<<
>>

ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ГЕОЭКОЛОГИИ

Задача 5.1

(типовая для выбора метода анализа)

Атмосферные осадки над г. Томском содержат в среднем Юмкг меди/л. Подберите метод (методы) анализа для мониторинга и исследования осадков в этом городе на содержание меди.

Следует ли их предварительно концентрировать? Какие объемы осадков необходимы в качестве проб для анализов?

Решение. По условиям задачи средняя концентрация меди в атмосферных осадках:

10 мкг/л = 10"6 % = 1,6-10-7 моль/л.

Сравнивая эту концентрацию с пределами обнаружения различных методов анализа (табл. 3.1), получаем: Метод титрования можно применить, но после достаточного концентрирования раствора в 2-3 раза (с очевидным запасом). Метод спектрофотометрии в видимой области имеет достаточный предел обнаружения, но если концентрации меди будут ниже средней, потребуется предварительное концентрирование раствора в несколько раз. Без предварительного концентрирования можно проводить определения меди методами пламенной эмиссионной спектроскопии и атомно-абсорбционной спектроскопии. Точность этих методов одинакова, поэтому предпочтение одному из них может быть отдано в зависимости от возможностей лаборатории.

Задача 5.2 ПДК бериллия в питьевой воде - 0,0002 мг/л. Какие методы анализа могут быть применены для его определения? В воде р. Томь никель содержится в концентрациях 0,0008 + 0,0056 мг/л.

Обсудите условия применения для его определения методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС). Предел обнаружения никеля - 0,002 мг/л.

Задача 5.3

(типовая для расчета чувствительности

и предела обнаружения данного метода анализа)

При определении фотоколориметрическим методом бора в природных водах получены следующие результаты: мкг/мл              2,0              3,0              5,0              7,0              8,0 оптическая плотность              0,058              0,089              0,0143              0,185              0,220

При определении фона на холостых пробах оптические плотности /)ф оказались следующими: 0,007; 0,005; 0,004; 0,008 и 0,003.

Найдите чувствительность и предел обнаружения данного метода. В природных водах содержание бора обычно составляет 0,1-0,01 мг/л. Можно ли определять бор данным методом?

Решение. По исходным данным задачи строим градуировочный график, из которого согласно уравнению (4.10) вычисляем чувствительность метода Н:

Н= AD / ДС= 0,082/3,0 = 0,027 ед. опт. пл. / мкг/л.

Далее по уравнениям (4.1) и (4.3) вычисляем среднеарифметическое Д], = 0,005 и среднюю квадратическую погрешность

Оф = 0,002.

По формуле (4.11) определяем предел обнаружения Ст = 0,006 / 0,027 = 0,22 мкг/л или по (4.12) определяем:

Ашп = 0,005 + 0,006 = 0,011 ед. опт. пл. и по градуировочному графику находим:

Ст = 0,2 мкг/л.

Согласно условиям задачи концентрация бора лежит в интервале 0,01 +0,1 мг/л = 0,01 +0,1 мкг/мл.

Сравнивая эти величины с пределом обнаружения, видим, что нижний уровень концентрации в 20 раз, а верхний - в 2 раза меньше предела обнаружения, следовательно, для достижения предела обнаружения эти растворы необходимо сконцентрировать в 20 и 2 раза соответственно. А для надежного определения коэффициенты концентрирования желательно увеличить еще в 2-4 раза. Тогда, например, при концентрировании в 60 и 6 раз соответственно, бор будет надежно определяться даже в наиболее бедных им растворах.

Задача 5.4

Математическая обработка результатов измерений

В четырех пробах донного ила (каждая проба - 100 г) по результатам параллельных измерений обнаружили U3O8 (табл. 5.1).

Проведите математическую обработку этих результатов: Найдите среднее арифметическое значение. Вычислите абсолютную случайную погрешность /'-го измерения. Определите среднюю квадратическую погрешность отдельных измерений. Определите относительную квадратическую погрешность отдельных измерений. Рассчитайте среднюю квадратическую погрешность среднего арифметического и относительную квадратическую погрешность среднего арифметического. По табличному значению коэффициента Стьюдента при 4 измерениях с надежностью 0,95 составьте доверительный интервал.

Примените правило За для нахождения грубых аналитических ошибок.

Если такие результаты есть, отбросьте их и найдите новый доверительный интервал.

Таблица 5.1

Исходные данные для статистической обработки

Номер варианта

Содержание U308

1

0,0217; 0,0261; 0,0235; 0,0225

2

0,0215; 0,0256; 0,0234; 0,0226

3

0,0218; 0,0257; 0,0233; 0,0227

4

0,0219; 0,0258; 0,0232; 0,0228

5

0,0216; 0,0259; 0,0231; 0,0229

6

0,0220; 0,0260; 0,0230; 0,0251

7

0,0221; 0,0261; 0,0236; 0,0252

8

0,0222; 0,0262; 0,0236; 0,0253

9

0,0223; 0,0263; 0,0237; 0,0254

0

0,0224; 0,0264; 0,0238; 0,0255

Задача 5.5

Математическая обработка результатов измерений

В водоем с турбулентными условиями непрерывно сбрасывается некоторый загрязнитель с известной концентрацией Со. Варианты загрязнителей приведены в табл. 5.2. На каком расстоянии от места сброса концентрация загрязнителей достигнет их ПДК при заданном времени и известной исходной (в сбросе) концентрации?

Сбросы, по существу, являются источником загрязнителей водной среды. В геоэкологии и экологической безопасности роль перемещений в рассеивании загрязнителей считается основной и подлежит обязательному учету.

В механизмах перемещения загрязнителей основное внимание должно уделяться течениям и турбулентной диффузии, так как молекулярная диффузия в водной среде характеризуется весьма малой скоростью. Осаждение поллютантов в депонирующие среды становится существенным в зимнее время в результате вмерзания в ледовое покрытие.

Например, так произошло с масштабными выбросами китайским предприятием высокотоксичного нитробензола (C6H5N02 с ГТДКрх = 0,01 мг/л) зимой 2006 г. в реку Амур, выше по течению г. Хабаровска. Другой вариант осаждения возможен при заметной концентрация в выбросах твердой (песчано-глинистой) фазы, что случается очень редко.

Течения играют существенную роль в переносе загрязнителей в реках и отдельных районах морей и океанов, причем более значимым и всеобщим фактором является турбулентная ДИффуЗИЯ (Дурб).

Коэффициенты турбулентной диффузии зависят от «масштаба длины», поэтому их следует выбирать в соответствии с масштабами расстояния. В данной задаче можно использовать значение А-урб, Для 10 км оно равно 4-105 см2/с.

Исходные данные для расчетов представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Исходные данные (по вариантам)

Вариант

Загрязнитель

ПДК, мг/м3

Время, ч

С0, мг/л

1

Соли хрома

0,1

10

50

2

Соли хрома

0,1

5

100

3

Соли хрома

0,1

24

20

4

Аммиак

0,05

10

50

5

Аммиак

0,05

24

20

6

Аммиак

0,05

10

30

7

Фенол

0,001

24

0,2

8

Фенол

0,001

48

0,4

9

Цианиды

0,05

24

10

0

Цианиды

0,05

12

30

Используя вышеприведенное значение коэффициента турбулентной диффузии, можно оценить рассеяние Лх загрязнителей в водоемах по уравнению


где Ах - расстояние, на которое распространяется фронт поллютантов за время t, с. Точные расчеты переноса загрязнителей от точки выброса можно провести, решив уравнение 2-го закона Фика.

Однако это уравнение не имеет общего решения, а может быть решено лишь при определенных граничных условиях.

Если имеется выброс загрязнителя, концентрация которого в выбросе постоянна и равна Со, а концентрация С в начальный момент в любых точках, кроме точки выброса, равна нулю, то граничные условия принимают следующий вид:

1) С = 0 при t = 0; 2) при х = О, С = Со = const и не зависит от времени.

Решение уравнения 2-го закона Фика при этих граничных условиях имеет вид


где второй член, стоящий в скобках, - интеграл вероятностей (трансцендентная функция Крампа), определяемый по специальным таблицам.

Из условий задачи и этого уравнения

С /Со =1,0,

т. е. интервал вероятностей равен 1,0, а верхний предел интегрирования z по табличным данным равен 3,23 (табл. 5.3). Тогда в уравнении


Все переменные известны, и можно рассчитать значения х для каждого поллютанта.

Таблица 5.3

Интервал вероятностей (трансцендентная функция Крампа)

Z

Ф

Z

Ф

0,01

0,01128

2,40

0,99931

0,05

0,05637

2,50

0,99959

0,1

0,11246

2,60

0,99976

0,5

0,52050

2,70

0,99987

1,00

0,84270

2,80

0,99992

1,50

0,0,96611

2,85

0,99994

2,00

0,99532

2,90

0,99996

2,10

0,99702

3,00

0,99998

2.20

0,99814

3,07

0,99999

2,30

0,998865

3,23

1,00000

Примечание.

Ф = 2 Je у dy/\fn .

О

Сравните результаты, полученные двумя способами.

Контрольные вопросы и задания На основе какого признака классифицируются выбросы загрязняющих веществ? Что такое время жизни поллютанта в атмосфере? Приведите примеры загрязнителей, относящихся к разным классам. Какие законы описывают процесс диффузии? Как рассчитывается смещение границы загрязнения? Как решается уравнение, являющееся 2-м законом Фика? Чем определяется диффузия в почвах и донных осадках? Какие факторы влияют на распространение загрязнителей при выбросе из дымовых труб?

Голубев, Г.Н. Геоэкология / Г.Н. Голубев. - М. : МГУ. - 1999.-300 с. Инженерная экология и экологический менеджмент / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева [и др.] ; под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. - М. : Логос, 2003. - 528 с. Мананков, А.В. Экология : учеб, пособие / А.В. Манан- ков. -Томск : Изд-во ТГАСУ, 2003. - 142 с. .Нормы радиационной безопасности (НРБ -99/2009): Гигиенические нормативы. - М. : Центр СЭН, ГСиЭ Минздрава России, 2009. - 116 с. .Рихванов, Л.П. Радиоактивные элементы в окружающей среде и проблемы радиоэкологии : учеб, пособие / Л.П. Рихванов. - Томск : STT, 2009. - 430 с. Самарский, А.А. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. Изд. 3-е / А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич. - М. :УРСС, 2004.-248 с. Сапожников, Ю.А. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика / Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. - М. : Бионом, 2006. - 286 с. Старков, В.Д. Основы радиационной экологии / В.Д. Старков. - Тюмень : Изд-во «Тюмень», 2001. - 208 с. Тарасов, В.В. Мониторинг атмосферного воздуха / В.В. Тарасов, И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. - М. : РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. - 97 с. Титяева, Н.А. Ядерная геохимия / Н.А. Титяева. - М. : Изд-во МГУ, 2000.-336 с. Хомич, В.А. Экология городской среды : учеб, пособие / В.А. Хомич. - М. : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. - 240 с. Язиков, Е.Г. Геоэкологический мониторинг / Е.Г. Язи- ков, А.Ю. Шатилов. - Томск : Изд-во ТПУ, 2004. - 276 с.

Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы / под ред. Р. Сониасси. - М. : Мир, 1993. - 80 с. Афанасьев, Ю.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды : учеб, пособие. Ч. 1 / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин. - М. : Изд-во МНЭПУ, 1998. - 208 с. Мананков, А.В. Научная рациональность в проблеме устойчивого развития / А.В. Мананков // Методология науки. Вып. III. Становление современной научной рациональности. - Томск : Изд-во ТГУ, 1998. - С. 120-126. Мананков, А.В. Краткий словарь по геоэкологии и экологической безопасности : учеб, пособие / А.В. Мананков, В.П. Парначев. - Томск : Изд-во ТГАСУ, 2006. - 77 с. Перегуд, Е.А. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы / Е.А. Перегуд, Д.О. Горелик. - Л. : Химия, 1981. - 384 с. Потапов, В.В. Киотский протокол как механизм дискриминации России / В.В. Потапов // Использование и охрана природных ресурсов в России. - 2004. - № 3. - С. 73-85. Руководство Р 2.2.2006-05. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. - М. : Минздрав России, 2005. - 152 с. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. - Л. : Гид- рометеоиздат, 1986. - 135 с. Экология и экономика природопользования / под. ред. проф. Э.В. Гирусова. - М. : Единство, 2002. - 519 с. Ясачанов, Н.А. Основы геоэкологии : учеб, пособие / Н.А. Ясаманов. - М. : ИЦ «Академия», 2003. - 352 с. 

<< | >>
Источник: Мананков А.В.. Геоэкология. Промышленная экология. 2010

Еще по теме ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ГЕОЭКОЛОГИИ:

  1. Глава 14 ИДЕИ ИКОНЦЕПТЫ-«ПРИОРИТЕТЫ»
  2. ВВЕДЕНИЕ
  3. ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ПО ГЕОЭКОЛОГИИ
  4. Экологический риск