Содержание
Задача № 25. 3
Задача № 50. 5
Задача № 51. 9
Задача
№ 100. 10
Задача № 125. 14
Задача № 150. 17
Задача № 171. 20
Список литературы.. 23
Задача № 25
Классификация загрязнителей природной среды, их влияние на
экосистемы и человека.
Загрязнение – привнесение в среду или возникновение в ней
новых, не характерных для среды химических, физических, биологических или
информационных агентов; или повышение концентрации этих агентов сверх среднего
наблюдавшегося количества или уровня. Иными словами, загрязнение в общем виде –
все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, которые
характерны (естественны) для природы и отличаются от обычно наблюдаемых норм.
Загрязнение выводит системы природы из равновесия.
Все виды загрязнителей можно разделить на:
- по пространственному признаку:
- Глобальные (например, авария на Чернобыльской АЭС)
- Фоновые (биосферные)
- Региональные (например, загрязнения по р. Обь)
- Локальные (например, на территории предприятия)
- Точечные.
- по силе и характеру воздействия:
- Фоновые (например, среднее содержание углекислого газа в атмосфере)
- Постоянные (например, загрязнение около магистрали)
- Залповые (характерны для промышленных предприятий)
- Катастрофические (например, авария на АЭС, разрыв нефтепровода).
- по их природе:
- Физические (тепловое, световое,
электромагнитные, радиационное)
- Химические (ксенобиотики, экотоксиканты, суперэкотоксиканты)
- Биологические (это привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для
человека организмов; привнесение патогенных микроорганизмов)
- Информационные (поток негативной информации, поступающей человеку по различным
информационным каналам).
- по воздействию на окружающую среду:
- Первичные (непосредственно воздействуют на окружающую среду)
- Вторичные (вступают в химические реакции с имеющимися компонентами и
создают не свойственные природной среде компоненты).
Кроме того, существуют классификации загрязнителей по их
происхождению (сельскохозяйственные, промышленные, бытовые), по степени их
опасности (классы опасности) и ряд других.
Влияние загрязнителей природной среды проявляется на двух
уровнях:
1. Воздействие на различные экосистемы биосферы
– изменение
абиотических условий среды. Рассмотрим на конкретном примере – увеличения
температуры воды. Температура воды влияет на концентрацию кислорода в ней. По
закону Генри концентрация кислорода в воде тем меньше, чем больше ее
температура:
|
Температура, 0С
|
0
|
15
|
24
|
32
|
|
Концентрация кислорода, мг/л
|
14
|
10
|
8
|
7
|
|
|
гибель лососевых, форели
|
гибель щуки
|
гибель карпа, карася
|
– изменение биотической
составляющей (изменение численности популяций, смена доминантной структуры).
2. Воздействие на здоровье
человека – характеризуется токсичностью вещества. По типу воздействия
загрязняющих веществ на человека можно выделить: 1) общетоксичные вещества –
действуют на весь организм (например, формальдегид); 2) поражающие одну систему
(например, фосфорорганические соединения); 3) влияющие на метаболизм клетки –
цитотоксическое действие (хлорпроизводные фенола); 4) мутагенные (нитрит ионы);
5) канцерогенные (полиароматические углеводороды); 6) тератогенные вещества
- действуют на плод (ртуть).
Задача № 50
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
|
|
Рыбохозяйственное водопользование
6,0
|
0,53
|
Mg2+ – 220,8
Cu2+ – 50,4
Мышьяк (As3+) – 5,2
Фенолы – 3,8
Латекс – 13,5
Взвешенные вещества – 140,5
|
0,52
|
Mg2+ –
30,0
Cu2+ –
отсутствует
Мышьяк (As3+) – отсутствует
Фенолы – отсутствует
Латекс – отсутствует
Взвешенные вещества – 30,4
|
Решение. Распределяем загрязняющие вещества стоков по
группам лимитирующего показателя вредности для водоема рыбохозяйственной категории:
1) токсикологическая – мышьяк (As3+), Cu2+, Mg2+;
2) санитарно-токсикологическая – отсутствует;
3) органолептическая – отсутствует;
4) рыбохозяйственная – фенолы, латекс, взвешенные вещества
(ВВ).
Определим ПДК каждого из этих веществ в речной воде. ПДК (мг/л):
мышьяк (0,01), Cu2+
(0,001), Mg2+
(40,0), фенолы (0,001), латекс (1,5), ВВ (Сф + + 0,75 = 30,4 + 0,75 = 31,15).
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 токсикологическую и рыбохозяйственную группу
веществ входят по 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.
Токсикологическая группа:
;
;
.
Рыбохозяйственная группа:
;
;
.
Проведем проверку по каждой группе веществ на соответствие
нормам по формуле
Токсикологическая группа:
; 
.
Так как суммарная величина больше единицы, снижаем Сожид
каждого компонента в примерно 3 раз:
.
Рыбохозяйственная группа:
; 
.
Снижаем концентрацию компонентов примерно в 3 раза:
.
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
Токсикологическая группа:
;
;
.
Рыбохозяйственная 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 № 51
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
|
|
500
|
Юг
Хабаровского края
|
1
|
БПК
|
300
|
3
|
3
|
|
3
|
Нитрит ион (NO2-)
|
5
|
0,1
|
0,08
|
|
5
|
Нефтепродукты (НП)
|
22
|
0,1
|
0,05
|
|
12
|
Никель (Ni2+)
|
2,8
|
0,05
|
0,01
|
|
18
|
Медь (Cu2+)
|
0,5
|
0,01
|
0,001
|
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 Юга Хабаровского края равна 0,15); V – объем очистных сточных
вод, м3/год.
V м3/год
= V м3/сут ·
365 = 500 · 365 = 182500.
р/год
Задача № 100
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
|
|
Котельная вагонного депо
|
Уголь
|
12000
|
6300
|
200
|
0
|
19
|
1,3
|
Сажа
Пентан
|
240,4
120,5
|
0,13
2,4
|
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 угля V0 = 5,5 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 Vm
< 0,3 n = 3.
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.
;
.
Так как фактический выброс 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/год.
Задача № 125
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
|
|
Сажа
|
mф = 0,7
мг/с;
Н = 19 м;
V = 2,91 м3/с;
ΔТ = 2000 С;
F = 3;
m = 1,18;
n = 3
|
Читинская область
|
СЗ
|
10, 50, 100, 200, 300,
400, 500
|
Решение. Рассчитаем максимальное значение приземной
концентрации сажи См (сажи), мг/м3, по формуле
,
где: А – коэффициент, зависящий от
температурной стратификации атмосферы (для Читинской области А = 250); 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
(сажи) – найдем по формуле
,
где: d – безразмерный коэффициент.
Исходя из данных задания, безразмерный коэффициент d найдем по формуле (Vm = 0,195)
;
.
Опасная скорость ветра Uв при Vm
= 0,195 равна 0,5 м/с.
Для расчета Сi (сажи), мг/м3, по формуле
,
на расстоянии 10, 50, 100,
200, 300, 400 и 500 м от оси факела при Uв = 0,5 м/с найдем безразмерный коэффициент S, использую формулы
;
;
.
При расстоянии:
- 10 м – Хi / Хм = 0,377;
- 50 м – Хi / Хм = 1,887;
- 100 м – Хi / Хм = 3,774;
- 200 м – Хi / Хм = 7,547;
- 300 м – Хi / Хм = 11,321;
- 400 м – Хi / Хм = 15,094;
- 500 м – Хi / Хм = 18,868.
;
;
;
;
;
;
;
мг/м3;
мг/м3;
мг/м3;
мг/м3;
мг/м3;
мг/м3;
мг/м3;
Для определения границ СЗЗ определим ПДКмр (сажи)
= 0,15 мг/м3. Из предыдущих расчетов видно, что на расстоянии 100
м от
источника С(сажи) = = 0,25 мг/м3 > ПДКмр,
а на расстоянии 200 м С(сажи) = 0,083
мг/м3 < ПДКмр. Следовательно, L0 = 200 м. С учетом
среднегодовой розы ветров находим L, м, по формуле
,
где: Р – среднегодовая повторяемость
направления ветра рассматриваемого румба, % (для СЗ Р = 12%); 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 200 м,
следовательно, данной предприятие по величине СЗЗ относится к III классу.
Задача № 150
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, %
|
|
Котельная вагонного депо
|
Сажа (С)
Пентан
|
19 м;
2000 С;
8382,60 р/год;
0,5 м/с;
2,91 м3/с;
6300 ч/год
|
Сажа 1-20
Пентан <1,
|
5,8
|
Территория депо – 60%, населенный пункт – 30%,
лес – 10%
|
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 и
пентана 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, для леса – 8).
.
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 (пентана) = 25 мг/м3;
ПДКсс (сажи) = 0,05 мг/м3;
;
р/год
р/год
р/год
Если сравнить УА с величиной платы за выброс ΣП
= 8382,60 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.
Безопасность жизнедеятельности / Под ред. О.Н. Русака. -
СПб: ЛТА, 1997.
2.
Киселев В.Н. “Основы экологии “. Минск-1998
3.
Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология,
М., Издательский дом "Дрофа", 1995
4.
Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в
экологическую химию. – М.: Мир, 1997.
5.
Экологическая химия / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир, 1997.