Файл: Курсовой проект по дисциплине Математическое моделирование процессов чрезвычайных ситуаций Тема проекта.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 79
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности
Направление подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность»
Отделение контроля и диагностики
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине:
Математическое моделирование процессов чрезвычайных ситуаций
| Тема проекта |
| Математическое моделирование загрязнения водной среды в результате выброса загрязняющих веществ от стационарного источника |
Студент
| Группа | ФИО | Подпись | Дата |
| 1Е01 | Сушков Роман Александрович | | 29.12.22 |
Руководитель
| Должность | ФИО | Ученая степень, звание | Подпись | Дата |
| Профессор | Перминов В.А. | д.ф-м.н. | | |
Томск – 2022
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Школа неразрушающего контроля и безопасности
Направление подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность»
Отделение контроля и диагностики
ЗАДАНИЕ
на выполнение курсового проекта
Студенту:
| Группа | ФИО |
| 1Е01 | Сушков Роман Александрович |
Тема проекта:
| Математическое моделирование загрязнения водной среды в результате выброса загрязняющих веществ от стационарного источника | |
| Утверждена распоряжением по ОКД | 55-КР от 03.10.22 |
| Срок сдачи студентом выполненной работы: | 26.12.22 |
ЗАДАНИЕ:
| Исходные данные к работе (проекту) | Литературные источники, метод TDMA |
| Перечень подлежащих исследованию, проектированию и разработке вопросов | 1.Физическая постановка задачи 2.Математическая постановка задачи 3.Численный метод решения 4.Результаты и их анализ |
| Перечень графического и иного материала | Презентация |
| Дата выдачи задания | 3.10.22 |
Задание выдал руководитель:
| Должность | ФИО | Ученая степень, звание | Подпись | Дата |
| Профессор | Перминов В.А. | к.ф-м.н. | | 3.10.22 |
Задание принял к исполнению студент:
Введение
На предприятиях вода активно используется в производственных процессах, как в качестве химического вещества для протекания определенных реакций, так и как элемент системы охлаждения или очистки. Поэтому многие заводы и фабрики строятся на берегах рек для забора необходимого объема воды из них. Если на производстве организована система последовательного водоснабжения, то после очистки и охлаждения отработанной жидкости она снова используется. Но это требует дополнительных затрат на оборудование и расходные фильтрующие материалы. В большинстве случаев с целью экономии на предприятии работает система прямоточного водоснабжения, когда после однократного участия в технологическом процессе вода сбрасывается в тот же водоем, откуда она была ранее получена, что ведет к загрязнению. Все это приводит к невозможности её использования в будущем. Чтобы решить эти проблемы, необходимо знать и понимать, как будет распространяться загрязнение в водной среде. Математическое моделирование процесса загрязнения является решением этой проблемы.
Цели работы: Изучение метода математического моделирования для применения в описании процессов чрезвычайных ситуаций
Задачи:
-
Познакомиться с литературными данными по данной работе -
Создать программу в среде MATLAB -
Произвести численные расчеты
1 Основная часть
1.1 Загрязнение водной среды
Загрязнение водной среды – это актуальная проблема современности. В загрязнении учувствуют как предприятия, так и могут произойти различные аварии судов или загрязнение сведётся путем природных источников.
Сточные воды — любые воды и атмосферные осадки, отводимые в водоёмы с территорий промышленных предприятий и населённых мест через систему канализации или самотёком, свойства которых оказались ухудшенными в результате деятельности человека.
Промышленные отходы. В одних случаях стоки с производственных предприятий попадают в водоемы из-за пренебрежения очистными сооружениями. В других случаях утечки загрязненной воды происходят из-за поломок и аварий.
Сельскохозяйственные предприятия. Современное земледелие не может обойтись без удобрений и пестицидов. Осадки смывают химические вещества в водоемы и грунтовые воды. Животноводство вносит свою лепту: дожди и паводки способствуют попаданию экскрементов в пресные водоемы. Даже небольшое количество навозосодержащей жидкости вызывает мор рыбы в реках и озерах. Попадают в водоемы и антибиотики, дезинфицирующе средства, стимуляторы роста, которые применяют в животноводстве.
Утечки нефти. Небольшое количество нефтепродуктов содержится в стоках дорог и ливневой канализации. На судоходных реках случаются разливы нефти из танкеров. Нефтяные пятна крайне опасны для речной фауны.
Твердые отходы. В водоемы попадет огромное количество мусора. Часть приносит ветром, часть несознательные граждане выбрасывают прямо в воду. В Азии есть реки, сплошь покрытые слоем плавучих отходов.
Тепловое загрязнение. В озера и реки сливают воду из систем охлаждения тепловых и атомных станций и даже серверных центров. Такая вода не содержит повышенных концентраций загрязняющих веществ. Для экосистемы водоема губительна температура стоков: водоросли разрастаются сверх меры, а животные погибают.
Атмосферные загрязнения.
Пепел, сажа вредные атмосферные примеси также попадают в водоемы. Загрязнения воздуха при реакции с водой приводят к кислотным дождям.
Природные источники загрязнений. Вулканический пепел, трупы животных, гниющие остатки растений, подмывание берегов. В поймах рек встречаются залежи ртути, свинца и других опасных веществ.
Экологические проблемы, связанные с загрязнением воды:
-
Ухудшение здоровья людей. Высокая концентрация опасных веществ приводит к онкологическим, дерматологическим заболеваниям, кишечным инфекциям. Опасно употреблять в пищу рыбу из грязных водоемов.
-
Нарушение экосистем водоемов. В условиях избытка органики и удобрений водная флора активно растет, а рыба гибнет. Засорение водоемов порой приводит к гибели птиц. -
Реки несут мусор и растворенные опасные вещества в моря, что приводит к загрязнению Мирового океана.
1.2 Пути решения проблемы загрязнения воды
Основной источник загрязнения вод – деятельность человека. Пути решения проблемы лежат в области очистки стоков, недопущения попадания загрязняющих веществ в водоемы и грунт. Чтобы полностью решить проблему загрязнения водных объектов, нужно применять комплексный подход.
Играет роль и работа над сокращениями вредных выбросов в атмосферу, и личная культура водопользования. Поскольку проблема глобальная, необходимы совместные усилия всех стран.
1.2.1 Очистка промышленных и бытовых сточных вод
Загрязненные стоки промышленных предприятий попадают в реки. В водоемы ведут канализационные коллекторы. Не везде применяют полноценную очистку сточных вод. Органические остатки менее опасны для природы, чем химические вещества. Но биологические сбросы представляют опасность для городов, расположенных ниже по течению реки.
Во избежание загрязнения водоемов стоками разрабатывают и внедряют новые технологии очистки. Очистные сооружения называют «станции аэрации», хотя аэрация на них – далеко не единственный процесс.
Этапы очищения стоков:
-
Механическая очистка. Стоки проходят через решетки, песколовки, жироловки, первичные отстойники, фильтры и септики. -
Биологическая очистка. Активный ил, представляющий собой комбинацию бактерий и простейших, удаляет органические включения. -
Физико-химический этап. Нужен для удаления растворенных веществ и взвешенных частиц. Включает аэрацию, флотацию, центрифугирование и другие методы. -
Дезинфекция очищенных стоков. Для обеззараживания применяют ультрафиолетовое облучение, озонирование, обработку хлором и его соединениями.
1.2.2 Обеззараживание сточных вод с помощью химических реактивов
Популярный способ уничтожить нежелательные микроорганизмы – добавление в воду реагентов-окислителей. С этой целью часто применяются хлор, диоксид хлора, озон, гипохлорит натрия. Недостаточное количество реагента не окажет желаемого эффекта, а избыточное навредит здоровью.
Некоторые из обеззараживающих веществ уменьшают содержание солей металлов: окислитель реагирует с примесями, вследствие чего они выпадают в осадок в виде хлопьев. Точно рассчитанное количество реактивов убивает даже те бактерии, которые попадают в воду после обеззараживания.
1.2.3 Откачка загрязнённых вод в специальные резервуары
Для откачки сильнозагрязненной воды применяют поверхностные и глубинные дренажные насосы.
Откачивают жидкость в таких случаях:
-
При прорывах канализационных труб; -
Удаление воды из подвалов и погребов; -
Очистка загрязненных водоемов; -
Осушение луж после дождей, паводков и прорывов труб; -
Откачка выгребных ям.
Опасные жидкости, которые невозможно очистить, хранят в резервуарах. К таким жидкостям относится вода, загрязненная радиоактивными элементами. Железобетонные и металлические резервуары расположены на поверхности, под землей или заглублены. Они имеют сложную систему защиты от протечек и повреждений при землетрясениях.
1.2.4. Использование в производстве технологий обратного водоснабжения, не требующего дополнительного водозабора и стока вод
Химическая, металлургическая, нефтеперерабатывающая отрасли используют от 90 до 98% оборотной воды. Электростанции, автомойки, пищевые комбинаты тоже очищают и используют воду повторно.
Если воду используют как охладитель, ей достаточно дать остыть в выделенном резервуаре. Жидкость после мытья деталей, автомобилей, продуктовых полуфабрикатов нуждается в многоступенчатой очистке. Технологии очищения зависят от вида загрязнений.
Обычно обработка включает такие этапы:
-
Механическая очистка: процеживание через решетки и пескоуловители, отстаивание; -
обессоливание в установке обратного осмоса.
Применение технологий оборотного водоснабжения многократно уменьшает количество вредных выбросов, снижает фактическое водопотребление, на производствах сокращает потери компонентов сырья. В процессе очистки из