 |
Оценка качества воды водного объекта
|
|
|
|
СБОРНИК ЗАДАЧ
ПО ПРИКЛАДНОЙ ЭКОЛОГИИ
Рекомендовано методическим советом
Морского государственного университета
в качестве учебно-методического пособия для курсантов и студентов
инженерных специальностей
Владивосток
УДК 504. (075.8)
Фирсова Л. Ю., Безвербная И. П. Сборник задач по прикладной экологии: Учебно-методическое пособие. – Владивосток: МГУ, 2007. –94с.
В учебно-методическом пособии представлены некоторые расчетные методы, которые используются в прикладной экологии, являющейся значительной частью курса учебной дисциплины «Экология» для инженерных специальностей. Каждый тип приведенных в пособии задач снабжен примерами их решения, что позволяет использовать Сборник задач как для аудиторных, так и для самостоятельных индивидуальных работ.
Табл. 15, библиогр. 14 назв.
Рецензенты:
Васильева М. С.,к. х. н., ст. преп. Дальневосточного
государственного университета;
Бузолева Л. С., д. б. н., проф. каф. общей экологии
Дальневосточного государственного университета
© Фирсова Л. Ю., Безвербная И. П.
© МГУ им. адм. Г. И. Невельского
ВВЕДЕНИЕ
Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она исследует механизмы антропогенного воздействия на природу и окружающую человека среду, следит за ее качеством, обосновывает нормативы антропогенной нагрузки на составляющие среды обитания, формирует экологические критерии экономики, контролирует соответствие различных планов и проектов экологическим требованиям, разрабатывает технические средства защиты окружающей среды от вредного воздействия человеческой деятельности, а также способы и средства восстановления нарушенных человеком природных систем.
|
|
|
Данное учебно-методическое пособие дает представление о методах оценки качества среды обитания, об опасности некоторых видов деятельности человека для его здоровья, а также о методах экономического регулирования природопользования.
Задачи, приведенные в первом, втором и третьем разделах пособия, знакомят учащихся с некоторыми методиками экологической оценки уровня загрязнения природных вод, воздуха и почвы. Четвертый раздел посвящен вопросам радиоэкологии; в пятом размещены задачи по расчету ущерба от загрязнения атмосферного воздуха и водных объектов.
Данные расчетные задания могут быть использованы как для аудиторных, так и для самостоятельных занятий.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД
Вода является важнейшим компонентом окружающей среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом. Вода, наряду с кислородом, энергией Солнца и питательными веществами, вода обеспечивает само существование жизни во всех средах обитания на Земле. Водные ресурсы планеты включат Мировой океан, поверхностные и подземные воды суши, атмосферные воды, а также воды снегов и льдов, материковых и плавучих. Человек для своих нужд использует воды различного происхождения и при этом изменяет исходные свойства природной воды.
Использование водных объектов для удовлетворения различных потребностей населения и хозяйственных нужд называется водопотреблением. Оно включает изъятие (забор) воды и использование водных источников для купания и отдыха у воды, рыбохозяйственных целей, сброса сточных вод, сплава древесины, водного транспорта и других служб, не связанных с забором воды из водоема. Использование природных вод любого происхождения называется водопотреблением. Сброс сточных вод (вод, использованных на различные нужды, в результате чего изменился их исходный состав) непосредственно в водоемы или подземные водоносные горизонты, а также в сети канализации – водоотведением.
|
|
|
Требования к составу и свойствам воды в водных объектах представлены и утверждены Санитарными нормами и правилами охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН № 4630-88 от 04.07.88).
Нормативы состава и свойств воды устанавливаются в зависимости от категории водопользования. Все водные объекты, как поверхностные, так и подземные, принято разделять на три основные категории – хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения. Вода водных объектов хозяйственно-питьевой категории может быть использована в качестве источника централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения населения, а также для предприятий пищевой промышленности. Водные объекты культурно-бытовой категории используют для культурно-бытовых целей населения (купание, занятие спортом, отдых), а также для нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства. Водные объекты рыбохозяйственной категории – это среда обитания для различных видов гидробионтов (рыб, моллюсков, ракообразных, водорослей и пр.), которые могут быть пищей для человека и сельскохозяйственных животных.
Изменение состава или свойств воды водного объекта в результате сброса сточных вод и других видов деятельности человека называют антропогеным загрязнением природных вод. Загрязнение вод может происходить и в результате естественного поступления различных химических веществ с паводковыми водами, атмосферными осадками.
Качество воды в природных водоемах может восстанавливаться с течением времени за счет процессов естественного самоочищения, связанного с физико-химическими и биологическими преобразованиями поступивших веществ. Однако улучшение состояния водоемов возможно лишь в том случае, когда масштаб и длительность загрязнения не превышают резервные возможности водоема к самоочищению.
Оценка загрязнения водоемов органическими веществами
По величине БПК
|
|
|
Вода легко загрязняется чужеродными ей примесями, в частности, легкоокисляющимися органическими веществами. Источники загрязнения могут быть как природного, так и антропогенного происхождения.
Существует важный критерий, с помощью которого определяют качество воды, т.е. насколько она загрязнена. Этот критерий – количество растворенного в воде кислорода. Живущие в воде аэробные бактерии с помощью кислорода окисляют органические соединения, попавшие в воду и являющиеся для микроорганизмов пищей. Органические вещества, способные окисляться в воде бактериями, называются биоразложимыми. Процесс биоразложения или биохимического окисления многостадиен и может длиться от нескольких часов до нескольких недель. В конце этого процесса все химические элементы, входившие в состав органического вещества-загрязнителя, переходят в окисленную форму (СО2, Н2О, NО3-, РО43-, SО42-), которая является неопасной для живых организмов и позволяет включать эти элементы в биогеохимический круговорот.
Количество растворенного кислорода, необходимое для превращения всех биоразложимых органических отходов в 1 литре воды, называют биохимической потребностью в кислороде (БПК5). Этот показатель характеризует перегруженность воды органическими загрязнителями
БПК5 не должна превышать 3,0 мг О2 на 1 л воды для водоемов хозяйственно-питьевого назначения и 6,0 мг О2 на 1 л воды – для водоемов культурно-бытового водопользования. Для морей (I и II категории рыбохозяйственного назначения) пятисуточная потребность в кислороде (БПК5) при 20оС не должна превышать 2 мг О2 /л..
Точное значение БПК5 определяют экспериментально, на что требуется не менее пяти дней. Возможно расчетным путем ориентировочно оценить потребность в кислороде для самоочищения воды от попавших в водоем биоразложимых веществ. В приведенных ниже задачах предлагается оценить уровень загрязнения воды водоема различными органическими веществами, рассчитав для каждого случая БПК и сравнив его величину с нормативной.
Пример.
Можно ли сбросить в водоем объемом∙6∙108 м3 100 л сточных вод, содержащих 750 г пропилового спирта?
|
|
|
Решение:
Окисление пропилового спирта С3Н7ОН протекает по реакции:
С3Н7ОН + 5О2 → 3СО2 + 4 Н2О,
То есть на окисление 1 моля спирта требуется 5 молей кислорода. Массы молей этих веществ составят соответственно (3∙12 + 7∙1 + 16 + 1) 60 и (5∙2∙16) 160 граммов. Теперь можно составить простое соотношение и определить массу кислорода, необходимого для окисления 750 г пропилового спирта:
60 – 160
750 – х.
Перемножив 750 и 160 и разделив на 60, получаем 1200 г – столько потребуется кислорода. Для расчета БПК найденную массу кислорода разделим на объем воды водоема: 1200 103 мг: 6∙108∙103 л = 2 10-6 мг О2 /л.
Вывод:
Полученная величина меньше норматива БПК для водоемов хозяйственно-питьевого назначения, следовательно, сброс допустим.
Задача 1.
Мочевина (NH2)2CO – конечный продукт метаболизма белков у животных и человека, может попасть как загрязнитель в водоем (с экскрементами и мочой), разлагаясь там аэробными бактериями по реакции:
(NH2)2CO + 4O2 → H2O + CO2 + 2H+ + 2NO3-.
Определите БПК воды для водоема объемом V, куда сброшено m граммов мочевины и сравните с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
| Вариант | |||||||||
| V, л | 3∙106 | 3∙106 | 3∙106 | 6∙1012 | 6∙1012 | 6∙1012 | 3∙109 | 3∙109 | 3∙109 |
| m, г |
Задача 2.
В состав многих синтетических моющих средств (СМС) входит органический анион метилдецилсульфонат
H3C –.(CH2)9 – CH – (CH3) – C6H5SO3-.
Аэробные бактерии могут разлагать этот анион и далее окислять его по реакции:
2C18H29SO3- + 51O2 → 36CO2 + 28H2O + 2H+ + 2SO42-.
Определите БПК на эту реакцию для водоема объемом V, куда сброшено m граммов метилдецилсульфоната в составе сточных вод и сравните полученную величину с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
| Вариант | |||||||||
| V, м3 | 5∙106 | 3∙107 | 8∙106 | 6∙1010 | 6∙1012 | 8∙1014 | 3∙109 | 6∙109 | 3∙108 |
| m, г |
Задача 3.
В результате аварийного сброса в водоем попал фенол С6Н5ОН, который находящимися в природных водах бактериями окисляется по реакции:
С6Н5ОН + 7О2 → 6СО2 + 3Н2О.
Определите БПК на окисление m граммов фенола, попавшего в водоем объемом V, и сравните полученную величину с нормативами для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.
| Вариант | |||||||||
| V, м3 | 2∙105 | 3∙106 | 8∙106 | 4∙1010 | 5∙1012 | 5∙1011 | 3∙109 | 9∙1098 | 3∙1010 |
| m, г |
|
|
|
Оценка качества воды водного объекта
|
|
|
