Решение задач на экологические расчеты

 

 

Расчет превышения ПДК СО в выхлопных газах автомобильного двигателя

 


Задача 9.
Содержание угарного газа СО в отработанных газах автомобиля «Жигули» (режим холостого хода) не должно превышать 4,5% по объёму. Соответствует ли режим работы двигателя указанной норме, если при пропускании 25 л выхлопных газов (содержащих по объёму СО2 вдвое больше, чем СО) через 180,5 мл 18%-го раствора гидроксида натрия (ρ = 1,197 г/мл) произошло полное насыщение раствора? Рассчитать превышение ПДК СО в выхлопных газах данного автомобиля «Жигули»?
Решение:
w%(NaOH) = 18% или 0,18; 
M(NaOH) = 40 г/моль;
Vm = 22,4 л/моль;
V(газ) = 25 л;
V(p-a) = 180,5 мл;
ρ(p-pa) = 1,197 г/мл;
ПДК(СО) = 4,5% по объёму;
V(СО) = ?
N(ПДК) = ?
Уравнение реакции гидроксида натрия и углекислого газа имеет вид:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.

Из уравнения реакции вытекает, что 1 моль СО2 реагирует с 2 моль NaOH, т.е. n(CO2) = 1/2n(NaOH).
1. Рассчитаем массу раствра NaOH:

m(p-pa) = 1000 мл . ρ(p-pa) = 1000 мл . 1,197 г/мл = 1197 г.

2. Рассчитаем количество  NaOH в растворе:

n'(NaOH) = [(w%(NaOH) . m(p-pa))]/M(NaOH) = (0,18 . 1197)/40 = 5,4 моль.

3. Рассчитаем количество NaOH, пошедшее на реакцию:

n(NaOH) = [n'(NaOH) . V(p-pa)]/1000 = 5,4 . (180,5)/1000 = 0,97 моль.

4. Рассчитаем количество СО2, пошедшее на реакцию:

n(CO2) = 1/2n(NaOH) = 0,97 моль/2 = 0,485 моль.

5. Рассчитаем объем СО2 в выхлопных газах:

V(CO2) = n(CO2) . Vm =  2,7 моль . 22,4 /моль = 10,9 л.

6. Рассчитаем массовый объем (в %) СО) в выхлопных газах:

w%(CO2) = [V(CO2) . 100%]/V(газ) = (10,9 л .100%)/25 л = 43,6%.

Тогда

w%(CO) = 1/2V(CO2) = 43,6/2 = 21,8%.

7. Рассчитать превышене ПДК СО в выхлопных газах:

N(ПДК) = w%(CO)/ПДК(СО) = 21,8%/4,5% = 4,8 раза.

Ответ: Содержание СО в выхлопных газах превышает ПДК(СО) в 4,8 раза, что не соответствует режиму работы двигателя.

 


Определение уровня концентрации углекислого газа в учебной аудитории


Задача 10.
Необходимо определить уровень концентрации углекислого газа в учебной аудитории образовательной организации, если известно, что площадь аудитории составляет 175 м2. В течение 1,5 часов в ней занимаются 25 человек. Среднее значение выделяемого СО2 одним человеком равно — 30 л. в час.
Сделайте вывод о соблюдении в данном учебном заведении санитарно-гигиенических норм ПДК С02 в аудиториях во время занятий. Какова должна быть система профилактических мероприятий в данной ситуации?
Решение:
Рекомендованная ПДК СО2 в учебном помещении составляет 0,08 - 0,1%,1 т.е. 800 - 1000ppm или 0,8 - 1 л/м3, что означает, что в каждом кубометре воздуха 800 - 1000 мл занимает углекислый газ.
1. Определяем объем С02, выделяемого 25 человеками ваудитории за 1,5 часа, получим:

V(CO2) = 30 . 25 . 1,5 = 1125 л = 1125 л.

2. Рассчитаем w%(СО2) в помещении, получим:

w%(СО2) = (1125 . 100%)/175000 = 0,643% или 6430ррm или 6,43 л/м3.

Можно и так:

Рассчитаем w%(СО2) в помещении посе полуторачасового бребывания 25 учащихся, получим:

w%(СО2) = (30 . 25 . 1,5 . 100%)/175000 = 0,643% или 6430ррm или 6,43 л/м3.

Значит, уровень концентрации углекислого газа в учебной аудитории образовательной организации составляет 6,43 л/м3, что превышает ПДК СО2 более чем в 7 раз. что может вызвать серьезные отклонения в здоровье учащихся. 

Выводы:
1) в данном учебном заведении санитарно-гигиенические нормы в аудитории во время занятий не соблюдаются, что может вызвать серьезные отклонения в здоровье учащихся и даже удушье;
2) система профилактических мероприятий в данной ситуации:
а) необходимо обеспечить как приток воздуха, так и его отток, рекомендуют проветривать помещение каждую перемену (если нет возможности провести комплексную модернизацию вентиляционной системы);
б) контролировать количество СО2 в помещении с помощью специальных датчиков и своевременно обеспечивать вентиляцию, не усугубляя негативные процессы и не ухудшая состояние людей;
в) если нет возможности увеличить объем помещения и обеспечить приток и оотток воздуха, то разделить класс на две подгруппы, следить чтобы плотность размещения учащихся соответствовала действующим строительным стандартам – от 4 до 6,5 м2 на каждого человека, в нашем случае эта норма соблюдена.


Определение количество СО2 образовавшегося при лесном пожаре


Задача 11.
Определить количество СО2 образовавшегося при лесных пожарах в 2020 г в Австралии, в России и по всему миру, если
1. Sвозг. Австралия = 28 млн гек;
2. Sвозг. Россия = 6,6 млн гек;
3. Sвозг.мир = 98 млн гек.
Плотность древесины равна 490 кг/м3, Q = 490 кг/м3.
Средний объём древесины на гектаре составляет: 
VАвстралия = 1340 м3/га;
VРоссия = 125 м3/га;
VМир = 700 м3/га.
Решение:
М(С) = 12 г/моль = 12 кг/моль;
М(С02) = 44 г/моль = 44 кг/моль.
1. Рассчитаем количество СО2, которое образуется при сгорании одного кубического метра древесины:

mга(CO2) = [Q/M(C)]M(CO2) = (490/12)44 = 1796,66 кг = 1,79666 т ≈ 1,8 т. Значит, При сгорании 1 м3 древесины образуется примерно 1,8 т/м3 СО2.

2. Определим количество СО2 образовавшегося при лесных пожарах
а) рассчитаем количество СО2 образовавшегося при лесных пожарах в 2020 г в Австралии:

m(CO2)Австралия = Sвозг.Австралия * VАвстралия = mга(CO2) =
= (28 . 105 га) . 1340 м3/га . 1,8 т/м3 = 67536000000 т =
= 67,536 млд т ≈ 67,5 млд т, СО2.

б) рассчитаем количество СО2 образовавшегося при лесных пожарах в 2020 г в России:

m(CO2)Россия = Sвозг.Россия . VРоссия = mга(CO2) =
= (6,6 . 105 га) . 125 м3/га . 1,8 т/м3 =
1485000000 т = 1,485 млд т ≈ 1,5 млд т, СО2.

в) рассчитаем количество СО2 образовавшегося при лесных пожарах в 2020 г в мире:

m(CO2)Мир = Sвозг.Мир . VМир = mга(CO2) =
= (98 . 105 га) . 700 м3/га . 1,8 т/м3 =
123480000000 т = 123,48 млд т ≈ 123,5 млд т, СО2.


Расчет массы древесной золы, необходимой для устранения убыли фосфора в почве 


Задача 12.
1 т пшеничного зерна уносит с полей 10 кг фосфора. Какую массу древесной золы надо внести в почву, чтобы установить убыль фосфора, если массовая доля P2O5 в золе равна 3%?
Решение:
M(P) = 31 г/моль;
М(Р2О5) = 142 г/моль.
1. Рассчитаем содержание фосфора в 1 кг золы, учитывая, что в 1 моль Р2О5 содержится 2 моль Р, получим:

m(P) = [w%(P2O5) . 1000 . 2M(P)]/М(Р2О5) = [0,03 . 1000 . (2 . 31)]/142 = 13,1 г Р в 1 кг золы.

2. Рассчитаем массу древесной золы, необходимую для 1 т зерна, получим:

m(зола) = 10 . 1)/0,013 = 769,23 кг ≈ 769 кг.

Таким образом, для 1 т пшеницы необходимо приблизительно 769 кг золы, чтобы воостановить потребность ее в фосфоре.

Ответ: m(зола) ≈ 769 кг.


Расчет числа молей сульфата, выпадающего на 1 км2

Задача 13.
Исследования показали, что в районах с развитой промышленностью содержание сульфат-ионов в атмосферных осадках достигает 210 мг/м2 в год. Рассчитайте число молей сульфата, выпадающего на 1 км2?
Решение:
1 км²= 1 000 000 м2;
М(SO42-) = 96 г/моль;
m(SO42-) 1 м2 = 210 мг/м2 = 0,21 г/м2;
n(SO42-) 1 км2 = ?
Рассчитаем число молей сульфата, выпадающего на 1 км2 в год, получим:

n(SO42-) 1 км2 = [m(SO42-)  . 1 000 000 м2]/М(SO42-)  =
(0,21 г/м2 . 1000000 м2)/96 г/моль = 2187,5 моль.

Ответ: n(SO42-) 1 км2 = 2187,5 моль.


Расчет количества энергии необходимой на дыхание консументов 3-го порядка

Задача 14.
Общее количество энергии Солнца, поступающей в биогеоценоз, составляет 5∙106 кДж, в чистую продукцию при этом переходит 2 %. На прирост биомассы консументы первого и второго порядков тратят по 10% своего пищевого рациона. Какое количество энергии (кДж) тратят на дыхание консументы 3-го порядка, если на прирост биомассы они расходуют 20% и с экскрементами выделяется 10% энергии рациона?
Решение:
1. Рассчитаем энергию Солнца, которая переходит в продуценты, получим:

Q(продуцентов) = [2% . Q(общ.)]/100% = [2(5 . 106)]/100% = 105 кДж.

2. Рассчитаем энергию Солнца, которая переходит на прирост биомассы консументов первого порядка, получим:

Q(консум.1-го порядка) = (10% . Q(продуцентов)/100% =
= [10 . 105)]/100% = 104 кДж.

3. Рассчитаем энергию Солнца, которая переходит на прирост биомассы консументов второго порядка, получим:

Q(консум.2-го порядка) = (10% . Q(консум.1-го порядка)/100% =
=
[10 . 104)]/100% = 103 кДж.

4. Рассчитаем энергию Солнца, которая переходит на прирост биомассы консументов третьего порядка, получим:

Q(консeм.3-го порядка) = (10% . Q(консум.2-го порядка)/100% = [10 . 103)]/100% = 102 кДж.

5. Рассчитаем какое количество энергии (кДж) тратят на дыхание консументы 3-го порядка, получим:

w%(дыхание) = 100% - 20% - 10% = 70% или 0,7.
w%(дыхание) = Q(продуцентов) . w%(дыхание) = 100 кДж . 0,7 = 70 кДж.

Ответ: Q(дыхание) = 70 кДж.


Расче количества отработанных ламп и их вес из числа установленных в помещении


Задача 15.
Рассчитать количество отработанных ламп (N) и их вес (М), если общее число установленных ламп i-той марки равно 48 штук, фактическое отработаннон время всех ламп равно в 8760 час/год, эксплуатационный срок службы ламп i-той марки составляет 15000 час/год, вес одной лампы равен 0,0002 кг или 
Помогите, пожалуйста, рассчитать N и M, если ni = 48, ti = 8760, ki = 15000, mi = 0,0002.
Дано:
ni = 48;
ti = 8760;
ki = 15000;
mi = 0,0002;
N = ?
M = ?
Решение:
Для расчетов используем формулы:

N = ∑ni • ti/ki , шт./год;
М = ∑ni • mi • ti/ki, т/год, где

∑ - знак общей суммы количества ламп и суммы отходов, содержащих ртуть;
N – общее количество отработанных ламп, шт/год;
M – общая масса отходов, содержащих ртуть, т/год; 
ni - количество установленных ламп i-той марки, шт;
ti - фактическое количество часов работы ламп i-той марки, час/год;
ki - эксплуатационный срок службы ламп i-той марки, час/год;
mi - вес одной лампы, г.

Тогда

N = ∑ni • ti/ki = (48 • 8760)/15000 = 28,032 ≈ 28 шт.
М = ∑ni • mi • ti/ki = (48 • 8760 • 0,0002)/15000 = 0,0056 т.


Комментарии:
110,1‰ = 1000 ppm.