ekologia-21 var

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Факультет защиты в чрезвычайных ситуациях

Кафедра пожарной безопасности

Расчетно-графическая работа по дисциплине

«Экология»

Вариант 21

Выполнил:

Проверил:

Уфа 2017

Задание 1. Теоретический вопрос.

Экологические проблемы тушения пожаров порошками.

огнетушащие вещество, которое находит все более широкое применение благодаря своей универсальности, являются порошковые составы, представляющие собой мелкодисперсные минеральные соли, которые обработаны специальными добавками для придания им текучести и снижения способности к смачиванию и поглощению воды. Наибольший эффект тушения порошком достигается, когда его частицы имеют размер порядка 5-15 мкм, однако такой порошок трудно подавать на очаг горения. Поэтому обычно порошок делают полидисперсным, т.е. состоящим из крупных (размером от 50 до 100 мкм) и мелких частиц. При подаче порошка из ствола или огнетушителя поток крупных частиц захватывает и доставляет мелкие частицы к очагу горения. Для получения порошковых составов используют аммонийные соли фосфорной кислоты, карбонаты, бикарбонаты, хлориды щелочных металлов и другие соединения.

В зависимости от назначения порошковые составы делятся на порошки общего назначения, которые могут тушить пожары твердых углеродосодержащих и жидких горючих веществ, горючих газов и электрооборудования под напряжением до 1000 В, и порошки специального назначения, которые применяют для тушения металлов, металлоорганических соединений, гидридов металлов (пожары класса D) или других веществ, обладающих уникальными свойствами. Тушение пожаров порошками общего назначения осуществляется за счет создания огнетушащей концентрации в объеме над горящей поверхностью, порошками специального назначения – путем засыпки и изоляции поверхности горючего от кислорода воздуха.

Как и другие огнетушащие вещества, порошки имеют ряд существенных недостатков. Так они не обладают охлаждающим эффектом, поэтому после тушения возможны случаи воспламенения уже потушенного вещества. Они загрязняют объект тушения. В результате образования порошкового облака снижается видимость (особенно в помещении небольшого объема). Кроме того, облако порошка оказывает раздражающие действия на органы дыхания и зрения. Так как порошки являются мелкодисперсными системами (основная масса частиц порошка имеет размер менее 100 мкм), частицы порошка склонны к агломерации (образование комков) и слеживанию, а вещества, которые входят в их рецептуру, - к поглощению воды и ее паров (в том числе из воздуха).

Порошки условно можно разделить на порошки общего назначения (ПФ, ПСБ, ПИР АНТ) - для тушения пожаров классов А, В, С, и специального назначения, например: МГС - для тушения натрия и лития, PC - для тушения щелочных металлов и др. В России организовано производство порошков ПСБ-3 (пожары классов В, С; тушение электроустановок), ПИРАНТ-А (пожары классов А, В, С; тушение электроустановок) и ПХК (пожары классов В, С, D; тушение электроустановок). Таким образом, перекрываются все существующие классы пожаров, а выбор порошка определяется условиями защищаемого объекта. Порошки хранят в специальных упаковках, предохраняющих их от увлажнения, и подают в очаг горения сжатыми газами. Порошки нетоксичны, малоагрессивны, сравнительно дешевы, удобны в обращении.

Задание 2. Расчет срока исчерпания невозобновимых ресурсов.

Оцените срок исчерпания природного ресурса, если известен уровень добычи ресурса в текущем году, а потребление ресурса в последующие годы будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегодного потребления. Рассчитайте время исчерпания приведенных в таблице ресурсов. Сделайте вывод о последовательности прекращения добычи ресурсов.

Дано: Решение:

Q = 6800 млрд.т. Каменный уголь q = 4,0 млрд.т. ТР = 2,2% в год

t - ?

, где

где Q – запас ресурсов;

q – годовая добыча ресурса;

ТР – прирост потребления ресурса;

t – число лет.

Вывод: Через 182,5 года прекратится добыча каменного угля.

Задание 3. Расчет количеств потребляемых и выделяемых веществ в процессе функционирования лесных экосистем.

Определить массы потребляемых СО2 и Н2О и выделяемого О2 при создании годового прироста древесины Vгод.

Дано: Решение:

C = 49,6% H = 6,4% O = 43,8% ρ = 600 кг/м3 Vгод, = 6,9 м3/га×год

- ? - ? - ?

М_древ = ρ∙V, где

М_древ – масса абсолютно сухой древесины, кг;

ρ – плотность древесины абсолютно сухого веса, кг/м³.

М_древ = 600 × 6,9= 4140 кг/га.

Число атомов С, Н и О (х, у, z), входящих в состав древесины, зависит от породы деревьев.

где С, Н, О – содержание углерода, водорода и кислорода в соответствующей породе древесины, %;

12, 1, 16 – атомные массы углерода, водорода и кислорода.

Коэффициент w определяется через x, y, z из баланса числа атомов кислорода в уравнении фотосинтеза: 2x + y/2 = z + 2w, следовательно w = x + y/4 – z/2.

w = 4,13 + 6,4/4 – 2,73/3 = 4,13 + 1,6 – 0,91 = 4,82

Если известно количество вещества древесины (М_древ), созданного в лесу, то по формулам можно определить количества поглощенных при этом углекислого газа, воды и выделившегося кислорода:

М_СО2 = (4,13/100)∙(12+2×16) ×4140 = 7523,2 кг/га×год;

М_Н2О = (6,4/(2∙100))∙(2×1 + 16) × 4140 = 2384,6 кг/га×год;

М_О2 = (4,82/100)∙(2×16) × 4140 = 6385,5 кг/га×год.

Задача 4. Расчет газовых выбросов при сжигании топлива.

Составить материальный баланс веществ при сжигании при сжигании различных видов топлива.

Дано: Решение:

Мтоп=340000 т. мазут С = 87% Н = 11% О = 0.5% N = 0.5% S = 1%

Материальный баланс веществ - ?

Реакция горения C + О₂ →СО₂, 12 + 32 = 44,

стехиометрические соотношения 1 + 2,67 = 3,67.

Реакция горения N₂ + O₂ →2 NO, 28 + 32 = 60,

стехиометрические соотношения 1 + 1,14 = 2,14.

Реакция горения S + O₂ →SO₂, 32 + 32 = 64

стехиометрические соотношения 1 + 1 = 2.

Реакция горения 2Н₂ + О₂ →2Н₂О, 4 + 32 = 36,

стехиометрические соотношения 1 + 8 = 9.

1. Рассчитаем необходимое количество кислорода

М_О2 = (2,67•87/100 + 8•11/100 + 1,14•0.5/100 + 1/100 – 0.5/100)∙ 340000 =

= (2,3229+0,88+0,0057+0,01-0,005)∙340000 = 1092624 т.

2. Рассчитаем количества образующихся продуктов горения:

М_СО2 = (3,67·87/100)∙340000 =1085586 т.

М_NО = (2,14·0,5/100)∙ 340000 = 3638 т.

М_H2О = (9·11/100)∙ 340000 = 336600 т.

М_SО2 = (2·1/100) ∙340000 = 6800 т.

3. Баланс веществ равен

М_топл + М_О2 = 340000 + 1092624 = 1432624 т;

М_СО2 + М_H2О+ М_NО + М_SО2= 1085586 + 3638 + 336600 + 6800 = 1432624 т.

Задача 5. Расчет газовых балансов урбанизированных территорий.

Определить количество расходуемого кислорода и СО2, образующегося при сжигании топлива. Период времени Т=1 год. Какая площадь древесных насаждений (или годовой прирост древесины) необходима для поддержания баланса в биотехноценозе?

Дано: Решение:

Мтопл = 125 тыс. т Элементный состав газовой смеси : СН4 = 75% С3Н8 = 10% С4Н10 = 10% СО2 = 5% Элементный состав древесины дуба: С = 50,5% Н = 6,3% О = 42,4% ρ = 650 кг/м3, S= 9000 га T=1 год

- ? - ? Sдр.нас. -?

Стехиометрические соотношения:

метана СН₄ + 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О,

16 + 64 = 44 + 36 ,

1 + 4 = 2,75 + 2,25.

пропана С₃Н₈ + 5О₂ → 3СО₂+ 4Н₂О,

44 + 160 = 132 + 72,

1 + 3,64 = 3 + 1,64.

Бутана 2С₄Н₁₀ + 13О₂ → 8СО₂ + 10Н₂О,

116 + 416 = 352 + 180,

1 + 3,58 = 3,03 + 1,55

1. Рассчитаем необходимое количество кислорода

М_О2=(4·75/100+3,64·10/100+3,58·10/100)×125000=

=(3+0,364+0,358 ) ∙125000 = 465250 т.

2. Рассчитаем количество СО₂, образующегося при сжигании смеси газа

М_СО2 = (2,75·75/100 + 3·10/100 + 3,03·10/100 + 5/100) ∙125000 =(2,0625+0,3+0,303+0,05) ∙125000 =

= 339437,5 т.

3. Для расчета массы древесины необходимо определить коэффициенты х, y, z, w в уравнении фотосинтеза для древесины:

х = 50,5/12 = 4,2

у = 6,3/1 = 6,3

z = 42,4/ 16 = 2,65

w = 4,2 + 6,3/4 – 2,65/2 = 4,45

4. Определим массу древесины, которая должна быть создана для поглощения выделившегося при сжигании смеси газов углекислого газа:

М _{орг. в-ва погл.СО2} = 339437,5 /(0,44 ∙ 4,2) = 183678,3 т.

5. Масса органического вещества, которая должна быть создана для компенсации количества О2, пошедшего на горение топлива

М _{выделО2} = 465250 /(0,32 ∙ 4,45) = 326720,5 т.

6. Для поддержания баланса в биотехноценозе из двух величин массы вещества древесины нужно выбрать наибольшую, обеспечивающую оба газовых баланса одновременно:

М _{орг. др. в-ва} = mах (183678,3 т ; 326720,5 т) = 326720,5 т.

7. Пересчитаем величину массы абсолютно сухой древесины в объем:

V = 326720,5 ∙1000/ 650 = 502646,9 м³.

8. Определим необходимый годовой прирост березовых насаждений:

S = 502646,9 / (9000∙1) = 55,8 м³/га

Задание 6. Определение размера вреда, причиненного окружающей среде загрязнением атмосферного воздуха в результате пожаров.

Определить размер вреда, причиненного загрязнением атмосферного воздуха в результате горения жилого здания без учета затрат на проведение оценки вреда.

Дано:

S_n = 85 м³

t = 55 мин = 55×60 =3300 =3,3 × 10³ с

V_i = 14 × 10^-6 т/(м²×с)

Решение:

M_i = S × V_i × t = 85× 14×10^-6 × 3,3×10³ =3927 ×10^-3 = 3,9 т.

Загрязняющие вещества (продукты горения)		Параметр
		mij т/тгор	Такса, Hj руб./т	Hjmij руб./тгор
Взвешенные вещества		55,7×10-3	96000	5347.2
SO2		5,8×10-3	94000	545.2
СО		127,6×10-3	62000	7911.2
NOx		1,74×10-3	92000	160.08
Углеводороды		47,58×10-3	92000	4377.36
Вещества 1 класса опасности	2,9×10-3		656000	1902.4
Другие вещества	2,9×10-3		61000	176.9
Размер вреда				20420,34

В_i = ∑( Hj×mij)

B_i = 55,7×10^-3×96000 + 5,8×10^-3×94000 + 127,6×10^-3×62000 + 1,74×10^-3×92000 +

+ 47,58×10^-3×92000 + 2,9×10^-3×656000 + 2,9×10^-3×61000 = 20420,34 руб

N=1, З₀ = 0, К_ин =1

В_э-э = 20420,34 × 3,9 = 80190 руб.

Вывод: размер вреда от загрязнения атмосферного воздуха при пожаре площадью 85 м² в жилом здании составил 80190 руб.