4 ИСЧЕРПАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
Задача 5
Оцените срок исчерпания природного ресурса – каменного угля, запас которого составляет Q = 6800 млрд.т., если уровень добычи ресурса в текущем году q = 3,900 млрд.т./г, а потребление ресурсов в последние года будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегодного потребления ТР = 2,0 % в год. Для расчета используют формулу суммы членов ряда геометрической прогрессии:
, где (14)
где Q – запас ресурсов,
q – годовая добыча ресурсов,
TP – прирост потребления ресурсов,
t – число лет,
Логарифмирование выражения дает формулу для расчета срока исчерпания ресурсов:
(15)
Рассчитать время исчерпания ресурса. Дать общую характеристику природного ресурса. Ответить на вопрос: какое значение для развития цивилизации имеют запасы полезных ископаемых.
По формуле 15 рассчитаем время исчерпания ресурса:
(г).
Можно сделать вывод, что срок исчерпания составит примерно 194,4 года в заданных условиях.
Каменный уголь — осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад.
По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Такие примеси при сжигании угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания.
Способ добычи угля зависит от глубины его залегания. Разработка ведется открытым способом, если глубина залегания угольного пласта не превышает 100 метров. Нередки и такие случаи, когда при все большем углублении угольного карьера далее выгодно вести разработку угольного месторождения подземным способом. Для извлечения угля с больших глубин используются шахты. Самые глубокие шахты на территории Российской Федерации добывают уголь с уровня чуть более 1200 метров [1].
Залежи каменного угля находятся на территории многих стран. В странах СНГ в основном уголь добывается в России и Украине. Лидерами же добычи каменного угля считаются Австралия, Китай и Индия. Именно эти страны экспортируют большое количество угля.
Самой крупной компанией по разработке и добыче угля в России, является Сибирская Угольная Энергетическая Компания. СУЭК. Ее предприятия расположены в Сибири и на Дальнем Востоке, эта компания добывает около 30% от всего энергетического угля, добываемого в России. В среднем, ежегодно, работники предприятий этой компании достают из недр земли около 90 миллионов тонн угля. Запасы этой компании составляют еще около 5.8 млрд. т. угля.
Второй по объему добычи угля, в России, является «Кузбассразрезуголь». Компания разрабатывает 17 месторождений угля, ежегодная добыча угля на этих месторождениях составляет от 40 до 50 млн. т. в год.
Южкузбассуголь – это третья компания России, по объемам добычи каменного угля. В распоряжении компании 12 шахт, расположены они около 4 городов, Новокузнецк, Междуреченск, Осинники, Белове. Также компания владеет двумя обогатительными фабриками, а также 13 вспомогательными различными предприятиями. Общая доля добычи угля на просторах России, составляет 15%.
Южный Кузбасс - четвертая по объему добычи угля компания России. В состав компании входят 4 шахты, 3 разреза, 5 обогатительных фабрик. Подземные запасы угля этого предприятия составляют около 1 миллиарда тонн угля. За все время своего существования шахтами компании было добыто более 200 миллионов тонн.
Все эти угледобывающие и перерабатывающие предприятия расположены в Сибири, уголь также есть и на Урале и в Центральной России, но не в таких масштабах.
Каменный уголь используется в качестве топлива, как в быту, так и в промышленности. Каменный уголь был первым ископаемым материалом, который люди стали использовать как топливо. В угольной промышленности используется коксование угля. Коксохимические заводы потребляют до 1/4 от добываемого угля. Коксование - это процесс переработки каменного угля нагреванием до 950-1050°С без доступа кислорода. При разложении угля образуются твёрдый продукт — кокс и летучие продукты - коксовый газ. Кокс составляет 75-78% от массы угля. Он используется в металлургической промышленности для выплавки чугуна, а также как топливо. Коксовый газ составляет 25% от массы перерабатываемого угля. Летучие продукты, которые образуются при коксовании угля, конденсируют водяным паром, в результате чего выделяют каменноугольную смолу и надсмольную воду. Каменноугольная смола составляет 3-4% от массы угля и является сложной смесью органических веществ. В настоящее время ученые идентифицировали только 60% компонентов смолы, а это более 500 веществ. Из смолы получают нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла. Из надсмольной воды (она составляет 9-12% от массы угля) отгонкой с паром выделяют аммиак, фенолы, пиридиновые основания. Из непредельных соединений, содержащихся в сыром бензоле, получают кумароновые смолы, использующиеся для производства лаков, красок, линолеума и в резиновой промышленности. Из каменного угля получают искусственный графит. Каменный уголь используется также в качестве неорганического сырья. Из каменного угля при переработке в промышленных масштабах извлекают такие редкие металлы, как ванадий, германий, галлий, молибден, цинк, свинец, а также серу. Зола от сжигания углей, отходы добычи и переработки используются в производстве стройматериалов, керамики, огнеупорного сырья, глинозема, абразивов. В общей сложности, путем переработки каменного угля можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых в 20-25 раз выше стоимости самого угля, а побочные продукты, получаемые на коксохимических заводах, превосходят стоимость самого кокса [2].
5 ДЕМОГРАФИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАСЕЛЕНИЯ
Задача 6
Сделать прогноз общей численности населения и естественного прироста через 100 лет при заданном СКР. Считать, что дети рождаются у женщин возрастом от 21 до 30 лет. Женщины составляют в этой возрастной группе половину. Примем, что люди живут до 70 лет, расчет вести через 10 лет. Построить графики зависимости общей численности населения и естественного прироста от количества прошедших лет. Построить половозрастную пирамиду исходную и через 100 лет. Сделать вывод о тенденции изменения численности и составе населения о влиянии на природу в стране и решению экологических вопросов. Исходный состав населения выбирается исходя из уровня развития страны. Страна является высокоразвитой (ВР), если национальный доход >6000$; умеренно развитой (УР), если национальный доход от 1000$ до 6000$; слаборазвитой (СР), если национальный доход <1000$ на душу населения.
Исходные данные представлены в таблице 5.1:
Таблица 5.1 – Исходные данные, 1 вариант
Страна | Национальный доход на душу населения, $ | СКР | DСКР |
Германия | 1,31 | +0,01 |
Германия является высокоразвитой страной.
Решение: Количество людей возрастом, тыс. чел.
Исходный состав населения ВР стран представлен в таблице 5.2.
Таблица 5.2 – Исходный состав населения Германии
Количество людей возрастом, тыс. чел. | ||||||
0 - 10 | 11 - 20 | 21 - 30 | 31 - 40 | 41- 50 | 51 - 60 | 61 - 70 |
5,5 |
ОКР определяется как отношение количества детей, родившихся за определенный период времени к средней численности населения
. (16)
ОКС определяется как отношение количества умерших людей за определенный период времени к средней численности населения
. (17)
Естественный прирост населения определяется по формуле
(18)
Женщин возрастом от 21 года до 30 лет: 6/2 = 3 тыс.чел. За 10 лет у них родится детей:
тыс.чел
За это время умрет 3 тыс.чел.
Общая численность населения через 10 лет:
3,93+6+6+6+6+5,5+5=38,43 тыс.чел.
Рассчитаем общий коэффициент рождаемости по формуле 16 и общий коэффициент смертности по формуле 17. Естественный прирост населения будет рассчитываться по формуле 18.
тыс.чел.
тыс.чел.
тыс.чел
Дети (0-10) через 10 лет перейдут от 11-20 лет, также группа людей от 11-20 перейдут в 21-30.
В следующие 10 лет посчитаем суммарный коэффициент рождаемости:
Количество женщин 6/2 = 3 тыс.чел.
Родится детей: 1,32×3 = 3,96 тыс.чел.
За это время умрет 5 тыс.чел.
Общая численность населения через 10 лет:
3,96+3,96+6+6+6+5,5=37,33 тыс.чел.
Далее аналогично рассчитываем каждые последующие 10 лет изменения, итоги представлены в таблице 5.3, а в таблице 5.4 – состав населения в %.
Исходный состав рассчитывается по формуле:
(19)
Состав населения через сто лет рассчитаем по формуле:
(20)
Таким образом, получаем:
В возрасте от 0 до 20 лет:
,
.
Аналогичным образом рассчитываем состав населения для промежутков 20-60 и 60-70.
На рисунках 5.1 и 5.2 представлены графики зависимости общей численности населения и ЕПр от времени соответственно. На рисунке 5.3 представлено возрастное соотношение между числом мужчин и женщин.
Естественный прирост (по формуле 14):
ЕПр = ОКР – ОКС, тыс.чел.
ЕПр = 102-78=24, тыс.чел.
1) Через 20 лет
Коэффициент рождаемости (по формуле 15):
СКР + ∆СКР, тыс.чел.
1,31+0,01=1,32, тыс.чел.
Спустя 20 лет умрет 5 тыс.чел.
Родившихся детей через 20 лет (по формуле 11):
СКР·3=1,32·3=3,96, тыс.чел
Общая численность населения, тыс.чел:
3,96+3,93+6+6+6+6+5,5=37,39, тыс.чел.
Таблица 17 – Итоговая таблица
Время, лет | СКР | Количество людей возрастом, тыс.чел. | Общая численность, тыс.чел. | Умерло, тыс.чел. | ОКР | ОКС | Епр | ||||||
0-10 | 11-20 | 21-30 | 31-40 | 41-50 | 51-60 | 61-70 | |||||||
1,31 | 5,5 | 37,5 | - | - | - | - | |||||||
1,32 | 3,93 | 5,5 | 38,43 | 102,26 | 24,20 | ||||||||
1,33 | 3,96 | 3,93 | 5,5 | 37,39 | 105,91 | -27,81 | |||||||
1,34 | 3,99 | 3,96 | 3,93 | 35,88 | 5,5 | 111,20 | -42,08 | ||||||
1,35 | 2,63 | 3,99 | 3,96 | 3,93 | 32,51 | 80,99 | -104 | ||||||
1,36 | 2,67 | 2,63 | 3,99 | 3,96 | 3,93 | 29,19 | 91,58 | -114 | |||||
1,37 | 2,71 | 2,67 | 2,63 | 3,99 | 3,96 | 3,93 | 25,90 | 104,76 | -127 | ||||
1,38 | 1,80 | 2,71 | 2,67 | 2,63 | 3,99 | 3,96 | 3,93 | 21,70 | 83,11 | -193 | |||
1,39 | 1,84 | 1,80 | 2,71 | 2,67 | 2,63 | 3,99 | 3,96 | 19,62 | 3,9 | 94,02 | -106 | ||
1,40 | 1,89 | 1,84 | 1,80 | 2,71 | 2,67 | 2,63 | 3,99 | 17,54 | 3,9 | 107,49 | -118 | ||
1,41 | 1,26 | 1,89 | 1,84 | 1,80 | 2,71 | 2,67 | 2,63 | 14,82 | 3,9 | 85,22 | -184, |
Рисунок 5.1 – график зависимости общей численности населения от времени
Рисунок 5.2 – график зависимости ЕПр от времени
Возраст |
|
|
|
|
|
| Исходная численность | Через 100 лет |
61-70 |
|
|
|
|
|
| 1,5 | 1,32 |
51-60 |
|
|
|
|
|
| 2,5 | 1,34 |
41-50 |
|
|
|
|
|
| 2,75 | 1,36 |
31-40 |
|
|
|
|
|
| 0,9 | |
21-30 |
|
|
|
|
|
| 0,92 | |
11-20 |
|
|
|
|
|
| 0,95 | |
1-10 |
|
|
|
|
|
| 0,63 |
Рисунок 5.3 – График возрастное соотношение между числом мужчин и женщин
Выводы:
1) Численность населения Германии за 100 лет уменьшится в 2,5 раза;
2) Изменение состава населения будет следующим:
- Дети – количество уменьшилось,
- Работающее население – количество практически не изменилось,
- Пенсионеры – значение увеличилось;
3) Национальный доход исходный 12080$, а через 100 лет 12080ˑ2,5 = 30200$
4) Государство будет выделять деньги на решение экологической проблемы.
6 РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Задача 7
Проверить возможность размещения приемных отверстий систем приточной вентиляции в точках с координатами А(0;0) и Б(0;L/4). Результаты представлены в таблице 6.1.
Для этого рассчитывается концентрация веществ в этих точках.
Необходимым условием является выполнение соотношения:
(19)
(20)
Определить изменение концентрации вредных веществ в зависимости от расстояния до здания на оси факела (по оси х). Расчет сделать для семи точек: х=0м, х=50м, х=100м, х=150м, х=200м, х=250м, х=300м. Результат расчета представлен в таблице 6.2.
Построить график зависимости S=f(x). Рисунок 6.2
На графике провести линию ПДКсс.
Сравнить расчетные концентрации с ПДКсс.
Определить возможность расположения жилых домов на границе санитарной зоны размером в 1000 м.
Определить, на каком расстоянии от источника выброса можно строить жилые дома. Необходимое условие:
(21)
Исходные данные:
L=40м, B=24м, Hз=10м, H=15м, M1=200г/с, Cф1=0,01мг/м3, ПДКрз=2, ПДКсс=0,05.
Источник – точечный, вредное вещество – кремнийсодержащая пыль.
Решение:
1) Проверяем возможность размещения приемных отверстий систем приточной вентиляции в точках с координатами А(0;0), Б(0;10)
2,5Нзд®2,5×10=25 (м)
25 м > В=24 м – здание узкого типа (рисунок 6.1), значит формулы, по которым рассчитывается концентрация вредных веществ следующие:
(22)
, (23)
где С – концентрация вредных веществ,
М – масса вредных веществ, выбрасываемых источником в атмосферу в единицу времени,
К – безразмерный коэффициент, учитывающий возвышение у стен источника над уровнем загрязнения, принимаем К=1,
V – расчетная сила ветра, принимаем V=1м/с,
L – длина здания,
х – расстояние от заветренной стороны здания до расчетной точки,
S1 – понижающий коэффициент, позволяющий определить концентрацию вредного вещества на расстоянии. Он рассчитывается по формуле:
(24)
По условию задачи известно, что в точках А и Б х=0. Рассчитаем коэффициент вредных веществ для точки А и для точки Б.
(для точки А)
мг/м3.
С учетом фоновой концентрации (Cф1) реальная концентрация кремнийсодержащей пыли будет:
мг/м3.
(для точки Б)
мг/м3.
мг/м3.
Таблица 6.1 – Сравнительная таблица
| С1+Сф1, мг/м |
А(0;0) | 2,106 |
Б(0;6) | 1,48 |
0,3ПДКрз | 0,6 |
Вывод: концентрация вещества превышает допустимую концентрацию в точках А и Б. Поэтому невозможно размещение в этих точках приемных отверстий приточной вентиляции, через которую воздух подается в цех (исходя из условий 16 и 17).
2) Определяем изменение концентрации вредных веществ в зависимости от расстояния до здания на оси факела. 
, так как у=0.
При х=0 м:
х1=0 м < 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 22:
мг/м3.
При х=50 м:
х2=50м < 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 22:
мг/м3.
При х=100м:
х2=100м > 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 23:
мг/м3.
При х=150м:
х2=150м > 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 23:
мг/м3.
При х=200м:
х2=200м > 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 23:
мг/м3.
При х=250м:
х2=250м > 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 23:
мг/м3.
При х=300м:
х2=300м > 6Hзд=60 м, пользуемся формулой 23:
мг/м3.
Таблица 6.2 - Изменение концентрации вредного вещества в зависимости от расстояния до здания на оси факела
Х, м | С1+Сф, мг/м3 |
2,106 | |
1,046 | |
0,340 | |
0,218 | |
0,150 | |
0,111 | |
0,086 | |
ПДКсс | 0,05 |
Рисунок 6.2 – график зависимости С=f(x)
Вывод: концентрация вредного вещества превышает ПДКсс на всем рассчитанном расстоянии.
3) Определяем возможность расположения жилых домов на границе санитарной зоны размером в 1000 м.
Х=1000 м > 60 м. Применим формулу 23:
мг/м3.
Таблица 6.3 – Сравнительная таблица
х, у=0 | С+Сф |
0,0194 | |
ПДКсс | 0,05 |
Вывод: размещение домов на границе санитарных зон возможно, так как концентрация на заданном расстоянии не превышает ПДКсс.
4) Определяем, на каком расстоянии от источника выброса можно строить жилые дома.
Принимаем х>1000м, у=0м. Так как х>60 м, значит используем формулу 20 для нахождения концентрации вещества. Что бы найти расстояние х, на котором можно строить дома, подставим 
в необходимое условие (21):
, м.
Вывод: жилые дома можно строить уже на расстоянии 444,4 метра от источника загрязнения.
7 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рассмотрим цокольное перекрытие (рисунок 7.1).
Рисунок 7.1 – Разрез цокольного перекрытия
Он состоит из следующих материалов:
1) Паркет δ1=15 мм;
2) Цементно-песчаная стяжка δ2=40 мм;
3) Битум δ3=5 мм;
4) Утеплитель: плиты полужёсткие минераловатные из базальта ЕL δ4= 70мм;
5) Брус δ5=150 мм.
Оценим влияние каждого материала на окружающую среду и человека.
1 - Паркетная доска – это одна из разновидностей напольного деревянного покрытия. Ее изготавливают, склеивая несколько слоев деревянных планок (расположенных перпендикулярно один к одному, сегментов). Дерево не содержит вредных веществ и химикатов, не выделяет токсины, соответственно имеет низкую степень отрицательного влияния на здоровье человека;
2 - Цементно-песчаная стяжка состоит из цемента и песка. Повреждений экосистем она не вызывает, оба материала легко доступны, то есть дефицита в них нет, однако выбросы от цементной пыли достаточно вредны;
3 – Битум - твёрдый или смолоподобный продукт, представляющий собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлсодержащих производных. Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях. На здоровье имеет высокое влияние, особенно при его нагревании.;
4 - Минераловатные плиты из базальта представляют собой теплоизоляционный материал, состоящий из волокон, получаемых из минерального (природного) сырья. Основой этих плит является базальт – минерал вулканического происхождения. Повреждение экосистем носит негативный характер, так как масштабы потребностей в составляющих этих плит велики, что в дальнейшем может вызвать дефицит материалов. Однако вреда здоровью этот строительный материал практически не оказывает, так как отходы минимальны и экологически безопасны;
5 - Брус профилированный представляет собой высокотехнологичный строительный материал, который изготавливают, как правило, из хвойных пород дерева. Как сказано выше - дерево не содержит вредных веществ и химикатов, не выделяет токсины, соответственно имеет низкую степень отрицательного влияния на здоровье человека [3].
Результаты экологической оценки представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Экологическая оценка влияния на окружающую среду и человека СМ
Вид СМ | Негативные эффекты от СМ по этапам его ЖЦ | Экологичес-кая оценка | |||||
Повреждение экосистемы | Дефицит | Выбросы | Энергия | Здоровье | Отходы | Сумма баллов | |
Строительные материалы для наружной стены жилого дома | |||||||
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 153 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |