Указания к выполнению контрольной работы

Контрольная работа по экологии выполняется по варианту, номер которого находится в соответствии с последней цифрой учебного шифра (номер зачетной книжки студента).

Контрольная работа выполняется на листах формата А4 и включает:

- титульный лист, где указывается министерство, наименование учебного заведения, кафедру, дисциплину, Ф.И.О. студента, курс, специальность, шифр зачетной книжки, Ф.И.О. проверяющего, город и год выполнения;

- содержание (располагается после титульного листа), где проводится перечень вопросов и задача с указанием страницы.

Таблицы вариантов

Вариант	Вопросы
1	1,11,21
2	2,12,22
3	3,13,23
4	4,14,24
5	5,15,25
6	6,16,26
7	7,17,27
8	8,18,28
9	9,19,29
10	10,20,30

Варианты задач

ВАРИАНТ 1

Для сравнительного анализа экологического состояния среды и антропогенного воздействия на окружающую природную среду, часто используют Комплексные показатели, характеризующие производственный потенциал территории и антропогенное воздействие на экологические системы. Эти показатели имеют самостоятельное значение и вместе с тем связаны между собой.

По данным таблицы 1 определить комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА) по ингредиентам, и суммарный индекс по следующей формуле:

n - число примесей;

i- примесь определенного вещества;

g_i- среднегодовая концентрация примеси (мг/м³);

ПДК_{С С}. - среднесуточная концентрация соответствующего вещества (мг/м );

с - константа принимающая следующие значения:

1 класс опасности вещества - 1,7;

2 класс опасности вещества -1,3;

3 класс опасности вещества - 1,0;

4 класс опасности вещества - 0,9.

Среднесуточные пдк некоторых веществ в атмосфере

Примеси	gi, мг/м3	ПДКс.с, мг/м3	Класс опасности вещества
Взвешенные вещества	0,1	0,15	3-4
Диоксид серы	0,001	0,05	3
Оксид углерода	3,0	3,0	4
Диоксид азота	0,08	0,04	3
Оксид азота	0,06	0,06	3
Фенол	0,007	0,003	2
Сажа	0,01	0,05	3
Водород цианистый	0,001	0,001	1
Бензапирен	0,9*10-6	1*10-6	1
Кадмий	0,87*10-3	1*10-3	1
Ртуть	0,02*10-2	1*10-3	1
Свинец	0,01*10-3	0,3*10-3	1
Хром	0,04*10-3	0,78*10-3	1

ВАРИАНТ 2

Оценить срок исчерпания природных ресурсов, если известен уровень добычи ресурса в текущем году, а потребление ресурса в последующие годы будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегодного потребления.

1. Для расчета запаса ресурса (Qмлр.т.) используются формулой:

Q= ;

Q - запас ресурса, млрд, т.;

g- годовая добыча ресурсов, млрд.т/год;

ТР - прирост потребления ресурса;

t- число лет.

2. Логарифмическое выражение для (Q) дает следующую формулу расчета срока исчерпания ресурса (t):

t = ;

Данные для решения задачи взять из таблицы 2.

Таблица 2

Исходные данные	Каменный уголь	Природный газ	Нефть	Железо	Медь	Цинк	Уран
Запас ресурса (Q), млрд.т.	6800	280	250	12000	0,6	0,3	300
Добыча ресурса (g), млрд.т/год	3,9	1,7	3,5	0,8	0,08	0,06	0,2
Прирост объема потребления ресурса (ТР), % в год	2	1,5	2	2,5	1,3	1,3	2

По результатам решения задачи сделать вывод о сроке исчерпаемости того или иного полезного ископаемого.

ВАРИАНТ 3

Тепловая электростанция выбрасывает в атмосферу M₁ = 15 т/час диоксида серы, М₂ = 9 т/час диоксида азота. Температура газовоздушной смеси T_j=123 °С. Высота трубы Н = 150 м, диаметр устья трубы Д = 5 м, средняя скорость выхода газовоздушной смеси W₀=10 м/с. Электростанция расположена в Воронежской области ( коэффициент А = 140). Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года Т = 23 °С. Коэффициент (η) принять равным 1. Коэффициент (F) принять равным 2,5.

1. Определить величину максимальной приземной концентрации вредных веществ (С_м) при горячем выбросе по формуле:

С_{м =} ;

С_м - максимальная предельная концентрация вредного вещества (мг/м³);

М - масса примеси (вредного вещества) выбрасываемая в атмосферу (г/с);

А - коэффициент температурной стратификации;

F- безразмерный коэффициент учитывающий дисперсность выбрасываемой примеси;

Н - высота трубы (м);

V1 - объемная скорость выхода газовоздушной смеси из трубы (м³/с), которая вычисляется по формуле:

V1 = 0.785Д² W₀;

∆Т – разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой атмосферного воздуха (⁰С);

m, n – коэффициент, учитывающий условие выхода газовоздушной смеси.

Величину коэффициента (m)определяют по формуле:

m= ;

Параметр (f) вычисляют по формуле:

;

Значение безразмерного коэффициента (n) определяют в зависимости от величины (V_M) который вычисляют по формуле:

;

а) при V_M≥ 2, n = 1;

б) при 0,5 ≤V_M< 2, n= 0,532V²_m- 2,13V_M+ 3,13;

в) при V_M<0,5, n=4,4V²_m.

2. Определить расстояние от источника выбросов, на котором достигается максимальная приземная концентрация вредных веществ – X_Mпо формуле:

;

а) для нагретых выбросов:

при V_M ≤ 0,5, d = 2.48 (1 + 0.28 );

при 0,5< V_M≤ 2, d = 7 (1 + 0,28 );

при V_M> 2, d = 4.95 V_M (l +0,28 );

3. См и Хм определяем для каждого загрязняющего вещества выбрасываемой смеси.

ВАРИАНТ 4

Определить концентрацию загрязняющих веществ золы, диоксида азота, сажи на заданном расстоянии (х) 800 м и 500 м. Максимальная концентрация (Сmах) при этом составили: золе — 0,8 мг/м³; саже — 0,25 мг/м³, диоксид азота - 0,31 мг/ м³, расстояние (Хmах) на котором эти концентрации достигали своих значений (Сmах) соответственно составит:

для золы - 400 м,

для N0₂ — 750 м;

для сажи - 550 м.

Концентрацию (С) на заданном расстоянии (800 и 500 м) определяют для каждого компонента выбрасываемой смеси по формуле:

,

С — концентрация загрязняющих веществ на заданном расстоянии (мг/м³);

Сmax - максимальная приземная концентрация (мг/м³);

Si - безразмерная величина, зависящая от значения коэффициента (F) и отношения (Х/Хmах), которое обозначается через коэффициент (а), т.е. (Х/Хmах = а );

, при 1< ≤8;

, при F<1.5 и 𝛼>8

, при F>1.5 и 𝛼>8

Значение коэффициента (F) для золы, сажи принять равным 2,58; диоксида азота - 1.

После проведения расчетов сделать вывод о величине концентрации загрязняющих веществ на расстоянии 800 и 500 м.

ВАРИАНТ 5

Рассчитать величины ПДВ, в случае несоответствия существующих выбросов нормативным требованиям и принять техническое решение для снижения выбросов. Все источники выбросов сосредоточены в одной точке. Жилая застройка начинается сразу за территорией предприятия. ∆Т = 0 (т.е. выброс холодный), А = 140, η= 1, Сф = 0,2ПДК_c.c. Коэффициент пылеочистки MgC0₃ составляет менее 75%, для ВаСl₂> 90%. Высота трубы составляет 105м. ПДК_с.с.(МgСОз) = 0,05 мг/м³; ПДК_c.c.( ВаСl₂) = 0,004 мг/м³; диаметр грубы составляет 2,0 м. Коэффициенты (n) для данного варианта принять равным 1, рельеф местности ровный, коэффициент (F) для MgC0₃ = 3, для ВаСl₂ =2; коэффициент (η) = 1, масса выброса (М) составили для MgC0₃ - 12 г/с; ВаСl₂ - 10 г/с. Предельнодопустимый выброс для холодных источниковопределяется по формуле:

, г/с

ПДК_i - предельнодопустимая концентрация выбрасываемого вещества, мг/м³;

С_фi — фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/м³;

Н - высота трубы, м;

М - масса выброса загрязняющего вещества, г/c;

F - коэффициент, характеризующий скорость оседания частиц, который также зависит от степени пылеочистки;

D - диаметр трубы, м;

V₁ - общая скорость выхода газовоздушной смеси (м³/с), которая вычисляется по формуле:

,

W₀ - средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси, принять равным (5 м/с).

После проведения расчетов сравнить -полученное значение ПДВ с ПДК_С.С. выбрасываемых веществ и в случае если ПДВ будет больше ПДК_С.С. выбрасываемых веществ, принять техническое решение по снижению выбросов в атмосферу.

ВАРИАНТ 6

Тепловая электростанция выбрасывает в атмосферу следующие компоненты: диоксид серы - 12 г/с; диоксид азота - 15 г/с. Диаметр устья трубы D=5 м. Средняя скорость выхода газовоздушной смеси W₀ = 8 м/с. Коэффициент А = 140, коэффициент (η) принять равным 12. Определить минимальную высоту трубы (Н) при которой концентрация вредных веществ не превышает ПДК_С.С.Температура газовоздушной смеси равна 140°С. Температура наружного воздуха составляет 23°С. Минимальная высота (Н) определяется по формуле:

,

Если при найденном значенииH ≤ W_{0 ,} то оно является окончательным. В противном случае предварительное значение минимальной высоты определяется по формуле:

,

H- высота трубы, м;

А - коэффициент температурной стратификации;

М - масса выброса вредных веществ, г/с;

ПДК - предельнодопустимая концентрация среднесуточная, мг/м³;

С_ф - фоновая концентрация вредных веществ, вычисляется по следующему выражению:

(соответствующего вещества);

V₁- объемный выход газовоздушной смеси или объемная скорость, (м³/с) определяется по формуле:

;

∆Т - разница между температурой выбрасываемой смеси и температурой наружного воздуха.

ПДК_{сс(диоксида серы)} — 0,05 мг/м³,

ПДК_{сс(диоксида азота)} — 0,04 мг/м³,

Высоты труб рассчитать для компонентов выбрасываемых данным предприятием.

Коэффициент (F) принять равным 1.

ВАРИАНТ 7

Предприятие «Ресурс» специализирующее на производстве строительных материалов и выбрасывает в атмосферу следующие вещества акролеин - 6,3 г/с; зола - 5,4 г/с; окислы азота - 2,0 г/с. Высота трубы составляет 23 м, диаметр трубы 1,9 м, температура выбрасываемой смеси составляет 105°С, температура наружного воздуха составляет 23°С. Коэффициенты (m и n) принять равным 2, коэффициент η= 1. Определить минимальный метеорологический коэффициент разбавления по следующей формуле:

,

М - масса выбрасываемого вещества в атмосферный воздух;

С_м - максимальная концентрация вредных веществ в приземном слое воздуха, которая рассчитывается по формуле:

,

См - максимальная приземная концентрация вредных веществ выбрасываемых предприятием «Ресурс», мг/м³;

Н - высота трубы, (м);

∆Т - разница между температурой выбрасываемой смеси и температурой наружного воздуха;

V₁- объемная скорость выхода выбрасываемой смеси (м³/с);

А - коэффициент температурной стратификации (для данного варианта принять равным 200);

mи n— коэффициенты, характеризующие условия выхода выбрасываемой смеси;

η - коэффициент, характеризующий рельеф местности, где расположено предприятие «Ресурс».

V₁ (объемная скорость) рассчитывается по следующей формуле:

,

D - диаметр трубы, (м);

W_cp - средняя линейная скорость выхода выбрасываемой смеси (для данного варианта принять равную 10 м/с).

Минимальный коэффициент разбавления (K_pmin) и (С_м) рассчитать для всех компонентов выбрасываемых предприятием «Ресурс».

Минимальный коэффициент разбавления (K_pmin) показывает в каком соотношении необходимо разбавить воздухом выбрасываемую смесь, чтобы концентрация данной смеси не превышали ПДК_С.С. После проведения расчетов сделать вывод по определенным параметрам.

ВАРИАНТ 8

Предприятие «Протон» выбрасывает в атмосферу воздух следующие компоненты акролеин - 6,3 г/с; зола - 5,4 г/с. Высота трубы Н = 23 м, диаметр D = 1,9 м, разность температур ∆Т (разность температур между температурой выбрасываемой смеси и температурой наружного воздуха) составляет 80°С. Wcp (средняя линейная скорость выхода смеси) м/сек, принять равную 4 м/сек, коэффициент F (коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе) принять равным для акролеина - 2; золы - 2,5. Определить опасную скорость ветра (U_max) при которой достигается на расстоянии (Х_mах) от источника выбросов максимально возможное значение концентрации загрязняющего вещества.

Решение

1. Определяем объемную скорость (объем) выхода смеси загрязняющих веществ в атмосферный воздух по формуле:

, (м³/с)

2. Находим значение вспомогательного коэффициента (r) по формуле:

3. Определяем значение коэффициента (g) по формуле:

4. Рассчитываем расстояние (Хм) от источника выбросов (для каждого выбрасываемого компонента), на котором достигается максимальная приземная концентрация (С), по формуле:

k - безразмерный коэффициент, рассчитываемый с помощью следующих формул:

для r> 100

, при g≤0.5;

, при 0,5 < g ≤2;

, при g > 2.

для r≥ 100

= 5.7, при g ≤ 0,5;

= 11.4 g, при 0,5 < g ≤ 2;

= 16 , при g > 2.

5. Опасная скорость ветра (Umax) м/с, при которой достигается на расстоянии (Хmах) от источника выбросов максимально возможное значение загрязняющего вещества (Сmах), определяется по следующим формулам:

для г < 100

Umах =0.5, при g≤ 0,5;

Umах =g, при 0,5<g 2;

Umах = g(1 + 0.28 ), при g > 2;

для г > 100

Umах =0.5, при g≤ 0,5;

Umах =g, при 0,5<g 2;

Umах =2.2g, при g > 2.

После проведения расчетов сделать выводы (по выбрасываемым компонентам) об опасной скорости ветра и расстоянии от источника выброса, на котором может достигаться максимальная приземная концентрация этих веществ.

ВАРИАНТ 9

Предприятие «Сигма» специализирующее на производстве нефтегазового оборудования выбрасывает в атмосферу следующие вещества (m_i) аммиак - 10,5 т/год; диоксид серы - 12 т/год; окислы азота - 20 т/год. Высота трубы предприятия составляет 24 м, температура выбрасываемой смеси 110°С, температура каждого воздуха составляет 24°С. ПДК_{(аммиака)} = 0,04 мг/м³ ; ПДК_(SО2) = 0,05 мг/м³ , ПДК_(NO) = 0,04 мг/м³, ПДК_(CO2) = 3 мг/м³. Определить экономический ущерб от загрязнения атмосферы выбросами предприятия «Сигма» (по ингредиентам) по следующей формуле:

У_атм - экономический ущерб от загрязнения атмосферы (руб/год);

- константа, численное значение для данного варианта принять следующие: аммиак - 260 руб/т; диоксид азота - 260 руб/т; диоксид серы - 300 руб/т;

- коэффициент относительной опасности, зависящий от типа загрязненной территории;

f_i - безразмерный множитель, учитывающий характер рассеивания веществ в атмосфере;

М_i - приведенная масса выброса загрязняющего вещества (условных т/год);

N - количество выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ.

1. Определяем коэффициент ( по формуле:

W_3A3 - общая площадь территории принять равную 258,1 км² ;

W₁ - площадь промышленного предприятия (23,9 км²);

W₂ - площадь территории населенных мест (101,3 км²);

W₃ - территория пашни (приусадебных участков), 40,3 км².

Коэффициенты ( ) имеют следующие значения:

(населенных мест) = 4,8;

(пром. предприятия) = 4,0;

(территория пашни) = 0,25;

L - количество территорий попавших под загрязнения ( в данном варианте равное 3, смотри выше).

2. Рассчитываем коэффициент (f_i), учитывающий характер рассеивания загрязняющего вещества в атмосфере:

а) для газообразных загрязняющих веществ и мелкодисперсных веществ со скоростью оседания 1 м/сек (акролеин, аммиак, диоксид серы, окислы азота, окислы углерода, фенол, формальдегид и др.):

u - скорость ветра (м/с), в данном варианте принять 3 м/с;

Н - геометрическая высота трубы, м;

Z - поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере, которая рассчитывается по формуле:

∆Т - разница между температурой выбрасываемой смеси и температурой наружного воздуха.

3. Определяем приведенную массу годового выброса загрязняющих веществ по формуле:

m_i– масса выбрасываемого компонента, т/год;

а_i - показатель относительной агрессивности загрязняющих веществ рассчитывается по формуле:

ПДК_СО2 - в атмосфере принимаем равной 3 мг/м³;

ПДК_i - предельнодопустимые концентрации выбрасываемых веществ на предприятии «Сигма».

Экономический ущерб от загрязнения атмосферы предприятием «Сигма» рассчитать по ингредиентам, а также суммарный экономический ущерб нанесенный предприятием выбросами в атмосферу.

ВАРИАНТ 10

Предприятие «Прогресс» выбрасывает в атмосферный воздух следующие компоненты: ртуть - 1,2 г/с; свинец 1,0 г/с. Диаметр трубы (D) составляет 1,0 м; высота трубы (Н) = 25 м. Определить ТПВ (требуемое потребление воздуха) и параметр разбавления (R).

1. ТПВ - это требуемое потребление воздуха (объем воздуха), в котором

необходимо разбавить выбрасываемую смесь в атмосферный воздух, чтобы

довести ее концентрацию до 1 ПДК_СС и рассчитывается по следующей формуле:

, (м³/с)

M_i— масса выбрасываемого вещества, г/с;

ПДК_i - предельнодопустимая концентрация средняя суточная мг/м³;

ПДК_{(свинец)} = 0,0003 мг/м₃;

ПДК_(ртуть) = 0,0003 мг/м³.

2. Параметр разбавления газовоздушной смеси (R) определяем по формуле:

D_i - диаметр трубы устья (м);

H_i - высота трубы (м);

g_i - концентрация примеси выбрасываемого вещества в устье источника (мг/м³), которая определяется по формуле:

M_i - масса вещества выбрасываемого в атмосферный воздух (г/с),

V_i - объемная скорость (объем) выхода газовоздушной смеси (м³/с), рассчитываем по формуле:

D - диаметр устья трубы (м);

W_cp - средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси (м/с), в данном варианте принять равную 6,5 м/с.