VII. Основы экономики природопользования. Экозащитная техника и технологии. Профессиональная ответственность

 

Лабораторная работа № 25

Вычисление коэффициента загрязнения воздуха,

ПДК загрязнителей

Цель работы: изучить методику определения показателя загрязнения окружающей среды.

Материалы и оборудование: методика определения показателей загрязнения окружающей среды, линейка, микрокалькулятор, пишущий инструмент, бумага.

Краткая теория:

С целью выявления степени вреда, который наносит хозяйственная деятельность человека окружающей среде, необходимо пронормировать веса экологических объектов.

Основа для нормирования весов экологических объектов – их ранжирование. Принцип ранжирования – хозяйственная деятельность человека. Присвоив экологическим объектам номера, получим следующую ранжированную последовательность: человек (i ₁, или i = 1); домашние животные и культурные растения (i ₂, или i = 2); промысловые животные и дикорастущие растения (i ₃, или i = 3); доминирующие и массовые виды компонентов биоценоза (i ₄, или i = 4); малочисленные виды растений и животных, нейтральные в отношениях хозяйственной деятельности человека (i ₅, или i = 5). i – номер экологического объекта.

В задачу входит «взвесить» экологические объекты по признаку значимости их для хозяйственной деятельности человека.

Из сопоставления ранжированной последовательности и формулы (1) получим следующие значения весовой функции в зависимости от номера объекта в экологической последовательности, табл. 1.

Таблица 1

Значение весов для основных экологических объектов

Код	Экологические объекты	Вес объекта в ранжированной последовательности ϕ (i)
i 1	Человек	2,0
i 2	Домашние животные и культурные растения	1,0
i 3	Промысловые животные и дикорастущие растения, используемые в хозяйственной деятельности человека	0,75
i 4	Массовые виды компонентов биоценоза, неиспользуемые в хозяйственной деятельности человека	0,50
i 5	Малочисленные виды компонентов биоценоза, нейтральные в отношении хозяйственной деятельности человека	0,31

Для качественной оценки степени загрязнения среды обитания необходимо найти критерий нормализации среды обитания. Руководствуясь им, можно выбрать технико-биологические средства защиты окружающей среды. Для единичного объекта, очевидно, будет справедливо соотношение:

где γ _i – оценка уровня токсичности (вредности); ϕ (i) – функция, нормирующая вес данного объекта в экосистеме; γ_пр – приведенная оценка токсичности данного объекта с учетом места, занимаемого им в экосистеме.

Характеристику всей системы q можно получить, если просуммировать элементарные состояния, т.е.

где n – число экологических объектов.

Теоретически можно представить некоторое предельное состояние q _max системы, когда величина γ _i достигает для всех экологических объектов максимально возможного уровня, т.е.

где q_max – предельное состояние системы, когда величины γ _i достигают для всех экологических объектов максимально возможного уровня.

Критерий нормализации среды обитания В

Процедура определения критерия нормализации В – сопоставление конкретно сложившейся эколо-гической ситуации с ГЭТ. В результате сопоставления находится текущее значение γ _i по каждому эко-логическому объекту. Значения γ_max также определяется по ГЭТ (максимальные оценки).

Формула (3) и ГЭТ образуют алгоритм, позволяющий формализовать с помощью компьютера процесс определения критерия нормализации среды обитания.

Значение q _max можно получить, просуммировав последнюю строку расчетной матрицы

Из формулы (3) следует, что максимальное значение нормализации равно единице, т.е. В _max = 1. Такое состояние возникает тогда, когда конкретно сложившаяся экологическая ситуация соответствует пятой позиции по всем экологическим объектам. В этом случае γ _i = γ_max и все выражение (3) вырождается в единицу. Минимальное значение коэффициента нормализации будет иметь место, когда все оценки в первой строке базисной матрицы будут равны нулю (санаторные условия для человека и условия заповедника для остальных экологических объектов). Тогда В _min = 0.

Коэффициент загрязнения окружающей среды G (j) может быть представлен как совокупность загрязнений от всех потенциально возможных загрязнителей S, отнесенная к приведенному числу загрязнителей m_n

Под предельной концентрацией загрязнения понимают отношение концентрации загрязнителя N, которое фактически сложилось в данной экологическом регионе, к физиологически допустимой концентрации

Таблица 2

Генеральная экологическая таблица (ГЭТ)

Позиции соответствующей бальной оценки	Состояние среды обитания (поз. Р)	Оценка вредности среды обитания для экологических объектов
i =1	i =2	i =3	i =4	i =5
	Безвредная среда обитания, загрязнители воздуха, воды и почвы не накапливаются	2,0	1,0	0,75	0,5	0,31
	Нормальная среда обитания, но загрязнители воздуха, воды и почвы постепенно накапливаются	4,0	2,0	1,5	1,0	0,62
	Обнаруживаются случаи обратимых морфофизиологических нарушений, не связанных с изменением генетической структуры популяции	6,0	3,0	2,25	1,5	0,93
	Обнаруживаются случаи обратимых морфофизиологических нарушений с изменением генетической структуры популяции	8,0	4,0	3,0	2,0	1,24
	Предельно вредная среда обитания	10,0	5,0	3,75	2,5	1,55

0 ≤ B ≤ 1.

Ф для нормального существования биосферы и ее элементов (экологических объектов)

где N – фактическое количество загрязнителя; Ф – физиологическая норма.

Если в конкретной среде обитания появляется не один, а несколько загрязнителей, то их совокупное действие, т.е. величина S, будет равна

где F (j) – некоторая функция, обозначающая в формальном отношении нормирование весов загрязнителей в ранжированной последовательности из j загрязнителей.

В физическом смысле функция F (j) характеризует относительную токсичность (вредность) загрязнителя.

Таблица 3

Физиологические нормы концентрации вредных веществ

в атмосфере населенных пунктов

Вещества	Предельно допустимые концентрации, Ф, мг/м^3
максимальная разовая	среднесуточная
Двуокись азота	0,085	0,085
Бензин сланцевый	0,05	0,05
Бутан		-
Карбофос	0,015	-
Ксилол	0,2	0,2
Метанол		0,5
Соединения свинца
Сероводлород

где j – номер загрязнителя в ранжированной последовательности из m загрязнителей.

Нормирующая функция F (j) определяется из опросов экспертов или методами математического моделирования.

Приведенные значения числа загрязнителей m_p

Коэффициент загрязнения воздуха пылегазовыми загрязнителями определяется по выражению

Коэффициент загрязнения воды жидкими загрязнителями определяется по формуле

Формула (7) дает нижнее значение функции F (j). Верхние значения той же функции могут быть получены на основе формулы Лапласа в следующем виде: F (j ₁) = 0,992; F (j ₂) = 0,984; F (j ₃) = 0,96; F (j ₄) = 0,884; F (j ₅) = 0,626; F (j ₆) = 0,415 и т.д.

Верхние и нижние значения функции образуют область существования относительной токсичности (табл. 4).

Таблица 4

Ранжированная последовательность относительной степени токсичности загрязнителей

Номер ранжированной последовательности	Загрязнители	Относительная степень токсичности
	Пылегазовые и жидкие загрязнители, склонные к синергизму и не разлагающиеся естественным путем	0,996
	Пылегазовые и жидкие загрязнители, не склонные к синергизму и не разлагающиеся естественным путем	0,992
	Пылегазовые и жидкие загрязнители, склонные к синергизму и способные самопроизвольно разлагаться под действием естественно-биологических процессов	0,855
	Одиночный пылегазовый и жидкий загрязнитель с высокой степенью токсичности, не разлагающийся естественным образом (стойкий загрязнитель)	0,692
	Одиночный пылегазовый и жидкий загрязнитель с высокой степенью токсичности, разлагающийся естественным образом (нестойкий загрязнитель)	0,468
	Пылегазовые и жидкие загрязнители, взаимно нейтрализующиеся при смешении	0,301

 

Если загрязнители рассматривать в виде некоторого m –мерного пространства, координаты которого отображаются соответствующими коэффициентами загрязнения, то комплексный коэффициент выразится в виде геометрической суммы загрязнителей, функционирующих в биосфере

где G _об – комплексный коэффициент загрязнения; G_m (j) – коэффициент загрязнения при потенциально возможном загрязнителе; m – число загрязнителей.

В соответствии с формулами (9, 10) формируются основные (базисные) оценки степени загрязнения среды обитания (табл. 5) и аттестационная шкала по оценке степени загрязнения (табл. 6).

Таблица 5

Основные (базисные) оценки степени загрязнения среды обитания по значимости коэффициента загрязнения (первый вариант оценивания)

Значение коэффициента загрязнения	Словесная оценка среды обитания
Gп-г(j)<1; Gж(j)<1	Вполне здоровая (условия санатория или заповедника)
Gп-г(j)=1; Gж(j)=1	Нормальная
Gп-г(j)>1; Gж(j)>1	Загрязненная

Таблица 6

Оценка степени загрязнения среды обитания при значениях

коэффициента загрязнения G > 1

Коэффициент загрязнения среды обитания пылегазовыми и жидкими загрязнителями G(j)	Вербальная (словесная) оценка степени загрязнения среды обитания
До 1,0	Безвредная
1…1,99	Малая
2…2,99	Существенная
3…3,99	Интенсивная
4…5,0	Весьма интенсивная
Более 5,0	Ктастрофическая

 

Пример. Определить коэффициент загрязнения воздуха атмосферы для экологического района, в котором расположены предприятия химической промышленности, выбрасывающие в воздух атмосферы пылегазовые отходы, содержащие двуокись азота (плотность загрязнения N = 0,128 мг/м³), ацетальдегид (N = 0,021 мг/м³), бутифос (N = 0,033 мг/м³), диметиламин (N = 0,09 мг/м³) и изопропиловый спирт (N = 0,72 мг/м³).

Группа экспертов – экологи, гигиенисты, инженеры-химики – построила ранжированную последовательность упомянутых веществ в порядке вреда, который эти вещества могут причинить экологическим объектам; по справочным данным выяснены физиологические нормы загрязнения. Исходные и расчетные данные сведены в табл. 7. Сумма , входящая в знаменатель формул (9) и (10), есть не что иное, как итог по графе (4) . Таким образом, имеются все необходимые данные для определения коэффициента загрязнения среды пылегазовыми загрязнителями.

По исходным данным определяем коэффициент загрязнения воздуха по формуле

Сопоставляя значения коэффициента загрязнения (G _п-г (j) = 2,28) с табл. 5, убеждаемся в существенном загрязнении среды обитания, в необходимости немедленного оздоровления ее в данном регионе. Значения коэффициента загрязнения (G _п-г (j) = 2,28), а также семантическая оценка степени загрязнения внесены в табл. 7.

Ход работы:

Задания:

1. Изучить методику определения показателей степени загрязнения окружающей среды (воздуха).

2. Определить коэффициент загрязнения воздуха атмосферы.

3. Произвести вербальную (словесную) оценку степени загрязнения окружающей среды (воздуха).

4. Определить минимальное число загрязнителей и их количество, при которых не происходит отрицательное воздействие на окружающую среду.

5. Изучить предельно-допустимые концентрации ПДК загрязнителей (полютантов) воздуха в городе, на заводе, в животноводческом помещении.

Методические указания:

1. По изученной методике определить коэффициент загрязнения воздуха атмосферы, используя таблицу прил. 1П.

2. Провести анализ полученных данных и сделать вербальную (словесную) оценку степени загрязнения воздуха.

3. Наметить пути снижения отрицательного воздействия на окружающую среду.

4. Определить минимальное число загрязнителей и их количество, при котором не происходит отрицательного воздействия на экологическую среду.

5. Изучить предельно-допустимые концентрации загрязнителей воздуха в промышленных городах, на заводе, животноводческом помещении.

6. Назовите классы опасности и вещества, входящие в каждый класс.

Содержание отчета

Цель работы, задание, значение вычисленного коэффициента загрязнения воздуха, анализ полученных данных и их сравнение с предельно-допустимой концентрацией (ПДК), пути снижения загрязнения воздуха, значение ПДК загрязнителей воздуха.

Приложение 1

Загрязнители воздуха, мг/л

Вариант	Двуокись азота	Ацетальдегид	Бутифос	Диметиламин	Изопропиловый спирт	Сероводород
	0,120	0,020	0,030	0,090	0,70	2,0
	0,120	0,020	0,030	0,090	0,70	2,0
	0,125	0,021	0,033	0,080	0,72	3,0
	0,125	0,021	0,033	0,080	0,72	3,0
	0,126	0,022	0,034	0,089	0,71	2,5
	0,126	0,022	0,034	0,089	0,71	2,5
	0,220	0,023	0,035	0,088	0,69	1,5
	0,220	0,023	0,035	0,088	0,69	1,5
	0,225	0,024	0,036	0,087	0,73	1,0
	0,225	0,024	0,036	0,087	0,73	1,0
	0,227	0,025	0,037	0,086	0,75	1,2
	0,227	0,025	0,037	0,086	0,75	1,2
	0,300	0,027	0,038	0,085	0,76	1,3
	0,300	0,027	0,038	0,085	0,76	1,3
	0,320	0,028	0,039	0,084	0,78	1,4
	0,320	0,028	0,039	0,084	0,78	1,4
	0,330	0,020	0,040	0,083	0,68	1,5
	0,330	0,020	0,040	0,083	0,68	1,5
	0,350	0,022	0,041	0,085	0,67	1,7
	0,350	0,022	0,041	0,085	0,67	1,7
	0,400	0,024	0,030	0,087	0,50	1,6
	0,400	0.024	0,030	0,087	0,50	1,6

 

 

Лабораторная работа № 26

Вычисление коэффициента загрязнения воды сточными водами,

ПДК загрязнителей

Цель работы: изучить методику определения показателей загрязнения воды сточными водами.

Материалы и оборудование: методика определения показателей загрязнения вод сточными водами, линейка, микрокалькулятор, пишущий инструмент, бумага.

Краткая теория:

Коэффициент загрязнения воды жидкими загрязнителями определяется по формуле

где N_m – фактическое количество загрязнителя, мг/л; Ф_m – физиологическая норма, мг/л; F (j) – некоторая функция, обозначающая в формальном отношении нормировании весов загрязнителей в ранжированной последовательности из j загрязнителей.

В физическом смысле функция F (j) характеризует относительную токсичность (вредность) загрязнителя

Пример. Определить коэффициент загрязнения воды сточными водами для экологического региона со следующей легендой: в районе расположены нефтеочистительные заводы, а также предприятия, обрабатывающие кожу, изготовляющие бумагу и пластмассовые изделия. Сточные воды сбрасываются частично в городскую канализацию (примерно 20 %), а оставшаяся часть направляется в реку без существенной очистки; результаты наблюдений показали наличие в воде следующих загрязнителей: углеводороды – 16 мг/л, детергенты – 20 мг/л, фенол – 15 мг/л, коагулированная смола – 11,2 мг/л, фтористые соединения – 0,8 мг/л; не удалось опросить экспертов о степени вреда, который эти вещества могут нанести экологическим объектам (рыбе в реке, людям и животным, пользующимся водой для питья).

Поэтому ранжирование вредности веществ произведено работниками санитарной службы, а значения весов (в соответствии с номером загрязнителя в ранжированной последовательности) определено по формуле Лапласа. Все исходные и расчетные данные представлены в табл. 8.

Определим коэффициенты загрязнения по формуле

Сопоставляя полученный результат G _ж (j) = 3,38 с данными табл. 6 (см. методику предыдущей лабораторной работы), приходим к заключению, что загрязнение воды весьма интенсивно. Требуются срочные меры инженерного воздействия.

Ход работы:

Задание

1. Изучить методику определения показателей степени загрязнения воды сточными водами.

2. Определить коэффициент загрязнения воды сточными водами.

3. Произвести вербальную (словесную) оценку степени загрязнения воды.

4. Определить минимальное число загрязнителей воды и их количество, при котором не происходит ухудшение качества воды.

5. Изучить предельно-допустимые концентрации загрязнителей воды в прудах и реках.

Методические указания

1. По изученной методике (см. предыдущую лабораторную работу) определить коэффициент загрязнения воды сточными водами, используя табл. 2П.

2. Провести анализ полученных данных и сделать вербальную (словесную) оценку степени загряз нения воды.

3. Наметить пути снижения отрицательного воздействия на окружающую среду.

4. Определить минимальное число загрязнителей воды и их количество, при котором вода не теряет своих качеств.

5. Изучить предельно – допустимые концентрации загрязнителей воды.

6. Назовите классы опасности и вещества, входящие в каждый класс.

Содержание отчета

Цель работы, задание, значение вычисленного коэффициента загрязнения воды, анализ полученных данных и их сравнение с ПДК, пути снижения загрязнения воды, значение ПДК загрязнителей воды.

 

Приложение 2

Загрязнители вод, мг/л

Вариант	Фенол	Фтористые соединения	Угле-водороды	Коагулированные смолы	Детергенты	Соединения свинца
	15,0	0,70	16,0	10,0	19,0	10,0
	15,0	0,70	16,0	10,0	19,0	10,0
	14,0	0,69	17,0	10,2	18,0	9,0
	14,0	0,69	17,0	10,2	18,0	9,0
	13,5	0,68	16,5	10,3	20,0	8,0
	13,5	0,68	16,5	10,3	20,0	8,0
	14,5	0,67	17,1	10,4	21,0	8,5
	14,5	0,67	17,1	10,4	21,0	8,5
	16,0	0,65	16,4	10,5	17,0	7,5
	16,0	0,65	16,4	10,5	17,0	7,5
	15,1	0,64	16,0	10,6	16,0	6,0
	15,1	0,64	16,0	10,6	16,0	6,0
	15,2	0,71	15,8	10,7	15,0	6,5
	15,2	0,71	15,8	10,7	15,0	6,5
	14,3	0,70	15,7	9,0	14,0	6,7
	14,3	0,70	15,7	9,0	14,0	6,7
	14,2	0,73	15,6	8,0	13,0	6,6
	14,2	0,73	15,6	8,0	13,0	6,6
	14,1	0,74	15,2	9,5	16,5	7,0
	14,1	0,74	15,2	9,5	16,5	7,0
	15,3	0,75	15,0	8,5	17,5	9,5
	15,3	0.75	15,0	8,5	17,5	9,5