Содержание

Задача № 20. 3

Задача № 30. 5

Задача № 72. 8

Задача № 80. 10

Задача № 105. 13

Задача № 130. 17

Задача № 171. 20

Список литературы.. 22

Задача № 20


Понятие «кислотные дожди», «смоги» - суть, причины, последствия.


Существуют химические вещества - источники загрязнения, которые попадают на земную поверхность в виде кислотных дождей или снега, а также в виде газов, тумана, росы или твёрдых частиц. Эти газы могут непосредственно поглощаться листьями. Комбинация сухих и мокрых осаждений и поглощения кислот и кислотообразующих веществ вблизи земной поверхности или на ней называются кислотными осадками или кислотными дождями.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота (NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Различные уровни кислотности и щёлочности водных растворов обычно выражаются в единицах рН. В нейтральных растворах рН=7, в щелочных или основных рН>7, а в кислых рН<7. Чем меньше величина рН, тем более кислый раствор. Снижение рН на каждую единицу соответствует десятикратному возрастанию кислотности. Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6. Кислотные осадки с рН<5,6 представляют серьёзную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5,1.

Важнейшей причиной кислотных осадков являются выбросы оксида азота большим числом автомобилей. Такой вид загрязнений представляет опасность, как для городских, так и для сельских районов. Так как капли воды, и большинство твёрдых частиц довольно быстро удаляются из атмосферы, кислотные осадки являются скорее региональной или континентальной, чем глобальной проблемой.[1]

Смог (англ. smog, от smoke - дым и fog - туман) - сильное загрязнение приземного слоя воздуха в крупных городах и промышленных районах; крайняя форма радиационного тумана, смесь дыма и тумана, вызываемая выбросами промышленных предприятий и загрязнением атмосферы химическими соединениями.

Два типа:

а) густой туман с примесью дыма или газовых отходов производства (например, в Лондоне);

б) пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации (без тумана), возникающая под действием ультрафиолетовой радиации Солнца в воздухе в результате фотохимических реакций, происходящих в газовых выбросах автомашин и химических предприятий (например, в Лос-Анджелесе).

Смог наблюдается обычно при слабой турбулентности воздуха, и следовательно, при устойчивом распределении температуры воздуха по высоте, особенно при инверсиях температуры, при слабом ветре или штиле.

Смог снижает видимость, усиливает коррозию металлов и сооружений, оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Интенсивный и длительный смог может явиться причиной повышения заболеваемости и смертности.[2]

Задача № 30

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

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

Фоновые концентрации загрязняющих веществ Сф, мг/л

Санитарно-бытовое водопользование

6,4

0,4

Взвешенные вещества - 120,0

Бензол – 15,7

Пиридин – 27,5

Нитробензол – 15,2

Cd2+ - 3,8

Мышьяк (As3+)- 1,5

0,2

Взвешенные вещества - 59,0

Бензол – 0,04

Пиридин – отсутствует

Нитробензол – 0,002

Cd2+ - 0,008

Мышьяк (As3+)- отсутствует


Решение. Распределяем загрязняющие вещества стоков по группам лимитирующего показателя вредности для водоема санитарно-бытовой  категории:

1) санитарно-токсикологическая – бензол, мышьяк, пиридин, Cd2+, нитробензол (НБ);

2) органолептическая – взвешенные вещества (ВВ).

Определим ПДК каждого из этих веществ в речной воде. ПДК (мг/л): бензол (0,5); мышьяк (0,03), пиридин (0,2), Cd2+ (0,01), нитробензол (0,2), ВВ (Сф + 0,25 = 59,0 + 0,25 = 59,25).

Рассчитаем  ориентировочную   допустимую   концентрацию (Сор i),  мг/л, загрязняющих веществ в стоках без учета их совместного влияния в водоеме по формуле:

,

где: γ - коэффициент смешения сточной и речной воды; Q - средний расход воды в реке, м3/с; q - расход сточных вод предприятия, м3/с; ПДКi – предельно допустимая концентрация рассматриваемого компонента в речной воде данной категории, мг/л; Сф i - фоновая концентрация компонента, мг/л.

;

;

;

;

;

.

Учитывая, что в санитарно-токсикологическую группу веществ входят несколько ингредиентов, рассчитываем ожидаемую концентрацию (Сожид i), мг/л, каждого из загрязняющих веществ в створе реки по формуле

При расчете Сожид i учитываем, что эта величина не должна превышать ПДКi.

Санитарно-токсикологическая группа:

;

;

;

;

.

Проведем проверку по этой группе веществ на соответствие нормам по формуле

Санитарно-токсикологическая группа:

 .

Так как суммарная величина больше единицы, снижаем Сожид каждого компонента в 5 раз:

.

Определим допустимую концентрацию (Сдоп i), мг/л, загрязняющих веществ в стоках после очистки с учетом совместного влияния веществ в каждой группе лимитирующего показателя вредности по формуле

Санитарно-токсикологическая группа:

;

;

;

;

.

Органолептическая группа:

Определим эффективность работы очистного оборудования (Эi), %, по каждому виду загрязнений по формуле

,

где: Сфакт i - концентрация загрязняющего вещества в сточной воде предприятия до очистных сооружений, мг/л.

;

;

;

;

;

.

Задача № 72

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

1250

Краснодарский край

3

Нитрит ион (NO2-)

5

0,1

0,08

7

Алкил сульфат (СПАВ)

24

0,5

0,1

10

Сульфаты (SO42-)

250

120

100

12

Никель (Ni2+)

2,8

0,05

0,01

14

Железо (Fe3+)

12,4

0,1

0,05

Решение. Рассчитаем фактическую массу каждого загрязнителя (mi), мг/л или г/м3, по формуле

,

где: Сн i и Ск i – начальная и конечная концентрация i-го загрязнителя в сточных водах до и после биоочистки, мг/л.

;

;

;

;

Определим степень токсичности (Аi) каждого загрязнителя в стоках по формуле

;

;

;

;

Определим приведенную массу годового сброса загрязнителей, г/м3:

Рассчитаем предотвращенный экономический ущерб (Эγ) по формуле

,

где: k – константа, равная 1440 р/усл т; р – константа региона России (для Краснодарского края равна 2,73); V – объем очистных сточных вод, м3/год.

V м3/год = V м3/сут · 365 = 1250 · 365 = 456250.

р/год


Задача № 80

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

газовоз-душной смеси

наружно-го воз-духа

Наименование

Сmax, мг/м3

Сф, мг/м3

Маневровые тепловозы локомотив-ного депо (3 шт). Рабо-тают однов-ременно

Дизельное топливо

126 на один тепловоз

3600 (один тепловоз)

350

3

3

0,15

NO2

Сажа

30,8

120,0

0,005

0,02


Решение. Рассчитаем ПДВi по формуле

,

где: ПДКмр i – максимально-разовая предельно допустимая концентрация i-го компонента, мг/м3; Сф i – фоновая концентрация i-го компонента, мг/м3; (ПДКмр i - Сф i) – максимальная приземная концентрация данного загрязняющего вещества при выбросе нагретой газовоздушной смеси из исследуемого источника, мг/м3; Н – высота выброса над уровнем земли, м; ΔТ – разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающей среды, 0С; А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания атмосферных примесей (для территории Дальнего Востока и Сибири А = 200); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей F = 1, для крупнодисперсной пыли и золы при полном отсутствии очистки – 3); m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

мг/м3;

мг/м3.

Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания (V), м3/с, рассчитаем по формуле

,

где: Q – расход топлива, т/год; V0 – расход воздуха, необходимого для сгорания 1 кг или 1 м3 топлива (для дизельного топлива V0 = 10,8 м3/кг); τ – время работы установки, с/год.

.

Скорость выхода газовоздушной смеси (W0), м/с, рассчитаем по формуле

,

где: D – диаметр устья трубы, м.

.

С.

Коэффициенты f, m рассчитываем по формулам

;

.

Величины Vm и n определяем по формуле

.

При  0,3 < Vm < 2,0 ;

.

 г/с;

 г/с.

Фактический выброс (mi), г/с, определим по формуле

,

где: Сmax i – максимальная концентрация загрязняющего вещества на выходе из источника, мг/м3; Х – число однотипных источников.

;

.

Так как фактический выброс диоксида азота и сажи больше предельно допустимого, необходимо установить улавливающее оборудование.

Плату за годовой выброс (П), р/год, рассчитаем по формулам

,

где: П1 – плата за выброс в пределах ПДВ; Сi – ставка платы, р; mi - фактический выброс данного загрязняющего компонента, г/с (если mi > ПДКi то подставляют значение ПДКi); τ – время работы источника загрязнения в течении 1 года, с.

,

где: П2 - плата за сверхлимитные выбросы; Сi – ставка платы за сверхлимитные выбросы, р.

Ставки платы определяется по формулам

; ,

где: Нi и i – базовый норматив платы за выброс 1 т загрязняющего вещества в пределах допустимых выбросов и при сверхлимитных выбросах соответственно, р; К – коэффициент экологической ситуации данного региона по атмосферному воздуху (для Дальнего Востока при выбросах в пределах допустимых К = 1,0, при сверхлимитных выбросах К = 0,8).

р;  р; 

р;  р. 

;

р/год.


Задача № 105

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

NO2

mф = 3,234 мг/с;

Н = 3 м;

V = 0,105 м3/с;

ΔТ = 3470 С;

F = 1;

m = 0,83;

n = 2,41

Московская область

ЮВ

10, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 1000


Решение. Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации диоксида азота См (NO2), мг/м3, по формуле

,

где: А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (для Московской области А = 140); F, m, n – коэффициенты, их смысл и значение см. ранее; Н – высота выброса, м; mф – фактическая мощность выброса, мг/с; V – объем газовоздушной смеси, м3/с; ΔТ - разность между температурой, выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающей среды, 0С.

.

Хм – расстояние от источника выброса, м, где достигается Cм (NO2) – найдем по формуле

,

где: d – безразмерный коэффициент.

Исходя из данных задания, безразмерный коэффициент d найдем по формуле (Vm = 0,387)

;

.

Опасная скорость ветра Uв при Vm = 0,387 равна 0,5 м/с.

Для расчета Сi (NO2), мг/м3, по формуле

,

на расстоянии 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500 и 1000 м от оси факела при Uв = 0,5 м/с найдем безразмерный коэффициент S, использую формулы

;

;

.

При расстоянии:

- 10 м – Хi / Хм = 1,01;

- 50 м – Хi / Хм = 5,04;

- 100 м – Хi / Хм = 10,07;

- 200 м – Хi / Хм = 20,14;

- 300 м – Хi / Хм = 30,21;

- 400 м – Хi / Хм = 40,28;

- 500 м – Хi / Хм = 50,35;

- 1000 м – Хi / Хм = 100,71.

;

;

;

;


;

;

;

.

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3.

Для определения границ СЗЗ определим ПДКмр (NO2) = 0,085 мг/м3. Из предыдущих расчетов видно, что на расстоянии 500 м  от  источника  С(NO2) =  0,14 мг/м3 > ПДКмр, а на расстоянии 1000 м С(NO2) =  0,076 мг/м3 <     < ПДКмр. Следовательно, L0 = 1000 м. С учетом среднегодовой розы ветров находим L, м, по формуле

,

где: Р – среднегодовая повторяемость направления ветра рассматриваемого румба, % (для ЮВ Р = 12,5%); Р0 – повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, % (при восьмирумбовой розе ветров Р0 = 12,5%).

м.

Таким образом, минимальное расстояние от источника выброса (труба котельной) до жилой застройки должно составлять на менее 1000 м, следовательно, данной предприятие по величине СЗЗ относится к I классу.



Задача № 130

Согласно варианту оценить экологический ущерб от загрязнения атмосферы выбросами конкретного источника, сравнить его величину с фактической платой за выброс, которую осуществляет предприятие.

Исходные даны:

Источник загрязнения

Виды загрязняющих веществ

Н, ΔТ, ΣП, Uв, V, τ

Скорость осаждения вещества в атмосфере, см/с

S зоны загрязнения, км2

К, %

Локомотивное депо (манев-ровые тепло-возы) 3 шт.

NO2

Сажа (С)

3 м;

3470 С;

590,404 р/год;

0,5 м/с;

0,105 м3/с;

3600 ч/год

(один тепловоз)

NO2 <1,

Сажа 1-20

10

Территория предприятия – 80%, населенный пункт – 20%


Решение. Рассчитаем фактический выброс загрязняющих веществ в атмосферу, mф, т/год, по формуле

,

где: Сmax - максимальная концентрация загрязняющего вещества на выходе из источника, мг/м3; τ – время работы установки в год, с.

т/год;

т/год;

Экологическую оценку ущерба, причиняемого выбросами сажи в атмосферу, определяем по формуле

,

где: γ – удельный экологический ущерб от выброса 1 т условных вредных веществ в атмосферу, численной значение которого равно 192,0 р/усл.т; σр – расчетный показатель, характеризующий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха; f – коэффициент, учитывающий характер рассеивания примеси в атмосфере; М – приведенная масса годового выброса загрязнения источника, усл.т/год.

σр рассчитаем по формуле

,

где: S – общая площадь зоны загрязнения, км2; Si = S*Кi/100 – площадь загрязнения территории, соответственно населенных пунктов, предприятий и т.д. км2; Кi – доля загрязнения от общей зоны загрязнения, %; σi – показатель относительной опасности загрязнения атмосферы в зависимости от территории (для населенных пунктов σi = 8, для территории предприятия - 4).

.

Коэффициент f, учитывающий характер рассеивания веществ в атмосфере, определяем по формуле

- для газообразных примесей  и мелкодисперсных частиц со скоростью оседания меньше 1 см/с

;

- для частиц, оседающих со скоростью 1-20 см/с

,

где: Н – геометрическая высота устья источника выброса, м; Uв – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, м/с (или величина опасной скорости ветра на уровне 10 м от земли); φ – поправка на тепловой объем факела выброса в атмосферу, определяется по формуле

,

где: ΔТ – среднегодовое значение разности температур в устье источника и окружающей среде 0С.

;

;

.

М – приведенную массу годового выброса веществ в атмосферу – рассчитываем по формуле

,

где: Аi – показатель относительной опасности примеси i-го вида

.

ПДКсс (NO2) = 0,04 мг/м3;

ПДКсс (сажи) = 0,05 мг/м3;

;

р/год

р/год

р/год

Если сравнить УА с величиной платы за выброс ΣП = 590,404 р/год, то очевидно, что экологический ущерб, причиняемый окружающей среде, несравнимо выше, чем плата предприятия за вредные выбросы в атмосферу.



Задача № 171

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

0,71

Нефтепродукты (СНП = 5,24 > Сдоп)

Фенолы (Сф = 0,025 > Сдоп)

Взвешенные вещества (СВВ = 15,8 = Сдоп)

Бассейн реки Невы


Решение. Рассчитаем фактическую массу mф, каждого из веществ сбрасываемых в водоем, т/год., по формуле

,

где: Сi – концентрация i-го вещества в сточных водах предприятий, мг/л; q - расход сточных вод, м3/с; n – работа очистных сооружений, сут/год (приблизительно 320 сут/год).

Определим предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ в водоеме рыбохозяйственной категории: ПДК (НП) = 0,05 мг/л; ПДК (фенолов) = 0,001 мг/л; ПДК (ВВ) = Сф + 0,75 = 50,75 (Сф = 50 мг/л).

Рассчитаем Мi (приведенная масса годового сброса каждого из загрязняющих веществ), усл.т/год, по формуле

,

где: Кi – коэффициент приведения i-го вредного вещества, учитывающий его относительную опасность,

.

;

;

.

Рассчитаем Ув (экологический ущерб от загрязнения поверхностных вод) по формуле

,

где: Уудв – удельный ущерб водному объекту от сброса 1 т вредного вещества, р/усл.т; Кв – коэффициент экологической ситуации водных объектов по бассейнам основных рек РФ.

Определим Уудв от сброса каждого вещества:

р/усл.т (сверхнормативные сбросы);

р/усл.т (сверхнормативные сбросы);

р/усл.т (в пределах ПДС).

Определим Кв  коэффициент экологической ситуации в бассейне реки Оби: (примем 1,50).


Таким образом, экологический ущерб поверхностным водам при промышленной деятельности составляет ≈ 708 млн.р. в год.

Список литературы


1.               Киселев В.Н. “Основы экологии “. Минск-1998

2.               Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995

3.               Экология. Учебник. Е.А. Криксунов., Москва, 1995.

4.               Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. – М.: Мир, 1997.

5.               Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997.




[1] См: Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. – М.: Мир, 1997.

[2] Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997. стр. 51 – 56.