:

Механическая очистка сточных вод производится на решетке, в песколовке и отстойниках. Мусор с решеток направляется на дробилку, а затем, уже размельченным, в виде пульпы сбрасывается в канал перед песколовками. Осадок из отстойника поступает в метантенк, где с помощью анаэробных микроорганизмов происходит распад осадка. После отстойника сточные воды попадают в аэротанк, куда подается активный ил, микроорганизмы которого способны окислять органические загрязнения. Содержимое аэротанков постоянно перемешивается с воздухом, подаваемым по воздуховодам. Смесь сточной жидкости и активного ила из аэротанка поступает в отстойник, из которого из которого активный ил возвращяется в аэтотанк, где масса активного ила постоянно увеличивается, и поэтому часть подается в уплотнитель, где его объем уменьшается в 2 – 5 раз за счет отделения воды. Уплотненный ил перекачивается в метантенк для сбраживания.

Очищенную воду обеззараживают (хлорируют) в контактном резервуаре и сбрасывают в водоем.

Сброженный осадок и активный ил из метантенков направляют для обезвоживания на вакуумфильтр, а затем на термическую сушку, откуда ил выходит в виде порошка или гранул.

Схема станции биологической очистки представлена на рис. 5.

1. Сороудерж. решетки, 2. Песколовки,

3. Отстойники, 4. Аэротенк,

5. Метантенк 6. Термическая сушка,

7. Вакуумфильтр, 8. Уплотнитель,

9. Контактный резервуар (обезораживание).

Рис. 5. Схема биологической очистки загрязненных вод.

2.4. Очистка технологически загрязненных вод.

Обработка нефтесодержащих вод производится на борту специального судна в сепараторе. Судовые установки для очистки нефтесодержащих вод должны обеспечивать надежность работы в следующих условиях:

* содержание небольших количеств поверхностно-активных веществ (моющих, смазочных добавок);

* вибрации судна

Установка должна иметь малые размеры, обеспечивать простоту в обращении и обслуживании, потреблять минимальное количество энергии.

2.5. Сбор мусора.

Масса накопленного мусора на судне собирается в специальные контейнеры. Затем накопленный мусор прессуют и сжигают в инсенераторе (СП–50).

2.6. Разработка компоновки специального района береговой базы, взаимодействия между отдельными элементами спецрайона.

Современный нефтеперегрузочный район представляет собой сложное, комплексное, обособленное от других районов хозяйство. Обособленное от других причалов на значительные расстояния, в соответствии с действующими нормами. Состав технических средств типичного нефтеперегрузочного района входит ряд специфических сооружений и устройств – причалы со шланговыми устройствами, насосные установки и трубопроводы, береговые емкости, сливные и наливные железнодорожные эстакады, плавучие и береговые бункеровочные устройства, средства зачистки танков с очистными сооружениями, нефтемусоросборщики, мощные противопожарные средства.

Загрузка – разгрузка танкера осуществляется через шланговочные устройства, присоединенные к выведенным на палубу патрубками трубопроводов танкера.

Обычно на пункте приема – выдачи груза устанавливается комплект 4-8-12 шланговочных устройств, что позволяет вести одновременный налив нескольких сортов груза.

3. Диффузия веществ в морской воде.

Расчет производится для мгновенного точечного источника в реке с характеристиками, которые приведены в приложении 2.

Допущения:

* жидкость является несжимаемой;

* число Рейнольдса настолько велико, что молекулярный эффект не учитывается;

* действует закон сохранения вещества

Жидкость имеет пассивную примесь с концентрацией S, которая может изменяться по формуле:

;

где: М–масса примеси;

Dх–коэфф. продольной дисперсии, значение которого определяется по формуле:

.

После расчетов (n) строим график зависимости S=S(t). Анализируя графики можно сделать выводы:

* концентрация примеси в зависимости от расстояния до водовыпуска изменяется по гиперболическому закону;

* в определенный момент времени наблюдается резкое увеличение концентрации в створе 1–1 и затем плавное ее увеличение с течением времени;

* характер жидкости (консервативная, неконсервативная) не оказывает существенного влияния на изменение концентрации при заданном коэффициенте неконсервативности соответствующем БПК5, Кl=0,6*10-51/сут.

4. Ущерб от загрязнения вод.

При сравнении вариантов сооружений, а так же выборе способа производства работ необходимо учитывать не только технико-экономические показатели, но и ущерб, который может быть нанесен природе при строительстве и эксплуатации сооружения. По характеру появлений убытки могут быть прямыми и косвенными, которые могут проявиться через определенный период времени после установления факта нарушения. В связи с невозможностью определения полных последствий от несоблюдения водного законодательства и специфических видов полных потерь оценка убытков производится по затратам необходимым для устранения отрицательных последствий.

Расчет убытков от загрязнения морской воды выполнен в приложении 3.

Приложение 1.

1.1 Определение объема загрязненных вод подлежащих обработке.

Определение объема балластных вод.

Определение количества судозаходов танкеров, сдающих балластные воды.

,

где =10000тыс.т – количество нефтепродуктов, подлежащих отправке из порта,

=100тыс.т – дедвейт расчетного судна.

Объем балластных вод

Объем балластных вод за год

Объем балластных вод в сутки

,

где =365сут. – время навигации,

Определение времени цикла

,

где - время загрузки,

,

где - объем буферного резервуара,

- расход при загрузке,

.

- время отстоя,

- время слива из резервуара-отстойника.

,

Количество циклов загрузки резервуара

, принимаем n’=3.

Суточная производительность

.

Количество необходимых резервуаров

,

где - коэффициент неравномерности,

=> принимаем .

Определение площади, необходимой для размещения отстойников

,

где – площадь одного отстойника,

,

где D – диаметр отстойника,

– объём одного отстойника,

H=1,2D – высота отстойника,

,

D=17,5м,

Тогда ,

1.2 Объем хозяйственно бытовых вод, подлежащих очистке.

Объем, накопленных в плавании, хозяйственно-бытовых вод, подлежащих очистке определяется по формуле:

;

где: q=50 литр/сут. – норма на человека в сутки,

n – количество людей на судне,

t – время накопления.

Расчет выполняем в табличной форме.

Таблица 1.1

Тип судна Количество людей, n(чел.) Время накопления, t(дн.) Объем, V(м3) Число судозаходов Объем за год, м3 СКН-700 25 5 5,0 750 3750 СО-3М 25 5 7,5 500 3750 СН-50 25 5 12,5 500 6250 НО-150 50 10 7,5 100 750 14500 Поскольку объем хозяйственно-фекальных вод, сдаваемых в порт, сравнительно велик, то для их очистки используется станция биологической очистки. Схема ее представлена на рис.5

1.3 Объем льяльных вод.

Объем льяльных вод Q определяется по таблице 1[1] в зависимости от водоизмещения судна.

Таблица 1.2

Тип судна Водоизмещение, W(тыс.т) Объем, Q(м3/сут.) Период навигации, дней Объем за год, м3 СКН-700 9,2 10 365 3650 СО-3М 3,0 6 365 2190 СН-50 52,5 20 365 7300 НО-100 100,0 30 365 10950 24090

1.4 Количество бытового мусора.

Количество бытового мусора определяется по формуле:

;

где: q=3кг/сут. – масса мусора приходящегося на одного человека в сутки,

n – количество людей на судне,

t – время накопления.

Бытовой мусор сжигается в судовых печах СП-50, с производительностью – q=50кг/час.

Время работы печи:

Расчет выполняется в табличной форме.

Таблица 1.3

Тип судна Количество людей, n(чел.) Время накопления, t(дн.) Количество быт.мусора, кг Время работы печи, ч/сутки СКН-700 25 5 375 7,5 СО-3М 25 5 375 7,5 СН-50 25 5 375 7,5 НО-150 50 10 1500 30 52,5

Приложение 2.

Расчет диффузии пассивной примеси в реке.

Расчет проводится для мгновенного точечного источника в реке со следующими характеристиками:

* средняя глубина 3 м;

* средняя ширина 60 м;

* площадь поперечного сечения ?=240м2;

* средняя скорость воды в реке Vcp=0,5м/с;

* гидравлический радиус R=1,2*h=3,6м;

* гидравлический уклон I=0.005

* динамическая скорость U*==0,42м/с;

* масса загрязняющего вещества М=700кг;

* расход Q=?*Vcp=240*0,5=120м3/с;

* коэффициент не консервативности k=0,6*10-5;

* х=3000 м;

* t=x/Vcp=3000/0,5=6000c

Изменение концентрации будет определяться по формуле:

.

Расчет выполняем в табличной форме.

Таблица 2.1

х,м 500 1000 1500 2000 2500 3000 e-kt 0,994 0,988 0,982 0,976 0,970 0,965 Smax k1=0 9,04*10-3 6,39*10-3 5,22*10-3 4,52*10-3 4,04*10-3 3,69*10-3 k1=0,6*10-5 8,98*10-3 6,31*10-3 5,12*10-3 4,41*10-3 3,92*10-3 3,56*10-3 t,c 1000 2000 3000 4000 5000 6000

По данным таблицы строим график , рис.7.

Расчет изменения концентрации загрязняющих веществ.

Расчет ведется по формуле:

Таблица 2.2

t,c Exp Exp S, мг/л K1=0 K1=0,6*10-5 3000 0,002 0,002 0,01*10-3 0,01*10-3 4000 0,125 0,122 0,56*10-3 0,55*10-3 5000 0,660 0,640 2,67*10-3 2,59*10-3 6000 1,000 0,965 3,69*10-3 3,56*10-3 7000 0,743 0,713 2,54*10-3 2,44*10-3 8000 0,354 0,337 1,13*10-3 1,08*10-3 9000 0,125 0,119 0,38*10-3 0,37*10-3 10000 0,036 0,034 0,1*10-3 0,09*10-3 11000 0,009 0,008 0,02*10-3 0,02*10-3 12000 0,002 0,002 0,01*10-3 0,01*10-3

По данным таблицы строим график , рис.8.

График изменения концентрации загрязняющих веществ

без учета турбулентной диффузии.

Рис. 7.

График изменения концентрации загрязняющих веществ

в зависимости от времени.

Рис. 8.

Приложение 3.

Расчет возможных убытков от загрязнения морских вод.

1. Подсчет убытков от загрязнения водных объектов хозяйственно-фекальными сточными водами.

Величина убытков от загрязнения водных объектов хозяйственно–фекальными водами определяется следующими образом:

Узхф=(ззвзв+ ззБПК)kкат;

Уухф=(зувзв+ зуБПК)kкат,;

где: kкат=1,0 – коэффициент учитывающий категорию водного объекта, в который сбрасываются сточные воды.

Узхф и Уухф – величины убытков при залповом или установившемся сбросе хозяйственных вод с учетом категории водного объекта, тыс. руб.;

ззвзв и ззБПК – величины убытков от загрязнения водных объектов при залповом сбросе взвешенных и органических веществ (тыс. руб.)(табл. 5,7)[1];

зувзв и зуБПК – величины убытков от загрязнения водных объектов при установившемся сбросе хозяйственно-фекальных сточных вод с учетом категории водного объекта, тыс. руб. (табл. 6,8)[1]

Для определения величин ззвзв, ззБПК и зувзв, зуБПК необходимо знать полный объем фекальных вод, который определяем по таблице 1.1

P=14500т.

Узхф=179800+540850=720650 тыс. руб.;

и Уухф=1856+7467,5=9323,5 тыс. руб.

2. Подсчет убытков от загрязнения водных объектов нефтепродуктами.

Величина убытков от загрязнения водных объектов продуктами с учетом категории водного объекта определяется по формулам:

Унз=знзккат;

и Уну=знуккат;

где: унз и уну – величины убытков от загрязнения водных объектов при залповом и установившемся сбросе нефтепродуктов с учетом категории водного объекта, тыс. руб.;

знз и зну – величины убытков от загрязнения водных объектов при залповом или установившемся сбросе нефтепродуктов, тыс. руб., принимаются по табл. (9,10)[1]

Определим убыток от загрязнения водных объектов одной тонной нефти.

Увз=знз*ккат=74,0*1=74,0 тыс. руб.

Унз=зну*ккат=6,44*1=6,44 тыс. руб.

Расчет произведен в ценах 1986 года.

Приложение 4.

Расчет размеров Нефтяных пятен и характеристики их движения под действием ветра, волнения и течения.

Локализация нефтяного пятна по первой схеме на рис. 3.

Произошел аварийный разлив нефти на удалении от берега - 100 км.

Вылилось около М = 100 тонн нефти. В результате нефтяное пятно распространилось по поверхности воды на некоторую площадь с толщиной пленки

dcp =?0,1 мм и началось движение под действием ветра в сторону берега. Скорость ветра в данном районе W10 =?18 м/с.

Плотность нефти ?Н =?0,6 т/м3.

Для локализации разлива и недопущения выхода пятна на берег с базы на встречу пятну была направлена аварийная команда. В состав команды входят нефтесборщики "Lockheed 400" и суда оснащенные боновыми загряждениями "Экспанди 4300".

Скорость движения нефтесборщиков - 10 узлов. Скорость расстановки бонов - 1 узел.

Необходимо определить, успеет ли аварийная команда расставить заградительные боны, прежде чем пятно достигнет берега. И если успеет, то на каком расстоянии от берега это произойдет.

Решение:

Объем разлитой нефти: V =?M/?Н =100 / 0,6 =?166,7 м3.

Площадь нефтяного пятна: S =?V/dcp =?166,7/0,0001 =?1,67*?106 м2.

Диаметр нефтяного пятна:

Скорость движения пятна под действием ветра: vВ =?0,03*W =?0,03*?18 =?0,54 м/с.

Скорость движения пятна под действием течения и волнения:

vП =?0,03*?vТ ??vS =?0,03*?0,5 ??0,685 =?0,7 м/с,

где vS- скорость стоксово течения в волне, vS =?0,1*?С =?0,1*?6,85 =?0,685 м/с;

С - фазовая скорость волны, С =?/ ??=?30 / 4,38 =?6,85 м/с;

? ?- длина волны, ? ?=?30 м;

??- период волны,

Скорость движения пятна под действием гидрометеорологических условий:

VПОЛ=?vВ ??vП =?0,54 ??0,7 =?1,24 м/с.

Время подхода пятна к берегу: t =?d / vпол =?100000 / 1,24 =?80645 с = 22,4 ч.

Время, необходимое на подготовку выхода аварийной бригады: t1= 6 ч.

Время нефтесборщика в пути: t2=?l / v =?100 / (10*?1,8) =?5,56 ч.

Время, необходимое для расстановки бонов: t3 =?DП / v2 =?1500 / (1*?1800) =?0,83 ч,

Где v2- скорость расстановки бонов.

Время, необходимое нефтесборщику для начала ликвидации аварии:

?t =?t1 ??t2 ??t3 =?6 ??5,56 ??0,83 =?12,39 ч.

В результате расчета мы определяем, что нефтесборщик перехватит пятно приблизительно

за 10,01 ч до его возможного выхода на берег, на расстоянии 55,31 км от него.

Литература.

1. А.И. Альхименко, Г.В. Симаков. Методическое пособие “Охрана окружающей среды” – Л.:1986 г.

2. Альхименко А. И. Аварийные разливы нефти в море и борьба с ними. СПб. 2004.

3. Альхименко А. И. Охрана природы при освоении ресурсов мирового океана. Л. 1982.