Основы экологии и энергосбережения

Вопрос 39. Принципы рационального использования и охраны недр Земли (полезных ископаемых).

 

Широкое распространение  в связи с проблемой сохранения природы приобретают идеи контроля окружающей природы как формы  научного наблюдения, включенного в  технологию рационального природопользования:

а) проблема использования минеральных ресурсов.

Ежегодно из недр земли  извлекается 100 млрд тонн минеральных  ресурсов, включая топливные, из которых 90 млрд тонн превращается в отходы. Поэтому ресурсосбережение и  снижение уровня загрязнения окружающей среды - две стороны одной медали. Как остановить или замедлить этот процесс истощения ресурсов? Единственная возможность - смоделировать в промышленности биосферный круговорот веществ. Нужно чтобы полезные элементы, содержащиеся в сырье, не попадали на свалки, а многократно использовались.

б) рациональное использование  водных ресурсов.

Водоотводящие системы  и сооружения - это один из видов  инженерного оборудования и благоустройства  населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимый санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.

Количество производственных сточных вод определяется в зависимости  от производительности предприятия  по укрупненным нормам водопотребления  и водоотведения для различных  отраслей промышленности. Норма водопотребления - это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии. Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь.

в) рациональное использование почвенных ресурсов.

Неуправляемое влияние  на климат в совокупности с нерациональным ведением сельского хозяйства (внесение избыточного количества удобрений  или средств защиты растений, неправильное ведение севооборота) способно привести к значительному снижению плодородия почв, большим колебанием урожайности культур. А ведь уменьшение производства продовольствия даже на 1% может привести к гибели от голода миллионов человек.

Под действием хозяйственной  деятельности происходят засоления  почв, исчезновение многолетних растений, наступление песков, а в современное время эти процессы ускорились и приняли совсем другие масштабы. За свою историю человек превратил в пустыню не менее 1 млрд гектаров некогда продуктивных земель.

Чрезмерная концентрация животных на незначительных площадях с неустойчивым растительным покровом, возобновление которого затруднено из-за нехватки влаги и бедности почв, приводит к перевыпасу и, как следствие, к разрушению почв и растительности. Поскольку в засушливых районах почвы часто песчаные, то на местах перевыпаса возникают участки с незакрепленными песками, которые развеиваются ветрами.

Опустынивание признано одной из глобальных проблем человечества, решение которой требует объединение  усилий всех стран. Поэтому в 1994 году была принята Конвенция ООН по борьбе с опустыниваем.

г) рациональное использование  лесных ресурсов.

Сейчас все леса занимают лишь треть поверхности суши. Уже  первые земледельцы выжигали обширные участки лесов, чтобы расчистить территорию для посевов. С развитием сельского хозяйства промышленности леса стали быстро исчезать.

Сокращение лесных площадей и деградация лесов - обезлесение - стали  одной из глобальных экологических  проблем. Причиной обезлесения в  развивающихся странах остается, в частности, потребность в топливе. Почти 70% населения этих регионов по прежнему для приготовления пищи и обогрева домов и используют дрова и древесный уголь. Из-за уничтожения лесов уже почти 3 млрд человек столкнулись с острой нехваткой древесного топлива. Цены на него растут, и не покупку дров нередко уходит почти 40% семейного бюджета. В свою очередь, высокий спрос на древесное топливо подхлестывает дальнейшую вырубку лесов.

Рациональное использование  природных ресурсов необходимо, т.к. леса - "легкие нашей планеты", а значит, если произойдет полная вырубка леса, то резко уменьшится выработка кислорода.

д) реутилизация, как одно из важнейших направлений производства по сокращению расходов первичных ресурсов.

Реутилизация, или рециклинг - это повторное или многократное использование ресурсов. В мире наметился ощутимый прогресс в развитии рециклинга. Например, за период 1985-1995 год вторичное использование стекла в мире возросло с 20 до 50%, а металлов - с 33 до 50%, сегодня эти показатели еще выше.

е) ресурсосберегающие технологии.

В настоящее время  огромное количество металла уходит в стружку. Некоторые машины (экскаваторы, станки, машины, трактора) весят очень  много, что затрудняют их утилизацию. Порошковая металлургия - один из важнейших  способов экономии металла. Если при  металлообработке литья и проката в стружку уходит 60-70% металла, то при изготовлении деталей из пресс-порошков потеря материалов не превышает5-7%. Это не только экономит сырьё, но и энергию, снижает загрязнение атмосферы и воды. Без стружки можно обойтись при использовании точного литья, листовую и объёмную холодную штамповку.

ж) комплексное использование  сырья.

Значительную экономию первичных ресурсов может обеспечить комплексное использование сырья, т.е. получение из него сразу многих полезных веществ.

з) повышение эффективности использования продукции.

Одним из важнейших аспектов ресурсосбережения является повышение  эффективности использования ресурсоёмкой продукции и продление срока  её службы начиная с с\х техники, автомобилей и заканчивая одеждой  и обувью. Ремонт товара, чем замена его новым, не только экономически выгоден, он создаёт и новые рабочие места особенно в области ремонта бытовой техники, компьютеров, автомобилей. Удвоение срока эксплуатации автомобиля в 2 раза сокращает использование ресурсов, необходимых для его производства.

и) информационные технологии как один из путей снижения расхода некоторых ресурсов. 
            Задача (тип III(5)). Рассчитать нормативы допустимых сбросов (ДС) и предельно допустимых концентраций (ДК) загрязняющих веществ в сточных водах, сбрасываемых в водотоки рыбохозяйственного использования. Выпуск сточных вод береговой. Фоновые концентрации принимаются в размере 70 %  от  ПДК.

При решении задачи используется методическое пособие .

Наименование показателей, мг / дм3	Вариант данных для расчета
	1		2		3		4		5		6		7		8
	Расход сточных вод, м3 / с (q)
	0,005	0,006		0,006		0,007		0,008		0,007		0,002		0,004
	Концентрация загрязняющих веществ  в сточных водах, мг / дм3
Взвешенные  вещества	7,1	7,0		8,0		8,3		8,1		7,9		7,8		6,9
Сухой остаток	330	-		311		-		430		-		390		-
БПК5	4,7	4,3		4,9		4,35		4,63		4,1		3,9		4,0
ХПК	-	-		-		12,0		-		11,5		-		11,1
Азот аммонийный	0,26	-		0,31		-		0,32		-		0,29		-
Азот нитритный	0,06	-		-		0,07		-		-		-		-
Азот нитратный	-	7,8		-		-		-		8,1		-		8,0
Фосфаты	-	-		-		0,85		-		-		-		-
Фосфор общий	-	-		0,2		-		-		-		0,17		-
Хлориды	145	-		-		-		250		-		-		-
Сульфаты	-	91,0		-		-		-		87,0		-		65
Нефтепродукты	-	-		-		0,05		-		-		-		-
СПАВ	-	-		-		-		0,35		-		-		-
Железо	0,35	-		1		-		-		0,15		-		-
Медь	-	0,01		-		-		-		-		0,012		-
Цинк	-	-		-		-		0,012		-		-		0,011
Свинец	-	-		0,06		-		-		-		-		-
Хром	-	-		-		-		-		0,11		-		-

 

Исходные гидрологические  данные

 

 

Вариант данных для расчета	Расход воды в  русле реки, м3/с (Q)	Средняя глубина Нср, м	Vср, м/с	Коэффициент извилистости (φ)
1	1,05	0,85	0,45	1,06
2	1,10	1,15	0,42	1,07
3	1,12	0,96	0,30	1,10
4	1,3	1,20	0,41	1,12
5	1,45	1,10	0,52	1,05
6	1,35	1,25	0,37	1,08
7	0,95	0,97	0,41	1,07

 

 

Решение:

Пусть даны следующие  гидрологические характеристики реки:

Расход воды в реке 95 % обеспеченности, м3/с                                     1,45;

Средняя глубина реки, м                                                                          1,10;

Вид выпуска сточных  вод                                                             береговой;

Расчетный расход очищенных  сточных вод, м³/с                               0,008.

Исходя из нормативов допустимых концентраций, нормы предельно  допустимых сбросов загрязняющих веществ  ПДС (г/ч, т/год) определяются по формуле

ПДС = q · ДК

 

где q - расход сбрасываемых сточных вод, м³/ч;

ДК - расчетная допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг / дм³ или мг / л, рассчитывается по формуле:

 

ДК =

· (ПДК - Сф) - ПДК

 

где ПДК - предельно-допустимая концентрация загрязняющих веществ  в воде водотока, мг / дм³ (используются табличные данные в указанном методическом пособии );

Сф - фоновая концентрация того же загрязняющего вещества в  воде водотока выше створа выпуска  сточных вод, мг / дм³ (см. по условию);

Q и q - расходы воды в водотоке и сбрасываемых сточных водах соответственно, м³/с;

а - коэффициент смешения сточных вод с водой водотока. Коэффициент а рассчитывается по формуле:

 

 

где α - коэффициент, учитывающий  гидравлические факторы смешения сточных  вод с водой водотока, который  определяется по формуле

 

 

где φ - коэффициент извилистости водотока, равный отношению расстояний между выпуском и контрольным створом по фарватеру и по прямой (принимается равным 1);

ξ - коэффициент, принимаемый  в зависимости от типа выпуска (ξ = 1 при береговом и ξ = 1,5 при  русловом выпуске);

Е - коэффициент турбулентной диффузии, который определяется по форму Потапова:

 

Е = VСР · HСР / 200

 

где VСР, м/с и HСР, м - соответственно средняя скорость течения воды и  средняя глубина водотока на участке  между выпуском сточных вод и  контрольным створом (даны по условию).

По формуле определяем коэффициент турбулентной диффузии:

 

Е = VCP · HCP / 200 = 0,52 · 1,10/200 = 0,00286.

 

По формуле вычисляем  коэффициент учета гидравлических факторов:

 

= 1,1

 

Далее по формуле определяем коэффициент:

 

 

По формуле для примера  рассчитываем допустимую концентрацию по ХПК (ПДК = 30 мг/л - справочная величина, Сф - принимаем 70 % от ПДК:

 

ДК = · (ПДК - Сф) - ПДК = · (30 - 21) - 30= 1095,56 мг/л

 

Допустимый сброс определяем по формуле:

 

ПДС = q х ДК = 0,008 х 1095,56 = 8,76г/ч

 

Ответ: 8,76 г/ч - ДС; 1095,56 мг/л - ДК.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача (тип IX(1)). Напряжение источника электроэнергии U₁, В. Расстояние от источника до потребителя l, км. Напряжение в конце линии электропередачи U₂, В. Определить сечение проводов для передачи мощности P₂, кВт и проверить сечение на нагрев.

 

Вариант данных для расчетов	Вид провода	Параметры
		U1, В	U2, В	l, км	P2, кВт
1	Медь	125	120	1,0	1,0
2	Медь	225	212	2,0	0,8
3	Алюминий	220	215	3,0	3,0
4	Медь	127	122	2,5	2,0
5	Алюминий	120	115	2,0	1,5
6	Медь	230	225	1,5	1,5
7	Алюминий	220	218	2,0	1,2
8	Медь	125	120	1,5	3,0
9	Алюминий	127	125	1,0	3,5
10	Медь	220	215	1,5	2,5
11	Алюминий	127	125	0,8	4,0
12	Медь	127	125	1,0	3,2