И.М.Ильина., Корепанова Л.Ф., Рымашевская И.Н.
ЭКОЛОГИЯ
Методические указания
По выполнению контрольной работы
по дисциплине «Экология»
для бакалавров всех направлений подготовки
Заочной формы обучения
Альметьевск, 2014
УДК 502
И 45
Ильина И.М, Корепанова Л.Ф., Рымашевская И.Н.
И 45Экология: Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Экология»для бакалавров всех направлений подготовки заочной формы обучения –Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, -2014.- 24с.
Методические указания предназначены для выполнения контрольной работы и подготовки к сдаче зачета по дисциплине «Экология».
В методических указаниях рассмотрены вопросы нормирования, контроля и управления качеством воды в водных объектах, а так же возможности сброса сточных вод предприятия в водоем.
В методических указаниях приведено решение задачи; задачи для самостоятельного решения; список рекомендованной литературы (основной и дополнительный).
Печатается по решению учебно-методического совета АГНИ.
Рецензенты:
Хузина Л.Б. – д.т.н., профессор,зав.кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин АГНИ
Марданова Э.И. – к.т.н., доцент, зав. кафедрой прикладной химии АГНИ
Содержание | ||
1. | Общие указания | |
2. | Введение | |
3. | Нормативные требования к качеству воды | |
4. | Контроль и управление качеством воды в водных объектах | |
5. | Практическая часть | |
6. | Оформление титульного листа | |
7. | Литература |
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Настоящие методические указания предназначены для выполнения контрольной работы, подготовки к сдаче зачета по дисциплине «Экология». Содержание и объем требований определяется программой дисциплины «Экология».
При оформлении контрольной работы следует придерживаться следующих правил:
-задача должны строго соответствовать варианту;
-условия задачи должны быть переписаны в тетрадь полностью;
- решение задачи должно содержать краткие объяснения и комментарии к выполненным арифметическим действиям.
Номер варианта контрольной работы определяется по двум последним цифрам номера личного дела. Например, студенту имеющему номер личного дела 61-21-15, необходимо выполнить пятнадцатый вариант контрольной работы.
Прежде чем приступать к решению задачи, необходимо изучить теоретические основы данной темы и усвоить тот объем теоретического материала, который необходим для осознанного решения задачи.
Выполненную контрольную работу следует своевременно направить в деканат очно-заочного факультета. Получив проверенную работу, в случае необходимости, нужно исправить допущенные ошибки в той же тетради и сдать на ее повторное рецензирование.
ВВЕДЕНИЕ
Вода – больший дефицит, чем энергия. У нас есть альтернативные источники энергии, но альтернативы воды нет.
Юджин Одум
Вода – незаменимое природное богатство, выполняющее особую экологическую функцию. Все свободные воды, которые могут перемещаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходить из одного состояния в другое, образуют гидросферу – одну из оболочек Земли.
Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод (мирового океана, вод суши, водяного пара в атмосфере, подземных вод), которое проявляется в процессе круговорота воды в природе.
Основная масса гидросферы сосредоточена в океанах и морях (1,35*109км3). Мировой океан является замыкающим звеном круговорота Н2О в природе, коллектором речных вод суши, ежегодно принимая около 39 тыс.км3 воды. Основная часть вековых запасов пресных вод суши (29*106км3) сконцентрирована в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии (табл.№1).
Подземные воды суши по своему объему в гидросфере занимают третье место (9,5*106км3).
Таблица 1.
Сравнительное распределение запасов пресной воды у поверхности Земли (без ее запасов в горных породах)
Местоположение | Запасы воды | |
% | км3*106 | |
Полярные льды и горные ледники | ||
Грунтовые воды на глубинах, м: 750-4000 | 13,6 | 4,2 5,3 |
Озера | 0,3 | 0,12 |
Реки | 0,03 | 0,12 |
Почвы | 0,06 | 0,24 |
Атмосфера | 0,035 | 0,13 |
Всего: |
Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды).
Водные объекты - это сосредоточение природных вод на поверхности земли либо в ее недрах, являющиеся важными элементами природного комплекса и удовлетворяющие потребности человеческого общества в воде.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, расширение орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов усложняет проблемы обеспечения водой. Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают.
Важнейшей задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности отведения отходов в водные биогеоценозы является установление допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопользования и водопотребления.
Водопользование – это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации. Водопользование в основном осуществляют рыбное хозяйство, водный транспорт, гидроэнергетика.
Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием и с возвращением в источники водозабора в измененном состоянии. Крупнейшие водопотребители – сельское хозяйство, промышленность и культурно – бытовое хозяйство.
Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, определяемая его физическими особенностями, а также способностью к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка на данный водный объект (ПДН).
Однако, поскольку использование воды связано или с ее изъятием из мест локализации, а значит, с угрозой истощения этого водного объекта, разрушением его экологической системы, или с использованием объекта в целях купания, рыбной ловли, отдыха на воде, ограничение нагрузки только с точки зрения поступления в воду промышленных отходов, явно недостаточно.
В этих случаях речь должна идти о разработке нормативов предельно допустимой экологической нагрузки на водный объект (ПДЭН).
В соответствии с основным документом, регламентирующим водопользование («Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами») допустимая нагрузка на водоем (Сдоп) определяется как разность между установленной нормативной и уже существующей (Ссущ) нагрузкой.
Например, если под нормативной нагрузкой понимается концентрация некоторго вещества (Снорм), то возможность отведения этого вещества в данный водоем (Сдоп) составит:
Сдоп = Снорм – Ссущ
Если показатели состава и свойств воды в водном объекте изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности, бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования, то такой водный объект считается загрязненным.
Нормативные требования к качеству воды
Работа промышленных предприятий связана с потреблением воды. Вода используется в технологических и вспомогательных процессах или входит в состав выпускаемой продукции. При этом образуются сточные воды, которые подлежат сбросу в ближайшие водные объекты.
Сточные воды можно сбрасывать в водные объекты при условии соблюдения гигиенических требований применительно к воде водного объекта в зависимости от вида водопользования.
В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод» все водные объекты подразделяются на два вида водопользования, которые, в свою очередь, делятся на категории (Табл.2).
Таблица 2.
Водные объекты | |
I вид – хозяйственно-питьевое и культурно-бытовое водопользование | II вид – рыбохозяйственное водопользование |
I категория – водные объекты, используемые в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности | Высшая категория – места расположения нерестилищ, массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов |
II категория – водные объекты, используемые для культурно-бытовых нужд (купание, занятие спортом и отдых населения) | I категория – водные объекты, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствитель-ностью к содержанию кислорода |
II категория – водные объекты, используемые для других рыбохозяйственных целей. |
При сбросе сточных вод в водные объекты нормы качества воды водного объекта в расчетном створе, расположенном ниже выпуска сточных вод, должны соответствовать санитарным требованиям в зависимости от вида водопользования.
Для нужд населения используют только пресную воду, содержащую определенное количество растворимых солей и нерастворимых примесей. В случае превышения этих показателей природная вода подвергается очистке, направленной на удаление взвешенных веществ и солей, в основном кальция и магния.
К каждой категории водопользования с точки зрения качества воды предъявляются различные требования: в одних случаях – более, в других – менее жесткие.
В воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается (ПДК =0), что объясняется прогрессивным накоплением этих веществ в последовательных звеньях пищевых цепей.
Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, другие опасны как при попадании внутрь, так и при контактном воздействии. Соответственно присутствие первых ограничивает возможности для купания и умывания (санитарное ограничение), а вторых – лимитирует как купание, так и использование воды для питьевых нужд и приготовления пищи.
Некоторые вещества вредны в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном или органолептическом воздействии, и поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения с обще санитарной точки зрения. Однако в водных объектах второй категории они оказываются вредными для их фауны, и здесь на первое место выдвигается их токсическое действие.
Соответственно нормы ПДК на эти вещества ожесточаются, например, если в водных объектах первой категории ПДК аммиака составляет (по азоту) 2мг/л, то во второй категории – в 40 раз ниже. Есть вещества малоядовитые, но обладающие резким запахом, например нефтепродукты.
В водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах, поэтому в основу ограничения кладутся органолептические свойства воды, загрязненной нефтью (ПДК=0,3). Однако мясо рыб, обитающих в загрязненной нефтепродуктами воде, обладает более резким запахом, а кроме того, нефть токсична для икры, мальков, личинок. Поэтому в таких объектах присутствие нефти лимитируется, прежде всего по рыбохозяйственному показателю, и ПДК здесь снижается до 0,05мг/л.
Таким образом, для обеспечения чистоты водных объектов кроме предельно допустимых концентраций используется другой норматив: лимитирующий показатель вредности, отражающий приоритетность требований к качеству воды.
В водных объектах культурно – бытового и хозяйственно – питьевого назначения в основу нормирования положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в водных объектах рыбохозяйственного назначения – в основном рыбохозяйственный, токсикологический и отчасти органолептические лимиты.
Что касается предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде водных объектов, то соответственно лимитирующим показателем вредности существуют два вида ПДК: для воды водных объектов первой и второй категории.
ПДК в воде водных объектов первой категории существуют для 640 веществ, второй категории – для 147 веществ, причем лишь некоторые из них присутствуют в обоих списках.
Основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах:
- соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т.е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние окружающей среды в целом. Санитарное состояние водных объектов и качество их воды у мест водопользования должны соответствовать нормативным показателям, т.е. ПДК.
Предельно допустимая концентрация примеси в воде водного объекта - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования.
Иными словами предельно допустимая концентрация вредных веществ в водном объекте – это такая концентрация, при превышении которой, вода становится непригодной для питья или других видов водопользования.
Состав и свойства воды в водных объектах должны соответствовать нормативам в створе, заложенном в водотоках, - в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно – питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта).
На непроточных водоемах – в одном километре по обе стороны от пункта водопользования. Створ – это участок реки, на котором располагается пруд или платина, обеспечивающие подъем уровня воды.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Используя исходные данные и данные таблиц 3,4,5,6, определить возможность сброса сточных вод предприятия в водоем. Задача решается как для водотоков, так и для непроточных водоемов.
В методических указаниях рассматривается этот вопрос на примере водотоков.
Задача
Предприятие осуществляет сосредоточенный выпуск в водоток сточных вод, содержащих вредные компоненты, концентрация каждого из которых – Сст. Выпуск сточных вод производится у берега (в стержень реки) с максимальным расходом qст. Расчетный створ пункта водопользования расположен от места выпуска сточных вод на расстоянии L ниже по течению водотока. На участке смешения водоток имеет средний объемный расход Qв, среднюю глубину русла – Нв и среднюю скорость потока – Vв. Фоновая концентрация вредных веществ в водотоке – Сф.
Требуется:
1) определить кратность разбавления сточных вод в расчетном створе водопользования;
2) определить концентрацию каждого вредного компонента сточных вод после смешения с водотоком в расчетном створе водопользования;
3) составить уравнение материального баланса смешения сточных вод предприятия с водотоком;
4) оценить санитарное состояние воды в расчетном створе пункта водопользования.
Сделать выводы. В случае несоблюдения требований санитарных условий в водотоке указать, какие технические, технологические или другие мероприятия могут быть осуществлены для достижения требуемых условий.
Пример
Предприятие осуществляет сосредоточенный выпуск в водоток сточных вод, содержащих вредные компоненты, концентрация которых равна Сст.нефть =1,6 мг/л; Сст.свинец =0,4 мг/л; Сст.ОП-7 =0,06 мг/л. Фоновая концентрация вредных веществ в водотоке – Сф.нефть=0,35 мг/л; Сф.свинец=0,04 мгл/л; Сф.ОП-7 =0,17 мг/л. Выпуск сточных вод производится у берега ξ=1 с максимальным расходом qст.=1м3/с. Расчетный створ пункта водопользования расположен от места выпуска сточных вод на расстоянии L=77 км ниже по течению водотока. Расстояние от места выпуска сточных вод в водотокдо створа ближнего пункта водопользования по прямой l=66 км. На участке смешения водоток имеет средний объемный расход Qв=110 м3/с, среднюю глубину русла – Нв=4,2 м и среднюю скорость потока – Vв.=4,2 м/с.
Литература
1. Ягафарова Г.Г.,Насырова Л.А.,Шахова Ф.А. и др. Инженерная экология в нефтегазовом комплексе: учебное пособие. - Уфа, УГНТУ, 2007. -334с.
2. Бродская Н.А,Воробьев О.Г.,Маковский А.Н. и др. Экология. Сборник задач, упражнений и примеров: учебное пособие для вузов - М. : Дрофа, 2006. - 508с.
3. Кузнецова Е.В, Туктамышев А.Ф., Болгова А.С. и др. Методы и технические средства очистки нефтесодержащих сточных вод.- СПб.:Недра, 2006, - 192с.
4. Акинин Н.И. Промышленная экология: принципы, подходы, технические решения.-Долгопрудный,Интеллект, 2011, - 312с.
5. Акинова Т.А., Хаскин В.В. Экология : Учебник для ВУЗов – М.: ЮНИТИ, 1998.-455с.
6. Булатов А.И., Макаренко П.П., Шеметов В.Ю. Охрана окружающей среды в нефтегазовой промышленности. – М.: Недра, 1997.- 483с.
7. Проскуряков В.А., Шмидт А.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. – Л.Химия, 1997
8. Амиров Я.С., Сайфуллин Н.Р., Гимаев Р.Н. Технико-экономические аспекты промышленной экологии. Ч.2. Защита водоемов: Учебное пособие. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995.-262с.
9. Методические указания по применению правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.- М.:Харьков,1982.
Дополнительная литература
1. Протасов В.Ф., Молчанов А.В.. Экология, здоровье и природопользование в России /Под ред.В.Ф. Протасова. – М.: Финансы и статистика, 1995.-528с.
2. Алексеева Н.А., Абдрахимов Ю.Р., Шарафутдинов М.С. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Теоретические основы экологии». – Уфа, УГНТУ, 1993
3. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637с.
4. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учеб.пособие для химико-технологических вузов. – М.: Высш.шк., 1988.-272с.
5. Панов Г.Е., Петряшин Л.Ф., Лысяный Г.Н. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. – М.: Недра, 1986. – 244с.
И.М.Ильина., Корепанова Л.Ф., Рымашевская И.Н.
ЭКОЛОГИЯ
Методические указания