Упражнение 5
На бессточное озеро (рН воды в нем 6,7) площадью (S) 12 км2 и средней глубиной (Н) 3 м выпало в течение нескольких часов 30 мм кислых дождевых осадков (h). Требуется:
а) при какой величине рН дождевого осадка величина рН воды озера снизится до 5,0. Приведет ли это к угрозе гидробионтам?
б) определить массу серной и азотной кислот, поступивших в озеро с дождевой водой, исходя из того, что с первой и второй из них в озеро поступило соответственно 60 % и 40 % массы активных ионов водорода, содержавшихся в дождевом осадке.
Возможный дополнительный приток дождевой воды в озеро с его водосборной площади при выполнении задания не учитывается.
Решение:
рН - это водородный показатель воды, характеризующий содержание в ней активных ионов водорода (Н+). Численно рН= - lg [H+], где концентрация H+ выражена в моль/дм3 (моль/л) воды. Поскольку моль H+ равен 1 г, то для разбавленных водных растворов можно принимать, что рН = - lg [H+], где [H+] выражена в г/л.
При рН равной 5,0 развитие гидробионтов угнетается, некоторые виды полностью погибают.
а) рН воды озера была 6,7, т.е. [H+] = 1 * 10-6,7 = 0,2 * 10-6 г/л
V (озера) = 12 * 106 * 3 = 36 * 106 м3 (36 * 103 л)
0,2 * 10-6 г H+-----------------1 л
Х г H+ ----------------36000 л
Х = 0,2 * 10-6 * 36000 = 7,2 * 10-3 г H+ в озере
рН воды озера после выпадения осадков стала 5,0, т.е. [H+] = 1 * 10-5,0 = 1 * 10-5 г/л
V (озера) = 12 * 106 * 3 = 36 * 106 м3 (36 * 103 л)
1 * 10-5 г H+-----------------1 л
Х г H+ ----------------36000 л
Х = 1 * 10-5 * 36000 = 0,36 г H+ в озере
Масса H+ в кислых осадках равна:
0,36 - 7,2 * 10-3 = 0,3528 г H+ в осадках
V (выпавшей воды) = 12 * 106 * 0,03 = 3,6 * 105 м3 (360 л)
0,3528 г H+ -------------360 л
Х г H+ -------------1 л
Х = 0,353 / 360 = 9,8 * 10-4 г H+
рН (дождевого осадка) = - lg 9,8 * 10-4 = 3,0
б) Массы кислот, поступивших в озеро с дождевой водой, рассчитывают по значению их химических эквивалентов.
Масса H+ в дождевой воде равна 0,3528 г.
Масса H+ поступившая с серной кислотой равна 0,3525 * 0,6 = 0,2117 г.
Масса H+ поступившая с азотной кислотой равна 0,3528 * 0,4 =0,1411г.
При условии полной диссоциации H2SO4 (дает 2 протона водорода), в воду введено: 0,2117 * 98 / 2 = 10,37 г этой кислоты.
При условии полной диссоциации HNO3, в воду введено: 0,1411 * 63 = =8,89 г этой кислоты (в одном моле HNO3, равном 63 г, содержится 1 г H+).
Упражнение 7
В засушливом, бедном поверхностными водными объектами районе пройдена и заглушена скважина, вскрывшая достаточно мощный напорный слой воды. Дебит скважины (Д), то есть скорость самоизливания воды из нее, равен 1 л/с. Минерализация подземной воды (Мподз) составляет 1,2 г/л.
В дальнейшем заглушка была самовольно снята и самоизливающийся поток воды направлен в каменистую долину, перегороженную дамбой. Постепенно в долине сформировалось мелководное искусственное озеро с конечной площадью S, средней глубиной (Hоз) 1,2 м и минерализацией воды (Моз), равной 1,4 г/л. Интенсивность поверхностного испарения воды (h) в этом районе составляет 500 мм/год. После стабилизации площади озера приток воды в него продолжался. Требуется:
1) определить площадь озера и промежуток времени (T1) за который оно окончательно сформировалось;
2) рассчитать, через сколько лет (Т2) после этого вода в озере станет непригодной для хозяйственно-питьевых целей (Моз принять при этом равной 2,5 г/л), и через какой последующий промежуток времени (Т3) само озеро станет практически безжизненным (Моз принять для этого 10 г/л);
3) дать экологическую оценку совершенного самовольного мероприятия.
Решение:
1. Определим площадь озера по формуле:
,
где Д выражен в м3/год.
Д = 1 л/с или
м3/год
h= 500 мм/год или 0,5 м/год
2. Определим промежуток времени (Т1), за которое озеро окончательно сформировалось:
3. Определим через сколько лет (Т2) вода в озере станет непригодной для хозяйственно-питьевых целей из соотношения: