Задача 1  Контроль качества питьевой воды.

Анализ химического состава вод необходим для оценки пригодности воды для различных потребителей.

Питьевая вода  - вода, в которой показатели бактериальных, органолептических свойств и степени токсичности химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения (ГОСТ 2874-82, ГОСТ Р 51232-98). Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

Весовая форма - представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дм3 или 1 кг воды.

Эквивалентная форма записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их спо­собности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить генезис вод. В расчетах используется форма записи: 

мг-экв/дмз  ==мг/дм3= 

где Э — химический эквивалент иона; К = — переводный коэффициент (табл. 4  )

При выражении содержания какого-либо иона в эквивалент­ной форме перед символом иона ставится знак r, например, rСа+2, rНСО3- и т. д. На основе эквивалентной формы вы­ражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дм3) равна сум­ме концентраций анионов. Анализ воды считается удовлетвори­тельным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма показывает относи­тельную долю участия того или иного иона в формировании ионно-солевого состава воды. Для вычисления процентного содержания анионов (катионов) их сумму принимают за 100% и рассчитывают процент содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Минерализация воды (М) — это сумма минеральных веществ в граммах или миллиграммах, содержащихся в 1 дм3 воды. Для определения М суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

       Жесткость воды определяется содержанием в ней солей Са2+ и Mg2+. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую),  некарбонатную,  неустранимую  (постоянную) жесткости.

Общая жесткость Ж0 определяется как сумма мг-экв ионов Са2+ и Mg2+ в 1 дм3 воды и слагается из карбонатной Жк и некарбонатной ЖНк жесткости:

Ж0 = Жк + Жнк;  Ж0 = Са2+ + Mg2+. 

Эквиваленты и переводные коэффициенты наиболее распространенных ионов природных вод

Таблица 4

Ион

К

Э

Ион

К

Э

Na+

23,0

0,0435

Cl-

35,5

0,0282

К+

39,1

0,0256

Вг-

79,6

0,0125

NH+4

18,0

0,0556

SO4 2-

48,0

0,0208

Са2+

21,0

0,0499

нсо3-

61,0

0,0184

Mg2+

12,2

0,0822

со32-

30,0

0,0328

Fe2+

18,6

0,0538

NO3-

62,1

0,0161

Fe3+

27,9

0,0358

I-

129,6

0,0079

А13+

8,99

0,1112

f-

18,99

0,0526

Н+

1,0

1,0

но2-

46,0

0,0217

Мn2+

20,47

0,0364

он-

17,0

0,0588

Zn2+

32,68

0,0306

hs-

33,07

0,0302

Сu2+

31,77

0,0314

Н2ВО3-

60,82

0,0164

Рb2+

103,59

0,0096

н2ро4-

96,98

0,0103

Ni2+

29,35

0,0340

H2SiO4-

95,10

0,0105

Со2+

29,46

0,0339

HsiO3-

77,09

0,0129

FeOH2+

36,43

0,0274

нро4 2-

47,98

0,0208

Условие задачи.

Обработать результаты химического анализа воды, приведенные в табл. 5, выраженные в весовой форме.

Таблица 5. Результаты химического анализа природных вод, мг /дм3

Показа-

тель

Вариант задания

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Содержание макрокомпонентов

К+

2

1

20

11

9

1

1,5

4

1

3

Na+

32

7

29

18

78

12

32

42

14

55

Са2+

75

59

106

87

89

42

32

90

100

21

Mg2+

35

16

25

46

24

33

8

37

37,5

5

нсо3-

281

163

117

315

276

296

164

366

336

1

so4 2-

134

63

207

75

83

2

53

73

134

2

CI-

23

19,5

73

119

125

31

33,5

65,5

12,5

136

Содержание микрокомпонентов

As

0,03

0,02

0,01

0,07

0,01

0,10

0,02

0,01

0,03

0,02

Fe

0,1

0,2

0,1

0,2

0,5

0,1

0,2

0,1

2,0

0,1

Pb

0,05

0,7

0,05

0,02

0,02

0,02

0,05

0,03

0,05

0,02

Zn

0,2

0,1

1,0

2,0

0,05

0,5

7,0

2,0

0,5

0,5

Hg

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,001

0,003

0,001

0,001

Cu

2,0

1,0

0,5

0,5

2,0

0,2

0,1

0,5

2,0

0,1

F-

0,5

0,5

1,5

2,0

0,5

9,0

1,5

0,5

0,5

9,0

N03-

5,0

10,0

15,0

5,0

10,0

15,0

5,0

15,0

10,0

5,0

Mn

0,05

0,07

0,2

0,3

0,05

0,05

0,07

0,03

0,5

0,05

Другие показатели

pH

7,4

7,7

5,7

7,2

5,7

8,0

5,2

7Д

7,2

7,0

СО2(св.)

8,2

0,9

3,2

2,6

17,4

1,9

21,4

1,6

9,4

7,1

Т, оС

9

8

10

11

12

8

8

9

10

15


Обработку анализа выполнить в следующей последова­тельности:

Перевести анализ воды из весовой в эквивалентную и процент-эквивалентную формы

(см. табл. 4). Результаты ана­лиза свести в табл. 6.

Таблица 6. Пересчет химических анализов воды из весовой в эквивалентную и

процент-эквивалентную форму


Катион

Содержание иона

Анион

Содержание иона

мг/дм3

мг-эка/дм3

%-экв

мг/дм3

мг-эка/дм3

%-экв

…

Σ

…

Σ


Вычислить погрешность анализа по формуле:

3.  Определить минерализацию воды.

4.  Вычислить общую жесткость воды.

5. Оценить пригодность воды для питья, используя табл. 7

Таблица 7. Питьевая вода. Обобщенные показатели и содержание вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах 


Показатели

Едини­цы измерения

Норматив (ПДК)

Показа­тель вред­ности

Класс опас­ности

1

2

3

4

5

Обобщенные показатели

Водородный показатель

Едини­цы рН

6 - 9

Общая минерализация (сухой остаток)

мг/л

1000 (1500)*

Жесткость общая

ммолъ/л

7,.0 (10)*

Окиоляемость

перманганатная

мг/л

5,0

Нефтепродукты (сумма)

мг/л

0,1

ПАВ анионоактивные

мг/л

0,.5

Hеорганические вещества

Алюминий

мг/л

0,5

сан.-токс.

2

Барий

мг/л

0,1

сан.-токс.

2

Бериллий

мг/л

0,0002

сан.-токс.

1

Бор (суммарно)

мг/л

0,5

сан.-токс.

2

Железо (суммарно)

мг/л

0,3 (1,0)*

органолепт.

3

Гидрокарбонаты НСО3

мг/л

400

Нитраты NO3-

мг/л

45

сан.-токс.

3

Кальций (суммарно)

мг/л

180

-

-

Кадмий (суммарно)

мг/л

0,001

сан.-токс.

2

Магний (суммарно)

мг/л

40

-

-

Марганец (суммарно)

мг/л

0.1 (0.5)*

органолепт.

3

Медь (суммарно)

мг/л

1,0

органолепт.

3

Молибден (суммарно)

мг/л

0,25

сан.-токс.

2

Мышьяк (суммарно)

мг/л

0,05

сан.-токс.

2

Натрий (суммарно)

мг/л

200

-

-

Никель (суммарно)

мг/л

0,1

сан.-токс.

3

Нитраты (по NO3-)

мг/л

45

органолепт.

3

Ртуть (суммарно)

мг/л

0,0005

сан.-токс.

1

Свинец (суммарно)

мг/л

0,03

сан.-токс.

2

Селен (суммарно)

мг/л

0,01

сан.-токс.

2

Серебро (суммарно)

мг/л

0,05

сан.-токс.

Стронций

мг/л

7,0

сан.-токс.

2

Сульфаты (S042-)

мг/л

500

органолепт.

4

Фториды (F )

мг/л

1,5

сан.-токс.

2

Хлориды (Сl-)

мг/л

350

органолепт.

4

Хром (Cr(VI)

мг/л

0,05

сан.-токс.

3

Цинк

мг/л

5,0

органолепт.

3

Органические вещества

Г-ГХЦГ (линдан)

мг/л

0,002

сан.-токс.

1

ДЦТ (сумма изомеров)

мг/л

0,002

сан.-токс.

2

2,4-Д

мг/л

0,03

сан.-токс.

2

Фенол

мг/л

0,001

органолепт.

4

Примечания:

* Величина, указанная в скобках, может быть установлена по пос­тановлению главного государственного санитарного врача на соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно-эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.

Задача 2 РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ГОРЕНИИ (ДВОРОВЫХ) КОНТЕЙНЕРОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Цель расчетов -  показать негативное воздействие возгорания отходов вблизи мест проживания населения.

При горении отходов в атмосферный воздух выделяются загрязняющие вещества в концентрациях, во много раз превышающих ПДК, что является причиной немедленной интоксикации организма при попадании его в зону больших концентраций этих веществ.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника достигается при неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Xм (м) от источника и определяется по формуле:

  (1)

где  А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы; для г. Пензы А=160

М (г/с) - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H (м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н = 2 м);

з - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, з = 1;

ДТ (°С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв;

V1 (м3/с) - расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле:

  (2)

где D (м) - диаметр устья источника выброса;

w0 (м/с) - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным 200.

В расчете принимаются сочетания М и V1, реально имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятия, при которых достигается максимальное значение См.

Расчет выполняется для случая горения отходов в контейнере объемом 1,0 м3 с площадью выходного отверстия 0,95 м х 0,95 м.

В этом случае эффективный диаметр устья (Dэ) определяется по формуле: 

  (3)

где L - длина устья, м; b - ширина устья, м.

При определении значения ДТ (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Значение безразмерного коэффициента F принимается для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, vм, v′м,  и fe.

  (4)

  (5)

Таким образом, принимаем следующие исходные данные. Высота (Н) для наземных источников принимается 2 м [1]. Диаметр устья дымовой трубы (Dэ) = 0,95 м. Температура отходящих газов (Тг) ≈ 270° С [2]. Средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее теплого месяца - +25,7°С для г. Пензы.

Расход газовоздушной смеси определяем, исходя из данных по образованию дымовых газов при горении отходов - 6 тыс. м3 при сжигании 1 т ТБО [3]. Расход газовоздушной смеси при горении отходов, определяем из учета сгорания 1,0 м3 при плотности отходов 0,25т/м3, т. е. одного контейнера (1 м3 = 0,25 т,) в течение 30 мин.

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формулам:

  (8)

m = 1 

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от vм по формулам

n = 1 при vм > 2;  (9)

Расстояние xм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация с (мг/м3) при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См, определяется по формуле

  (10) 

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находим по формуле:

  (11)

Сх = S1Cм,

где S1 – безразмерный коэффициент, который определяется по формулам:

С=S1См,

где S1 – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения X/Xм и коэффициента F;

при X/Xм≤1  S1=;

при 1≤X/Xм≤8  S1=;

при X/Xм>8  S1=.

Согласно Правил благоустройства, санитарной очистки, соблюдения чистоты и организации уборки территории г. Пензы от от 01.01.01 г. N 66-7/5., п.3.8 «площадки для установки контейнеров должны быть удалены от жилых и общественных зданий, спортивных площадок и от мест отдыха населения на расстоянии не менее 20м, но не более 100м»

               

Расчет загрязняющих веществ при горении (дворовых) контейнеров твердых бытовых отходов г. Пенза


№

варианта

Наименование вещества

ПДК

Масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух, М, г/с

1

СО

3

0,46

2

SO2

0,5

0,12

3

NO

0,4

0,62

4

Аммиак

0,2

0,02

5

формальдегид

0,035

0,05

6

НСl

0,2

1,78

7

HF

0,02

0,002

8

СН4 (метан)

1,5

0,21

9

Рb

0,0003

0,005

10

Cd

0,0003

0,24∙10-3

11

Hg

0,0003

0,83∙10-3

12

Диоксины

0,1 х 10-9

102∙10-9

13

Фураны

0,1 х 10-9

81∙10-9

Задание

1. Рассчитать максимальную приземную концентрацию (См) выброса вещества по варианту.

2. Рассчитать расстояние xм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация  выбранного вещества при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См(мг/м3)

3. Рассчитать концентрацию выбранного загрязняющего вещества на расстояниях

Х1=10 м, Х2=20 м, Х3=30 м, Х4=40 м, Х5=50 м, Х6=60 м, Х7=70 м, Х8=80 м, Х9=90 м, Х10=100 м,

4. По результатам расчета построить график рассеивания загрязняющего вещества, сравнить концентрации вещества при рассеивании с ПДК на расстоянии до 100 м

5. Сделать вывод о возможном влиянии на здоровье населения, проживающего в ближайших домах.