Упражнение 5

На бессточное озеро (рН воды в нем 6,7) площадью (S) 12 км² и средней глубиной (Н) 3 м выпало в течение нескольких часов 30 мм кислых дождевых осадков (h). Требуется:

а) при какой величине рН дождевого осадка величина рН воды озера снизится до 5,0. Приведет ли это к угрозе гидробионтам?

б) определить массу серной и азотной кислот, поступивших в озеро с дождевой водой, исходя из того, что с первой и второй из них в озеро поступило соответственно 60 % и 40 % массы актив­ных ионов водорода, содержавшихся в дождевом осадке.

Возможный дополнительный приток дождевой воды в озеро с его водосборной площади при выполнении задания не учитыва­ется.

Решение:

рН - это водородный показатель воды, характеризующий содер­жание в ней активных ионов водорода (Н⁺). Численно рН= - lg [H⁺], где концентрация H⁺ выражена в моль/дм³ (моль/л) во­ды. Поскольку моль H⁺ равен 1 г, то для разбавленных водных растворов можно принимать, что рН = - lg [H⁺], где [H⁺] выражена в г/л.

При рН равной 5,0 развитие гидробионтов угнетается, некоторые виды полностью погибают.

а) рН воды озера была 6,7, т.е. [H⁺] = 1 * 10^-6,7 = 0,2 * 10^-6 г/л

V (озера) = 12 * 10⁶ * 3 = 36 * 10⁶ м³ (36 * 10³ л)

0,2 * 10^-6 г H⁺-----------------1 л

            Х г H⁺ ----------------36000 л

Х = 0,2 * 10^-6 * 36000 = 7,2 * 10^-3 г H⁺ в озере

рН воды озера после выпадения осадков стала 5,0, т.е. [H⁺] = 1 * 10^-5,0 =    1 * 10^-5 г/л

V (озера) = 12 * 10⁶ * 3 = 36 * 10⁶ м³ (36 * 10³ л)

1 * 10^-5 г H⁺-----------------1 л

         Х г H⁺ ----------------36000 л

Х = 1 * 10^-5 * 36000 = 0,36 г H⁺ в озере

Масса H⁺ в кислых осадках равна:

0,36 - 7,2 * 10^-3 = 0,3528 г H⁺ в осадках

V (выпавшей воды)  = 12 * 10⁶ * 0,03 = 3,6 * 10⁵ м³ (360 л)

0,3528 г H⁺ -------------360 л

      Х г H⁺ -------------1 л

Х = 0,353 / 360 = 9,8 * 10^-4 г H⁺

рН (дождевого осадка) = - lg 9,8 * 10^-4 = 3,0

б) Массы кислот, поступивших в озеро с дождевой водой, рас­считывают по значению их химических эквивалентов.

Масса H⁺ в дождевой воде равна 0,3528 г.

Масса H⁺ поступившая с серной кислотой  равна 0,3525 * 0,6 = 0,2117 г.

Масса H⁺ поступившая с азотной кислотой  равна 0,3528 * 0,4 =0,1411г.

При условии полной диссоциации H₂SO₄ (дает 2 протона водорода), в воду введено: 0,2117 * 98 / 2 = 10,37 г этой кислоты.

При условии полной диссоциации HNO₃, в воду введено: 0,1411 * 63 = =8,89 г этой кислоты (в одном моле HNO₃, равном 63 г, содержится 1 г H⁺).

Упражнение 7

В засушливом, бедном поверхностными водными объектами районе пройдена и заглушена скважина, вскрывшая достаточно мощный напорный слой воды. Дебит скважины (Д), то есть ско­рость самоизливания воды из нее, равен 1 л/с. Минерализация подземной воды (М_подз) составляет 1,2 г/л.

В дальнейшем заглушка была самовольно снята и самоизли­вающийся поток воды направлен в каменистую долину, перего­роженную дамбой. Постепенно в долине сформировалось мелко­водное искусственное озеро с конечной площадью S, средней глубиной (H_оз) 1,2 м и минерализацией воды (М_оз), равной 1,4 г/л. Интенсивность поверхностного испарения воды (h) в этом районе составляет 500 мм/год. После стабилизации площади озера при­ток воды в него продолжался. Требуется:

1) определить площадь озера и промежуток времени (T₁) за который оно окончательно сформировалось;

2) рассчитать, через сколько лет (Т₂) после этого вода в озере станет непригодной для хозяйственно-питьевых целей (М_оз при­нять при этом равной 2,5 г/л), и через какой последующий про­межуток времени (Т₃) само озеро станет практически безжизнен­ным (М_оз принять для этого 10 г/л);

3) дать экологическую оценку совершенного самовольного мероприятия.

Решение:

1. Определим площадь озера по формуле:

#,

где Д выражен в м³/год.

Д = 1 л/с или

#  м³/год

h= 500 мм/год или 0,5 м/год

#

2. Определим промежуток времени (Т₁), за которое озеро окончательно сформировалось:

#

#

#

#

3. Определим через сколько лет (Т₂) вода в озере станет непригодной для хозяйственно-питьевых целей из соотношения: #

#

#

#

4. Определим, через какой промежуток времени (Т₃) озеро станет практически безжизнен­ным из соотношения:

#

#

#

Упражнение 10

В состав предприятия входят следующие объекты-загряз­нители атмосферного воздуха:

1. Котельная станция (топливо — уголь) с тремя автономными топками, газовые потоки от которых выбрасываются через об­щую дымовую трубу.

2. Открытые угольный склад и золоотвал, на которых перио­дически работают бульдозер и экскаватор.

3. Оборудованная общеобменной вентиляцией мастерская, в которой установлены два токарных, два сверлильных, один фре­зеровочный и два заточных станка, а также находятся электро­сварочный пост на два рабочих места, снабженных местным от­сосом с выбросом вредных веществ наружу через вентиляцион­ный фонарь.

Определите число источников выделения и выбросов в атмо­сферу вредных веществ. Укажите, какие из источников выбросов относятся к передвижным, стационарным, организованным и неорганизованным. Какие, по-вашему, мнению, основные виды вредных веществ поступают в атмосферу в результате деятельно­сти этого предприятия?

Решение:

Источники выделения и выброса в атмосферу вредных веществ: котельная, угольный склад, золоотвал, бульдозер, экскаватор, мастерская – 6 источников.

Передвижные источники: бульдозер, экскаватор.

Стационарные – все остальные.

Организованные: котельная, мастерская.

Неорганизованные - угольный склад, золоотвал.

Основные виды вредных веществ, поступающие в атмосферу: пыль, аэрозоли, оксиды серы, азота, углерода, уран, углеводороды, полиароматические углеводороды, тяжелые металлы (свинец, кадмий), радиоактивные элементы (уран, торий).

Упражнение 17

В почве сектора предприятия, примыкающего с подветренной стороны к опытному ядерному реактору, содержание цезия-137 (β - излучатель) составляет 5000 Бк/кг, что соответствует удель­ной площадной радиоактивности по этому радионуклиду 17,5 Ки/км² . В почвах жилого района, находящегося с наветрен­ной стороны от предприятия, значения этих показателей равня­ются соответственно 257 Бк/кг и 0,9 Ки/км².

Рассчитайте индивидуальную эквивалентную дозу радиации, поглощенную за счет этого техногенного загрязнения сотрудни­ками предприятия, которые находятся в секторе 1500 часов в го­ду, и населением, постоянно проживающим в данном районе, ес­ли известно, что при плотности радиоактивного загрязнения поч­вы в 1 Ки/м² мощность экспозиционной дозы излучения над ней составляет 10 рентген в час. Сопоставьте полученные данные с нормативными дозами, равными для обслуживающего персонала предприятия и населения соответственно 50 и 1 мЗв/год.

Решение:

17,5 Ки/км² = 1,75 * 10^-5 Ки/м²

1,75 * 10^-5 Ки/м²-------------------Х Р

               1 Ки/м²-------------------10 Р

Х = 1,75 * 10^-5 * 10 = 1,75 * 10^-4 Р

Д_экв = М_экв * t

Д_экв (сотрудники) = 1,75 * 10^-4 * 1500 = 0,26 Р или 2,6 мЗв/год, что меньше нормативной дозы, которая составляет 50 мЗв/год

0,9 Ки/км² = 0,9 * 10^-6 Ки/м²

0,9 * 10^-6 Ки/м²-------------------Х Р

             1 Ки/м²-------------------10 Р

Х = 0,9 * 10^-6 * 10 = 0,9 * 10^-5 Р

Д_экв (населения) = 0,9 * 10^-5 * 24 * 365 = 0,079 Р или 0,79 мЗв/год, что меньше нормативной дозы, которая составляет 1 мЗв/год