Оценка пригодности природной воды в качестве питьевой по

Оценка пригодности природной воды в качестве питьевой по
формуле М.Г. Курлова
Природные воды – все воды земного шара как планеты. В природных
условиях вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет
собой раствор, часто сложного состава, который включает газы (O2 , CO2 , H2S,
CH4 и др.), органические и минеральные вещества. В природных водах
обнаружено подавляющее большинство химических элементов. Наиболее
распространенные ионы: Na+ , Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ , Fe3+ , Cl- , SO 24 , HCO 3 , NO
3 , а также кремниевая кислота H2SiO3.
Описание природной воды по формуле М.Г. Курлова
Для удобства сопоставления анализов воды существуют различные
способы сокращенного изображения состава. Наиболее часто применяется
формула М.Г. Курлова – это наглядное изображение химического состава
природной воды. В этой формуле, выражаемой в виде псевдодроби, в
числителе пишут в процент-эквивалентах в убывающем порядке анионы, а в
знаменателе в таком же порядке катионы. Ионы, присутствующие в
количестве менее 10 % экв, в формулу не вносят. К символу иона
приписывают его содержание в процент-эквивалентах в целых числах.
Впереди дроби указывают величину минерализации (М) в г/л, pH, жесткость
в мг·экв /л и компоненты, специфичные для данного анализа (CO2, H2S, Br-, J, радиоактивность и др.). После дроби указывают температуру воды (t0 C) и
дебит источника или скважины в (D), м3 / сут.
Например:
рH 6,7 ж 2,1 М 5,0
Cl 40 HCO3 36SO4 20
t 45D5
Na64Ca28
А теперь последовательно рассмотрим составные части формулы М.Г.
Курлова.
Водородный показатель – pH
В воде часть молекул всегда находится в диссoциированном состоянии
в виде ионов H+ и OH-. Концентрация недиссоциированной воды считается
постоянной, поэтому количество ионов водорода и ионов гидроксила при
данной температуре будет тоже величиной постоянной. При t 220 С эта
величина равна 10-14. Чистая вода имеет нейтральную реакцию и количество
ионов H+ должно быть равно количеству ионов OH-.
[H+] = [OH-] = 10-7
Это выражение показывает, что при 220 С в 1 л чистой воды
содержится 10-7 грамм-молекул воды в ионизированном виде, т.е. 10-7 граммионов водорода и 10-7 грамм-ионов гидроксила. Если [H+] = 10-7,
то lg [H+] = -7, а – lg [H+] = 7
Выражение – lg [H+] означает pH – отрицательный десятичный
логарифм концентрации водородных ионов
Если pH < 7 – реакция воды кислая;
Если pH > 7 - реакция воды щелочная;
pH < 4,5 – сильнокислая;
4,5 – 5,5 – кислая;
5,5 – 6,5 – слабокислая;
6,5 – 7,5 – близкая к нейтральной;
7,5 – 8,5 – слабощелочная;
8,5 – 9,5 – щелочная;
> 9,5 – сильнощелочная.
Жесткость воды.
Жесткостью воды называется свойство воды, обусловленное
содержанием в ней ионов кальция (1/2 Ca2+) и магния (1/2 Mg2+). Единицей
жесткости воды является моль на кубический метр (моль/м3). Числовое
значение жесткости, выраженное в моль /м3 равно числовому значению
жесткости, выраженному в мг·экв /л. 1 мг/л жесткости воды отвечает
содержанию ионов кальция (1/2 Ca2+) 20,04 мг/л и ионов магния (1/2 Mg2+)
12,153 мг/л.
Виды жесткости воды
Различают жесткость воды о б щ у ю - общее количество
содержащихся в воде ионов кальция и магния; у с т р а н и м у ю – жесткость
воды, обусловленная наличием в воде карбонатных (CO32-) и
гидрокарбонатных (HCO3-) ионов солей кальция и магния, удаляемая при
кипячении и определяемая экспериментально; н е у с т р а н и м у ю разность между общей жесткостью и устранимой жесткостью; к а р б о н а т
н у ю – сумма карбонатных (CO32-) и гидрокарбонатных (HCO3- ) ионов в
воде; н е к а р б о н а т н у ю - разность между общей жесткостью и
карбонатной.
По величине общей жесткости (по А.О. Алекину) различают
следующие природные воды:
очень мягкие
до 1,5 мг·экв /л
мягкие
1,5 – 3 мг·экв /л
умеренно-жесткие
3 – 6 мг·экв /л
жесткие
6 – 9 мг·экв /л
очень жесткие
> 9 мг·экв /л
Минерализация воды.
Минерализация (М) воды – концентрация растворенных в воде твердых
неорганических веществ. Различают характер и степень минерализации.
Характер минерализации обусловлен химическим типом воды. По О.А.
Алекину воды делятся на три класса по преобладающему аниону –
гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. Каждый класс подразделяется на
три группы по преобладающему катиону – Na+, Ca2+, Mg2+.
Степень минерализации.
Степень минерализации выражают в мг/л или г/л (иногда г/кг) и
определяют:
1). По сухому остатку, который получают путем выпаривания
природной воды. Если количество воды выражено в мл, концентрацию солей
в воде называют м и н е р а л и з а ц и е й – М (г/л, мг/л). Если количество
воды взято в г, то концентрацию солей в воде называют с о л е н о с т ь ю –
S (г/кг, % 0).
2). По химическому составу природной воды. Определяют как
арифметическую сумму весовых количеств всех ионов в 1 л воды:
М=
ионов, мг / л
1000
г/л
По степени минерализации (по В.И. Вернадскому, 1931-36 гг.; И.К.
Зайцеву, 1958 г.) природные воды подразделяются на:
пресные
до 1 г/л;
солоноватые
1 – 10 г/л;
соленые
10 – 50 г/л;
рассолы
> 50 г/л
Псевдодробь:
1. Из лаборатории получаем результаты химических анализов воды в
мг/л.
2. Полученные исходные данные пересчитываем в мг·экв путем
деления результатов анализа в мг/л на э к в и в а л е н т н у ю массу
соответствующего иона (табл. 1).
Например: концентрация Ca2+ 79 мг/л (результат химического анализа
(табл. 2), чтобы получить эквивалентную массу кальция, нужно его атомную
массу 40,08 разделить на валентность, т.е. 2, получим эквивалентную массу
20,04, затем 79:20,04 = 3,95 мг·экв/л. Пересчитать в мг·экв форму можно
другим способом. Для этого исходные данные в мг/л умножить на
соответствующие пересчетные коэффициенты. Величину пересчетного
коэффициента получим путем деления е д и н и ц ы на эквивалентную массу.
Пересчетный коэффициент для кальция: 1:20,04 = 0,0499. Для
одновалентных ионов эквивалентной массой будет атомная масса.
ион
Ca2+
Mg2+
CO 32
SO 24
HCO 3
Cl-
эквивал. масса
20,04
12,15
30,01
48,03
61,02
35,453
атомная масса
40,08
24,30
60,02
96,06
61,02
35,453
Табл. 1
название иона
кальций-ион
магний-ион
карбонат-ион
сульфат-ион
гидрокарбонат-ион
хлор-ион
62,0
22,99
39,102
18,04
NO 3
Na+
K+
NH 4
нитрат-ион
натрий-ион
калий-ион
аммоний-ион
62,0
22,99
39,102
18,04
3. Для вычисления процент – эквивалентов (% · экв.) принимаем сумму
мг · экв. анионов (∑А), содержащихся в 1 л воды за 100 % и вычисляем
процент содержания каждого аниона в мг·экв по отношению к этой сумме.
Аналогично вычисляем % экв. катионов.
Например: (табл. 2) сумма катионов равна 8,51
8,51 – 100 %
1,52 – х
х = 17,9 % ∙ экв. (Na)
Суммы катионов и анионов, выраженные в мг·экв /л должны быть
равны между собой. Часто точного совпадения цифр в виду погрешностей
анализа не бывает. Допустимая неточность анализа (х) определяется по
формуле:
Х=
А
К
А
К
· 100 ≤ 5 %, где
∑ А – сумма мг·экв /л анионов;
∑ К – сумма мг·экв /л катионов.
Образец выполнения задания:
В таблицу 2 записываем результаты химических анализов воды,
выраженные в 3х формах:
1) мг/л; 2) мг·экв /л; 3) % экв.
Табл. 2
pH
катионы
∑К
2+
2+
Na
Ca
Mg
+
Cl
-
SO
2
4
анионы
CO 32 HCO
3
6,9
35
1,52
79
3,95
37
3,04 8,51
17,9
46,4
35,7
100
12
0,34
66
1,38
н.о.
-
418
6,85
4
16,1
-
79,9
ж = 3,95 + 3,04 = 6,99
М=
(35 79 37 12 66 418) мг / л
1000
pH 6,9 ж 7,0 М 0,6
HCO3 80 SO416
Ca 46 Mg 36 Na18
0,6г / л
∑А
ед.
изм.
3
н.о.
мг/л
- 8,57 мг·экв/
л
100 % экв.
NO
Вода близкая к нейтральной, жесткая, пресная, гидрокарбонатномагниево-кальциевая. В название химического состава воды входят ионы,
содержание которых ≥ 25 % экв. и называют воду, начиная с анионов от 25 %
экв. в возрастающем порядке, затем катионы в таком же порядке.
Пример: (на 1 стр. формула)
рH 6,7 ж 2,1 М 5,0
Cl 40 HCO3 36SO4 20
t 45D5
Na64Ca28
Вода гидрокарбонатно-хлоридно-кальциево-натривая
Вывод: вода пригодна для питья.
Вода не пригодна для питья:
1. с pH > 8,5 и < 6,5;
2. с ж > 7 мг·экв /л;
3. с М >1;
4. если хлоридов > 350 мг/л;
5. если сульфатов > 500 мг/л;
6. если ∑ Cl + SO4 ≥ 450 мг/л.
Если вода не пригодна для питья, то в выводе перечислить по каким
показателям.
Химические анализы природных вод, мг/л
(в каждом варианте 3 задачи)
№
вар.
1
2
3
4
5
6
pH
Na
Ca
Mg
Cl
SO4
CO3
HCO3
NO3
7,4
8,15
7,2
7,9
7,8
7,0
8,6
8,3
7,2
8,2
8,25
7,5
8,15
6,8
8,0
8,4
8,25
92
99
320
26
38
150
117
372
50
61
202
41,9
778
8
240
75
586
60
72
237
210
254
36
113
295
28
612
129
2,5
234
2,5
106
174
129
28
50
н.о.
31
70
146
105
112
11
147
57
2,15
298
3,67
58
30
163
9
37
709
17
303
348
215
313
35
556
86
56
813
20,5
155
114
370
98
118
357
302
131
247
108
694
13
491
349
5,69
849
0,27
200
96
605
12
12
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
34
н.о.
н.о.
н.о.
12
н.о.
12
н.о.
н.о.
6
24
403
500
49
427
525
287
494
488
195
555
555
30,31
720
10,4
515
537
830
н.о.
н.о.
н.о.
6
13
н.о.
113
550
н.о.
640
46
н.о.
1070
н.о.
220
12
490
7
8
9
10
11
12
13
14
№
вар.
15
16
17
18
19
20
7,1
6,4
7,0
7,53
7,3
7,6
7,5
7,55
7,25
8,6
7,4
7,55
6,4
8,55
7,8
7,5
8,0
8,05
7,5
7,9
7, 25
8,06
8,53
7,8
7,5
92
75
936
906
74
63
60
234
181
10,4
231
216
2,5
117
73
77
63
150
462
55
3
51,08
276
43
10,58
19
118
434
512
56
65
122
22
44
1,19
146
87
2,0
87
59
48
45
84
64
53
126
88,6
26
62
2,2
117
5
191
262
30
69
11
11
28
2,38
97
84
3,27
36
26
48
79
86
68
53
40
2,8
50
44
1,8
202,9
50
597
945
16
86
142
5
9
0,37
136
196
13
109
54
17
19
167
398
6
4
232
24
6
4,8
151
57
2496
2489
10
88
153
10
26
н.о.
690
362
0,77
164
114
57
26
296
453
38
2
4,2
120
28
8,38
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
6
н.о.
12
н.о.
1,6
12
6
н.о.
36
н.о.
н.о.
н.о.
10
н.о.
11
н.о.
1,44
н.о.
н.о.
н.о.
322
427
549
488
476
439
159
695
705
42
409
366
7
287
262
443
634
403
503
512
586
28,08
878
482
18,4
н.о.
н.о.
15
4
2
н.о.
н.о.
2
н.о.
н.о.
н.о.
85
н.о.
сл.
3
н.о.
сл.
н.о.
н.о.
5
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
pH
Na
Ca
Mg
Cl
SO4
CO3
HCO3
NO3
8,05
7,5
8,3
8, 25
8,4
8,95
7,5
7,85
7,9
7,6
7,0
4,0
7,4
7,0
6,45
7,0
204
597
177
280
230
466
6
1
71
321
239
936
606
75
48
906
22
89
68
42
17
20
79
88
66
110
434
434
94
118
86
512
40
168
95
73
47
108
36
26
44
129
143
191
138
5
33
262
5
32
44
148
40
337
7
6
6
497
129
597
497
50
12
945
8
1488
192
8
н.о.
401
6
10
71
532
1618
2496
980
57
33
2489
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
90
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
793
769
854
1057
848
714
421
378
512
305
366
549
488
427
488
488
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
5
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
32
15
н.о.
н.о.
6
4
21
22
23
24
25
26
27
28
7,55
7,5
7,2
7,57
7,2
7,2
7,5
7,5
7,5
7,58
7,45
7,5
7,45
7,57
7,45
7,59
7,5
7,6
7,8
7,0
6,4
7,о
7,53
6,2
7,5
7,7
161
663
39
46
31
8
438
23
48
540
28
55
202
372
416
47
46
321
606
239
75
936
906
39
46
321
63
236
110
71
102
126
197
71
86
367
100
76
68
148
239
74
91
110
94
434
118
434
512
110
71
110
33
95
14
52
14
19
33
38
33
255
42
42
49
107
156
53
29
129
138
143
5
191
262
14
52
129
50
398
12
12
12
12
12
12
12
11
2
2
27
11
26
2
3
497
497
129
50
597
945
12
12
497
113
1448
33
62
51
30
1156
14
33
2550
31
58
282
964
1314
17
4
532
980
1618
57
2496
2489
33
62
532
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
24
н.о.
н.о.
н.о.
12
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
549
427
427
488
366
366
427
427
488
573
549
463
585
732
902
646
536
305
488
366
427
549
488
427
488
305
7
5
20
12
12
76
15
4
6
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
н.о.
32
н.о.
15
4
20
12
н.о.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОЗЕРА
Цель работы: познакомиться с понятием предельно допустимой
концентрации в окружающей среде.
Защита окружающей среды от загрязнения регламентируется ПДК
вредных веществ. ПДК (предельно допустимая концентрация) - это
максимальная концентрация (количество вредных веществ в единице объѐма:
мг/мл, мг/кг, мг/м3), которая при воздействии на протяжении всей жизни
человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом
вредного воздействия, включая отдалѐнные последствия.
Это можно выразить формулой:
Сi ≤ ПДКi,
(1)
где Сi - фактическая концентрация вредного вещества;
ПДКi - предельно допустимая концентрация этого вредного вещества.
При совместном действии нескольких вредных веществ, обладающих
однонаправленным (усиление эффекта при одновременном воздействии)
действием, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать
1:
С1/ПДК1 + C 2/ПДК2 +...+ Ci /ПДКi ≤ 1
(2)
Задача. На берегу озера площадью S км2 и средней глубиной h м
расположено промышленное предприятие, использующее воду озера для
технических нужд и затем сбрасывающее загрязнѐнную воду в озеро. Цикл
работы предприятия непрерывный (круглосуточный). Объѐм сброса сточной
воды – L л/сек.
Рассчитать, каким будет загрязнение озера через 1 год. Сделать выводы
о промышленном загрязнении озера и дать рекомендации по сохранению
озера.
ПДК вредных веществ (ВВ) в воде водных объектов:
Мышьяк – 0,05 мг/л
Ртуть – 0,005 мг/л
Свинец – 0,1 мг/л
Общее загрязнение определяется по формуле:
С = С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + С3/ПДК3 = ∑ Сi/ПДКi
(3)
где Сi – концентрация ВВi в озере после годичного сброса сточных вод
в озеро;
ПДКi - ПДК этого ВВi.
Решение задачи рекомендуется выполнять в следующем порядке:
определить объем озера и вычислить объѐм сточной воды,
поступающей в озеро за 1 год;
определить количество каждого ВВ, поступившего в озеро со
сточной водой за год;
вычислить концентрацию каждого ВВ в озере после годичного
сброса сточных вод по формуле:
Сi = количество ВВi в озере / объѐм воды в озере;
(4)
определить общее загрязнение озера предприятием по формуле
(3);
сделать выводы.
Таблица 1
Исходные данные к задаче
№
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
S,
км2
3,0
3,0
2,5
5,2
5,0
4,5
4,0
4,6
2,8
3,2
h, м
L, л/сек
3,0
2,5
2,0
2,5
3,5
2,0
2,5
3,0
1,5
2,0
20
15
10
10
15
25
30
20
10
15
Концентрация ВВ в сточной воде, мг/л
мышьяк
ртуть
свинец
0,25
0,10
0,68
0,16
0,32
0,95
0,31
0,15
1,80
0,20
0,90
0,10
0,60
0,05
3,15
2,60
0,45
1,80
1,60
0,30
2,10
0,50
0,40
1,00
0,30
0,10
0,65
0,75
0,45
0,90
Экологическая оценка территории в техногенных зонах
Цель работы: познакомиться с понятием предельно допустимой концентрации
вредных веществ в атмосферном воздухе; научиться выполнять расчет рассеивания в
атмосфере вредных веществ, составлять схемы загрязнений и делать выводы о степени
загрязненности промышленной и жилой зоны.
Понятие предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ в
атмосферном воздухе, санитарно-защитная зона предприятий
Защита воздушного бассейна от загрязнения регламентируется ПДК вредных
веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, ПДК выбросов вредных веществ и
временно согласованными выбросами вредных веществ от источников загрязнений.
ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов
регламентированы списком Министерства здравоохранения.
ПДК – это максимальная концентрация (мг/м3) вредных веществ в атмосфере, которая при
воздействии на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на
окружающую среду в целом вредного действия, включая отдаленные последствия.
ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются также концентрации,
которые при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего рабочего стажа не
могут вызывать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья,
обнаруживаемые современными методами исследований, непосредственно в процессе
работы или в отдаленные сроки.
Максимальная разовая ПДК макс - основная характеристика опасности вредного вещества.
Она устанавливается при кратковременном воздействии атмосферных загрязнений.
Среднесуточная ПДКСС устанавливается для предупреждения общетоксического и
другого влияния вещества на организм человека при круглосуточном воздействии.
Наибольшая концентрация «С» каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы
не должна превышать: ПДК макс при действии не более 20 минут; ПДК СС при длительном
воздействии.
При совместном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ,
обладающих однонаправленным (усиление эффекта при одновременном воздействии)
действием, их безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1:
С 1/ ПДК 1 + С2/ ПДК 2 + ∙ ∙ ∙ + С n / ПДК n ≤ 1 ,
(7.1)
где С1, С2 –фактические концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м3;
ПДК1, ПДК2 – предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м3.
Эффектом однонаправленного действия обладают такие вредные вещества, как
диоксиды серы и азота, сильные минеральные кислоты – серная, соляная, азотная и др.
Значения ПДК и список вредных веществ однонаправленного действия приведены в
справочнике ПДК, который периодически изменяется и исправляется.
Приземные максимальные концентрации в местах крупных санаториев, зоны отдыха
городов не должны превышать 0,8 ПДК.
Для каждого проектируемого и действующего предприятия устанавливается
предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу. Необходимо
учитывать концентрацию вредных веществ в атмосфере от других источников, чтобы
соблюдалось условие:
Сi +Сф ≤ ПДК,
(7.2)
где Сi – концентрация вещества в приземном слое от расчетного источника выброса;
Сф – фоновая концентрация.
Особое внимание следует уделять выбору площадки для промышленного
предприятия и взаимному расположению производственных зданий и жилых массивов.
Промышленный объект должен быть расположен на возвышенном месте, хорошо
продуваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше предприятия,
иначе теряется преимущество высоких труб для рассеивания выбросов. Строительство
предприятия со значительными выбросами вредных веществ не рекомендуется на
площадках, где может происходить длительный застой примеси при сочетании слабых
ветров с температурными инверсиями: в глубоких котловинах, в районах частого
образования туманов, ниже плотин ГЭС, в районах возникновения смога.
Взаимное расположение предприятий и населенных пунктов определяется по
средней розе ветров теплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся
источниками выделения вредных веществ, располагаются с подветренной стороны от
жилых массивов и отделяются от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Это
территория, за пределами которой загрязнения атмосферы не должны превышать
допустимое значение. На границе санитарно-защитной зоны должно выполняться
условие: ПДК = 1.
В соответствии с санитарной классификацией предприятий устанавливаются
размеры санитарно-защитной зоны от 50 м до 1 км. Санитарно-защитная зона может быть
увеличена при необходимости и надлежащем технико-экономическом и гигиеническом
обосновании, но не более, чем в 3 раза при отсутствии способов очистки выбросов в
зависимости от розы ветров.
Санитарно-защитная зона или какая-либо часть ее не могут быть резервной частью
территории предприятия и использоваться для расширения промышленной площадки.
Территория санитарно-защитной зоны должна быть благоустроена и озеленена по проекту
благоустройства. В ней допускается размещать предприятия с производствами меньшего
класса вредности, при условии аналогичного характера вредности, а также здания
управления, магазины и др. Нельзя размещать жилые здания и детские учреждения.
Размеры санитарно-защитных зон Х, м, установленные в «Санитарных нормах
проектирования промышленных предприятий», должны подтверждаться расчетом.
Полученный по расчету размер зоны должен уточняться в зависимости от розы ветров
района расположения предприятия по формуле:
Xi′ = Xi ∙ Рi /Р0 ,
(7.3)
где Xi – расчетное расстояние, м, от источника загрязнения до границы санитарнозащитной зоны без учета поправки на розу ветров;
Xi′ – то же, с учетом поправки на розу ветров;
Pi - среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %;
P0 - повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров, %, при 8
румбовой розе P0 = 100/8 =12,5 %.
Если размер санитарно-защитной зоны для предприятия больше установленного, то
необходимо пересмотреть проект предприятия и обеспечить снижение выбросов вредных
веществ или увеличить высоту выбросов, чтобы обеспечить требования норм по чистоте
воздушного бассейна в зоне жилой застройки.
Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ
Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами
вредных веществ определяется по наибольшей рассчитываемой величине приземной
концентрации вредных веществ См, мг/м3, которая может устанавливаться на некотором
расстоянии от места выброса Хм.
Величина наибольшей концентрации каждого вредного вещества См в приземном
слое атмосферы не должна превышать величины максимальной разовой предельно
допустимой концентрации данного вредного вещества в атмосферном воздухе. Разовые
концентрации вредного вещества определяются по пробам, отобранным в течение 20
минут.
Величина максимальной приземной концентрации вредного вещества С м для
выброса нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем при
неблагоприятных метеорологических условиях на расстоянии Хм, м, от источника
определяется по формуле:
СМ
A M F m n
, (7.4)
H2 3 v T
где А – коэффициент, зависящий от распределения температуры воздуха в атмосфере и
определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в
атмосфере воздуха; для Сибири А = 200;
М – количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/сек.;
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в
атмосферном воздухе: для газов F = 1, для золы F = 2 при степени улавливания более 90
%;
m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси
из устья источника выбросов;
H – высота выброса над землей, м;
Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой
окружающего атмосферного воздуха, градусов; Т = Тг – Тв;
V – объем газовоздушной смеси, м3/с, определяемой по формуле:
V
,
Д2
W0
4
(7.5)
где Д – диаметр устья источника выброса, м;
W0 - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.
Величины M, V определяются расчетом в технологической части проекта или
применяются в соответствии с действующими для данного производства (процесса)
нормативами.
Величину Т, град., следует определять, принимая температуру окружающего
воздуха Тв за среднюю температуру наружного воздуха в 13 часов наиболее жаркого
месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг по
действующим для данного производства нормативам.
Коэффициент m определяется по формуле (7.6) в зависимости от величины параметра f,
м/с2 ∙ град., вычисляемого по формуле (7.7).
m
f
1
0,67 0,1 f
w2 Д
10 2
Н Т
0,343 f
,
(7.6)
3
.
(7.7)
Значение безразмерного коэффициента n определяется следующим образом: n = 3 при υ
= 0,3;
n
3
n=1
0,3
при 0,3 < υ ≤ 2;
2
4,36
(7.8)
при υ > 2;
0,65
здесь
3
V T
,
H2
где υ - скорость оседания вредных веществ.
Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ См при
неблагоприятных метеоусловиях достигается на оси факела выброса по направлению
среднего ветра за рассматриваемый период на расстоянии Хм , м, от источника выброса.
Величина Хм определяется по формуле:
Хм = d ∙ H,
(7.9)
где d – безразмерная величина, определяемая по формулам:
d
при υ≤2
d 7
(1 0,28
когда F ≥ 2 ,
4,95
3
1 0,28
f ) при υ > 2 ;
Хм
5 F
d H .
4
3
f
;
(7.10)
(7.11)
(7.12)
Рис. 1. Рассеивание вредных веществ по оси факела
Величины приземных концентраций вредных веществ в атмосфере по оси факела
выброса на различных расстояниях от источника выброса определяются по формуле:
Ci = S i∙ Cм ,
(7.13)
Si = 3(Xi/Xм)4 – 8(Xi/Xм)3 + 6(Xi/Xм)2;
(7.14)
где при Xi/Xм ≤ 1
при 1< Xi/Xм≤ 8
Si
при Xi/Xм > 8
Si
(7.15)
1,13
;
0,13(X i / X м ) 2 1
F=1
Xi / Хм
3,58(X i / X м ) 35,2(X i / X м ) 120
;
(7.16)
2
при Si = Xi/Xм > 8 и F = 2; 2,5; 3
Si
0,1(X i / X м )
2
1
2,47(X i / X м 17,8 .
(7.17)
Приземная концентрация вредных веществ в любой точке местности при наличии
N источников определяется как сумма концентраций вредных веществ в этой точке от
отдельных источников:
См = С 1 + С2 + ∙ ∙ ∙ + СN .
(7.18)
Если по какому-либо вредному веществу сумма максимальных приведенных
концентраций См от всех источников окажется меньшей или равной ПДК, то дальнейший
расчет рассеивания этого вещества в атмосфере производить необязательно.
Начальные или фоновые концентрации вредных веществ, содержащихся в
атмосфере, мг/м3, должны учитываться при проектировании вновь строящихся
предприятий в районах, где атмосферный воздух уже загрязнен от других предприятий.
Данные для расчета рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе по
формулам (7.4 – 7.12) выписываются из «Экологического паспорта промышленного
предприятия», введенного с 1.07.90., ГОСТ 17.0.0.04-90.
Содержание задания
1) по данным экологического паспорта промышленного предприятия вычислить по
формулам (7.4 – 7.8) значения См и по формуле (7.1) определить суммарную
концентрацию при однонаправленном действии вредных веществ, приведенных в таблице
7.2. Пример расчета приведен в табл. 7.3;
2) определить расстояние Хм, на котором находится от источника максимальная
приземная концентрация См, по формулам (7.9 – 7.12);
3) определить величины приземных концентраций Сi вредного вещества в атмосфере по
оси факела выброса на различных расстояниях Xi от источника по формулам (7.13 – 7.17).
Шаг по оси Х взять равным 1 – 2 см в масштабе карты. Значения Ci получены в долях
ПДК согласно формуле (7.1). Вычислить расстояния Xi с учетом поправки на розу ветров
по формуле (7.3). Вычисления выполнить для всех 8 румбов розы ветров. Характеристика
розы ветров приведена ниже. Вычисления рекомендуется оформить таблицей (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Вычисление величин приземных концентраций вредных веществ в атмосфере и их
расстояний от источника выброса
Xi, м
Si
Xi ′
Ci
С
СВ
по румбам
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
4) на листе бумаги или кальки нанести линии румбов, отложить соответствующие им
расстояния Xi в масштабе карты (по заданию преподавателя) и подписать значения Ci. По
полученным точкам построить изолинии загрязнений путем интерполяции через 0.5 ПДК.
5) совместить полученную схему с источником загрязнений на карте. Нарисовать
изолинии на карте, подписав их значения. Сделать выводы о степени загрязнения
промышленной и жилой зоны.
Материалы для сдачи зачета:
- пояснительная записка;
- вычисления значений См, Хм и таблица вычисления значений Ci, Xi′;
- схема изолиний загрязнения;
- фрагмент экологической карты загрязнения от одиночного источника выброса
промышленного предприятия.
Таблица 7.2
3
ПДК (мг/м ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов
Вредные вещества
ПДКмакс
ПДКсс
Серный ангидрид
0,5
0,05
Диоксид азота
0,085
0,04
Двуокись серы
0,5
0,05
Оксид углерода
5,0
3,0
Фенол
0,003
0,003
Пыль
3,0
3,0
Зола
0,3
0,1
Бензол
1,5
0,8
Фенол
0,003
0,003
Характеристика розы ветров
Распределение вредных веществ в атмосфере определяется в зависимости от розы
ветров района расположения предприятия. Роза ветров – это векторная диаграмма,
характеризующая режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям.
Частота
ветров (Pi дней):
С
СЗ
С-
СВ
31; СВ – 32,5; В – 26,1;
З
ЮВ
В
– 35,0; Ю – 47,2; ЮЗ – 53,4; З – 39,3; СЗ – 31,5.
ЮЗ
ЮВ
Ю
Рис. 7.2. Роза ветров района расположения
предприятия
Повторяемость направлений ветров одного румба P0 = Pi/8.
Расстояние Xi с учетом поправки на розу ветров определяется по формуле (7.3).
Таблица 7.3
Пример расчета концентрации вредных веществ в атмосфере.
Объект: котельная в г. Новосибирске.
Характеристика обозначения, расчет
Един. изм.
1
Значение
2
3
1. Число дымовых труб, N
штук
1
2. Высота, H
м
35
3. Диаметр устья трубы, Д
м
1,4
4. Скорость выхода газовоздушной смеси, W0
м/с
7
5. Температура газовоздушной смеси, Тг
град. С
125
6. Температура окружающего воздуха, Тв
град. С
25
7. Выброс двуокиси серы, Mсеры
г/с
12
8. Выброс золы (мелкодисперсной аэрозоли), Мз
г/с
2,6
9. Выброс диоксида азота, Мазота
г/с
0,2
А
-
200
F
-
1
10. Коэффициенты в формуле (7.4):
11. Среднесуточные ПДКСС:
двуокиси серы
мг/м3
0,05
золы
мг/м3
0,1
диоксида азота
мг/м3
0,04
12. Объем газовоздушной смеси (формула 7.5)
м3/с
10,8
13. Перегрев газ.смеси Т = Тг - Тв
град. С
100
14. Параметр f по формуле (7.7)
-
0,56
15. Параметр υ по формуле (7.8)
м/с
2,04
16. Параметр m по формуле (7.6)
-
0.08
-
1
18. Параметр d по формуле (7.11)
-
12,3
19. Значение Хм по формуле (7.9)
м
430,5
20. Значение См для двуокиси серы
мг/м3
0,19
21. Значение См для золы
мг/м3
0,12
22. Значение Смυ для диоксида азота
мг/м3
0.002
23. Безразмерная суммарная концентрация
-
5,05
17. Параметр n по формуле (7.8) при
υ > 2
по формуле (7.1)
Вычисления Si, Ci, Xi выполнить в таблице 1 по указанным формулам.
Таблица 7.4
Исходные данные к заданию
Вредные вещества, их код и величина выбросов (№)
Вредные вещества
Код
№
Выбросы Мi, г/с
1
2
3
4
5
Серный ангидрид
а
12
6
8
10
4
Диоксид азота
б
7
5
11
16
6
Двуокись серы
в
5
4
8
6
10
Оксид углерода
г
26
18
20
17
18
Фенол
д
6
8
4
3
5
Пыль
е
6
12
14
8
20
Зола
ж
10
11
13
15
8
Бензол
з
2
3
2
5
4
Таблица 7.5
Исходные данные к заданию. Вредные вещества даны по коду и № (табл. 7.4)
вар.
Н, м
Д, м
W0,м/с
Тг, ˚ С
Тв, ˚ С
М1
М2
М3
1
36
1,0
6
130
20
а3
г3
е4
2
40
1,2
7
125
20
б2
д2
ж3
3
70
1,5
8
120
25
б1
ж4
з2
4
120
2,6
7,5
130
20
а4
б2
е5
5
80
2,0
6,8
140
25
г3
д3
ж4
6
100
2,7
7,0
125
25
а2
б5
е1
7
110
3,5
5,9
130
20
а4
б2
ж2
8
85
2,7
8,0
140
15
г1
д2
ж5
9
93
2,9
7,5
140
18
г4
д1
е4
10
100
3,0
6,8
120
17
б3
ж5
з2
11
110
2,1
8,0
125
25
в4
д3
ж4
12
65
1,7
7,1
120
20
а 2
д1
е5
13
70
2,0
6,5
132
19
б5
г5
е2
14
80
1,8
8,6
130
15
д3
е2
з5
15
95
2,1
7,5
130
23
в2
ж5
з1
16
45
1,3
7,0
118
25
а1
г4
е3
17
30
1,0
6,5
120
25
в3
д3
ж2
18
60
1,5
6,8
125
20
б4
д1
ж4
19
50
1,4
7,0
129
20
д1
е3
з 1
20
45
1,2
7,1
130
18
в3
ж5
з 2
21
35
1,5
6,5
140
20
а3
б4
е2
22
40
1,3
7,3
135
15
а1
б1
ж1
23
50
1,4
7,0
138
28
г3
д3
ж5
24
70
2,3
7,3
126
25
г2
д1
е4
25
65
2,3
7,6
118
20
б1
ж4
з 1
Контрольные вопросы (ответить письменно)
1. Что такое ПДК?
2. Как определяется загрязнение атмосферы при одновременном действии нескольких
вредных веществ?
3. Что называется санитарно-защитной зоной предприятия?
4. Каковы требования к санитарно-защитной зоне предприятия?
5. Как определяется размер санитарно-защитной зоны?
6. Как выполняется расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ?
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ (ПДС)
ВЕЩЕСТВ И УСЛОВИЙ СПУСКА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОТОКИ
Цель работы: изучить приемы определения ПДС и необходимой
степени очистки сточных вод перед их спуском в водоток.
Предварительное пояснение
Производственная и бытовая деятельность человека тесно связана с
использованием воды. Большая часть использованной воды возвращается в
водоемы в виде насыщенных загрязнителями сточных вод.
Сточные воды по характеру загрязнений разделяются на содержащие
минеральные вещества, органические вещества или одновременно и те и
другие.
К минеральным веществам относятся частицы грунта, руды, шлака,
металлов, минеральные соли, кислоты, щелочи и другие неорганические
вещества.
Органические примеси весьма разнообразны и образуются за счет
поступления в сточную воду остатков сырья, реагентов и продуктов
производства, отходов жизнедеятельности человека и животных, веществ
растительного происхождения и др. органические вещества характеризуются
присутствием в их составе углерода, водорода, во многих случаях кислорода
и азота, а также серы, фосфора, хлора, металлов.
Загрязняющие вещества могут находится в воде в виде пены, эмульсии,
в грубодисперсном состоянии, в коллоидном состоянии или в виде истинного
раствора.
Сточные воды могут быть разного происхождения, однако в
большинстве случаев преобладают сточные воды промышленного
происхождения. Промышленные стоки бывают трех видов: бытовые,
поверхностные и производственные.
Бытовые сточные воды образуются при работе душевых, туалетов,
прачечных и столовых.
Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания талой,
дождевой или поливочной водой веществ и материалов, скапливающихся на
территории, крышах и стенах производственных зданий.
Производственные сточные воды образуются в результате
использования воды в технологических процессах.
Промышленные стоки содержат растворенные и взвешенные вещества,
нефтепродукты и плавающий мусор, иногда вода в них может иметь
повышенную температуру. Преобладание тех и иных загрязнителей в
сточных водах зависит от их происхождения. Так, в бытовых сточных водах
преобладают органические вещества, в т.ч. синтетические моющие средства,
в поверхностных сточных водах много мусора, взвешенных веществ,
нефтепродуктов. Состав производственных сточных вод зависит от профиля
производства, часто в них можно в большом количестве обнаружить тяжелые
металлы.
Любые загрязнители, попадая со сточными водами в поверхностные
водоемы, ухудшают качество воды в них. Если это вещества органической
природы, то в приемном водоеме они начинают окисляться либо
самостоятельно, либо при участии микроорганизмов, однако в любом случае
на их окисление расходуется кислород. Возникает, так называемая,
биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода,
необходимое для полной минерализации микроорганизмами-деструкторами
органических веществ, содержащихся в 1 л воды.
Следовательно, БПК является показателем содержания в воде
органических веществ. Чем больше БПК, тем сильнее вода загрязнена
органическими веществами, тем выше интенсивность расходования
кислорода воды на окисление этих веществ и тем меньше кислорода остается
в воде для живых организмов – рыб, ракообразных, моллюсков, растений и
водорослей. Ухудшение условий жизни перечисленных групп живых
организмов снижает скорость самоочищение водоема, иногда самоочищение
может полностью прекратиться и тогда вода становиться совсем
непригодной для человека и животных.
Биогенные вещества (соединения азота, фосфора), попадающие в
водоем, способствуют ухудшению условий его самоочищения. В этом случае
имеет место усиленное размножение в водоеме синезеленых водорослей,
которые своей жизнедеятельностью подавляют все остальные группы живых
организмов.
Снижению скорости самоочищения воды в ряде случаев способствует
сброс в водоемы нагретой воды. Растворимость кислорода в воде невысока, а
с повышением температуры она еще более снижается, что, естественно, не
улучшает условия жизнедеятельности водных организмов и не способствует
самоочищению воды.
Биогенные и ряд органических веществ и тепло становятся помехой для
пресноводных экосистем только тогда, когда их количество превышает некий
предел. В малых же объемах эти компоненты иногда могут быть даже
полезны для этих экосистем. Однако существуют и другие загрязнители,
которые по своей природе чужды природным экосистемам – это тяжелые
металлы и многие синтетические вещества. С такими загрязнителями
природные экосистемы могут справиться лишь при незначительной их
концентрации.
Для того, чтобы природные водные экосистемы успевали обезвредить
загрязнители, необходимо ограничить их поступление в водоемы, т.е.
необходимо уменьшить сброс в водоемы неочищенных сточных вод
предприятий. Предварительная очистка сточных вод, т.е. значительное
снижение БПК стоков, уменьшение содержания биогенных веществ, тяжелых
металлов, взвешенных веществ, уменьшение температуры до необходимой
величины достигается на очистных сооружениях, которые должны иметь
большинство предприятий.
Необходимая степень очистки сточных вод перед их сбросом в водоемы
зависит не только от состава и расхода сточных вод, но и от многих других
факторов: расхода воды в реке, ее химического состава, температуры, места
сброса стоков (у берега или на стрежне), строения берегов, извилистости
реки, хозяйственного назначения водоема, удаленности места сброса стоков
от мест водопотребления и т.п.
Нормы качества воды в водных объектах достигаются путем реализации
комплекса водоохранных мероприятий. Одним из которых является
предельно-допустимый сброс.
Предельно допустимый сброс (ПДС) вещества в водный объект –
масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с
установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу
времени с целью обеспечения качества воды в контрольном пункте.
ПДС устанавливаются для каждого вещества отдельно. Норматив
разрабатывается для условий нормальной работы технологического
оборудования при условии его полной загрузки.
ПДС используются для контроля режима сброса сточных вод в водные
объекты, а также служит основным целевым показателям при разработке
планов и программ развития водоохранных комплексов.
Нормирование качества воды состоит в установлении совокупности
допустимых значений показателей состава и свойств воды водных объектов,
в пределах которых надежно обеспечивается здоровье населения,
благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие
водного объекта. Нормы качества поверхностных вод устанавливаются для
условий
хозяйственно-питьевого,
коммунально-бытового
и
рыбохозяйственного водопользования.
К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование
водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственнопитьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой
промышленности.
К коммунально-бытовому водопользованию относится использование
водных объектов для купания, спорта и отдыха населения, а также иное
использование водных объектов, находящееся в черте населенных пунктов.
Рыбохозяйственные
водные
объекты,
используемые
для
воспроизводства, промысла и миграции рыб, беспозвоночных и водных
млекопитающих, подразделяются на три категории.
К высшей категории относятся места расположения нерестилищ,
массового нагула и зимовальных ям особо ценных видов рыб и других
промысловых водных организмов, а также охранные зоны хозяйств любого
типа для искусственного разведения и выращивания рыб, других водных
животных и растений.
К первой категории относятся водные объекты, используемые для
сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой
чувствительностью к содержанию кислорода.
Ко второй категории относятся водные объекты, используемые для
других рыбохозяйственных целей.
Виды использования водного объекта в пределах субъекта Федерации
определяются его природоохранными органами.
Нормы качества вод водных объектов включают общие требования к
составу и свойствам поверхностных вод для различных видов
водопользования, а также перечень ПДК вредных веществ.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества
в воде – максимальная концентрация загрязняющего воду вещества,
отнесенная к определенному времени усреднения, которая при
периодическом воздействии или же на протяжении всей жизни человека не
вызывает негативного прямого или косвенного влияния на природную среду
и здоровье человека.
При сбросе сточных вод в водные объекты, используемые для
хозяйственно-питьевых и коммунально-бытовых целей, нормы качества вод
этих объектов или их природный состав и свойства должны выдерживаться
на водотоках, начиная со створа, расположенного на 1 км выше ближайшего
по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого
водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территория
населенного пункта и т.п.).
При сбросе сточных вод в рыбохозяйственные водотоки, нормы
качества воды или ее природные свойства (в случае природного превышения
этих норм) должны соблюдаться на протяжении всего участка
водопользования, начиная с контрольного створа, определяемого в каждом
конкретном случае природоохранными органами, но не далее чем 500 м от
места сброса сточных вод или расположения других источников загрязнения
поверхностных вод (мест добычи полезных ископаемых, производства работ
на водном объекте и т.п.).
Внимание! Приведенные ниже формулы расчета ПДС и необходимой
степени очистки сочных вод пригодны лишь для случая сброса стоков
отдельным выпуском в водотоки, т.е. в реки. Во всех остальных случаях
необходимо пользоваться другими расчетами.
Задание:
1. Рассчитать степень очистки сточных вод от загрязнителей не
участвующих в формировании БПК (взвешенные вещества, ионы
тяжелых металлов, соли и т.п.).
Этот расчет проводят по каждому веществу отдельно по формуле:
Эi
i
С ст
i
С ПДС
i
С ст
100%,
(1)
где Эi – степень очистки сточных вод от i-того загрязняющего вещества,
i
%; С ст
- концентрация i-того загрязняющего вещества в сточных водах, мг/л;
i
С ПДС - допустимая концентрация i-того загрязняющего вещества в сточных
водах перед их сбросом в воду реки (мг/л), обеспечивающая нормативное
качество воды в контрольном створе, которая, в свою очередь, определяется
по формуле:
i
i
i
(2)
С ПДС
С ПДК
n(С ПДК
С iр ),
i
где С ПДК
- предельно-допустимая концентрация i-того загрязняющего
вещества в воде водных объектов, мг/л; С iр - концентрация i-того
загрязняющего вещества в реке (до спуска в нее сточных вод), мг/л; n –
степень разбавления сточных вод в расчетном створе.
Степень разбавления сточных вод в расчетном створе, определяется по
формуле:
n
q
Q
q
(3)
,
где q – расход сточных вод, м3/с; Q – расход воды в реке, м3/с;
коэффициент смешения, показывающий, какая часть речного расхода,
смешивается со сточной жидкостью в максимально загрязненной струе
расчетного створа. Величина коэффициента смешения зависит от расстояния
от выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру, от турбулентной
диффузии и гидравлических условий в реке, извилистости последней, от
места выпуска сточных вод (у берега, на стрежне и т.п.), времени года.
Фактически формула 2 применяется достаточно редко, поскольку при ее
выводе предполагалось, что в воде водотока отсутствуют другие
загрязняющие вещества, обладающие тем же лимитирующим показателем
вредности (ЛПВ). Если это правило не соблюдается (либо в воде водотока
уже содержатся такие вещества, либо они поступают в водоток со сточными
i
i
водами), то вместо С ПДК
в формуле 2 применяют Снорм
. (нормализованная
концентрация i-того загрязняющего вещества).
i
Значение Снорм
. каждого из загрязняющих веществ с одинаковым ЛПВ
определяется по уравнению
1
Снорм
.
ПДК1
...
n
Снорм
.
ПДК n
1.
(4/)
Это уравнение для случая поступления в водоток сточной воды,
содержащей несколько веществ с одинаковым ЛПВ, не имеет однозначного
решения. В таких случаях при его решении учитываются его экономические
i
последствия. Однако в любом случае значение Снорм
. в уравнении 2 не может
быть меньше С iр .
Если концентрация какого-либо загрязняющего вещества в сточных
водах окажется меньше допустимой концентрации этого загрязняющего
вещества в сточных водах перед их сбросом в воду реки, то рассчитывать
необходимую степень очистки от этого вещества не нужно.
2. Рассчитать степень очистки от загрязнителей, определяющих
полное биохимическое потребление кислорода (БПКполн) смеси речной
воды и сточных вод.
При поступлении стоков в реку снижение концентрации органических
веществ, выраженное в БПК, происходит не только вследствие разбавления,
но и из-за самоочищения воды.
Концентрация сточных вод ( Lo ), при которой БПК воды реки в
ближайшем пункте водопользования ниже спуска сточных вод будет не
больше принятых нормативов, находят по формуле:
(4)
L0 n LПДК Lсм 10kt Lр Lр ,
где n – степень разбавления, LПДК - предельно-допустимое значение БПК
(полное при 20 оС) в воде водных объектов; Lсм - БПК, обусловленная
метаболитами и органическими веществами, смываемыми в водоток
атмосферными осадками с площади водосбора на последнем участке пути
перед контрольным створом длиной 0,5 суточного пробега; k – константа
неконсервативности органических веществ, обуславливающих БПК
(вводится для учета изменения концентрации этих веществ во времени под
действием процесса, обуславливающего самоочищение воды и зависит о
температуры речной воды); t – время протекания воды от места сброса
сточных вод до расчетного створа, сут; L р - БПК (полное при 20 оС) речной
воды до сброса сточных вод, мг/л.
Значение Lсм принимается равным; для горных рек – 0,6-0,8 г/м3; для
равнинных рек, протекающих по территории, почва которой не слишком
богата органическими веществами – 1,7-2 г/м3; для рек болотного питания
или протекающих по территории, с которой смывается повышенное
количество органических веществ – 2,3-2,5 г/м3. Если расстояние от выпуска
сточных вод до контрольного створа меньше 0,5 суточного пробега, то Lсм
принимается равным нулю.
Величина коэффициента неконсервативности определяется по формуле:
(5)
k 0,375[1,12(T 1) 0,022 ]T 20 ,
о
где T – температура речной воды, С.
Если Lo меньше БПК сточных вод, то перед их спуском в водоем
обязательна их очистка до расчетного значения Lo .
Необходимая степень очистки сточных вод ( ЭБПК ) в этом случае
определяется по формуле:
ЭБПК
Lст Lo
100%,
Lст
(6)
где Lст - полная биохимическая потребность (БПК) сточной воды в
кислороде, мг/л.
3. Рассчитать необходимую степень охлаждения сточных вод перед
сбросом их в водоем.
Сточные воды перед их сбросом в водоем должны иметь температуру,
определяемую по формуле:
р
Т ст
nТ доп Т рmax ,
(7)
где Т доп - допустимое повышение температуры в реке, оС; Т рmax максимальная температура речной воды (до спуска сточных вод) в наиболее
теплый месяц года, оС; n – степень разбавления.
Если температура сточных вод больше расчетной температуры ( Т стр ), то
перед спуском в водоем сточные воды должны быть охлаждены до расчетной
величины.
4. Рассчитать ПДС загрязняющих веществ
Величины ПДС определяются для каждого загрязняющего вещества для
всех категорий водопользователей как произведение максимального часового
расхода сточных вод (м3/ч) на допустимую концентрацию загрязняющего
вещества (г/м3). Для расчета применяют следующие формулы:
i
ПДС = q С ПДС
;
(8)
ПДС = q Lo .
(9)
Формула 8 применяется для веществ не участвующих в формировании
БПК, а формула 9 – для веществ, формирующих БПК.
Подчеркиваем обязательность требования увязки сброса массы
вещества, соответствующей ПДС, с расходом сточной воды. Например,
уменьшение расхода сточных вод при сохранении величины ПДС будет
приводить к концентрации вещества в водном объекте, превышающей ПДК.
Исходные данные для выполнения лабораторной работы
Сточные воды
Вариант
Показатели
1
2
3
4
5
6
7
Расход сточных вод, м3/с
Концентрация
взвешенных частиц, мг/л
Время протекания воды
от места сброса до места
водопотребления, час
БПК*,мг/л
Температура
сточных
вод, оС
Содержание
тяжелых
металлов, мг/л: мышьяк,
ртуть,
свинец
8
9
10
3
2,5
3,5
4
4,5
10
15
20
18
16
180
250
210
375
321
165
195
570
350
205
1
2
1,.5
2,5
3
4
4
3,5
6
5
89
105
220
176
240
890
570
240
145
580
38
30
45
28
40
41
32
26
28
34
0,07
0,01
0,02
0.09
0,02
0,6
0,02
0,03
0,3
0,04
0,04
0,05
0,14
0,01
0,09
0,36
0,01
0,4
0,01
0,06
0,8
0,08
0,01
0,3
0,23
0,1
0,02
0,02
0,05
0,03
9
10
26
0,15
36
0,2
40
0,4
83
0,14
129
0,19
210
0,21
312
0,17
465
0,35
369
0,18
314
0,19
91
45
24
156
87
231
167
98
310
187
*Биохимическая потребность в кислороде (полная при 20 оС)
Речная вода
Вариант
Показатели
1
2
3
4
5
6
7
8
Расход воды, м3/с
Коэффициент смешения
Концентрация
взвешенных частиц, мг/л
БПК*, мг/л
Максимальная
летняя
о
температура, С
Содержание
тяжелых
металлов, мг/л: мышьяк,
ртуть,
свинец
1,1
0,7
2,1
0,9
0,7
1,4
1,6
0,1
0,4
0,3
21
23
19
25
21
24
26
19
22
17
0,01
отс
0,01
0,05
0,01
0,04
0,02
отс
0,01
0,01
отс
0,04
0,03
0,01
0,07
0,01
0,02
0,06
0,03
отс
0,01
0,01
отс
0,05
0,01
0,03
0,03
0,02
отс
0,03
*Биохимическая потребность в кислороде (полная при 20 оС)
Хозяйственное назначение водоема
№ варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Цель водопользования
хозяйственно-питьевое
коммунально-бытовое
хозяйственно-питьевое
хозяйственно-питьевое
коммунально-бытовое
хозяйственно-питьевое
рыбохозяйственное (II категория)*
рыбохозяйственное (I категория)*
коммунально-бытовое
хозяйственно-питьевое
Приложение 1
ПДК некоторых веществ в воде водных объектов, мг/л
Показатель
Взвешенные
вещества
БПК**
Свинец
Ртуть
Мышьяк
хозяйствен
нопитьевое
Цель водопользования
рыбохозяй
коммунал ственное, рыбохозяй
ьновысшая и ственное II
бытовое
I
категории
категории
+0,25*
+0,75*
3
6
0,1
0,1
0,005
0,005
0,05
0,05
Допускается повышение не
более чем на 3о по
отношению
к
среднемесячной
температуре самого жаркого
месяца
+0,25*
+0.75*
3
3
0,1
0,1
0
0,005
0,05
0,05
Допускается
повышение не более
чем
на
5о
по
отношению
к
естественной
Температура воды
температуре воды, но
общая температура
воды
не
должна
о
превышать
28
летом и 8 о зимой
* добавление к естественному содержанию в водоем,
** биохимическое потребление кислорода (полное при 20 оС)
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ
ВОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Экономический ущерб Y (руб./год) от сброса примесей в
водохозяйственный участок некоторым источником определяется по
формуле
Y = γ σк М
(1)
где γ – множитель, численное значение которого равно 400 (руб./уcл, т);
σ к– константа (безразмерная), зависящая от водохозяйственного
участка; некоторые значения приведены в приложении 1;
М - приведенная масса годового сброса примесей (усл. т/ год).
Величина М определяется по формуле
N
Ai mi ,
M
(2)
i 1
где i - номер сбрасываемой смеси,
N - число примесей;
А i - показатель относительной опасности сброса i-го вещества в
водоемы (усл.т/т);
mi - фактическая масса годового сброса i-й примеси, т/год.
Численное значение величины Аi для каждого загрязняющего вещества
определяется по формуле, усл. т/т:
Аi = 1/ПДКi
(3)
где ПДКi - ПДК i-го вещества в воде водных объектов
рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого или культурно-бытового
назначения (приложение 2).
Изложенный метод укрупненной оценки ущерба от сброса примесей в
водоемы не применяется в случаях, когда сбросы носят залповый характер.
Пример расчета экономической
водоохранных мероприятий
эффективности
проведения
Определить экономический эффект и общую экономическую
эффективность защиты водоема от загрязнения сточными водами завода,
расположенного в г. Новосибирске. Капиталовложения строительство
очистных сооружений (К) по предварительным подсчетам составляют 130
тыс. рублей, текущие затраты (С) на их эксплуатацию - 50 тыс. руб./год.
Среднеустойчивый сброс сточных вод (w) 490 м3/сут.
Содержание загрязнителей (К), мг/л:
Взвешенные вещества
до проведения
комплекса
водоохранных
мероприятий
800
БПК полн.
140
15
Нефть и нефтепродукты
Масла минеральные
230
23
25
2,5
вещество
после устройства
очистных сооружений
80
Годовой сброс сточных вод (W) определяется по формуле:
W = w (количество дней в году)
(4)
В нашем случае
W = 490* 365 =179*103 м3/год.
Значение приведенной * массы годового сброса примесей определяется
по формуле
(5)
M
( Ai KiW ) ,
где Кi - концентрация i-го вещества, т/м3.
Расчет приведенной массы годового сброса загрязняющих веществ
сводим в следующую таблицу:
Кi
название вещества
W,
м3/год
Мi,
т/год
мг/л
т/м3
до проведения водоохранных мероприятий
Взвешенные
вещества
Б ПК полн
Нефть и НП
Масла
Мi= ∑ Мi
Аi,
усл.т/т
800
0,8*10-3
0,05
179*103
7,16
140
230
23
0,14*10-3
0,23* 10-3
0,023*10-3
0,33
20
100
179*103
179* 103
179*103
8,27
823,40
411,70
1250,53
последствия проведения комплекса водоохранных мероприятий
Взвешенные вещества
80
0,08* 10-3
0,05
179*103
0,72
БПК полн
Нефть и НП
Масла
М2=∑ Мi
15
25
2,5
0,015*10 -3
0.025*10-3
0,0025*10-3
0,33
20
100
179*103
179*103
179* 103
0,89
89,50
44.75
135,86
Определяем годовую оценку ущерба до (Y1) и после (Y2) проведения
водоохранных мероприятий на рассматриваемом участке по формуле (1).
Y1 = γ σ к М1= 400*0,34*1250,53 = 170072,08 руб./год.
Y2 = γ σ к М2 = 400*0,34*135,86 = 18476,96 руб./год.
Определяем
экономическую
эффективность
проведения
запланированных водоохранных мероприятий с учетом данных по
капитальным вложениям и текущим затратам. Результаты расчета сводим в
таблицу:
символ,
формула
Ущерб от сброса загрязнений в водоем до проведения
водоохранных мероприятий
единица
измерени
я
Y1 = γ σ к М1
руб./год
170072,08
Ущерб от сброса загрязнений в водоем после проведения
водоохранных мероприятий
Y2 = γ σ к М2
руб./год
18476,96
Предотвращенный ущерб
П=Y1-Y2
руб./год
151595,12
Экономический результат
Р=П+Д*
руб./год
151595,12
К
руб год
130000
показатели
Капиталовложения
значение
Эксплуатационные расходы
Приведенные затраты
C
руб./год
50000
3=С+0,12К
руб./год
65600
R=Р-3
руб./год
85995,12
Э=(Р-С)/К
год-1
0,78
Чистый экономический эффект
Экономическая эффективность капитальных вложений
Д* - доход; Д=0
Поскольку R>0, то оцениваемый комплекс водоохранных мероприятий
экономически целесообразен.
Объект считается экономически эффективным, если срок окупаемости
не превышает 8 лет. При таком сроке окупаемости экономическая
эффективность (Эн - нормативная эффективность) равна 0,12 год-1.
В нашем случае экономическая эффективность капитальных вложений
(Э = 0,78 год-1) больше нормативной, следовательно мероприятия
экономически эффективны.
ЗАДАНИЕ
Выполните самостоятельно расчет экономической эффективности
водоохранных мероприятий завода.
Варианты исходных данных для определения экономической
эффективности водоохранных мероприятий приведены в таблице 1.
Таблица 1
показатель
1
2
3
4
вариант
5
6
7
Номер
водохозяйственного
1
3
14
33
34
36
55
участка
Расход сточных вод, м3/сут.
300 450 520 260 470 380 400
К, тыс. руб.
80 140 180 100 150 120 130
С, тыс. руб.
20
60
90
25
50
40
45
Концентрация загрязнений в сточных водах, мг/л
(до проведения комплекса водоохранных мероприятий)
Взвешенные вещества
500 700 820 750 920 750 800
БПКполн.
650 560 640 700 800 520 750
Нефть и НП
150 210 250 300 150 200 180
Масла
20
30
40
30
45
35
25
Концентрация загрязнений в сточных водах, мг/л
(после проведения комплекса водоохранных мероприятий)
Взвешенные вещества
60
80
95
90 100 85 100
БПКполн.
50
60
75
80 100 60
90
Нефть и НП
20
16
30
30
20
25
20
Масла
3
4
10
4
4
3
2
8
9
10
33
34
36
420
110
30
560
160
60
350
140
50
720
720
100
30
950
950
200
30
900
800
180
35
120
120
15
2
100
100
20
3
100
100
20
4
Приложение 1
Значение безразмерной константы σк
для некоторых водоохранных участок
Номер
участка
Наименование бассейнов
рек и створов
Административный состав участка
Республика Коми без юго-западной
части; Ненецкий автономный округ,
южная часть
Республика Карелия, крайняя южная
часть; Ленинградская обл., без западной
части; Псковская обл., без восточной
области
Орловская обл., центральная часть;
Калужская обл., без западной части
σк
1
Печера (устье)
3
Нева (устье)
14
Волга (устье р. Оки)
33
Обь (Новосибирск)
Алтайский край, Новосибирская обл.,
юго-восточная часть
0,34
34
Обь (устье р. Томь)
Новосибирская обл., восточная часть;
Томская обл., южная часть
0,92
36
Обь (устье р. Иртыш)
55
Онежское озеро
Тюменская обл., южная часть
Республика Карелия, центральная и
восточная части
0,18
0,47
2,60
1,00
0,20
Значение ПДК в воде водных объектов рыбохозяйственного,
хозяйственно-питьевого или культурно-бытового назначения для некоторых
распространенных загрязняющих веществ
Вещество
Взвешенные вещества
БПКполн
Нефть и НП
Масла минеральные
ПДК,
г/м3
20
3,0
0,05
0,01
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 6
ЭКОЛОГИЯ СОВРЕМЕННОГО ЖИЛИЩА
Цель работы: ознакомится с эколого-гигиеническими требованиями,
предъявляемыми к жилищу человека.
В соответствии с вариантом, студенты рассчитывают искусственное
освещение квартиры, учитывая тип светильников и назначение помещений.
Определяют количество потребляемой энергии. Планирую цветовое
оформление квартиры, руководствуясь основными принципами эстетики и
дизайна. Определяют влияние шума с улицы и ближайших объектов, от
аэропорта. Обсуждают экологические условия жилища. По расположению
жилища на карте города сравнивают экологические показатели.
Расчет необходимой площади по воздухообмену.
Количество свежего воздуха, необходимое одному человеку:
V1 чел. = B/ (ρВ *ρо), м3/ч,
где ρВ – ПДК углекислого газа = 0,1% объема,
ρо – концентрация СО2 в наружном воздухе, равна 0,03% объема.
В= 22,6 л/час – выдыхается человеком углекислого газа.
Нормативы кратности воздухообмена:
Жилая комната
0,5 -1 л/час
Кухня
3 л/час
Подсобное помещение
25 л/час
Расчет освещенности
Минимальная величина освещенности
Жилая комната
75лк
Кухня
100 лк
Лестница
50лк
Нормы искусственного освещения
Размер детали
Нормы освещенности, лк
Лампы накаливания
Люминесцентные
0,5-1
100-200
150-300
1-5
50-1850
100-200
Более 5
50
100
Характеристика ламп
Лампы накаливания
Люминесцентные
Мощность, вт.
Световой поток, Мощность, вт.
Световой поток,
лм
лм
20
191
15
465-390
40
336
20
660-560
60
540
30
1080-900
75
671
40
1520-1280
100
1000
150
1710
200
2510
Расчет искусственного освещения
коэффициентом использования.
методом
светового
потока
с
Расчет общего необходимого светового потока F (лм) выполняется по
формуле:
F = (ЕH * A * Б * Z * K) / η,
где ЕH – нормированная освещенность. Лк,
А, Б, Н- длина, высота, ширина помещения,
Z=1,15 – коэффициент неравномерности освещения,
K = 1,5 для люминесцентных ламп,
К=1,3 – для ламп накаливания
η – коэффициент использования светового потока
η = 0,50+(i-1)/10
где i - показатель помещения, учитывающий его конфигурацию.
i = (А*Б) / h*(А+Б)
где h – расчетная высота подвеса светильника над рабочей
поверхностью,
h = Н – hр.п. - hс.
где hр.п. – высота стола над полом,
hс. - расстояние светильника от пола,
п – необходимое количество ламп
п= F/Fл
Расчет уровня шума
Уровни шума:
Тихий шепот на расстоянии 1,5м
Тиканье часов
Тихий разговор
Речь
Шум улицы
Поезд метро
Турбогенератор в 10 м
Мотор самолета
10 дВ
20 дВ
40 дВ
60 дВ
60-85 дВ
95 дВ
100 дВ
140 дВ
Действие шума
Повышается
кровяное
давление, 65 дВ
повышается утомляемость
Нарушение
слуха,
нарушение 90 дВ
нервной деятельности, ухудшение
деятельности желудочно-кишечного
тракта
Лопаются барабанные перепонки. 120 дВ
Клетки коры головного мозга
находятся в состоя6нии, близком к
истощению, разрушаются нервные
клетки
Нормы допустимых уровней шума при частоте 1000 Гц
Палата больницы
20-30 дБ
Комнаты чертежные, вычислительные 45 дБ
Рабочие места производственных 80 дБ
помещений
Жилые комнаты квартир
35 дБ
Территории у жилых домов
50 дБ
Изменение уровня шума с измерением расстояния можно определить по
формуле:
Lr = Lм – 20 lg r - 8 дБ
где Lr – уровень шума на расстоянии 1 м от источника, дБ
Lм- затухание шума на расстоянии r.
Вариант
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Площадь , м2
Жилая
комната
20
Высота,
м
кухня
10
Подсобное
помещении е
5
15
8
6
10
9
4
18
15
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
3,2
3,2
3,2
3,2
3,2
СУТОЧНЫЕ ЭНЕРГОТРАТЫ ЧЕЛОВЕКА
Цель работы: изучить способ приближенной оценки энергетических
трат у человека при различных видах его деятельности.
Задание:
1. Изучить и законспектировать общие положения по пункту I.
2. Освоить табличный способ оценки энерготрат у человека по пункту
II.
3. Определить суточные энерготраты по пункту III (по варианту).
4. Определить собственные суточные энерготраты.
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Человек, как любой живой организм, представляет собой открытую
термоденамическую
систему,
которая
может
сохранять
свою
жизнеспособность благодаря постоянному обмену веществ, энергии и
информации с внешней средой. Внешняя среда является источником
энергетических ресурсов в виде пищи. Компоненты пищи в организме
преобразуются в собственные структуры клеток. Этот процесс называется
ассимиляцией. Ассимиляция - энергозависимый процесс. Энергия для этого
добывается посредством окислительного разрушения химических связей
органических веществ, накопивших солнечную энергию. Процесс
освобождения энергии называется диссимиляцией, а белки, жиры, и
углеводы являются для нее сырьем.
И так, энергия в клетках расходуется на восстановление их структур, на
их деление, а также на разнообразные процессы жизнедеятельности. В
конечном счете, обеспеченность энергией определяет работоспособность
отдельных клеток и организма в целом. Уровень энерготрат изменяется в
зависимости от характера работы человека, состояния окружающей среды (в
холодную погоду энерготраты возрастают), состава пищи и индивидуальных
особенностей человека (массы тела, возраста и др.).
Энергия, содержащаяся в пище, у человека в течение суток расходуется
по трем направлениям:
а) на основной обмен (деятельность внутренних органов в состоянии
покоя;
б) на переваривание пищи (соковыделение);
в) на различные виды деятельности.
Энергетические траты человека принято выражать в единицах
измерения тепла - больших калориях (килокалориях, ккал) или джоулях
(килоджоулях, кдж) и соотношение между ними: 1 ккал = 4,184 кдж.
Суточные энерготраты можно определить несколькими способами:
посредством прямой и непрямой калориметрии (по газообмену), по
калорийности рациона, а также расчетным способом.
Прямая калориметрия имеет, скорее, историческое значение, так как для
измерения теплоты, выделяемой человеком, нужны громоздкие
теплоизоляционные камеры. В настоящее время она почти не используется.
Непрямая калориметрия основана на измерении количества конечных
продуктов окисления органических веществ (СО2 азотистых продуктов) и
расчете их исходной энергетической ценности.
II. ТАБЛИЧНЫЙ СПОСОБ РАСЧЕТА ЭНЕРГОТРАТ
При использовании этого способа расчета энерготрат за "исходные"
принимаются данные, которые утверждены для людей 1 группы (все
население по тяжести выполняемой работы делится на 5 групп, см. Табл. 1).
Люди 1-ой группы, ведут обычный образ жизни без значительных
физических нагрузок. Их энерготраты определены на основании
соответствующих обследований больших групп людей и включают расходы
энергии на домашнюю работу, личную гигиену, ходьбу на работу и т.п.
При определении суточных энерготрат или потребности в энергии у
людей той или иной профессии, энерготраты которых превышают таковые у
людей 1 группы населения, пользуются утвержденными нормами (Табл. 1).
Фактически, для вычисления суточных энерготрат человека,
занимающегося новым видом деятельности (производственной, спортивной и
др.), нужны следующие данные:
1) расход энергии на данный вид деятельности в час на 1 кг массы тела
(Табл. 2).
2) сведения о длительности исследуемого вида деятельности.
Общая формула расчета такова: Э2 =[ (Б-А) х В х М ]+ Э1 где
Э2- суточные энерготраты при данном виде деятельности;
Б - энерготраты (кдж или ккал) на данный вид деятельности в 1 ч на 1 кг
массы тела (Табл. 2);
А - "фоновые" энерготраты (в бодрствующем состоянии в 1 ч на 1 кг
массы тела);
В - длительность данного вида деятельности;
М - масса тела (кг);
Э1 - норма суточной потребности энергии, утвержденная для 1-й группы
населения.
Расчет "фоновых" энерготрат производится следующим образом.
Прежде всего рассчитывается расход энергии во время сна (экспериментами
установлено, что энерготраты у людей во время сна составляют около 4,18
кдж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час). Следовательно, при 8 ч длительности
сна мужчина в возрасте 18-29 лет со средней массой тела в 70 кг за это время
суток расходует 2341 кдж. Эту величину вычитают из суточной нормы
потребности в энергии, утвержденной для 1 группы населения, а именно их
11715 кдж. В результате получают энерготраты за 16 час бодрствования, т.е.
9374 кдж. Разделив эту величину на 16 ч и массу тела, определяют
"фоновый" расход энергии во время бодрствования (в данном случае 9374 :
16 : 70 = 8,36 кдж в 1 час на 1 кг массы тела). Для расчета энерготрат у
женщины см. в таблице 1.
Пример вычисления. В экспериментах установлено, что металлург в
возрасте 18-29 лет во время работы расходует за 1 час в среднем 1047 кдж
(250 ккал) (Табл. 2).
Если учесть, что сон у него в среднем длится 8 час, то за это время
расходуется 8 х 4,18 кдж на 1 кг массы тела, а на 70 кг (средняя масса
мужчины) - 2341 кдж (во время сна расходуется примерно столько же
энергии, сколько на основной обмен). Эту величину следует вычесть из
суточных энерготрат, характерных для 1 группы населения, т.е. в обычных
условиях жизни. Следовательно, 11715 кдж - 2341 кдж = 9374 кдж. Эта
величина соответствует расходу энергии во время бодрствования.
Продолжительность его бодрствования составляет 24 ч - 8 ч (сон) = 16 ч.
Тогда за 1 час во время спокойного бодрствования он расходует 9374 : 16 =
586 кдж. Превышение энерготрат во время трудовой деятельности над
энерготратами в спокойном состоянии составит: 1047 кдж/ч - 586 кдж/ч = 461
кдж/ч, а за время 8-ми часовой смены - 3688 кдж. Эту величину следует
прибавить к норме суточной потребности в энергии, рекомендуемой для 1
группы людей, получится 15400 кдж (3684 ккал). Эти величины очень близки
к рекомендованным для 4 группы населения (3700 ккал), к которой относятся
металлурги.
III. Определить (по варианту) суточные энерготраты:
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
группа
Студентки
Студента
Картографа
Геодезиста
Землекопа
Шофера
Плотника
Каменщика
Слесаря
Шахтера
возраст
22
23
28
35
25
36
45
50
38
28
рост (см)
160
175
175
170
175
173
178
168
176
170
вес
58
73
87
80
73
75
80
73
80
75
гр
(1 гр.)
(2 гр.)
(5 гр.)
(3 гр.)
(4 гр.)
(4 гр.)
(3 гр.)
(5 гр.)
Таблица 1
Суточные энерготраты у различных групп населения в зависимости от
возраста, пола и интенсивности труда
За
сутки
энерготрат
ы
18-29 лет
мужчин
женщин
кдж
ккал
11715
(2800)
10042
(2400)
кдж
ккал
12552
(3000)
10669
(2550)
кдж
ккал
13388
(3200)
11296
(2700)
Возраст и пол
30-39 лет
мужчин
Женщин
1 группа
11297
9623
(2700)
(2300)
2 группа
12133
10250
(2900)
(2450)
3 группа
12970
10878
(3100)
(2600)
40-59 лет
мужчин
женщин
10669
(2550)
9205
(2800)
11506
(2750)
9832
(2350)
13342
(2950)
10460
(2500)
кдж
ккал
15480
(3700)
кдж
ккал
17991
(4300)
13179
(3150)
4 группа
15062
(3600)
5 группа
17154
(4100)
12761
(3050)
14434
(3450)
12133
(2900)
16317
(3900)
Таблица 2
Энерготраты человека при разных видах деятельности
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вид деятельности
Умственная работа сидя
Управление грузовиком (шофер)
Работа слесаря
Чтение лекции в большой аудитории
Работа шахтера-комбайнера
Ходьба (5 км/час)
Работа металлурга
Работа плотника
Работа землекопа
Работа каменщика
Энерготраты за 1 час/кг
массы тела
КДж
ккал
9,0
(2,03)
11,1
(2,66)
11,1
(2,66)
12,6
(3,0)
12,6
(3,0)
12,8
(3,06)
14,9
(3,57)
17,9
(4,28)
17,9
(4,28)
23,9
(5,72)
1. От каких факторов зависит потребность организма в пище?
2. На каком принципе основан табличный способ оценки энерготрат у
человека?
3. Как влияет холодный климат на энерготраты человека?
4. Как зависит уровень энерготрат человека от интенсивности его
деятельности?
5. На какие нужды тратится энергия, Содержащаяся в пище?
Расчет
энергетической
рациональном питании
ценности
продуктов
при
Цель работы: дать понятие студентам о культуре питания - одному из
разделов науки об экологии человека, ознакомить с основами национального
питания.
Задание:
1. Рассчитать лист питания на день, на неделю.
2. Определить необходимое количество пиши, учитывая ее
разнообразие.
рассчитывается баланс белков, жиров и углеводов.
Задание выполняется с использованием приведенных таблиц и образца
"листа питания".
Содержание белков, жиров, углеводов в продуктах питания и их
энергетическая ценность (на 100 г продукта)
Продукт
Белки
Жиры
Углеводы
ккал
1
Крупа: манная
гречневая
овсяная
Горох лущеный
Макаронные изделия
Хлеб ржаной
сдоба
пшеничный
Сахар-песок
2
11,3
12,6
11,9
23,0
10,4
6,5
7,6
7.6
0
3
0,7
2,6
5,8
1,6
0,9
1,0
5,0
0,9
0
4
73,3
68,0
65.4
67,7
75,2
40,1
56,4
49,7
99,8
5
326
329
345
323
332
190
288
226
37.7
Крахмал картофельный
0,1
следы
79.6
129
Карамель фруктовая
0,1
0,1
92,1
348
Шоколад молочный
6,9
35,7
52,4
547
Какао порошок
24,2
17,5
27,9
373
Конфеты шоколадно-кремовые
4,0
39,5
51,3
566
следы
0,1
77,7
296
Пастила
0,5
следы
80,4
305
Зефир
0,8
следы
77,3
299
Халва
12,7
29,9
50,6
510
Кондитерские изделия:
печенье сахарное
галеты
вафли фруктовые
пряники
пирожное с кремом
7,5
9,7
3,2
4,8
5,4
11,8
10,2
2,8
2,8
38,6
74,4
68,4
80,1
77,7
46,4
417
393
342
336
544
Мармелад
Молоко, молочные продукты:
молоко пастеризованное
сливки 10% жирности
сметана 20% жирности
творог полужирный
сырки творожистые
кефир нежирный
простокваша
молоко сухое
молоко сгущен. с сахаром
Масло сливочное
Масло топленое
Сыр российский
Брынза их коровьего молока
Плавленый сыр 40% жирности
Мороженое молочное
Эскимо ленинградское
Маргарин
Жир кулинарный
Сало растительное
Растительное масло
Овощи, плоды:
горошек зеленый
кабачки
капуста
картофель
ананас
бананы
персики
яблоки
апельсины
лимон
виноград
земляника садовая
грибы свежие белые
сушеные
капуста квашеная
томаты соленые
чай зеленый байховый
Мясо:
баранина 2 категории
говядина 1 категории
говядина 2 категории
кролик
свинина мясная
печень
почки
2,8
3,0
2,8
16,7
7,1
3,0
2,8
25,6
7,2
0,6
0,3
23,4
17,6
23,0
3,2
3,5
0,3
0
0
0
3,2
10,0
20,0
9,0
23,0
0,05
3,2
25,0
8,5
82,5
98,0
30,0
20,1
19,0
3,5
20,0
82,3
99,7
99,7
99,9
4,7
4,0
3,2
1,3
27,5
3,8
4,1
39,4
56,0
0,9
0,6
21,3
19,6
1,0
0
0
0
58
118
206
156
340
30
58
475
315
748
887
371
260
270
125
268
746
897
897
899
5,0
0,6
1,8
2,0
0,4
1,5
0,9
0,4
0,9
0,9
0,9
1,8
3,2
27,6
0,8
1,7
20,0
0,2
0,3
0,1
0,7
6,8
-
13,3
5,7
5,4
19,7
11,8
22,4
10,4
11,3
8,4
3,6
17,5
8,1
1,6
10,0
1,8
1,8
6,9
72
27
28
83
48
91
44
46
38
31
69
41
25
209
14
19
109
20,8
18,9
20,2
20,7
14,6
17,4
12,5
9,0
12,4
7,0
12,9
33,0
3,1
1,8
-
164
187
144
199
355
98
66
Колбасные изделия:
докторская
сардельки 1 сорта
сосиски свиные
копченая краковская
грудинки, сырокопченая
Консервы мясные:
говядина тушеная
завтрак туриста
Птица:
Бройлеры (цыплята) 1 кат.
гуси 1 категории
индейки 1 категории
куры 1 категории
2 категории
утки 1 категории
яйца куриные
Рыба:
горбуша
камбала
треска
хек
щука
язь
краб
паста "Океан"
сельдь соленая
икра кеты зернистая
минтая
Томат-паста
Консервы, фруктовые компоты:
абрикосы
персики
Фруктовые соки:
вишневый
яблочный
Варенье из малины
Фрукты сушеные:
урюк
изюм
воздушная кукуруза
кукурузные хлопья
хрустящий картофель
Мука высшего сорта
13,7
9,5
11,8
16,2
7,6
22,8
17,0
30,8
44,6
66,8
1,9
.
260
198
324
466
632
16,8
20,5
18,3
10,4
-
232
176
17,6
15,2
19,5
18,2
20,8
15,8
12,7
12,3
39,0
22,0
18,4
8,8
38,0
11,5
0,4
0,7
0,6
0,7
183
412
276
241
165
105
157
21,0
15,7
17,5
16,6
18,8
19,0
16,0
18,9
17,0
31,6
28,4
7,0
3,0
0,6
2,2
0,7
4,5
0,5
6,8
8,5
13,8
1,9
-
147
90
75
86
82
117
69
137
145
251
131
4,8
0
18,9
96
0,5
0,3
0
0
21,4
22,3
85
86
0,7
0.5
0,6
0
0
0
12.2
11,7
71,2
53
47
271
5,0
1,8
9,4
15,1
3,4
10,3
0
0
3,3
1,3
38,8
0,9
67,5
70,9
76,5
73,3
48,1
74,2
278
276
354
347
534
327
Пример: "Лист питания"
Вес (студента) - 75 кг.
Предварительное меню на сутки:
Завтрак: творог
молоко
хлеб
масло слив.
Обед:
свекла
масло растит.
картофель
мясо говяд.
хлеб
варенье
Полдник: мука
масло раст.
сок яблочн.
Ужин: куры 2 кат.
капуста
молоко сгущ.
пряники
хлеб
100г
200г
100г
10г
50г
20г
200г
100г
100г
50г
100г
10г
200г
100г
200г
20г
50г
50г
Коррекция:
изюм 100г
шоколад 20г
пастила 50г
воздш. кукуруза 100г
Таблица 1
Расчет питания по белкам, жирам, углеводам, ккал на сутки
Продукты
Молоко
Творог
Масло
сливочн.
растит.
Хлеб
Пряники
Мясо говяд.
Куры 2 кат.
Молоко сгущен.
Свекла
Картофель
Капуста
Мука
Сок яблочный
Варенье
Итого:
Кол-во, г
200
100
10
30
250
50
100
100
20
50
200
200
100
200
50
1660
Потребность на 1 кг веса
Потребность на весь вес
Отклонение от нормы на весь вес
Белки, г
5,6
16,7
0,06
0
19
2,4
18,9
20,8
1,4
0,8
4,0
3,6
10,0
1,0
0,3
104,86
1,5
112,5
-7,6
Жиры, г
6,4
9,0
8,2
30
2,2
1,4
12,4
8,8
1,7
0,2
0,9
0
0
81,2
1,5
112,5
-31,3
Углеводы, г
9,4
1,3
0,09
0
124,2
38,8
0,6
11,2
5,4
39,4
10,8
74,2
23,4
35,6
373,39
8
600
-226,6
Ккал
116 156
75
270
565
168
187
165
63
24
186
58
327
94
136
2588
50
3750
-1162
Коррекция:
Шоколад
Изюм
Возд. кукуруза
Пастила
Итого:
Всего:
Отклонение на вес %
50
100
100
50
50
300
1960
3,4
17,8
26,2
274
1,8
70
280
9,4
3,3
76,5
354
0,2
40,2
152
14,8
21,1
212,7
1060
119,7
102,3
586,1
3648
+7,3 (6,5%) -10,4 (9,2%) -13,8 (2,3%) -102 (2,7%)
Таблица 2
Рекомендуемый баланс белков, жиров, углеводов
для взрослого человека
Белки
Жиры
Углеводы
1
1, 2
4,6
Процентное соотношение
энергетической потребности
11-13%
30-33%
56%
Качественное соотношение
Животные 55%
Растительные 45%
Животные 50%
Растительные 30%
Маргарин 20%
.
Весовое соотношение
Таблица 3
Распределение пищевого рациона при 4-х разовом
и 3-х разовом питании
4-х разовое
3-х разовое
Завтрак
Обед
25%
35%
30-35%
40-45%
Полдник
15%
-
Ужин
25%
20-30%