Экологические катастрофы (реальные, прогнозируемые). Роль человеческого фактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ГОУ ВПО "Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России"

Кафедра "Химии и экологии"

Контрольная работа

по дисциплине "Экология"

Экологические катастрофы (реальные, прогнозируемые). Роль человеческого фактора

Вариант № 34

Хабаровск 2015



Признаком устойчивой экологической системы является стабильность определенных характеристик. Так, например, экологически устойчивая система Земля имеет постоянную массу и постоянную среднюю температуру. Под экологической катастрофой понимается природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человека, либо авария технического устройства, приводящая к неблагоприятным катастрофическим изменениям природной среды, массовой гибели живых организмов и экономическому ущербу.

К понятию "экологическая катастрофа" могут быть отнесены:

- разрушительные и необратимые изменения природных экосистем;

- различные неблагоприятные последствия таких изменений для социума;

- значительные нарушения территориальных комплексов населения и хозяйства с их природной и этнокультурной основой.

Экологические катастрофы делятся на реальные и прогнозируемые. Согласно названию, прогнозируемые катастрофы можно спрогногизировать. Этим занимаются специальные аналитики и эксперты. Реальные же катастрофы, к сожалению, происходят неожиданно и не поддаются прогнозу.

Для экологических катастроф техногенного происхождения применяют следующую классификацию:

- катастрофы, связанные с загрязнением природной среды;

- катастрофы, связанные с механическими нарушениями природной среды.

Например, повышение средней температуры Земли может привести к таянию полярных льдов, опустыниванию почв, вымиранию определенных видов флоры и фауны, может быть, даже к гибели человечества. Экологические катастрофы могут иметь различные уровни - от локальных (гибель леса, осушение моря и т. д) до глобальных (в масштабах Земли, Солнечной системы, Галактики и даже Вселенной). Человечество в процессе жизнедеятельности, безусловно, влияет на различные экологические системы. Примерами таких, чаще всего опасных, воздействий является осушение болот, вырубание лесов, уничтожение озонового слоя, поворот течения рек, сброс отходов в окружающую среду. Этим самым человек разрушает сложившиеся связи в устойчивой системе, что может привести к ее дестабилизации, то есть к экологической катастрофе. Список причин способных привести к глобальным экологическим катастрофам:

1. глобальное потепление, сдвиг климатических зон;

2. озоновые дыры;

3. частично обратимое загрязнение окружающей среды;

4. неуничтожимые радиоактивные отходы;

5. эрозия и сокращение площадей плодородных почв;

6. демографический взрыв;

7. истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;

8. энергетический кризис;

9. резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;

10. недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;

11. Истощение ресурсов мирового океана и его загрязнение.

Вот несколько примеров экологических катастроф:

26 апреля 1986 года в 1:23 по московскому времени произошла авария на Чернобыльской АЭС, стены ядерного реактора были моментально разрушены. От высокой температуры загорелся графит, и бушующий огонь поднял в атмосферу тысячи смертоносных частиц. На свободу вырвались цезий, стронций, плутоний - страшные радиоактивные яды, обезвредить которые принципиально невозможно никакими способами. Переносимые ветром и дождями, они покрыли губительным ковром территорию площадью более 100 000 км, на которой в этот момент проживало не менее 800 000 человек. 30 человек погибли сразу, многие, никем ещё не сосчитанные, сотни или даже тысячи людей, заболели и умерли от губительного облучения,

100 000 человек были эвакуированы из своих домов.

В 1974 году американским штатам Миссисипи и Аризона угрожал двигавшийся с океана ураган "Камилла". Чтобы избежать возможных разрушений, было принято решение "расстрелять" его зарядами с йодистым серебром. Было известно, что это вещество способно действовать на возмущённую атмосферу, как успокаивающие таблетки на человека. Однако результат оказался прямо противоположным. После обстрела ураган, как будто взбесившийся зверь, лишь усилился и повернул в другую, ещё более опасную для жителей этого района, сторону. В результате "укрощения" "Камиллы" 234 человека погибли, а тысячи остались без крыши над головой.

3 декабря 1984 г. ? на заводе пестицидов в Бхопале (Индия) произошла утечка смертельного газа метилизоцианата, эта катастрофа по числу непосредственно погибших в ней людей считается крупнейшей за всю историю развития промышленности. В результате ошибки оператор технического сбоя из резервуаров завода в воздух было выброшено вреднейшее химическое вещество, вызывающее удушье и потерю зрения. Только за три дня после катастрофы в городе умерло от удушья 2000 человек!

В 1988 году во Флориде при заполнении дизельным топливом лопнул резервуар. Примерно 14000 тонн горючего за считанные секунды гигантской волной высотой 10 м перехлестнули через огораживающую насыпь и попали в реку Мононгахилу. Без воды осталось 23 тыс. человек, пришлось эвакуировать 1200 семей, закрыть десятки предприятий.

В 1991 году в Северном море в результате технической неисправности затонула боевая атомная лодка "Комсомолец". Часть экипажа погибла, а на дне под ненадёжной защитой корпуса остались заряды с плутонием - одним из наиболее радиоактивных и ядовитых веществ на Земле (смертельная для человека доза - 0,0001 г.). Чем закончится эта катастрофа, пока совершенно невозможно предсказать.

28 января 1969 г. ? на нефтяной платформы в канале Санта-Барбара (штат Калифорния, США) произошел выброс нефти. За 11 дней в море вылилось около тысячи тонн нефти. Платформа продолжала протекать в течение нескольких лет.

2 июня 1969 г. ? в Рейне начала гибнуть рыба. За два года до этого в реку попали две 25-килограммовые канистры с инсектицидом "Тиодан". Катастрофа вызвала мор нескольких миллионов рыб.

10 июля 1976 г. ? в результате взрыва на химической фабрике в Севезо (Италия) произошел выброс ядовитого облака диоксина. Через две недели было эвакуировано все население. Город в течение 16 месяцев был необитаем.

Апрель 1979 г. ? в Институте микробиологии и вирусологии в Свердловске произошел выброс спор сибирской язвы. Согласно независимым источникам, был заражен регион в радиусе 3 км, и погибло несколько сот человек.

3 июня 1979 г. ? авария на нефтяной платформе "Иксток-1" на юге Мексиканского залива, произошел выброс в море 600 тыс. тонн нефти. Мексиканский залив в течение нескольких лет был зоной экологического бедствия.

1 ноября 1986 г. ? в результате пожара на складе фармацевтической компании "Сандоз" (Базель, Швейцария) произошел выброс 1 тыс. тонн химических веществ в Рейн. Погибли миллионы рыб, была заражена питьевая вода.

1970 ? постепенное исчезновение Аральского моря (Казахстан, СССР).

24 января 1991 г. ? Ирак начал сливать сырую нефть из кувейтских нефтяных скважин в море. Персидский залив стал зоной экологического бедствия.

19 марта 2002 ? Около ста списанных российских подлодок с невыгруженным ядерным топливом могут стать причиной мировой экологической катастрофы. К такому выводу пришли участники круглого стола, который прошел в Думе. По мнению участников, эта проблема стоит очень остро, так как сейчас в российских "пунктах отстоя" АПЛ находится более 100 кораблей с невыгруженным ядерным топливом, а утечка радиации на любом из них может привести к катастрофе, сравнимой с Чернобыльской. При этом, как сообщил "столу" директор приморского завода "Звезда", который занимается утилизацией подлодок, Юрий Шульга, корпуса многих АПЛ находятся в неудовлетворительном состоянии и представляют реальную ядерную угрозу. Большую опасность несёт и строительство водохранилищ. Огромные массы воды, специально собранные человеком в одном месте, давят на земную твердь, заставляя смещаться подземные слои. В результате этих движений в районах крупных искусственных озёр возникают землетрясения. В некоторых случаях, например на водохранилищах Кремаста в Греции или Койна в Индии, эти рукотворные землетрясения имели катастрофические последствия.

В нашей стране существует множество захоронений ядерных и химических веществ, которые без должного внимания, охраны и переработки могут стать причиной крупнейших экологических катастроф.

Практически регулярно происходят разливы нефтесодержащих веществ в мировой океан, что практически в каждом случае является серьезной экологической катастрофой.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины - ( 30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5 - 6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-тых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн. т. нефти, что составляло 0,23 % мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.



1. Определить эффективность очистки по каждому загрязняющему веществу

Рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в стоках предприятия при сбросе их в открытый водоем по данным варианта, указанным в табл. 1.

Таблица 1

№ вари-анта	Категория реки и средний расход воды Q, м3/с.	Коэф-фициент смешения г	Виды и концентрации загрязняющих веществ в сточных водах предприятия до очистных сооружений Сфакт і, мг/л	Расход сточ-ных вод q, м3/с	Фоновые концентрации загрязняющих веществ Сф і, мг/л
34	Санитарно-бытовое водопользование 10,4	0,72	Нефтепродукты - 48,7 Pb2+ - 0,5 P (фосфор) - 3,8 ClАКТ. - 62 Cd2+ - 2,5	0,48	Нефтепродукты - 0,03 Pb2+ - 0,001 P (фосфор) - 0,000 ClАКТ. - 0,1 Cd2+ - 0,03

Решение:

Распределяем загрязняющие вещества стоков по группам лимитирующего показателя вредности для водоема санитарно-бытовой категории, используя табличные:

1) общесанитарная - ClАКТ., Cd2+;

2) санитарно-токсикологическая - Pb2+, P (фосфор);

3) органолептическая - нефтепродукты.

Выписываем ПДК (мг/л): нефтепродукты (0,3); Pb2+ (0,1); P (фосфор) (0,0001); ClАКТ. (отсутствует); Cd2+ (0,01).

Рассчитываем по формуле Сорі, мг/л, загрязняющих веществ в стоках без учета их совместного влияния в водоеме:



;

;

;

;

.

Учитывая, что в общесанитарную и санитарно-токсикологическую группы веществ входят по несколько ингредиентов, рассчитываем ожидаемую концентрацию, мг/л, каждого из загрязняющих веществ в створе реки по формуле:

Общесанитарная группа:

;

.

Санитарно-токсикологическая группа:

;

.

Органолептическая группа:

.

Проводим проверку по каждой группе веществ на соответствие нормам по формуле:



.

Общесанитарная группа:

;

.

Санитарно-токсикологическая группа:

;

.

Снижаем концентрацию каждого компонента в раза:

.

Определим по формуле допустимую концентрацию, мг/л, загрязненных веществ в стоках после очистки с учетом совместного влияния в каждой группе лимитирующего показателя вредности:

;

.

Санитарно-токсикологическая группа:

;

.

Органолептическая группа:

.

Определяем эффективность работы очистного оборудования, %, по каждому виду загрязнений по формуле:

;

;

;

;

.

2. Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате работы биоочистных сооружений предприятия в одном из регионов России, при условии, что биоочистные системы (поля орошения) работают при температуре окружающей среды ? +100С

Исходные данные для расчетов и варианты заданий приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2

Номер варианта	Номера загрязнителей стоков из табл 3.	Vстоков, м3/сутки	Регион
68	3, 5, 6, 12, 18	820	Юг Хабаровского края



Таблица 3

Номер загрязнителя	Вид загрязнителя стоков	Концентрация, мг/л	ПДК, мг/л
		до очистки	После очистки
3	Нитрит ион (NО2-)	5	0,1	0,08
5	Нефтепродукты	22	0,1	0,05
6	Фенолы	2	0,003	0,001
12	Никель (Ni2+)	2,8	0,05	0,01
18	Медь (Cu2+)	0,5	0,01	0,001

Решение:

Рассчитаем фактическую массу каждого загрязнителя, мг/л или г/м3 по формуле:

.

;

;

;

;

.

Определим степень токсичности каждого загрязнителя в стоках по формуле:

.

;

;

;

;

.

Определим приведенную массу годового сброса загрязнителей, г/м3:

.

Рассчитаем Эу при условии, что для юга Хабаровского края р=0.15 по формуле:

,

где Эу - предотвращенный экономический ущерб, р./год;

- константа, равная 1440 р./усл.т; р - константа региона России;

- объем очищенных загрязнителей, г/м3.

Переведем объем из м3/сутки в м3/год, по пропорции:

820 - 1 день

х - 365 дней, откуда =299300 м3/год.

р./год.



3. Рассчитать согласно данному варианту (табл. 4) ПДВ конкретных загрязняющих компонентов от нагретого источника, определить их фактический выброс, необходимость установки улавливающего оборудования, плату за выброс

Рассчитываем ПДВ углеводородов и диметилсульфида по формуле:

;

.

Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания , м3/с, рассчитываем по формуле:

.

Скорость выхода газовоздушной смеси W0, м/с, рассчитаем по формуле:

.

; ; ; .

Коэффициенты f, m рассчитаем по формулам:

;

.



Величины и n определяем по формуле:

при :

г/с.

г/с.

Фактический выброс углеводородов и диметилсульфида рассчитаем по формуле:

г/с.

г/с.

Так как фактический выброс углеводородов и диметилсульфида меньше предельно допустимого, устанавливать улавливающее оборудование не нужно.

;

;

;

;

.

;

;

;

;

р./год.

1) максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества при выбросе из одиночного горячего источника;

2) Х - расстояние от источника выброса, м, где при неблагоприятных метеорологических условиях достигается СМ этого вещества;

3) UB - опасную скорость ветра, при которой достигается СМ на уровне 10 м от земли;

4) Сi В-В - значения приземных концентраций рассматриваемого вещества на различных расстояниях от источника выброса;

5) определить размер СЗЗ предприятия, допуская, что источник выброса единственный.

Таблица 5.

Вид вещества	Основные показатели, необходимые для расчета	Территория расположения объекта	Среднегодовое направление ветра	Расстояние от источника, м, для расчета Сі вещества
Углеводороды (CnHm)	Значения: , H, V, ДT, F, m, n, брать из расчетных данных варианта №84. Расчет вести на одну тепловозную секцию.	Калужская обл.	З	10, 50, 100, 200, 300

Рассчитаем максимальное значение приземной концентрации углеводородов СМ углеводороды, по формуле:



Хм - расстояние от источника выброса, м, где достигается Cм (углеводородов) - найдем по формуле:

;

где - безразмерный коэффициент, который находим по формуле, так как :

;

.

.

Для расчета , мг/м3, по формуле:

на расстоянии 10, 50, 100, 200, 300 м от оси факела при м/с найдем безразмерный коэффициент, по формулам:

при ;

при ;

при ;

при .



При расстоянии:

- 10 м - ;

- 50 м - ;

- 100 м - ;

- 200 м - ;

- 300 м - .

;

;

;

;

.

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3;

мг/м3.

Для определения границ СЗЗ определим ПДКМ.Р. углеводороды= 5,0 мг/м3. Из предыдущих расчетов видно, что на расстоянии 10 м от источника =0,127 мг/м3 < ПДКМ.Р., следовательно, L0=10 м. С учетом среднегодовой розы ветров по формуле находим L, м:

м.



Таким образом, минимальное расстояние от источника выброса (тепловозная секция) до жилой застройки должно составлять не менее 10 м, следовательно, тепловозная секция по величине СЗЗ относится к V классу.

4. Согласно варианту (таблица 6) оценить экологический ущерб от загрязнения атмосферы выбросами конкретного источника, сравнить его величину с фактической платой за выброс, которую осуществляет предприятие

Таблица 6.

Источник загрязнения	Виды загрязняющих веществ	тфакті, Н, ДТ, УП,	Скорость осаждения вещества в атмосфере, см/с	S зоны загрязне-ния, км2	К, %
Локомотивное депо (реостатная установка 250 тепл. секций в год)	Диметилсульфид, Углеводороды	Данные взять по результатам контрольных заданий №4 и 5 с учетом испытаний 250 тепловозных секций в год.	<1	23	Территория предприятия - 40 %, населенный пункт - 40 %, заповедник - 20 %.

Рассчитаем фактический выброс загрязняющих веществ в атмосферу,

;

т/год;

т/год.

Экологическую оценку ущерба, причиняемого выбросами углеводородов и диметилсульфидом в атмосферу, определяем по формуле:

;

где - расчетный показатель, который определяем по формуле:

.

Коэффициент f, учитывающий характер рассеивания веществ в атмосфере, определяем по формулам:

- для газообразных примесей и мелкодисперсных частиц со скоростью оседания меньше 1 см/с:

;

- для частиц, оседающих со скоростью 1-20 см/с (частицы золы, сажи):

;

где - поправка на тепловой объем факела выброса в атмосферу, определяется по формуле:

.

;

.

М - приведенную массу годового выброса веществ в атмосферу - рассчитываем по формуле:

,

где - показатель относительной опасности примеси і-го вида:

.

ПДК СС углеводороды=0 мг/м3;

ПДК СС диметилсульфид= 0 мг/м3.

.

р/год;

р/год

р/год.

Если сравнить УА с величиной платы за выброс УП = р/год, то очевидно, что экологический ущерб, причиняемый окружающей среде меньше, чем плата предприятия за вредные выбросы в атмосферу.



5. Согласно варианту (таблица 7) оценить экологический ущерб УВ поверхностным водам от деятельности предприятия при условии, что сброс сточных вод после очистных сооружений осуществляется в открытый водоем

экологический катастрофа загрязнение

Таблица 7

Категория водоема	Расход сточных вод q, м3/с	Вид загрязняющих веществ и их концентрация в стоках после очистных сооружений, мг/л	Территория расположения предприятия
Рыбохозяйственный	0,08	Никель (С Ni2+=3,52 > Сдоп) Взвешенные вещества (Свзв=38,72 = Сдоп) Ртуть (СHg2+=0.053 > Сдоп)	Краснодарский край

Рассчитаем фактическую массу mфакт і, каждого из веществ сбрасываемых в водоем, т/год., по формуле:

;

;

;

.

Определим предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ в водоеме рыбохозяйственной категории: ПДК (Ni2+) = 0,01 мг/л; ПДК (Взвешенные вещества) = 39,47 мг/л; ПДК (Hg2+) = 0.

;

где Кi - коэффициент приведения i-го вредного вещества, учитывающий его относительную опасность:



.

;

;

.

Рассчитаем Ув (экологический ущерб от загрязнения поверхностных вод) по формуле:

.

Определим Уудв от сброса каждого вещества:

р/усл. т (сверхнормативные сбросы);

р/усл. т (в пределах ПДС);

р/усл. т (сверхнормативные сбросы).

Определим  коэффициент экологической ситуации в бассейне реки Северной Двины:

(примем 2,195).

Таким образом, экологический ущерб поверхностным водам при промышленной деятельности составляет ? 69150000 р. в год.



Список литературы

1. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1998.

2. Шилов И.А. Экология. - М.: Высшая школа, 1997

3. Киселев В.Н. "Основы экологии". Минск-1998

4. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995

5. Экология. Учебник. Е.А. Криксунов., Москва, 1995.

Размещено на Allbest.ru

...