Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическая работа

Природные воды - все воды земного шара 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^-, SO₄^2-, HCO₃^-, NO₃^-, а также кремниевая кислота H₂SiO₃.

Описание природной воды по формуле М.Г. Курлова

Для удобства сопоставления анализов воды существуют различные способы сокращённого 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, жёсткость 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:

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 грамм-ионов 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.

Жёсткость воды

Жёсткостью воды называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция (1/2 Ca²⁺) и магния (1/2 Mg²⁺). Единицей жёсткости воды является моль на кубический метр (моль/м³). Числовое значение жёсткости, выраженное в моль /м³ равно числовому значению жёсткости, выраженному в мг·экв /л. 1 мг/л жёсткости воды отвечает содержанию ионов кальция (1/2 Ca²⁺) 20,04 мг/л и ионов магния (1/2 Mg²⁺) 12,153 мг/л.

Виды жёсткости воды

Различают жёсткость воды общую - общее количество содержащихся в воде ионов кальция и магния; устранимую - жёсткость воды, обусловленная наличием в воде карбонатных (CO₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO₃^-) ионов солей кальция и магния, удаляемая при кипячении и определяемая экспериментально; неустранимую - разность между общей жесткостью и устранимой жесткостью; карбонатную - сумма карбонатных (CO₃^2-) и гидрокарбонатных (HCO₃^-) ионов в воде; некарбонатную - разность между общей жёсткостью и карбонатной.

По величине общей жёсткости (по А.О. Алекину) различают следующие природные воды:

очень мягкие до 1,5 мг·экв /л

мягкие 1,5 - 3 мг·экв /л

умеренно-жёсткие 3 - 6 мг·экв /л

жёсткие 6 - 9 мг·экв /л

очень жёсткие > 9 мг·экв /л

Минерализация воды. Минерализация (М) воды - концентрация растворённых в воде твёрдых 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 путём выпаривания природной воды. Если количество воды выражено в мл, концентрацию солей в воде называют минерализацией - М (г/л, мг/л). Если количество воды взято в г, то концентрацию солей в воде называют с о л ё 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:

природный вода жесткость минерализация

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;

солёные 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 путём 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 пересчётные коэффициенты. Величину пересчётного коэффициента получим путём деления е д и н и ц ы на эквивалентную массу.

Пересчётный коэффициент для кальция: 1:20,04 = 0,0499. Для одновалентных ионов эквивалентной массой будет атомная масса.

Таблица 1

3. Для вычисления процент - эквивалентов (% · экв.) принимаем сумму мг · экв. анионов (УА), 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:

У А - сумма мг·экв /л анионов;

У К - сумма мг·экв /л катионов.

Таблица 2

ж = 30,6 + 12,09 = 45,69

М= (61+612+147+556+491+555+640) мг/л/1000=3,06

pH 8,2 ж 45,9 М 3,06

Вода, слабощелочная, очень жесткая, солоноватая. 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.

Вода гидрокарбонатно-хлоридно-кальциево-натривая

Вывод: 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 У Cl + SO4 ? 450 мг/л.

Таблица 3

ж=6,43+4,69=11,12

М= (202+129+57+86+319+12+555+46) мг/л/1000=1,44 г./л

pH 8,25 ж 11,12 М1,44

Вывод: Вода слабощелочная, солоноватая, очень жесткая, гидрокарбонатно - магниево-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.

Вода не пригодная для питья т.к.:

1. с pH > 8,5 и < 6,5;

2. с ж > 7 мг·экв /л;

3. с М >1

4. если У Cl + SO4 ? 450 мг/л.

Таблица 4

ж = 0,12+0,18=0,3

М= (41,9+2,5+2,15+56+5,69+30,31) мг/л/1000=0,1г/л

pH 7,5 ж 0,3 М 0,1

Вывод: Вода близкая к нейтральной, мягкая, пресная, хлоро-гидрокарбонатно-натриевая. Вода пригодна для питья.

Экономическая эффективность проведения водоохранных мероприятий

Чистый экономический эффект определяется с целью технико-экономического обоснования выбора наилучших вариантов природоохранных решений, различающихся между собой по воздействиям на среду и производственные результаты отрасли, а также для экономической оценки фактически осуществленных мероприятий [3]. Требуется определить экономическую эффективность комплекса природоохранных мероприятий (для атмосферы, водных и других ресурсов), планируемых в заданном объеме К, тыс. руб. капитальных вложений и С тыс. руб./год текущих годовых затрат на эксплуатацию и обслуживание объектов природоохранного назначения.

Порядок расчетов. Находим годовую оценку ущербов до (У1) и после (У2) проведения водоохранного (атмосфероохранного) мероприятия на конкретном объекте. Значения У1, тыс. руб./год, берутся из практических работ №1 и №2 (У1 = П). Значение ущерба У2, тыс. руб./год, определяется по формуле

, (5.1)

где n - количество сбрасываемых в водоем или выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ;

У1i - платежи за сброс в водоем (практ. работа №1: У1i = Пнi + Пснi) или выброс в атмосферу (практ. раб. №2: У1i = Пi) i-й примеси, тыс. руб./год;

hji - эффективность j-го средства очистки по i-й примеси;

m - количество применяемых средств очистки.

Прирост дохода ДД представляет собой дополнительную прибыль от улучшения показателей работы основного производства (при его реконструкции), а также от полезного использования (реализации или использования в производстве) отходов, выделенных при работе природоохранного оборудования [3]. В качестве примера можно привести реализацию или использование в котельной в качестве топлива нефтепродуктов, улавливаемых в нефтеловушке. В связи с небольшим количеством улавливаемых отходов в данной практической работе для всех природоохранных мероприятий принимаем ДД = 0.

Капитальные вложения в природоохранное мероприятие К, тыс. руб., определяются как суммарная стоимость применяемых средств очистки:

, (5.3)

где Кj - стоимость j-го средства очистки, тыс. руб.

Средства очистки сточных вод выбираются исходя из условий конкретного варианта (в зависимости от загрязняющего вещества, платежи за сброс которого наибольшие), сведения об эффективности технических средств по различным веществам приведены в табл. 1.4. Атмосфероохранное оборудование выбирается аналогично (скруббер или электрофильтр), эффективность указана в практ. работе №2. Ориентировочная стоимость технических средств очистки сточных вод и отходящих газов приведена соответственно в таблицах 5.2. и 5.3.

Текущие затраты (эксплуатационные расходы) С, тыс. руб./год, определяются с учетом капитальных вложений [8]:

- для мероприятий по очистке воды или воздуха от твердых загрязнителей:

С = 0,3ЧК, (5.4)

- для мероприятий по очистке воды или воздуха от газообразных и жидких загрязнителей:

С = 0,4ЧК. (5.5)

Формула для определения текущих затрат выбирается в зависимости от того, какая примесь наносит наибольший ущерб.

Используя полученные данные по ущербам до и после предлагаемых природоохранных мероприятий, а также капитальным вложениям и текущим затратам, нетрудно определить экономическую эффективность таких мероприятий. Структура расчетов представлена в табл. 5.1. При R > 0 оцениваемый комплекс мероприятий экономически эффективен. При наличии нескольких вариантов природоохранного мероприятия на одном и том же объекте предпочтение отдается варианту с минимальным сроком окупаемости Т. Срок окупаемости не должен превышать нормативного (Т і Тн, для объектов энергетики (котельных) Тн = 8,3 лет, для прочих объектов железнодорожного транспорта Тн = 6,7 лет). Величиной, обратной сроку окупаемости, является общая (абсолютная) эффективность мероприятий, 1/год:

. (5.6)

Таблица 5.1.

Индивидуальная таблица расчетов экономической эффективности природоохранных мероприятий

Таблица 5.2

Ориентировочная стоимость технических средств очистки сточных вод

Таблица 5.3

Ориентировочная стоимость технических средств очистки отходящих газов для котельной

Вывод: В результате проделанной расчетов можно сделать вывод, что чистый экономический эффект каждого из мероприятий положительный и срок окупаемости мероприятий не превышает нормативного срока окупаемости.

Список использованной литературы

1. Экология [Текст]: сб. описан. практических работ / В.А. Казанцев [и др.]. - Новосибирск: СГГА, 2011. - 78 с.

2. Экология [Электронный ресурс]: электрон. учебное пособие /О.Г. Быкова, Л.Ю. Анопченко, В.Н. Катаева, Н.П. Миронычева-Токарева. - Новосибирск: СГГА, 2011. Номер гос. регистрации 0321102792. Режим доступа: lib.ssga.ru

3. Маврищев В.В. Общая экология [Электронный ресурс]: курс лекций / В.В. Маврищев. - 3-e изд., стер. - М.: ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2011. - 299 с. Режим доступа: znanium.com

Размещено на Allbest.ru