Содержание
Вопрос
22. Водные и наземные экосистемы, определение, биопродуктивность, деградация
под действием антропогенных факторов. 3
Задание
№ 47. 5
Задание
№ 54. 8
Задание
№ 97. 9
Задание
№ 122. 11
Задание
№ 147. 14
Задание
№ 153. 15
Список
используемой литературы.. 17
Вопрос 22. Водные и наземные экосистемы,
определение, биопродуктивность, деградация под действием антропогенных факторов
Экосистема есть основная функциональная единица экологии,
поскольку она включает и организмы (биотические сообщества), и абиотическую
среду, причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания
жизни в том виде, в каком она существует на Земле.
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение
нераздельно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.
Любое единство, включающее все организмы (т.е. "сообщество") на
данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток
энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие
и круговорот веществ (т.е. обмен веществами между биотической и абиотической
частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему.
Биологическая продуктивность, экологическое и
общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений,
микроорганизмов и животных, входящих в состав экосистемы; в более узком смысле
- воспроизведение диких животных и растений, используемых человеком.
Биологическая продуктивность реализуется в каждом отдельном случае через
воспроизведение видовых популяций растений и животных, идущее с некоторой
скоростью, что может быть выражено определённой величиной - продукцией за год
(или в иную единицу времени) на единицу площади (для наземных и донных водных
организмов) или на единицу объёма (для организмов, обитающих в толще воды и в
почве). Продукция определённой видовой популяции может быть отнесена также к её
численности или биомассе. Биологическая продуктивность различных наземных и
водных экосистем проявляется во многих формах. Соответственно многообразны и
используемые человеком продукты, воспроизводимые в природных сообществах
(например, древесина, рыба, меха и мн. др.). Человек обычно заинтересован в
повышении биологической продуктивности экосистем, т.к. это увеличивает
возможности использования биологических ресурсов природы. Однако в ряде случаев
высокая биологическая продуктивность может приводить к вредным последствиям
(например, чрезмерное развитие в высокопродуктивных водах фитопланктона
определённого видового состава - синезелёных водорослей в пресных водах,
токсичных видов перидиней - в морях).
Понятие биологическая продуктивность во многих отношениях
аналогично понятию плодородие почвы, но по содержанию и объёму шире последнего,
т.к. может быть отнесено к любому биогеоценозу, или экосистеме.[1]
Экологическое состояние многих районов нашей страны вызывает
законную тревогу общественности.
В многочисленных публикациях показано, что во многих
регионах нашей страны наблюдается устойчивая тенденция к многократному, в десятки
и более раз превышению санитарно-гигиенических норм по содержанию в атмосфере
городов окислов углерода, азота, пыли, токсичных соединений металлов, аминов и
других вредных веществ.
Характерные антропогенные воздействия на окружающую среду:
-
загрязнение атмосферы и территорий продуктами
ядерных взрывов при испытаниях ядерного оружия в 60-тые годы,
-
отравление воздушного бассейна выбросами пыли,
загрязнение территорий шлаками, содержащими радиоактивные вещества при сжигании
ископаемых топлив в котлах электростанций,
-
загрязнение территорий при авариях на атомных
станциях и предприятиях.[2]
Задание № 47
Рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в
стоках предприятия при сбросе их в открытый водоем.
Определить эффективность очистки по каждому загрязняющему
веществу.
Исходные данные:
|
Категория реки и средний расход воды Q, м3/с
|
Коэф-фициент смеше-ния γ
|
Виды и концентрации загрязняющих веществ в сточных водах
предприятия до очистных сооружений Сфакт, мг/л
|
Расход сточных вод q, м3/с
|
Фоновые концентрации загрязняющих веществ Сф,
мг/л
|
|
Санитарно-бытовое водопользование
4,3
|
0,62
|
Метанол – 50,4
Окись пропилена – 20,3
Пиридин – 32,4
Калтакс – 8,3
Нефтепродукты – 22,4
Взвешенные вещества – 80,7
|
0,25
|
Метанол – 0,003
Окись пропилена – 0,00
Пиридин – 0,00
Калтакс – 0,00
Нефтепродукты – 0,3
Взвешенные вещества – 22,8
|
Решение:
Распределяем загрязняющие вещества стоков по группам
лимитного показателя вредности для водоема санитарно-бытовой категории:
Санитарно-токсикологическая-метанол, окись пропилена;
Общесанитарная;
Органолептическая – каптакс, ИП, ВВ.
Определяем ПДК каждого из этих веществ в речной воде, мл/л:
ПДК (метанола) = 3,0; (окись пропилена) = 0,01; (пиридин) =
0,2; (калтакс) = 0,00; (нп) – 0,3; (вв) – Св + 0,25 = 22,8 + 0,25 =
23,05.
Рассчитаем Сор мг/л, загрязняющих веществ в
стоках без учета их совместного влияния в водоеме по формуле:
Учитывая, что в санитарно-таксичную и органолептидную группу
веществ входят по несколько ингредиентов, рассчитываем ожидаемую концентрацию,
мг/л, каждого из загрязняющих веществ в стволе реки по формуле:
Санитарно-токсилогичная группа:
Органолептическая группа:
Проведем проверку по каждой группе веществ на соответствие
нормам по формуле:
.
Санитарно-токсилогическая группа:
.
.
Суммарная величина больше единицы, снижаем Сожид
для каждого компонента примерно в 3 раза:
.
Органолептическая группа:
Считаем концентрацию каждого компонента в 2 раза:
Определяем Дк, мг/л, загрязняющих веществ в
стоках после очистки с учетом совместного влияния веществ в каждой группе
лимитирующего показателя вредности по формуле:
Санитарно-токсилогичная группа:
Органолептическая группа:
.
Определяем эффективность работы очистного оборудования, % по
каждому виду загрязнений по формуле:
Задание № 54
Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате
работы биоочистных сооружений предприятия в одном из регионов России, при условии,
что биоочистные системы (поля орошения) работают при температуре ≥ + 100
С.
Исходные данные:
|
Vстоков, м3/сут
|
Регион
|
Номер загрязнителя
|
Вид загрязнителя стоков
|
Концентрация, мг/л
|
ПДК, мг/л
|
|
до очистки
|
после очистки
|
|
1350
|
Московская область
|
6
|
Фенолы
|
2
|
0,003
|
0,001
|
|
8
|
Алкилсульфонат
|
15
|
0,75
|
0,5
|
|
10
|
Сульфаты (SO42-)
|
250
|
120
|
100
|
|
14
|
Железо (Fe2+)
|
12,4
|
0,1
|
0,05
|
|
15
|
Свинец (Pb2+)
|
3,4
|
0,2
|
0,1
|
Решение:
Рассчитаем фактическую массу каждого загрязнителя, мг/л или
г/м3 по формуле 
Определяем степень токсичности каждого загрязнителя по
формуле: 
Определим приведенную массу годового выброса загрязнителя,
г/м3.
∑А*m = 1,997*1000 + 14,25*2 +
130*0,01 + 12,3*20 + 3,2*10 =1997 + 28,5 + 1,3 + 246 + 34 = 2306,8.
Рассчитаем предотвращенный экономический ущерб при условии,
что р = 2,60 по формуле: 
V = 1350
м3/сутки = 492750 м3/год.
Эу = 1440*2,60*492750*2306,8*10-6 =
4255713,8 р/год.
Задание № 97
Рассчитать согласно данному варианту ПДВ конкретных
загрязняющих компонентов от нагретого источника, определить их фактический
выброс, необходимость установки улавливающего оборудования, плату за выброс.
Исходные данные:
|
Горячий источник выброса
|
Вид топлива
|
Расход топлива, т/год
|
Время работы, ч/год
|
Температура, 0С
|
Н, м
|
D, м
|
Вид и концентрация загрязняющего
вещества
|
|
газовоздушной смеси
|
наружного воздуха
|
Наименование
|
Сmax, мг/м3
|
Сф, мг/м3
|
|
Котельная ремонтного завода
|
Уголь
|
30000
|
7500
|
200
|
0
|
22
|
2,1
|
CO
SO2
|
10,4
50,7
|
0,3
0,3
|
Решение:
Рассчитаем ПДВ загрязняющих компонентов по формуле:
Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания V, м3/с, рассчитаем
по формуле:
Скорость выхода газовоздушной смеси W0, м/с, рассчитаем по
формуле:
∆Т
= 2000; А = 200; F
= 1; ПДКмр(СО) = 5,0 мг/м3; ПДК мр (SO2) = 0,5 мг/м3.
Коэффициент f
рассчитаем по формуле: 
.
; 
.
Величины Vm и n
определяем по формуле:
, т.к. Vm < 0,3; n
= 3.
г/с.
г/с.
Фактический выброс загрязняющих компонентов определяется по
формуле:
г/с.
г/с.
Т.к. фактический выброс СО и SO2 предельно допустимого,
необходимо установить улавливающее оборудование.
Плату за годовой выброс, руб/год, рассчитываем по формулам:
Задание № 122
Согласно варианту рассчитать:
1) максимальное значение приземной концентрации
загрязняющего вещества при выбросе из одиночного горячего источника;
2) Х – расстояние от источника выброса, м, где при
неблагоприятных метеорологических условиях достигается Cм этого вещества;
3) Uв – опасную скорость ветра, при которой достигается См
на уровне 10 м от земли;
4) Сi – значения приземных концентраций рассматриваемого вещества
на различных расстояниях от источника выброса;
5) определить размер СЗЗ предприятия, допуская, что источник
выброса единственный.
Исходные данные:
|
Вид вещества
|
Основные показатели, необходимые
для расчета
|
Территория расположения объекта
|
Среднегодовое направление
ветра
|
Расстояние от источника,
м, для расчета Сi вещества
|
|
CO
|
mф = 63,5
мг/с;
Н = 22 м;
V = 6,11 м3/с;
ΔТ = 2000 С;
F = 1;
m = 1,198;
n = 3
|
Владимирская область
|
З
|
10, 50, 100, 200, 300,
400, 1000
|
Решение:
Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации СО,
См (СО), мг/м3, по формуле:
А для Владимирской области 140.
.
Хм – расстояние от источника выброса, м, где
достигается См (СО) – найдем по формуле:
, т.к. V
= 0.22, безразмерный коэффициент, d найдем по формуле 
.
Опасную скорость ветраUв при V
= 0.22 равна 0,5 м/с. Для расчета С (СО), мг/м3, по формуле: 
.
На расстоянии 10, 50, 100, 200, 300, 400, 1000 м от оси
факела при Vв
= 0,5 найдем безразмерный коэффициент S, по формуле:
при 
при 
при 
; 
.
При расстоянии:
10 м – х1/хм = 0,17
50 м – х1/хм = 0,82
100 м – х1/хм = 1,65
200 м – х1/хм = 3,29
300 м – х1/хм = 4,91
400 м – х1/хм = 6,59
1000 м – х1/хм = 16,47.
.
Для определения границ СЗЗ определяем ПДКмр (СО)
= 5,0 мг/м3. Из предыдущих расчетов видно, что на расстоянии 100
метров от источника С (СО) = 5,156 мг/м3 > ПДКмр, а на расстоянии 200 метров С
(СО) = 2,902 мг/м3 < ПДКмр. Следовательно, L0 = 200 метров. С
учетом среднегодовой розы ветров найдем L, м, по формуле:
м;
Таким образом, min расстояние от источника выброса (труба котельной) до данной
застройки должно составлять не менее 250 метров, следовательно, данное
предприятие по величине СЗЗ относится к III классу.
Задание № 147
Согласно варианту оценить экологический ущерб от загрязнения
атмосферы выбросами конкретного источника, сравнить его величину с фактической
платой за выброс, которую осуществляет предприятие.
Исходные данные:
|
Источник загрязнения
|
Виды загрязняю-щих веществ
|
Н, ΔТ, ΣП, Uв, V, τ
|
Скорость осаждения
вещества в атмосфере, см/с
|
S зоны загрязнения, км2
|
К, %
|
|
Котельная ремонтного завода
|
CO
SO2
|
22 м;
2000 С;
4403,79 р/год;
0,5 м/с;
6,11 м3/с;
7500 ч/год
|
<1
|
9,5
|
Территория предприятия – 60%, населенный пункт – 10%
Лес – 30%
|
Решение:
Экологическую оценку ущерба, причиняемого выбросами СO и SО2 в А, определяем по
формуле:
рассчитываем по
формуле:
Коэффициент f, учитывающий характер
рассеивания СО и SO2
в А, определяем по формуле:
U поправку на тепловой объем факела
выброса рассчитаем по формуле: 
;
/
M –
приведенную массу годового выброса СО и SO2 в А рассчитаем по формуле: 
ПДКсс (СО) = 1,0; ПДКсс (SO2) = 0,05.
т/год
т/год.
Мобщ = 168,92 т/год.
р/год.
Если … ∑П
= 4403,79 … стр. 51.
Задание № 153
Согласно варианту оценить экологический ущерб Ув
поверхностным водам от деятельности предприятия при условии, что сброс сточных
вод после очистных сооружений осуществляется в открытый водоем.
Исходные данные:
|
Категория водоема
|
Расход сточных вод q, м3/с.
|
Вид загрязняющих веществ и их концентрация в стоках после
очистных сооружений, мг/л.
|
Территория расположения предприятия
|
|
Рыбохозяйственный
|
0,2
|
Нефтепродукты (СНП = 0,78 > Сдоп)
Никель (СNi2+ = 0,05
= Сдоп)
Железо (СFe2+ = 0,12
> Сдоп)
|
Бассейн реки Оби
|
Решение:
Рассчитаем фактическую массу mфакт каждого из веществ,
сбрасываемых в водоем т/год, по формуле: 
Рассчитаем М (приведенная масса годового сброса каждого из загрязняющих
веществ), усл. т/год, по формуле: 
. ПДК (ИП) = 0,05; ПДК
(Ni2+) = 0.01; ПДК (Fe2+) =
0.05.
Определяем Ууд (удельный ущерб) от сброса каждого
вида:
р/усл.т
(сверхнормативные выбросы)
р/усл.т (в пределах
ПДС)
р/усл.т
(сверхнормативные выбросы).
K –
коэффициент экологической ситуации в бассейне р. Оби 1,05 – 1,30 (примем 1,20).
Рассчитаем Ув по формуле: 
.
Таким образом, экономический ущерб, повышаемый водами при
промышленной деятельности предприятия составляет 321023,04 руб. в год.
Список используемой
литературы
1.
Киселев В.Н. Основы экологии. – Минск: ВЭВЭР, 2004.
2.
Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология - М.:
Издательский дом "Дрофа", 1998.
3.
Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. Учебное пособие для
педагогических институтов. - М.: Просвещение, 1999.
4.
Шилов И.А. Экология. – М.: Высшая школа, 2001.
5.
Криксунов Е.А. Экология / Учебник. – М.: Инфра-М, 1998.
[1]
Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. Учебное пособие для педагогических
институтов, М., Просвещение, 1999.
[2]
Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом
"Дрофа", 1998, стр. 154.