Экология и инженерная охрана природы

Термин «Экология»

Термин «Экология» впервые был введён в 1869 году Геккелем. По определению Геккеля «Экология» - наука об экономии природы (наука о жилище - греч.).

Экология - наука об отношении организма или групп организмов к окружающей среде в соответствии с уровнем организации окружающей жизни.

Существует два вида экологии:

1) Аутэкология - взаимоотношение со средой отдельного организма.

2) Синэкология - комплексное изучение групп организмов, составляющих определённое единство.

Экология быстро развивается на стыке с другими науками. Существует эерографическая, химическая, математическая экологии.

Задачи экологии как науки:

1) Исследование закономерности организации жизни, в т.ч. и в связи с антропогенным воздействием на отдельные экологические системы и всю биосферу в целом.

2) Создание научной основы рационального использования природных ресурсов.

3) Восстановление нарушенных природных систем.

4) Регулирование численности популяции живых организмов.

5) Сохранение эталонных участков биосферы.

Экология и инженерная охрана природы

Инженерная экология - это система инженерно-химических предприятий, направленных на сохранение качества природной среды в условиях растущего промышленного производства.

Понятие охраны природы имеет двоякий смысл:

1) Комплексная научная дисциплина, разрабатывающая общественные принципы и методы сохранения и восстановления природных ресурсов.

2) Система мероприятий, направленных на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей его природы.

Понятие окружающей среды также имеет два смысла:

1) Это внешняя, но находящаяся в непосредственном контакте с субъектом или объектом среда.

2) Это совокупность абиотической (неживой), биотической (живой) и социальных сред, совместно оказывающих влияние на человека и его хозяйство.

Охрана окружающей природной среды - это комплекс государственных, международных, региональных, административно-хозяйственных, политических и общественных мероприятий, направленных на поддержание химических, физических и биологических параметров функционирования природных систем в пределах необходимых с точки зрения здоровья и благосостояния человека.

Основы общей экологии:

Учение о биосфере и её эволюции (В.И. Вернадский)

Согласно В.И. Вернадскому биосфера - это оболочка земли, включающая как область распространения живого вещества, так и само живое существо. На Земле жизнь сосредоточена в гидросфере, литосфере и тропосфере. Нижняя граница атмосферы расположена на 2-3 км ниже поверхности материков и на 1-2 км ниже дна океана.

Верхняя граница биосферы - озоновый слой, который расположен в стратосфере на 20-25 км от поверхности Земли.

За несколько миллиардов лет своего существования биосфера прошла сложную эволюцию.

Основным этапом было возникновение жизни из неживой материи. Этому предшествовало образование сложных органических веществ из водорода, аммиака, углекислого газа, метана и воды под воздействием высоких температур, электроразрядов, солнечного излучения и вулканической деятельности. Из-за этого образовывались молекулы аминокислот, азотистых оснований, т.е. вещества, из которых состоят белки, нуклеиновые кислоты и вещества-носители энергии АДФ, АТФ.

Важнейшим этапом эволюции было то, что органические вещества подвергались процессам распада и синтеза, причём продукты распада одних молекул являлись источником синтеза для других молекул. Так возник первичный водоворот органических веществ. Концентрация органических веществ в толще воды была неравномерной. В результате возникали калоидные сгущения, получившие название коацерват. Характерная особенность - наличие границы с окружающей средой. Коацерваты рассматривались в качестве первой биоструктуры. Эти капли разрушались, образовывались вновь, делились. В конечном итоге получилось, что сохраняться могли лишь те капли, которые при делении не теряли в дочерних каплях свои признаки, химический состав и структуру, т.е. приобрели способность к самовоспроизводству. Важной особенностью коацерватов было то, что они могли избирательно поглощать из окружающей среды необходимые им вещества и избавляться от ненужных веществ. Этот момент даёт начало обмену веществ, процессам переноса энергии и информации. Согласно существующей сейчас теории также и появились первые живые организмы. Дальнейшее усложнение жизни связано с возникновением многоклеточных организмов. Наиболее развитой и признанной сейчас является колониальная гипотеза возникновения многоклеточных организмов. Согласно этой гипотезе произошло следующее: клетка разделилась, но её дочерние составляющие не разошлись, а стали существовать вместе. Причём сначала обе клетки были абсолютно одинаковыми, а потом стали возникать различия в химическом составе и структуре, что соответственно привело к функциональной специализации. Одни клетки стали отвечать за поглощение, другие - за движение, третьи - за размножение. В течение миллионов лет многоклеточные организмы эволюционировали и в конце концов появился человек, который сейчас преобразовывает биосферу в ноосферу.

Понятие об афтотропности человечества

Афторопными называются организмы, которые получают своё органическое вещество из неорганического, не используя уже готовые органические вещества других организмов.

Гетеротропными называются организмы, которые для построения своего органического вещества используют уже готовые органические вещества других организмов.

Человек - гетеротропное вещество, единственный организм, создавший производство и развил технологию.

Жизнь как термодинамический процесс

Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является непрерывный обмен веществ с окружающей средой.

Белковое тело - это организованная макромолекулярная совокупность ряда специфических веществ: нуклеиновых кислот, аминокислот, соединение азота и фосфора. Рассмотрим простейшую физическую систему, состоящую из нагретого тела т окружающей среды.

Градиент - это вектор, направленный из точки с минимальным значением параметра в точку с максимальным значением параметра.

В связи с тем, что в рассматриваемой системе существует градиент температур, то согласно второму закону термодинамики эта система будет стремиться к состоянию теплового равновесия, т.е. к такому состоянию, когда Т_ТЕЛА=Т_{ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ}, т.е. вся энергия тела будет рассеяна в виде тепла и при наступившем термодинамическом равновесии любые энергетические процессы станут невозможны. Система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия имеет максимальную энтропию, так, обратно второму закону термодинамики можно сформулировать следующее обращение: любая система стремится к расстоянию с максимальной энтропией. Считается, что чем больше энтропия, тем больше хаос в системе. Непрерывный поток солнечной энергии воспринимается молекулами афтотрофных живых организмов и преобразуется в энергию химических связей, т.е. живые организмы вносят в систему структуру, порядок, и в связи с этим, в отличие от всех других физических и химических систем с живыми организмами, могут двигаться против градиента энтропии, т.е. в сторону уменьшения энтропии. Говорят, что живые организмы вырабатывают отрицательную энтропию или негтропию. Энергию для этого они естественно получают от солнца.

Экологические факторы и их действия

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказать прямое или косвенное воздействие на живые организмы хотя бы на одной из фаз их развития.

Экологические факторы делятся на две категории:

1) Факторы неживой природы или абиотические факторы.

2) Факторы живой природы или биотические факторы.

Абиотические факторы в свою очередь делятся на:

1) Климатические (освещённость, температура, влажность, атмосферное давление, скорость движения ветра)

2) Почвенно-грунтовые (плотность, механический состав, влагоёмкость, воздухопроницаемость)

3) Орографические (рельеф, высота над уровнем моря)

4) Химические (газовый состав воздуха, количество растворённых в воде солей и т.д.)

Биотические факторы в свою очередь делятся на:

1) Зоогенные (животный мир)

2) Фитогенные (факторы растительности)

3) Микробиогенные (влияние живых организмов)

4) Антропогенные (влияние человека)

Экологические факторы можно классифицировать по степени постоянства их воздействия на живые организмы или по периодичности.

Бывают:

1) Первичные периодические факторы, т.е. факторы, связанные с вращением Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси. Это смена времён года, смена дня и ночи.

2) Вторичные периодические факторы, которые являются следствием первичных периодических факторов. Это температура, влажность, количество растворённого в воде кислорода, количество растительной пищи и другие.

3) Непериодические факторы. Это почвенно-грунтовые факторы, факторы, связанные со стихийными бедствиями, большинство антропогенных воздействий.

Абиотические факторы наземной среды

Климатические факторы.

Поступающая от Солнца лучистая энергия это 99% электромагнитного излучения с длиной волны от 0,17 до 4 микрон. Причём 48% поступает на видимую часть спектра, а 45% на инфракрасную часть спектра.

Количество солнечной энергии, поступающей к Земле постоянно, однако, разные районы земного шара получают разное количество энергии, что связано с наклоном земной оси. Так, например, в умеренной зоне на единицу площади приходится в 6 раз больше энергии, чем в Полярной зоне. Часть солнечной энергии отражается земной поверхностью. Чистый снег отражает до 95% энергии, загрязнённый снег до 50%, хвойные леса до 15%, чернозём до 5%. Освещённость земной поверхности связано с вращением Земли вокруг своей оси, в результате чего у всех организмов существуют суточные ритмы деятельности.

Влажность - это количество водяного пара, растворённого в атмосферном воздухе.

Большинство водяного пара содержится в нижних слоях атмосферы (до 2км). Влажность существенно зависит от температуры. Чем температура больше, тем больше водяного пара может содержать атмосфера. Разность между максимально возможной и текущей влажностью называется дефицитом влажности. Это важный экологический параметр, который характеризует сразу два фактора - температуру и влажность. Чем больше дефицит влажности, тем суше и теплее.

Атмосферное давление.

В атмосфере существует два типа зон, зависящих от давления.

1) Зоны пониженного давления (циклоны), которые характеризуются неустойчивой погодой, с большим количеством осадков.

2) Зоны повышенного атмосферного давления (антициклоны), которые характеризуются устойчивой погодой без осадков.

Движение воздуха.

В этом случае, движущей сило процесса является разность атмосферных давлений в двух точках земного шара. Воздух движется из точки с повышенным давлением в точку с пониженным давлением.

Почвенно-грунтовые факторы.

Почва - это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Почва - это трёхфазная среда, включающая в себя жидкие, твёрдые и газообразные компоненты. По вертикали почва разделяется на отдельные слои горизонта. Все горизонты представляют собой смесь органических и неорганических веществ. Минеральный состав почвы: 50% - оксид кремния, 25% - глинозём или оксид алюминия, 10% - оксид железа, а также оксиды калия, фосфора, кальция и магния - каждый до 5%. В числе органических веществ, находящихся в почве, можно выделить белки, жиры, воск, смолу и т.д. Одно из наиболее важных свойств почвы - это её механический состав, т.е. размер частиц, из которых почва состоит. Чем меньше размер частиц, тем ближе почва к глинистой. Чем больше размер частиц, тем больше почва к песчаной.

Плотность почвы.

Группа тепловых факторов (теплоёмкость, теплопроводность).

Группа водных факторов (влагоёмкость, влагопроницаемость).

Аэрация (насыщенность почвы воздухом).

Кислотность или показатель рН.

Абиотические факторы водной среды

Водная среда - это своеобразная среда обитания живых организмов, отличающихся от воздушной прежде всего плотностью и вязкостью.

Плотность в 80 раз больше плотности воздуха.

Вязкость в 55 раз больше вязкости воздуха.

Подвижность, т.е. постоянное перемещение водных масс в пространстве.

Температурная стратификация, т.е. изменение температуры с глубиной.

Периодические, годовые, сезонные суточные изменения температуры воды.

Прозрачность воды.

Солёность воды, т.е. содержание растворённых карбонатов, хлоридов, сульфатов. В пресной воде преобладают карбонаты, в солёной - хлориды и сульфаты. Средняя солёность Мирового океана 35г/литр. Большинство внутренних морей существенно менее солёные: Чёрное море - 19г/литр, Каспийское море - 14г/литр.

Количество растворённого кислорода.

Кислотность или показатель рН.

Биотические факторы

Биотические факторы - это совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Биотические факторы можно разделить на прямые и косвенные.

Прямые - это непосредственное влияние одних организмов на другие.

Косвенные - это влияние через изменение комплекса абиотических факторов

Понятие и лимитирующем факторе

В 1840 году был разработан немецким учёным Либихом. Он создавал теорию минерального питания растений и установил, что развитие растений зависит не от тех веществ, которых хватает, а от тех, которых не достаёт, пусть даже они необходимы в микроколичествах.

Им был сформулирован закон минимума, согласно которому, необходимо увеличить в почве содержание того питательного вещества, концентрация которого минимальна.

На этой основе и было сформулировано понятие лимитирующего фактора.

Лимитирующий фактор - это фактор, который находится как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма.

Понятие об экологической нише

Любой живой организм адаптирован к вполне определённым параметрам окружающей среды. Изменение этих параметров может вызвать укрепление жизнедеятельности или гибель организма.

Экологическая ниша - это совокупность множества параметров среды, определяющих условие существования того или иного вида и его функциональные характеристики, такие как передача энергии и обмен информации.

Таким образом, экологическая ниша определяет не только положение вида в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе, а также его положение относительно абиотических факторов.

Моделью экологической ниши является часть многомерного пространства экологических факторов. Рассмотрим вид живых организмов, существование которых зависит от температуры, давления и влажности.

T₁?T?T₂

P₁?P?P₂

V₁?V?V₂

Моделью экологической ниши является параллелепипед в трехмерном (3D) пространстве (рис. №1).

Допустим, что один из параметров вышел из экологической ниши: например T>T₂, тогда возможны два варианта:

1) Вид приспособится к новым условиям существования и его экологическая ниша станет больше.

2) Вид не сможет приспособиться и погибнет, а его экологическую нишу займёт другой вид.

Адаптация живых организмов к экологическим факторам

Одни организмы могут существовать в широких интервалах изменения экологических факторов, другие - в узких.

Рассмотрим график зависимости активности организмов от температуры (рис. №2).

Первый и третий вид существуют в узком интервале температур, причём первый при низких, а третий при высоких температурах. Второй вид может существовать в широких интервалах изменения температуры.

Адаптацией называется эволюционно выработанная и наследственно закреплённая способность живых организмов, позволяющая им существовать в условиях динамически изменяющихся экологических факторов.

Существуют следующие формы адаптации:

1) Морфологическая адаптация - это приспособление внешней формы организма к окружающей среде.

2) Физиологическая адаптация - это приспособление внутреннего строения организма к окружающей среде, например, животные пустынь могут получать воду за счёт биохимического расщепления жиров.

3) Поведенческая адаптация - это, например, сезонные кочёвки птиц или спячка у животных.

Принцип минимальной амплитуды

Живой организм при прочих равных условиях выбирает такое место обитания, в котором обеспечивается минимальная амплитуда колебаний одного или нескольких лимитирующих факторов.

Популяция, её структура и динамика

Популяция - это исторически сложившаяся естественная совокупность особей данного вида, связанных между собой определёнными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определённого района.

Различают географические и экологические популяции.

Географическая популяция - это группа особей одного вида, населяющие территории с однородными условиями существования.

Экологическая популяция - это группа особей одного вида, находящихся в таких условиях, где любые две могут явновероятно скреститься друг с другом.

Экологическая популяция является подсистемой географической популяции. Каждая популяция имеет определённую структуру: возрастную, пространственную и др. Каждая популяция имеет определённую численность и амплитуду колебаний этой численности.

Численность популяции - это количество особей данного вида в популяции.

Плотность популяции - это численность популяции, отнесённая к единице площади или объёма.

Численность популяции не бывает постоянной, и колеблется в том или ином пределе.

Все типы динамики делятся на две группы:

1) Периодические (осцилляция)

2) Непериодические (флуктуация)

Промышленная экология. Промышленное производство и его воздействие на окружающую среду

Ещё в начале века Вернадский отметил, что деятельность человека стала сравнима с геологическими преобразованиями. В настоящее время человек использует более 60% суши и более 15% речных вод. Ежегодно человек добывает более 100 миллиардов тонн руды, уничтожая более 20 миллионов гектаров леса. В своей деятельности человек использует более 500 тысяч химических соединений. Из них более 40 тысяч вредны для человека, более 15 тысяч токсичны.

Схема потребления ресурсов городом с населением более 1 миллиона человек

Воздействие человека на биосферу сводится к четырём главным формам:

1) Изменение структуры земной поверхности (строительство водохранилищ, осушение болот и т.д.).

2) Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагаемых её веществ (изъятие полезных ископаемых, выброс различных загрязнений и т.д.).

3) Изменение энергетического, в частности, теплового баланса отдельных регионов земного шара и биосферы в целом.

4) Изменения, вносимые в совокупность живых организмов (уничтожение одних видов и создание новых видов).

Классификация загрязнений окружающей среды

Загрязнением в узком смысле слова называется внесение в какую-либо среду, не характерное для неё химических, физических и биологических компонентов.

Непосредственными объектами загрязнений служат компоненты экотопа. Косвенными объектами загрязнений служат составляющие биоценоза. Первую классификацию загрязений предложил американский учёный Парсон. Она заключает в себя следующие типы загрязнений:

1) Сточные воды.

2) Минералы, неорганические кислоты и соли.

3) Органические кислоты и соли.

4) Твёрдый сток.

5) Вещества, имеющие питательную ценность для растений.

6) Радиоактивные вещества

7) Носители инфекции

Существует и иная классификация, которая первоначально делит загрязнения на естественные и антропогенные.

К антропогенным относятся:

1) Механические (загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий).

2) Химические (изменение естественных химических свойств среды).

3) Физическое (шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).

4) Биологическое (загрязнение путём внесения в среду биологического организма).

Загрязнением в широком смысле слова называется внесение в ту или иную экологическую систему несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, потоки энергии и информации, вследствие чего данная экосистема разрушается, или снижается её продуктивность.

Ингридиентное загрязнение - это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых биоценозу.

Параметрическое загрязнение - это изменение качественных параметров окружающей среды.

Биоценотическое загрязнение - это воздействие на состав и структуру популяций организма.

Социально-деструктивное - это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.

Последствия загрязнений:

1) Загрязнение есть нежелательный процесс потерь вещества, энергии, труда и средств, превращенных в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

2) Загрязнение снижает продуктивность как отдельных экологических систем, так и всей биосферы в целом.

3) Загрязнение имеет следствие необратимых разрушений как отдельных систем, так и всей биосферы в целом, включая воздействия на глобальные физикохимические параметры среды.

4) Загрязнение прямо или косвенно ведёт к ухудшению физического и морального состояния человека.

Загрязнение атмосферы. Структура и состав атмосферы

Атмосфера - это газовая оболочка Земли, состоящая из нескольких слоёв, между которыми находятся переходные слои - паузы.

Наиболее плотная - нижняя часть атмосферы - тропосфера. Она содержит 80% всего воздуха. Протяжённость тропосферы - 7-10 километров на полюсах и 16-18 километров по экватору. Температурный интервал тропосферы - от +40^оС до -50^оС.

За тропосферой следует стратосфера, а между ними - тропопауза. Протяжённость стратосферы примерно 40 километров. До высоты 30 километров температура стратосферы примерно -50^оС, а затем начинает расти и на высоте 50 километров составляет +10^оС. Это связано с наличием в стратосфере озонового слоя, расположенного на высоте 25-40 километров.

За стратосферой следует стратопауза, а далее - мезосфера. Т.к. озона в мезосфере существенно меньше, то и ниже температура. На высоте 80 километров температура примерно равна -70^оС.

За мезосферой следует мезопауза, а потом - термосфера или ионосфера. Для неё характерно существенное повышение ткмпературы с высотой. На высоте 600 киломеров температура равна +1500^оС, однако тела в ионосфере нагреваются примерно до +200^оС.

После ионосферы следует ионопауза, а за ионопаузой - экзосфера. Её высота - более 800 километров от Земли.

До высоты 100 километров состав воздуха практически не меняется. Выше - газы переходят в атомарное состояние. Выше 600 километров в атмосфере преобладает гелий, а выше 2000 километров - водород.

Источники загрязнения атмосферы

Существуют два разных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

От естественных источников в атмосферу поступает: пыль космическая (до 5 миллионов тонн в год), пыль вулканическая, пыль растительная, пыль от эрозий почвы, морская соль, дымы от пожаров, вулканические газы, газы от разложения растений и животных, газы от жизнедеятельности растений и животных. Естественные загрязнители носят распределённый характер. Уровень загрязнения одних является фоновым и мало изменяется. Особую роль играет атмосферная пыль. Она способствует конденсации паров воды и образованию осадков. Пыль и капли воды поглощают жёсткое ультрафиолетовое излучение и защищает живые организмы от излучения.

Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются: теплоэнергетика, транспорт, промышленность, нефтепереработка и газопереработка, испытания оружия. Самые распространённые загрязнители атмосферы: оксиды углерода, диоксид серы, пыль, оксиды азота, углеводороды. В воздухе атмосферы присутствуют более 500 вредных веществ антропогенного происхождения.

Классификация промышленных выбросов в атмосферу

Промышленные выбросы можно классифицировать:

1) По организации отвода и контроля.

a) Организованный (выброс через специально созданные газоходы, воздуховоды и шахты).

b) Неорганизованный.

2) По температуре.

a) Нагретые выбросы (когда температура выбросов больше температуры окружающей среды).

b) Холодные выбросы (когда температура выбросов равна температуре окружающей среды).

3) По признаку очистки.

a) Выбросы без очистки (организованные или неорганизованные).

b) Выбросы после очистки (организованные).

4) Выбросы делятся на первичные и вторичные.

a) Первичные (поступают непосредственно от источника выброса).

b) Вторичные (продукты преобразования первичных в атмосфере).

Классификация источников загрязнений воздушной среды

1) По назначению.

a) Технологические.

b) Вентиляционные.

2) По месту расположения.

a) Незатенённые или высокие находятся в зоне недеформированного воздушного потока с высотой больше чем 2,5 высоты окружающих зданий.

b) Затенённые расположены на высоте от 2 метров до 2,5 высоты окружающих зданий.

c) Наземные расположены на высоте от 0 до 2 метров от поверхности земли.

3) По геометрической форме.

a) Точечные (трубы, шахты).

b) Линейные (открытые окна, аэрационные фонари).

4) По режиму работы.

a) Непрерывные

b) Периодические

c) Залповые

d) Мгновенные

5) По дальности распространения.

a) Внутриплощадные (когда выбросы создают повышенную концентрацию загрязняющих веществ. Случается только на промышленных площадках, но не в населённых пунктах).

b) Внеплощадные (когда повышенная концентрация загрязняющих веществ создаётся в населённых пунктах).

Химические превращения веществ в атмосфере

Практически все химические вещества, попадая в атмосферу претерпевают превращения под действием солнечного света. Так, молекула А при взаимодействии с квантом света переходит в возбуждённое состояние: А+hнA*.

В дальнейшем возможны следующие превращения:

1) Дизактивация за счёт излучения: А*hн.

2) Дизактивация за счёт соударения: A*+DD*+A.

3) Диссоциация: A+C+B.

Чаще всего, вновь образовавшиеся при диссоциации молекулы очень активны, и приводят к цепи химических превращений, в результате которых образуются нежелательные соединения, например фотохимический смог.

Последствия загрязнения атмосферы

Запылённость.

Запылённость атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли. Существует стандарт на суммарную запылённость атмосферы: 1500 кг/га. В промышленных районах запылённость достигает 60000 кг/га. Частицы пыли сокращают доступ ультрафиолетовой радиации и образуют ядра конденсации паров воды. Всё это увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к похолоданию климата. Пыль, попавшая на поверхность ледников, поглощает энергию и способствует их таянию. С другой стороны, промышленная пыль содержит токсичные вещества. Мелкодисперсная пыль свободно проникает в лёгкие и приводит к фиброзным изменениям. Токсичные вещества, содержащиеся в пыли, проникают через слизистую в организм и отравляют его. Особенно опасна асбестовая пыль. Она вызывает микротравмы на клеточном уровне, что приводит к раковым заболеваниям.

Загрязнение оксидами углерода.

Основную роль в прозрачности воздуха играет углекислый газ. Он свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, но является экраном для инфракрасного излучения. Это приводит к повышению температуры преземного слоя атмосферы. Оксид углерода СО или угарный газ не оказывает влияния на физическое состояние атмосферы, но при этом влияет на организмы животных (разрушает гемоглобин, расстраивает нервную и сердечно-сосудистую системы).

Загрязнение оксидом серы.

Наиболее загрязнено соединениями серы северное полушарие. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается SO₂, который потом окисляется до SO₃. Соединяясь с водой, оксиды серы образуют серную и сернистую кислоты, которые, взаимодействуя с пылевыми частицами, образуют сульфаты и сульфиды. Накопление кислот и сульфатов в атмосфере приводит к выпадению кислотных осадков. В настоящее время, плотность дождевой воды над промышленными районами превышает норму в 10-1000 раз. Изменение рН атмосферных вод наиболее сильно сказывается на действии ферментов и гормонов живых организмов. Крупные виды в меньшей степени страдают от изменения рН, т.к. их защищает кожа. Наиболее сильно на кислотность воды реагирует молодь. В подкисленных водных экосистемах все организмы быстро вымирают или из-за прямого воздействия ионов водорода или из-за невозможности разложения или из-за отравления вредными веществами, образующимися из-за действия кислот на почву.

Оксиды азота.

Оксиды азота поступают в атмосферу в основном с выхлопными газами автомобилей, а также в результате высокотемпературного сжигания топлива тепловых электростанций. Под воздействием ультрафиолетовых лучей оксид и диоксид азота превращаются друг в друга с образованием атомарного кислорода и азота. Атомарный кислород и озон вступают в соединение с углеводородами с образованием свободных радикалов - молекул, с незаполненными связями, вследствие чего обладающие высокой химической активностью. Свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с веществами, находящимися в атмосфере, образуя вторичные загрязнения - фотохимический смог.

Загрязнение гидросферы

Гидросфера - это водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность морей, озёр, рек, болот, ледников и подземных вод.

Пресная вода составляет только 2,5% от всех запасов воды. Примерно 70% пресной воды содержится в ледниках. Площадь всех озёр на земном шаре примерно 2 миллиона км², болот 3 миллиона км². Более 50% болот находится на территории нашей страны.

Употребление воды

Ежегодно люди расходуют около 3000 км³ воды, из них 150 км³ безвозвратно. Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. Причём ? безвозвратно. Например: на производство 1 тонны пшеницы расходуется 1,5 тонны воды, на производство 1 тонны риса - 7 тонн воды, 1 тонны хлопка - 10 тонн воды.

В промышленности вода используется для следующих целей:

1) Приготовление растворов.

2) Охлаждение и нагрев жидкостей и газов.

3) Для теплоэнергетических целей.

4) Для очистки растворов и газовых смесей.

5) Для транспортировки сырья.

6) Для удаления отходов.

7) Для мытья оборудования, тары.

На производство 1 тонны стали расходуется до 20 тонн воды, 1 тонны азотной кислоты - 180 тонн воды, 1 тонны пластмассы - 1000 тонн воды, 1 тонны синтетического каучука - 3000 тонн воды. Среднехимический комбинат ежедневно расходует около 2 миллионов м³ воды высокого качества.

Качество воды - это совокупность химических, физических, биологических и бактериологических показателей, обуславливающих пригодность воды для использования в промышленности, сельском хозяйстве и быту.

Источники загрязнения гидросферы

1) Атмосферные воды, промывающие из воздуха естественные и искусственные загрязнения.

2) Промышленные сточные воды.

3) Бытовые сточные воды.

Ежегодно в мире образуются около 1 триллиона м³ сточных вод. Из них примерно 20% сбрасываются без очистки.

При технологических процессах образуются следующие виды сточных вод:

1) Реакционные воды - образуются в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными продуктами, так промежуточными и конечными.

2) Воды, содержащиеся в сырье и исходных материалах в исходном и связанном виде. Загрязнены аналогично реакционным водам.

3) Промывочные воды - образуются после мытья оборудования, сырья, тары. Загрязнены исходными и конечными продуктами.

4) Водные абсорбенты и экстрагенты.

5) Охлаждающие воды в основном не соприкасаются с технологичными продуктами и могут использоваться в системах оборотного водоснабжения.

6) Бытовые воды.

7) Атмосферные осадки, стекающие с промышленных площадок - особенно агрессивны, т.к. загрязнены выбросами предприятий.

Загрязнение гидросферы существенно опаснее, чем загрязнение атмосферы по следующим причинам:

1) Процессы регенерации или самоочищения происходят в водной среде существенно медленнее, чем в атмосфере.

2) Источники загрязнения водоёмов более разнообразны.

3) Естественные процессы, протекающие в водной среде, более чувствительны к загрязнению. Сами по себе имеют большее значение для жизни на Земле, чем процессы, протекающие в атмосфере.

Загрязнения литосферы

Литосфера - это верхняя твёрдая оболочка Земли, включающая в себя земную кору и верхнюю часть мантии Земли.

Литобиосфера - эта та часть литосферы, в которой присутствуют живые организмы. Наиболее сильно подвергаются загрязнению поверхностный слой литосферы (почва).

Существуют следующие источники загрязнения почвы:

1) Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязнений - бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор и т.д.

2) Промышленные предприятия сбрасывают твёрдые и жидкие отходы в т.ч. чрезвычайно токсичные (цианиды, тяжёлые металлы).

3) Теплоэнергетика. В числе отходов - сахар, несгоревшие частицы, шлак, оксиды серы.

4) Сельское хозяйство. В числе отходов - ядохимикаты, удобрения.

5) Транспорт. В числе отходов - соединение свинца, углеводороды.

Самоочищения почвы практически не происходит. Поэтому ядовитые вещества накапливаются в ней, поглощаются растениями и далее передаются по трофическим цепям.

Ущерб от загрязнения окружающей среды

Для поддержания качества окружающей среды требуются существенные затраты.

Качество окружающей среды - это степень соответствия окружающей среды потребностям живых организмов.

Так, согласно последним исследованиям, в промышленно-развитых странах на поддержание качества окружающей среды требуется примерно 2,5% от национального дохода.

Средства на сохранение окружающей среды можно разделить на три группы:

1) Затраты, связанные с уменьшением выбросов в окружающую среду - это затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений, санитарно-защитных зон, на разработку и внедрение замкнутых и малоотходных технологических процессов, на создание систем контроля и управления уровня загрязнения среды.

2) Затраты на компенсацию социальных последствий выбросов - это затраты, связанные с ухудшением качества среды. Они заключаются в снижении хозяйственной ценности природных ресурсов, потерь рабочего времени за счёт заболеваний. Ухудшение функций естественных и антропогенных экосистем.

3) Затраты на возмещение потерь сырья и продуктов с выбрасываемыми газами, сточными водами и твёрдыми отходами. Все выбрасываемые продукты могут быть сырьём данных или других производств.

Ущерб, наносимый природе, подразделяется на социальный, моральный и экономический.

Экономический ущерб - это фактические потери, нанесённые хозяйству вследствие загрязнения среды.

Экономический ущерб может быть фактическим, возможным и предотвращенным.

Возможный ущерб - это ущерб, который мог быть нанесён хозяйству при отсутствии природоохранительных мероприятий.

Предотвращённый ущерб - это разность между возможным и фактическим ущербом.

Расчёт предотвращенного ущерба в результате снижения сброса примесей в водные объекты

=400 рублей/тонна

- безразмерный коэффициент, значение которого зависит от конкретного водоёма.

- приведённая масса снижения сброса примесей источника в водный объект.

,

где и соответственно приведённая сброса примесей в водный объект до и после ввода в действие очистных сооружений.

- вид сбрасываемой примеси.

- количество сбрасываемой примеси.

и - масса примесей -го вида, сбрасываемых до и после ввода очистных сооружений.

- безразмерный коэффициент, показатель относительной опасности -го вида.

- предельно допустимая концентрация в воде водоёма определённой категории водопользования -го вещества.

Если указано, что данного вещества в водоёме не должно быть, т.е. , то .

Расчёт предварительного ущерба в результате снижения выбрасываемых примесей в воздух

=33 рубля/тонна

- безразмерный коэффициент, характеризующий относительную опасность загрязнения воздуха над развитыми территориями или водоёмами.

- поправочный коэффициент, зависящий от высоты источника выброса, скорости оседания загрязняющего вещества и разности температур между выбросом и окружающей средой .

Остальные параметры аналогичны предыдущей формуле. Для СО: .

Структуры водной и наземной экосистемы

Экосистемы не являются однородными структурами как в пространстве, так и во времени. Для наземной экосистемы характерна ярусность, т.е. разделение на разновысокие структурные части. Для каждого яруса чаще всего характерен собственный биоценоз.

Виды живых организмов, которые преобладают в экосистемах, называются доминантными.

Виды, которые не только преобладают, но и определяют режимы абиотических факторов, называются эдификаторами.

Водные системы подразделяются на проточные и стоячие.

Компенсационный горизонт - это глубина, ниже которой не проникают солнечные лучи.

1-ая зона - литоральная - просвечивается солнцем до дна.

2-ая зона - лимническая - зона, которая просто просвечивается солнцем, но не до дна.

Для проточных водоёмов выделяют глубоководные плёсы и мелководные перекаты. Для каждой зоны характерен собственный биогеоценоз.

Экотоп - это совокупность абиотических факторов биогеоценоза.

Биоценоз - это совокупность биотических факторов биогеоценоза.

Стрелки - это каналы передачи вещества, энергии и информации.

Гомеостаз и сукцессия экологической системы

Естественные экосистемы существуют сотни и тысячи лет, и обладают определённой стабильностью во времени и пространстве.

Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы называется гомеостазом.

Для естественной экосистемы гомеостаз поддерживается тем, что такие системы открыты, т.е. происходит непрерывный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой. В отличие от естественных экосистем, антропогенные системы не могут существовать без вмешательства человека. И для того, чтобы они находились в состоянии гомеостаза, необходимо управляющее воздействие человека. Практически во всех экосистемах их биотическая часть медленно изменяется во времени.

Сукцессия - это последовательная смена одного биоценоза другим.

Кроме естественной сукцессии возможна антропогенная сукцессия.

Энергия в экосистемах. Синтез первичного органического вещества

Практически всё первичное органическое вещество на Земле образуется зёлёными растениями в процессе фотосинтеза. Этот процесс идёт с поглощением энергии, которая запасается в химических связях органического вещества.

Рассмотрим упрощённую схему фотосинтеза:

1) фотон попадает в молекулу хлорофила и выбивает электрон.

2) Фотон взаимодействует с молекулой хлорофила: АДФ+еАТФ.

3) Далее АТФ+СО₂+Н₂Оорганическое вещество+О₂+АДФ.

В связи с тем, что растения производят органическое вещество под воздействием фотонов света, их называют фотосинтетиками. Кроме зеленых растений, органическое вещество производится некоторыми бактериями. Энергию для этого они получают за счёт химических реакций, поэтому их называют хемосинтетиками.

Существуют серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы до её оксидов, нитрифицирующие бактерии окисляющие аммиак до нитритов и нитратов. Так же существуют железобактерии, окисляющие железо из двухвалентного в трёхвалентный состав.

Понятие о трофической цепи

Трофическая цепь - это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов до других.

Земные растения - это афтотрофные организмы. И так как они создают практически все органические вещества, их ещё называют продуцентами.

Растительноядные животные, растения являются гетеротрофными организмами или консументами первого порядка.

Плотоядные животные - консументы второго порядка - используют уже готовое органическое вещество консументов первого порядка.

Трофические цепи могут быть короткими и длинными.

Трофическая сеть - это совокупность трофических цепей, связанных между собой отдельными звеньями, создающих сложную структуру.

Кроме продуцентов и консументов существуют редуценты, которые разлагают органическое вещество до неорганических составляющих. Это, прежде всего, бактерии и простейшие.

Трофическая цепь есть одновременно цепь энергетическая, т.е. упорядоченный поток передачи энергии солнца от продуцентов к консументам различного порядка. Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии, которую можно получить, разрушив химические связи. Организмы-консументы, питаясь органическим веществом, получают энергию, часть из которой идёт на построение собственного органического вещества, а часть расходуется на движение, дыхание, теплоотдачу. Таким образом, в силу второго закона термодинамики, поток энергии по трофической цепи неразрывно связан с её рассеиванием, т.е. возрастанием энтропии. Рассеивание энергии компенсируется подкачкой энергии от Солнца. При переходе от одного трофического уровня к другому теряется до 99% энергии. Продуктивность экосистем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в виде пирамид.

Экологические системы, в которых соотношение продуцируемой биомассы «Р» к расходам на дыхание, движение, теплоотдачу «R» больше единицы (P/R>1) называются системами с афторофной сукцессией.

Экологические системы, для которых P/R1 называются системами с гетеротрофной сукцессией. Если P/R=1, то такие системы называются стабильными.

Круговорот веществ в биосфере

Все вещества, находящиеся на Земле, вовлечены в большой (геологический) и малый (биотический), процесс круговорота, причём малый является частью большого. Большой длится сотни тысяч и миллионы лет. Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению и выветриванию, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Там они образуют морские апластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками или извлечёнными морскими организмами. Крупные и мелкие гестектонические изменения, т.е. опускание материков и поднятие морского дна и приводит к тому, что эти апластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Биологический цикл - это круговорот химических веществ из неорганической среды через растения и живые организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии.

Принципы функционирования экосистем

1) В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов просходит в рамках круговорота всех элементов.

2) Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

3) Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень. На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Круговорот фосфора

В организме фосфор содержится в клеточных мембранах, нуклеиновых кислотах и веществах носителях энергии АДФ и АТФ.

Рассмотрим малый биотический круговорот фосфора.

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существуют блок-морские осадки, которые замыкаются только в пределах большого геологического круговорота фосфора.

Стандартизация и охрана окружающей природной среды

Существует система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Этой системе присвоен №17. Система №17 состоит из 9 комплексов стандартов. Номер комплекса ставится через «. » после числа 17.

Существуют следующие комплексы:

1) Гидросфера

2) Атмосфера

3) Биологические ресурсы

4) Почвы

5) Земли

6) Флора

7) Фауна

8) Ландшафты

9) Недра

Каждый комплекс включает в себя восемь групп стандартов. Номер группы ставится через точку после номера комплекса.

Группы:

0) Основы положения.

1) Термины определения классификации.

2) Показатели качества природной среды. Параметры загрязняющих выбросов и сбросов, показатели интенсивности использования природных ресурсов.

3) Правила охраны природы и рационального использования природных ресурсов.

4) Методы определения параметров состояния природных объектов и интенсивности хозяйственного воздействия.

5) Требования к средствам контроля и измерения.

6) Требования к устройствам аппаратуры и сооружений по защите окружающей природной среды от загрязнений.

7) Прочие стандарты.

Далее в номенклатуре стандарта через точку идёт номер (порядок) стандарта в группе, а через тире - год ввода стандарта в действие.

Например: ГОСТ 17:1.1.16-91 это стандарт «Охрана природы: Гидросфера. Термины и определения. 16 - номер стандарта в группе, 91 - год принятия стандарта».

Круговорот азота

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%. Азот содержится в воде и почве в виде неорганических соединений: аммонитных, нитритных и нитратных. Кроме того, азот содержится в живых организмах. Прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

NH^-₂ - органический азот животных и растений

CO(NH₂)₂ - мочевина

NH₃ - аммиак

NH⁺₄ - ион аммония

NO₂ - нитриты

NO^-₃ - нитраты

N₂O - оксид азота

N₂ - чистый азот

Принципы устойчивости экосистем

Все компоненты экосистем находятся во взаимосвязи друг с другом, образуя круговорот химических элементов. Обмен веществом между организмами можно рассматривать как процесс передачи энергии и информации. Таким образом, в любой экосистеме, где существуют трофические цепи, существуют каналы передачи информации (химической, энергетической). Сбалансированность биологического круговорота и устойчивость экосистем с точки зрения кибернетики обеспечивается механизмом обратной связи.

На этот объект действует управления параметрами и - вектор возмущающих параметров.

отличается от тем, что на его составляющие мы можем воздействовать. На выходе имеем - вектор выходных параметров. Если бы являлся только функцией управления параметрами, то мы бы всегда могли предсказать значение . Однако является функцией не только , но и , и в связи с этим точно предсказать значение мы не можем.

Принцип обратной связи заключается в следующем: некоторый управляющий компонент системы получает информацию с выхода управляемой системы и использует эту информацию для коррекции процесса управления.

Обратная связь бывает отрицательной, в этом случае она стабилизирует систему, возвращает состояние равновесия, и положительной, которая раскачивает систему, выводя из состояния равновесия.

Рассмотрим экологическую систему, состоящую из двух популяций: популяция хищника и популяция жертвы.

Допустим, численность популяции жертвы возросла, в результате чего для хищников становится больше еды и популяция хищника тоже растёт. Количество хищников становится больше, они начинают уничтожать больше жертв, в результате чего численность популяции жертв падает, а затем с некоторым запаздыванием начинает падать численность популяции хищников и система возвращается в исходное состояние.

Здесь мы видим работу отрицательной обратной связи. При некоторых условиях, обратная связь, т.е. передача информации нарушается. Например, если возникнет эпидемия или в системе появился новый хищник, на языке кибернетики говорят, что в каналах обратной связи появились помехи. Роль помех могут играть и абиотические факторы. Воздействие естественных помех на популяцию носит случайный статистический характер, т.е. особи, для которых помехи оказались непреодолимыми погибнут, а более стойкие выживут. Таким образом, под влиянием таких помех происходит естественный отбор и они являются фактором эволюции. Кибернетический подход позволяет объяснить причины биологического равновесия экосистем и условия, при которых это равновесие обеспечивается.

Каждая система обладает определённым запасом информации, под которой понимается мера организованности или упорядоченности системы. Чем сложнее система, чем больше в ней перекрещивающихся трофических и энергетических цепей, тем больше в системе запас информации. Каждая открытая система при обмене веществом и энергией с внешней средой получает из неё информацию. При этом, эта информация стремится вывести систему из состояния равновесия. Накопленная же система информации способна компенсировать нарушение структуры и возвратить систему в стабильное состояние. Таким образом, экологические системы тем устойчивее во времени и пространстве, чем они сложнее или стабильность сообщества определяется числом связей между видами в трофической пирамиде. Человек постоянно вмешивается в процессы, происходящие в экосистемах и влияет как на отдельные звенья, так и системы в целом. Чаще всего, это не приводит к разрушению системы, нарушению её стабильности, однако, это не означает, что система осталась неизменной. Уровень сложности системы при этом уменьшается и соответственно уменьшается запас устойчивости.

Гомеостатическое плато - это область пространства экологических параметров, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, не смотря на стрессовое воздействие, сохранить устойчивость системы хотя бы и в изменённом виде.

Круговорот воды

Вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки, озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает абсолютно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Весьма важное значение для нашей планеты имеет КРУГОВОРОТ ВОДЫ. Он слагается из процессов, имеющих разную протяженность - от оборота воды на протяжении суток в результате транспирирующей деятельности одного растения, всасывающего выпавшею атмосферную воду корнями и вновь возвращающего ее в атмосферу листьями, до медленного движения огромных масс воды, связывающего земную кору с гидросферой и атмосферой.

Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км, а испаряется 72000км. Разница в 37000 км и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км), чем выпадает осадков (441000 км). Разность покрывается стоком речных вод.

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000кг воды. По расчетам О.П. Добродеева, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3,5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере, по данным А.П.Виноградова, составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Классификация загрязнений или ущерб от загрязнения окружающей среды. Контроль и управление качеством окружающей среды. Нормативно правовые основы охраны окружающей среды

Основным документом является закон об охране окружающей народной среды, принятый 19 декабря 1991 года и состоящий из 15 разделов и 94 статей.

Раздел I.

Общие положения

Статья 1: Задачи природоохранительного законодательства Российской Федерации.

Задачами природоохранительного законодательства Российской Федерации являются регулирование отношений в сфере взаимодействия общества и природы, с целью сохранения природных богатств и естественной среды обитания человека, предотвращения экологически вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, оздоровления и улучшения качества окружающей природной среды, укрепления законности и правопорядка в интересах настоящего и будущих поколений людей.

Статья 3: Основные принципы охраны окружающей природной среды

При осуществлении хозяйственной, управленческой и иной деятельности, оказывающей отрицательное воздействие на состояние окружающей природной среды, Советы народных депутатов, другие государственные органы, предприятия, учреждения, организации, а также граждане Российской Федерации, иностранные юридические лица и граждане, лица без гражданства обязаны руководствоваться следующими основными принципами:

* приоритетом охраны жизни и здоровья человека, обеспечения благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха населения;

* научно обоснованным сочетанием экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду;

* рациональным использованием природных ресурсов с учетом законов природы, потенциальных возможностей окружающей природной среды, необходимости воспроизводства природных ресурсов и недопущения необратимых последствий для окружающей природной среды и здоровья человека;

* соблюдением требований природоохранительного законодательства, неотвратимостью наступления ответственности за их нарушения;

* гласностью в работе и тесной связью с общественными организациями и населением в решении природоохранительных задач;

* международным сотрудничеством в охране окружающей природной среды.

Статья 4: Объекты охраны окружающей природной среды

1. Охране от загрязнения, порчи, повреждения, истощения, разрушения на территории Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации подлежат: естественные экологические системы, озоновый слой атмосферы; земля, ее недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, леса и иная растительность, животный мир, микроорганизмы, генетический фонд, природные ландшафты.

2. Особой охране подлежат государственные природные заповедники, природные заказники, национальные природные парки, памятники природы, редкие или находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и животных и места их обитания.

Раздел II.

Право граждан на здоровую и благоприятную окружающую среду

Каждый гражданин имеет право на охрану здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей природной среды, вызванного хозяйственной или иной деятельностью, аварий, катастроф, стихийных бедствий.

Это право обеспечивается:

* планированием и нормированием качества окружающей природной среды, мерами по предотвращению экологически вредной деятельности и оздоровлению окружающей природной среды, предупреждению и ликвидации последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;

* социальным и государственным страхованием граждан, образованием государственных и общественных резервных и иных фондов помощи, организацией медицинского обслуживания населения;

* предоставлением каждому реальных возможностей для проживания в условиях благоприятной для жизни и здоровья окружающей природной среды;

* возмещением в судебном или административном порядке вреда, причиненного здоровью граждан в результате загрязнения окружающей природной среды и иных вредных воздействий на нее, в том числе последствий аварий и катастроф; государственным контролем за состоянием окружающей природной среды и соблюдением природоохранительного законодательства, привлечением к ответственности лиц, виновных в нарушении требований обеспечения экологической безопасности населения.

Раздел III.

Экономический механизм охраны окружающей природной среды

Статья 15: Задачи экономического механизма охраны окружающей природной среды.

Экономический механизм охраны окружающей природной среды имеет своими задачами:

* планирование и финансирование природоохранных мероприятий;

* установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду и размещение отходов;

* установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду, размещение отходов и другие виды вредного воздействия;

* предоставление предприятиям, учреждениям и организациям, а также гражданам налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении ими малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды;

* возмещение в установленном порядке вреда, причиненного окружающей природной среде и здоровью человека.

Статья 24: Экономическое стимулирование охраны окружающей природной среды.

1. В Российской Федерации осуществляется стимулирование рационального природопользования и охраны окружающей природной среды путем:

* установления налоговых и иных льгот, предоставляемых государственным и другим предприятиям, учреждениям и организациям, в том числе природоохранительным, при внедрении малоотходных и безотходных технологий и производств, использовании вторичных ресурсов, осуществлении другой деятельности, обеспечивающей природоохранительный эффект;

* освобождения от налогообложения экологических фондов;

* передачи части средств экологических фондов на договорных условиях под процентные займы предприятиям, учреждениям, организациям и гражданам для реализации мер по гарантированному снижению выбросов и сбросов загрязняющих веществ;

* установления повышенных норм амортизации основных производственных природоохранительных фондов;

* применения поощрительных цен и надбавок на экологически чистую продукцию;

* введения специального налогообложения экологически вредной продукции, а также продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий;

* применения льготного кредитования предприятий, учреждений, организаций независимо от форм собственности, эффективно осуществляющих охрану окружающей природной среды.

2. Законодательством Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации могут быть установлены другие виды экономического стимулирования охраны окружающей природной среды.

Раздел IV.

Нормирование качества окружающей природной среды

Нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия на окружающую природную среду, гарантирующих экологическую безопасность населения и сохранение генетического фонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

* Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ:

1. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воды, почвы, устанавливаются для оценки состояния окружающей природной среды в интересах охраны здоровья человека, сохранения генетического фонда, охраны растительного и животного мира.

2. С учетом природно - климатических особенностей, а также повышенной социальной ценности отдельных территорий (заповедников, заказников, национальных парков, курортных и рекреационных зон) для них устанавливаются более строгие нормативы предельно допустимых вредных воздействий на природную среду.

* Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ:

1. Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воды, почвы, устанавливаются с учетом производственных мощностей объекта, данных о наличии мутагенного эффекта и иных вредных последствий по каждому источнику загрязнения, согласно действующим нормативам предельно допустимых концентраций вредных веществ в окружающей природной среде.

2. Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды (по химическим веществам), санитарно - эпидемиологического надзора (по микроорганизмам и биологическим веществам).

* Нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий:

1. Нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий устанавливаются на уровне, обеспечивающем сохранение здоровья и трудоспособности людей, охрану растительного и животного мира, благоприятную для жизни окружающую природную среду.

2. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

* Нормативы предельно допустимого уровня радиационного воздействия:

1. Нормативы предельно допустимого уровня безопасного содержания радиоактивных веществ в окружающей природной среде и продуктах питания, предельно допустимого уровня радиационного облучения населения устанавливаются в величинах, не представляющих опасности для здоровья и генетического фонда человека. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

2. Для постоянного контроля за уровнем радиации население обеспечивается радиометрическими приборами. Порядок обеспечения и перечень указанных приборов определяются Правительством Российской Федерации.

* Предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве:

1. Предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, охрану здоровья, сохранение генетического фонда человека, растительного и животного мира.

2. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора по представлению органов государственной агрохимической службы Российской Федерации с учетом международных стандартов.

* Нормативы предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания:

1. Нормативы предельно допустимых остаточных количеств вредных химических веществ в продуктах питания устанавливаются путем определения минимально допустимой дозы, безвредной для здоровья человека, по каждому используемому химическому веществу и при их суммарном воздействии.

2. Указанные нормативы утверждаются государственными органами Российской Федерации санитарно - эпидемиологического надзора по согласованию с государственной агрохимической службой Российской Федерации.

1. В стандартах на новую технику, технологии, материалы, вещества и другую продукцию, способную оказать вредное воздействие на окружающую природную среду, устанавливаются экологические требования для предупреждения вреда окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека.

2. Экологические требования к продукции производства и потребления должны обеспечивать соблюдение нормативов предельно допустимых воздействий на окружающую природную среду в процессе производства, хранения, транспортировки и использования продукции.

3. Указанные требования и методы их обоснования утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

При формировании территориально - производственных комплексов, развитии промышленности, сельского хозяйства, строительстве и реконструкции городов, других населенных пунктов устанавливаются предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду с учетом потенциальных ее возможностей, необходимости рационального использования территориальных и природных ресурсов с целью обеспечения наиболее благоприятных условий жизни населению, недопущения разрушения естественных экологических систем и необратимых изменений в окружающей природной среде.

Нормативы санитарных и защитных зон, санитарно - защитных зон устанавливаются для охраны водоемов и иных источников водоснабжения, курортных, лечебно - оздоровительных зон, населенных пунктов и других территорий от загрязнения и других вредных воздействий.

Раздел V.

Государственная экологическая экспертиза

Статья 35: Цели и принципы государственной экологической экспертизы.

1. Государственная экологическая экспертиза проводится с целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности экологической безопасности общества.

2. Государственная экологическая экспертиза осуществляется на принципах обязательности ее проведения, научной обоснованности и законности ее выводов, независимости, вневедомственности в организации и проведении, широкой гласности и участия общественности.

Статья 36: Обязательность государственной экологической экспертизы

1. Государственная экологическая экспертиза является обязательной мерой охраны окружающей природной среды, предшествующей принятию хозяйственного решения, осуществление которого может оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду.

2. Финансирование и осуществление работ по всем проектам и программам производится только при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.

3. Порядок проведения государственной экологической экспертизы объектов федерального, республиканского или местного значения регулируется законодательством Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации.

Статья 37: Объекты государственной экологической экспертизы.

Государственной экологической экспертизе подлежат все предплановые, предпроектные и проектные материалы по объектам и мероприятиям, намечаемым к реализации на территории Российской Федерации, независимо от их сметной стоимости и принадлежности, а также экологические обоснования лицензий и сертификатов.

Раздел VIII.

Чрезвычайные экологические ситуации

Статья 58: Зоны чрезвычайной экологической ситуации.

1. Зонами чрезвычайной экологической ситуации объявляются участки территории Российской Федерации, где в результате хозяйственной и иной деятельности происходят устойчивые отрицательные изменения в окружающей природной среде, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.

2. Зоны чрезвычайной экологической ситуации объявляются постановлениями Верховного Совета Российской Федерации либо указами Президента Российской Федерации по представлению специально уполномоченных на то государственных органов Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды на основании заключения государственной экологической экспертизы.

3. В зоне чрезвычайной экологической ситуации прекращается деятельность, отрицательно влияющая на окружающую природную среду, приостанавливается работа предприятий, учреждений, организаций, цехов, агрегатов, оборудования, оказывающих неблагоприятное влияние на здоровье человека, его генетический фонд и окружающую природную среду, ограничиваются отдельные виды природопользования, проводятся оперативные меры по восстановлению и воспроизводству природных ресурсов.

4. Финансирование мероприятий по оздоровлению зон чрезвычайной экологической ситуации производится, в первую очередь, за счет средств министерств и ведомств, предприятий, учреждений, организаций - непосредственных виновников деградации природной среды, аварий или катастроф, а также за счет целевых средств федерального и республиканского бюджетов.

Статья 59: Зоны экологического бедствия

1. Зонами экологического бедствия объявляются участки территории Российской Федерации, где в результате хозяйственной либо иной деятельности произошли глубокие необратимые изменения окружающей природной среды, повлекшие за собой существенное ухудшение здоровья населения, нарушение природного равновесия, разрушение естественных экологических систем, деградацию флоры и фауны.

2. Зоны экологического бедствия объявляются в том же порядке, что и зоны чрезвычайной экологической ситуации.

В зоне экологического бедствия прекращается деятельность хозяйственных объектов, кроме связанных с обслуживанием проживающего на территории зоны населения, запрещается строительство, реконструкция новых хозяйственных объектов, существенно ограничиваются все виды природопользования, принимаются оперативные меры по восстановлению и воспроизводству природных ресурсов и оздоровлению окружающей природной среды.

3. Финансирование мероприятий по оздоровлению зон экологического бедствия производится в порядке, установленном частью четвертой статьи 58 настоящего Закона.

Раздел IX.

Особо охраняемые территории и объекты

* Природно - заповедный фонд Российской Федерации

* Государственные природные заповедники

* Государственные природные заказники

* Национальные природные парки

* Памятники природы

* Охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных

* Охрана природы курортных и лечебно - оздоровительных зон

* Охрана зеленых зон

Раздел Х.

Экологический контроль

Статья 68: Задачи экологического контроля.

1. Экологический контроль ставит своими задачами: наблюдение за состоянием окружающей природной среды и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности; проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды, соблюдения требований природоохранительного законодательства и нормативов качества окружающей природной среды.

2. Система экологического контроля состоит из государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды, государственного, производственного, общественного контроля.

Раздел XI.

Образ экологического воспитания, научные исследования

Статья 73: Всеобщность, комплексность и непрерывность экологического воспитания и образования.

В целях повышения экологической культуры общества и профессиональной подготовки специалистов устанавливается система всеобщего, комплексного и непрерывного экологического воспитания и образования, охватывающая весь процесс дошкольного, школьного воспитания и образования, профессиональной подготовки специалистов в средних и высших учебных заведениях, повышения их квалификации с использованием при этом средств массовой информации.

Статья 74: Обязательность преподавания экологических знаний в учебных заведениях.

1. Овладение минимумом экологических знаний, необходимых для формирования экологической культуры граждан, во всех дошкольных, средних и высших учебных заведениях, независимо от их профиля, обеспечивается обязательным преподаванием основ экологических знаний.

2. В соответствии с профилем в специальных средних и высших учебных заведениях предусматривается преподавание специальных курсов по охране окружающей природной среды и рациональному природопользованию.

Раздел XIII.

Ответственность за экологические правонарушения

Виды ответственности за экологические правонарушения:

За экологические правонарушения, то есть виновные, противоправные деяния, нарушающие природоохранительное законодательство и причиняющие вред окружающей природной среде и здоровью человека, должностные лица и граждане несут дисциплинарную, административную либо уголовную, гражданско - правовую, материальную, а предприятия, учреждения, организации - административную и гражданско - правовую ответственность в соответствии с настоящим Законом, иными законодательными актами Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации.

Раздел XV. Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды

Статья 92: Принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей природной среды.

Российская Федерация исходит в своей политике в области охраны окружающей природной среды из необходимости обеспечения всеобщей экологической безопасности и развития международного природоохранного сотрудничества в интересах настоящего и будущего поколений и руководствуется следующими принципами:

* каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприятных экологических условиях;

* каждое государство имеет право на использование окружающей природной среды и природных ресурсов для целей развития и обеспечения нужд своих граждан;

* экологическое благополучие одного государства не может обеспечиваться за счет других государств или без учета их интересов;

* хозяйственная деятельность, осуществляемая на территории государства, не должна наносить ущерб окружающей природной среде как в пределах, так и за пределами его юрисдикции;

* недопустимы любые виды хозяйственной и иной деятельности, экологические последствия которой непредсказуемы;

* должен быть установлен контроль на глобальном, региональном и национальном уровнях за состоянием и изменениями окружающей природной среды и природных ресурсов на основе международно признанных критериев и параметров;

* должен быть обеспечен свободный и беспрепятственный международный обмен научно - технической информацией по проблемам окружающей природной среды и передовых природосберегающих технологий;

* государства должны оказывать друг другу помощь в чрезвычайных экологических ситуациях;

* все споры, связанные с проблемами окружающей природной среды, должны разрешаться только мирными средствами.

Понятие об эффекте суммации и фоновой концентрации

Если в воздухе присутствует одно загрязняющее вещество, то должно соблюдаться условие: C_iПДК_i где C_i и ПДК_i соответственно - концентрация и предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества.

Эффект суммации - это однонаправленное неблагоприятное влияние на организм нескольких разных веществ.

Однонаправленное в том смысле, что вызывает одни и те же заболевания. В таком случае говорят, что вещества входят в одну группу суммации. Существует несколько десятков групп суммации, в одну из которых, напрмер, входит фенол и ацетон, а в другую аммиак, диоксид азота и диоксид серы. В том случае, когда в воздухе присутствуют несколько веществ, входящих в одну группу суммации, неравенство преображается к виду:

,

где n - количество веществ в группе суммации.

Фоновая концентрация (С_Ф) - это концентрация загрязняющего вещества, без учёта вклада исследуемого источника или группы источников загрязнения.

С учётом фоновой концентрации неравенство преобразуется к виду:

В том случае, если мы имеем несколько источников выброса, которые загрязняют атмосферу одним и тем же веществом, то на территории предприятия должно соблюдаться следующее соотношение:

,

где N - количество источников выброса, С_i - концентрация выброса i-го источника.

Неравенство для населённого пункта имеет вид:

,

где С_maxi - максимальная концентрация i-го источника.

Расчёт предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферу

Концентрация загрязняющего вещества распространяется по факелу выброса, причём наибольшее значения концентрации достигается на оси факела выброса (оси ).

Нарисуем график зависимости концентрации загрязняющего вещества по оси факела выброса от расстояния до источника выброса.

- максимальная приземная концентрация. Расчёт предельно допустимого выброса состоит из нескольких частей и первая часть - расчёт максимальной преземной концентрации.

(грамм/секунда) - мощность выброса или количество вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени.

- безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредного вещества.

и - коэффициенты, зависящие от условий выхода газа воздушной смеси из устья источника, рассчитываются по специальным формулам и имеют сложную размерность.

- безразмерный коэффициент, зависящий от рельефа местности.

(метр) - высота источника выброса.

- разность между температурой выброса газа и температурой окружающего воздуха.

(кубический метр/секунда) - объёмный расход газовоздушной смеси.

, где

(метр) - диаметр устья источника.

(метр/секунда) - линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Второй этап расчёта определяется опасностью расстояния от источника выброса.

Опасное расстояние - это такое расстояние от источника выброса по оси факела выброса, на котором достигается максимальная приземная концентрация.

3) Расчёт предельно допустимого выброса (ПДВ).

ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы по каждому выбрасываемому веществу и мощность выброса всегда должна быть .

ПДВ - это такое количество вредного вещества, которое можно выбросить в единицу времени так, чтобы с учётом эффекта суммации, фоновой концентрации и рассеивания, максимальная приземная концентрация не превышала бы ПДК.

В том случае, если , то для горячих выбросов:

,

а для холодных выбросов:

.

Пусть , при той же мощности, в результате получим график, идущий ниже первого.

Таким образом, чем больше высота источника выброса при заданной мощности, тем меньше максимально предельная концентрация.

Минимальная высота источника выброса при заданной мощности выброса - это такая высота, при которой максимальная приземная концентрация равна ПДК ().

Контроль и управление качеством воды в водных объектах

Если показатели состава и свойств воды изменились под прямым или косвенным влиянием деятельности человека и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования, то такой водный объект называется загрязненным.

Понятие загрязнённости воды не абсолютно. Оно относится к вполне определённой зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования.

Водоохранным называется комплекс мероприятий, обеспечивающий соблюдение норм качества воды в местах водопользования. Существуют пять аспектов водоохранных мероприятий: юридический, экономический, технический, организационный, экологический.

Для воды основным нормативным показателем является также ПДК.

ПДК - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на здоровье человека и ограничение любого из видов водопользования. Состав и свойства воды должны соответствовать нормативам не только в местах водопользования, но и в так называемом створе водопользования, но и в так называемом створе водопользования или расчётном створе, который, для проточных водоёмов расположен на 1 километр выше по течению от пункта водопользования. А для непроточных в - в 1 километре по обе стороны от пункта водопользования.

Для воды существует три типа ПДК:

1) ПДК_ХП - хозяйственно-питьевое.

2) ПДК_КБ - культурно-бытовое.

3) ПДК_РХ - рыбо-хояйственное

Практически во всех нормативных таблицах ПДК_ХП и ПДК_КБ равны. Жестче всех нормативов ПДК_РХ.

Для водных объектов всегда учитывается эффект суммации или фоновой концентрации. Существуют дополнительные требования к составу и свойствам воды. Ограничения накладываются на следующие показатели:

1) Количество взвешенных веществ

2) Количество плавающих примесей

3) Запахи

4) Привкусы

5) Температура

6) Окраска

7) Количество растворённого кислорода

8) Кислотность или показатель pH

9) Количество возбудителей заболеваний

Кроме экологических существуют технологические ограничения на сброс сточных вод. По технологическим причинам, запрещается сбрасывать следующие типы сточных вод:

1) Воды, которые с помощью рациональной технологии могут быть использованы в системах оборотного водоснабжения.

2) Воды, содержащие цепные примеси, которые подлежат утилизации на данном или других предприятиях.

3) Воды, содержащие вредные вещества, в количествах, превышающих нормативы технологических потерь.

4) Воды, содержащие вредные вещества, для которых не установлено нормативов ПДК.

5) Воды, которые с учётом их состава и местных условий могут быть использованы для топлива в сельском хозяйстве.

Определение условий спуска сточных вод в водные объекты

Чтобы гарантировать качество воды в месте водопользования и в створе водопользования, для каждого источника сброса по каждому загрязняющему веществу устанавливается предельно допустимый сброс или ПДС.

ПДС - это масса вредного вещества, которую можно сбросить в единицу времени так, чтобы с учётом эффекта суммации, фоновой концентрации и разбавления концентрации вредного вещества в контрольном пункте не превышала бы ПДК.

Для определения условий спуска сточных вод воспользуемся уравнением смешения сточных вод с природными водами:

,

где

и (кубический метр/секунда) - соответственно расход сточных вод и объёмный расход воды в водотоке.

и (килограмм/метр кубический) - концентрация вредных примесей в сточных водах и водах водотока.

(килограмм/метр кубический) - концентрация вредных примесей перед,,, водопользования.

- безразмерный коэффициент смешения, зависящий от скорости течения реки, извилистости реки, глубины русла реки и оттого, куда выпускают сточные воды - у берега или в фарватер реки. Учтём, что , а .

Возможны два варианта:

1) Рассматриваются строящиеся предприятия, для которых по проекту известно количество сточных вод. Необходимо определить допустимую концентрацию стока, т.е. определить, какие очистные сооружения необходимы.

2) Предприятия уже существуют и очистные сооружения уже построены.

Контроль загрязнения почв

В числе загрязнителей почв - различные промышленные и бытовые отходы. Основной нормативный показатель - ПДК. Размерность ПДК для почвы - г/кг. Сейчас для почвы установлено несколько десятков ПДК, в основном по ядохимикатам и ионам тяжёлых металлов. Различные загрязнители поглощаются из почвы растениями, а затем передаются по трофическим цепям от одного организма к другому и в конце концов попадают в пищу человека. Поэтому, кроме ПДК нормируются допустимые остаточные количества вредных веществ в продуктах питания. Кроме ПДК в номенклатуру санитарного состояния почв входят следующие показатели:

1) Общее количество аммонийного азота.

2) Общее количество нитратного азота

3) Общее количество хлоридов

4) Общее количество пестицидов

5) Общее количество ионов тяжёлых металлов

6) Общее количество нефти и нефтепродуктов

7) Общее количество канцерогенных веществ

8) Общее количество удобрений

9) Кислотность или показатель рН

10) Количество бактерий по из типам

Экологический мониторинг

Чтобы по возможности исключить неблагоприятное влияние человека на природу необходимо:

1) Вести текущий учёт изменений в окружающей среде

2) Научиться прогнозировать развитие этих изменений

Кроме этого, необходимо знать, какая именно среда оптимальна для жизни человека. Исходным здесь является понятие качества среды, т.е. совокупности параметров, всецело удовлетворяющих как экологической ниши человека, так и научно-техническому развитию общества. Для того, чтобы иметь информацию об изменениях в окружающей среде, надо иметь точку отсчёта, т.е. исходное состояние среды без антропогенного воздействия. Кроме этого, необходимо найти критические или наиболее чувствительные звенья в экосистемах, которые быстрее и точнее всего характеризуют состояние этих систем, а также найти показатель, соответствующий наиболее сильным воздействующим факторам и указывающий на источник такого воздействия. Все эти мероприятия входят в систему экологического мониторинга.

Мониторинг - это система наблюдений за изменениями в состоянии окружающей среды, которая позволяет прогнозировать развитие этих изменений.

Экологический мониторинг состоит из нескольких частей:

I звено:

Глобальный мониторинг, в пределах всей биосферы на основе международного сотрудничества.

Объектами глобального мониторинга являются:

1) Атмосфера,

2) Озоновый экран

3) Гидросфера

4) Растительные и почвенные покровы

5) Животный мир на Земле.

Характеризуемые показатели для глобального мониторинга:

1) Радиационный баланс

2) Тепловой баланс

3) Газовый состав атмосферы и запыление

4) Загрязнение больших рек и водоёмов

5) Круговорот воды на континентах

6) Глобальные характеристики состояния растительности, почв и животного мира

7) Глобальные балансы углекислого газа и кислорода

8) Крупномасштабные круговороты веществ

II звено:

Национальный мониторинг.

III звено:

Региональный мониторинг.

Объекты двух звеньев:

1) Природные экосистемы

2) Агрономические системы

3) Лесные экосистемы

4) Исчезающие виды животных и растений

Характеризуемые показатели для этих двух звеньев:

1) Функциональная структура экосистем и её нарушения

2) Популяционное состояние растений и животных

3) Урожайность сельскохозяйственных культур

4) Продуктивность лесонасаждений

IV звено:

Локальный мониторинг в пределах отдельного населённого пункта, отдельного предприятия, отдельной популяции живых организмов.

Объектами локального мониторинга являются:

1) Приземный слой воздуха

2) Поверхностные и грунтовые воды

3) Промышленные и бытовые выбросы и сбросы

4) Радиоактивное излучение

5) Отдельные популяции живых организмов

Характеризуемые показатели:

1) Концентрации токсичных веществ

2) Уровни физического и биологического воздействия

Моделирование в экологии

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свой свойство исходных систем.

Моделирование - это воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданного для его изучения.

Любая модель проще реального объекта. Она отражает не все его свойства и характеристики, а только те, которые интересны нам в данном исследовании.

Перед тем, как использовать модель для изучения объекта необходимо доказать её подобие или адекватность реальному объекту. Существует много статистических методов такого доказательства.

Рассмотрим конкретные типы такого моделирования:

1) Физическое моделирование - это создание уменьшенных копий реальных объектов и систем. Примером физической модели в экологии является аквариум. Основным недостатком такого типа модели является то, что при обратно масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают.

2) Концептуальное моделирование - это создание блок-схем, взаимодействие подсистемы процессов в пределах более сложных систем. Примером являются круговороты веществ.

3) Графическое моделирование - это изображение зависимости между переменными в одной из систем координат, чаще всего в прямоугольной декартовой системе. Примером являются графики изменений численности популяций.

4) Математическое моделирование - заключается в формализации поведения систем на основе математических выражений.

Существуют два принципиально разных подхода к математическому моделированию:

1) Формализация заведомо известных процессов, специфика и закономерности которых определены нами на основе наблюдений и экспериментов. Полученные закономерности изображаются в виде графических моделей, а затем, используя методы корреллеционного и регрессионного анализа, получают математические модели. Именно таким методом были получены формулы для расчёта предельно допустимого выброса. Математические модели, в данном случае, представляют собой системы алгебраических уравнений, чаще всего полиномов.

Нужно получить зависимость у(х).

У

Провели эксперимент, и для некоторых значений «х» получили экспериментальные точки.

Метод наименьших квадратов для получения модели. Согласно этому методу, кривая выбирается так, чтобы

была минимальной, где - количество экспериментальных точек, - экспериментальное значение в точке , - значение модельной теоретической функции в точке .

Допустим, в качестве функции мы выбрали линейную , тогда нам нужно определить значения параметров и .

Чтобы функция имела минимум, необходимо, чтобы произведение по параметрам равнялось нулю.

2) Второй подход заключается в выдвижении некоторой гипотезы о поведении системы и подбора математических выражений, описывающих некоторые физические законы, которые удовлетворяют этой гипотезе. Математические модели такого типа чаще всего представляют собой системы дифференциальных уравнений, полных или частных производных или системы интегральных уравнений, которые чаще всего решаются численно, но иногда аналитически, допустим с помощью преобразований Лапласа.

Природные ресурсы и их рациональное использование. Природные ресурсы и их классификация

Природные ресурсы - это те средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Существует несколько классификаций природных ресурсов. Одна из них - по назначению.

По назначению ресурсы делятся на четыре группы:

1) Пищевые

2) Энергетические

3) Сырьевые

4) Экологические

Наиболее интересна классификация ресурсов по исчерпаемости. По исчерпаемости ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

К неисчерпаемым ресурсам относятся три группы ресурсов:

1) Космические

2) Климатические

3) Водные

Космические ресурсы - это солнечное излучение, энергия приливов и отливов и т.д.

Климатические ресурсы - это атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки и т.д.

Водные ресурсы - это все запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на невозобновимые, относительно возобновимые, и возобновимые.

Невозобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость расходования которых на много порядков больше скорости возобновления (например, полезные ископаемые).

Относительно возобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость расходования которых на один-два порядка выше скорости возобновления.

Здесь выделяется два типа ресурсов - это почвы и лесные ресурсы.

Возобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость возобновления которых близка к скорости расходования (например, животный мир, большинство растительности, некоторые минеральные ресурсы).

Энергетические ресурсы

Энергетические ресурсы делятся на возобновимые и невозобновимые.

К невозобновимым относятся уголь, нефть, газ, торф, ядерное топливо, легкие элементы, которые могут быть использованы в термоядерном синтезе: водород, гелий, литий, дейтерий.

К возобновимым энергетическим ресурсам относятся энергия прямых солнечных лучей, энергия фотосинтеза, мускульная энергия, гидроэнергия, ветровая энергия, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн, энергия процессов выпадения осадков и их испарения. Основным направлением энергетики должна быть замена невозобновимых ресурсов на возобновимые, однако, в настоящее время, больше всего энергии (60%) производится на тепловых электростанциях, причём, большая часть тепловых электростанций работает на наиболее экологически опасном топливе - угле.

Достоинства тепловых электростанций:

Недостатки тепловых электростанций:

Вторыми по уровню производства энергии идут гидроэлектростанции (чуть меньше 20% производимой энергии). Доля гидроэнергетики в общем производстве падает, хотя в настоящее время это наиболее дешевая энергия.

Достоинства гидроэлектростанций:

Недостатки гидроэлектростанций:

На третьем месте по производству энергии идут атомные электростанции (более 15% всей энергии). Доля атомной энергетики в настоящее время растёт, хотя существенно медленнее, чем 15-20 лет назад.

Достоинства атомных электростанций:

1) Очень высокая энергоёмкость топлива

2) Возможность строительства вблизи потребителя энергии

Недостатки атомных электростанций:

1) Необходимость утилизации или захоронения отработанного ядерного топлива

2) Экологические последствия аварий на атомных электростанциях непоправимы

3) Срок службы атомных реакторов составляет 25-40 лет, после чего их также надо останавливать и утилизировать

Общие инженерные принципы природопользования

I принцип: Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды.

Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно сложную систему. В общем случае, под системой понимается множество элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом в совокупности образующих определённую целостность, единство. Любая система связана с окружающей средой, любую систему можно представить как элемент системы более высокого уровня или как совокупность систем более низкого уровня.

Биологическая система - это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и другими системами как единое целое, состоит из подсистем более низкого уровня, непрерывно приспособительно перестраивает свою деятельность по каналам обратной связи и проявляет свойство самоорганизации.

Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия промышленно-технической деятельности общества на природу с обязательным прогнозированием реакции природы на это воздействие.

II принцип:

Принцип оптимизации биосферы.

При оптимизации биосферы главным вопросом является выявление комплексных критериев оптимизации. В общем случае, оптимизация как функция управления должна стремиться к тому, чтобы научно-техническое развитие не вывело биосферу за рамки экологической ниши человека.

III принцип:

Оптимизация природопользования.

Оптимизация природопользования - это принятие наиболее целесообразных решений при использовании ресурсов и природных систем.

IV принцип:

Темпы роста производства должны быть выше, чем темпы роста добычи сырья.

V принцип:

Гармонизация отношений природы и техники.

Эта проблема решается путём создания так называемых геотехнических или природно-технических систем.

Геотехническая система - это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают с одной стороны - высокие производительные и прочие целевые показатели, а с другой стороны поддерживают в зоне своего влияния благоприятную экологическую обстановку.

И то и другое воздействие является раскачивающее дестабилизирующим, т.е. обратная связь положительна. Для компенсации в геотехническую систему вводят блок управления. Блок управления по каналам мониторинга собирает информацию о производстве и природной среде, а затем по каналам отрицательной обратной связи осуществляет стабилизирующее воздействие.

VI принцип: Экологизация производства.

Экологизация производства - это уподобление производственных процессов, т.е. ресурсных циклов, естественным замкнутым круговоротом веществ.

Это достигается за счёт внедрения малоотходных энергосберегающих и ресурсосберегающих производств.

Создание ресурсосберегающих и энергосберегающих производств

Существуют следующие пути создания таких производств:

1) Комплексная переработка сырья

2) Разработка новых эффективных технологических процессов

3) Применение нетрадиционных видов энергии

4) Создание бессточных и замкнутых систем водоснабжения

Для оценки эффективности оборотных систем водоснабжения используются следующие параметры:

Процент оборота воды:

Коэффициент использования воды:

5) Рекуперация отходов - это улавливание и переработка цепных веществ, находящихся в отходах

Ресурсный цикл как антропогенный круговорот веществ

Ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений в вещества или группы веществ на всех этапах использования их человеком.

Примерная тема ресурсного цикла:

В отличие от естественно замкнутых круговоротов веществ, на каждом этапе ресурсного цикла существуют потери.

Загрязнение окружающей среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своём месте.

Основные направления охраны окружающей природной среды от промышленных выбросов. Очистка газов от пыли

Многие современные технологические процессы связаны с дроблением или измельчением твёрдых веществ или с перевозкой сыпучих материалов. Во всех этих случаях образуются пылевые частицы. В связи с тем, что суммарная площадь поверхности пылевых частиц существенно больше, чем исходная площадь поверхности исходного материала, пылевые частицы чрезвычайно химически и биологически активны и, следовательно, чрезвычайно вредны. Пылевые частицы имеют разную форму, однако, их размер принято характеризовать параметром, называемым «седиментационный диаметр». Это диаметр частицы, имеющей форму шара, скорость осаждения и плотность которой равна скорости осаждения и плотности исходной частицы.

Работа пылеулавливающих аппаратов основана на следующих механизмах осаждения частиц:

1) Гравитационное осаждение под действием силы тяжести

2) Инерционное осаждение

3) Центробежное осаждение

4) Диффузионное осаждение

5) Электрическое осаждение

Гравитационные аппараты

В этих аппаратах пыль осаждается под действием силы тяжести. Простейшим гравитационным аппаратом является пылеосадительная камера.

Гравитационные аппараты имеют следующие преимущества:

1) Простота конструкции

2) Низкая стоимость

3) Малые эксплуатационные расходы

4) Малая скорость движения газа через аппарат и, следовательно малый необходимый перепад давления между входом и выходом аппарата и малые энергетические расходы

5) Возможность улавливания твёрдых абразивных частиц

Недостатки гравитационных аппаратов:

1) Большие габариты

2) Малая эффективность очистки

Инерционные пылеуловители

Эффективность очистки может быть повышена, а габариты аппаратов уменьшены, если вдобавок к эффекту гравитационного осаждения придать частицам дополнительный импульс движения вниз. Действие инерционных аппаратов основано на резком изменении направления движения газопылевого потока. При этом, более тяжёлые пылевые частицы вследствие большей инерции будут сохранять первоначальные направления движения, а существенно более лёгкие молекулы газа будут резко изменять направление движения и выходить из аппарата.

Существенно более сложным инерционным аппаратом является жалюзийный пылеотделитель:

Центробежные пылеулавливающие аппараты

Центробежные пылеуловители или циклоны - это пылеулавливающие системы, в которых твёрдые частицы удаляются из закрученного газового потока под действием центробежных сил.

В связи с тем, что центробежная сила, действующая на пылевые частицы больше чем гравитационная сила или сила инерции. Габариты центробежных аппаратов меньше, а эффективность выше, чем у гравитационных или инерционных аппаратов. Однако, для центробежных аппаратов требуется большая скорость движения газопылевой смеси и, следовательно, большой перепад давлений между входом и выходом аппарата и большие энергетические расходы. Если в газе присутствуют твёрдые абразивные частицы, то перед центробежным аппаратом необходимо ставить гравитационный или инерционный аппарат.

Газ поступает на очистку через трубу 1, по касательной к внутренней поверхности корпуса 2 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 3. Под действием центробежных сил пылевые частицы отбрасываются к стенкам корпуса, тормозятся и образуют на стенках пылевой слой 5, который постепенно стекает в бункер. Отделение частиц пыли от газа происходит в герметичном бункере при повороте газового потока на 180⁰. Очищенный газ выходит через трубу 4.

Второй вариант центробежного пылеуловителя - это так называемый ротационный пылеуловитель. Он более компактен чем циклон, т.к. вентилятор и пылеуловитель объединены в одном корпусе.

Вентиляторное колесо 1. Загрязнённый газ подаётся перпендикулярно плоскости рисунка. При работе вентиляторного колеса пылевые частицы за счёт центробежных сил отбрасываются к стенкам спиралеобразного корпуса 2 и движутся вдоль них к выходному отверстию 3, откуда попадают в специальный бункер. Очищенный газ выходит через трубу 4.

Мокрые аппараты для пылеочистки

Как мокрые, так и сухие аппараты имеют свои достоинства и свои недостатки.

Достоинства сухих аппаратов:

1) Получение конечного продукта без дополнительной очистки

2) Отсутствие коррозии

3) Малый объём хранилища конечного продукта

4) Длительный срок службы

Недостатки сухих аппаратов:

1) Большие размеры

2) Ремонт аппарата и удаление сухой пыли опасно для персонала

3) Сухая пыль очень гигроскопична, легко впитывает воду и слёживается

Достоинства мокрых аппаратов:

1) Одновременное улавливание пыли и вредных газов

2) Охлаждение и промывка горячих газов

3) Отсутствие опасности пожара или взрыва

4) Малые габариты

Недостатки мокрых аппаратов:

1) Возможность кристаллизации растворённых веществ

2) Необходимость отстаивания или фильтрования нерастворённых частиц

3) Коррозия

4) Возможность замерзания жидкости на холоде

Мокрые пылеулавливающие аппараты называют скрубберы.

Очистка газов от газообразных загрязнений

Все методы очистки газов от газообразных загрязненийделятся на три группы:

1) Абсорбция - это поглощение газа в объёме твёрдого или жидкого поглотителя, чаще всего - жидкости.

2) Адсорбция - это поглощение газа на поверхности твёрдого или жидкого поглотителя.

3) Термические методы.

Чистая абсорбция чаще всего проводится жидкими поглотителями и может осуществляться противоточно, когда газ и жидкость движутся в разных направлениях, и прямоточно, когда газ и жидкость движутся в одном направлении.

Движущей силой процесса является разность концентраций загрязняющего вещества в газе и жидкости.

Скорость переноса поглощаемого газа определяется:

1) Свободной поверхностью абсорбента

2) Движущей силой процесса

3) Коэффициентом «масса переноса»

Площадь абсорбирующей поверхности зависит:

1) От количества орошающей жидкости на единицу объёма газа

2) От размеров капель

3) От конструкции абсорбера

Коэффициент «масса переноса» зависит:

1) От скорости диффузии газовых молекул

2) Толщины переходного слоя на поверхности

3) Разности концентраций загрязняющего вещества в газе и жидкости

4) От температуры и давления в системе

Хемосорбция отличается от чистой абсорбции тем, что после поглощения вредное вещество вступает в химическую реакцию с каким-либо реагентом и переводится в безвредное состояние.

Хемосорбция применяется для очистки газов от:

1) Угарного газа

2) Углекислого газа

3) Оксидов серы

4) Оксидов азота

5) Сероводорода

6) Хлористого водорода

Биохимические методы основаны на способности микроорганизмов разрушать и перерабатывать различные соединения. Эти методы более всего применимы для очистки газов постоянного состава. При изменении состава газа микроорганизмы не успевают приспособиться и эффективность очистки падает. Высокая эффективность газоочистки достигается при условии, что скорость биохимического окисления вредных веществ превышает скорость их поступления с газом.

Различают две группы аппаратов биохимической очистки:

1) Биоскрубберы

2) Биофильтры

Биоскрубберы - это абсорбционные аппараты, в которых газ орошается водным раствором активного ила и вредные вещества разрушаются микроорганизмами присутствующими в активном иле. В биофильтрах очищаемый газ пропускается через фильтрующий слой, который орошается водой для создания необходимой влажности. Фильтрующим слоем служат природные или искусственные материалы, на которые наносится плёнка активного ила.

Адсорбция - это поглощение газов на поверхности твёрдого или жидкого поглотителя, чаще всего используются твёрдые пористые вещества.

Площадь поверхности адсорбента может быть очень велика и для некоторых веществ составляет несколько квадратных метров на грамм вещества. Поглощаемые вещества удерживаются в порах либо химическими силами (это химическая адсорбция) либо силами Ван-дер-Ваальса - это физическая адсорбция.

Газ адсорбируется в несколько стадий:

1) Перенос молекулы газа к поверхности твёрдого тела

2) Проникновение молекулы газа в поры твердого тела

3) Собственно адсорбция, т.е. удержание молекулы газа.

Лимитирующей для процесса является самая медленная из этих трёх стадий.

Движущей силой процесса является градиент концентрации загрязняющего вещества в газе и на поверхности твёрдого тела. С ростом концентрации этого вещества на поверхности, градиент концентрации уменьшается и преобладающим процессом становится равновесный обмен молекулами.

Адсорбция рекомендуется для газа с невысокими концентрациями загрязняющих компонентов. Поглощённые вещества удаляются из спор продувкой инертным газом, паром или термической десорбцией при нагревании.

Достоинствами этого метода являются:

1) Высокая степень очистки

2) Отсутствие жидкостей

а) Газы не охлаждаются

б) Нет необходимости в насосах и энергии на перекачку

Недостатками этого метода являются:

1) Очищаются только сухие и незапылённые газы

2) Скорость движения газа через аппарат очень мала

Термические методы

Основаны на способности горючих токсичных компонентов окисляться до менее токсичных при высокой температуре.

Преимущества этой группы методов:

1) Небольшие габариты установок

2) Простота обслуживания

3) Высокая эффективность обезвреживания

4) Низкая стоимость очистки

Область применения метода ограничивается характером веществ, получающихся при окислении. Так, если газовая смесь содержит фосфор, серу или галогены, то после окисления получаются вещества более токсичные, чем исходные.

Различают три схемы термических методов:

1) Прямое сжигание в пламени

2) Термическое окисление

3) Каталитическое окисление

Первая и вторая схемы осуществляются при температуре 600С⁰-800С⁰, а третья схема при температуре 250С⁰-400С⁰.

Выбор схемы определяется:

1) Химическим составом загрязняющих веществ

2) Концентрацией загрязняющих веществ

3) Начальной температурой выброса

4) Объёмным расходом газовой смеси

5) Предельно допустимыми выбросами загрязняющих веществ.

I-ая схема: прямое сжигание в пламени.

Проводится в тех случаях, когда выбрасываемые газы достаточно нагреты и приносят с собой не менее 50% общей теплоты сгорания. Одной из проблем этого метода является то, что температура пламени в факеле может достигать 1300С⁰. При наличии избытка кислорода и достаточном времени при такой температуре начинают образовываться окислы азота, которые чрезвычайно токсичны. Примером прямого сжигания является сжигание хвостовых газов на нефтеперерабатывающих заводах. Эти газы сжигаются в открытом факеле. Существует ряд конструктивных решений, которые позволяют осуществлять прямое сжигание в замкнутой камере. Так, существуют камерные дожигатели с открытым пламенем для нейтрализации отходов лакокрасочного производства.

II-ая схема: термическое окисление.

Применяется, когда выбрасываемые газы имеют достаточно высокую температуру, однако концентрация кислорода или горючих компонентов низка для поддержания открытого пламени. Эта схема проводится, в основном, в закрытых аппаратах с хорошим перемешиванием газового потока. При такой схеме отсутствует пламя, и, следовательно, можно снизить расходы на изготовление аппарата, а также отсутствуют выделения окислов азота.

III-я схема: каталитическое окисление.

Используется для превращения токсичных компонентов в менее токсичные за счёт введения в систему дополнительных веществ катализаторов. Катализатор, взаимодействуя с одним из компонентов газовой смеси, образует промежуточное соединение, которое затем распадается с образованием менее токсичного вещества и катализатора. Скорость каталитического окисления выше, чем термического, что позволяет сократить размеры аппарата. Существенное влияние на скорость и эффективность каталитического процесса оказывает температура газовой смеси. Для каждой каталитической реакции существуют минимальные температуры начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активность. С повышением температуры в заданном интервале эффективность каталитического процесса возрастает. Для осуществления процесса требуется незначительное количество катализатора, расположенного так, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. В большинстве случаев катализаторами являются металлы: серебро, платина, палладий или оксиды металлов: оксид меди, оксид ванадия. Катализаторы обычно наносят на огнеупорные материалы. Каталитическим процессам мешает пыль и каталитические яды. Такие методы, например, используются в каталитических коробках для очистки выхлопных газов автомобиля.

Очистка сточных вод

В зависимости от условий образования, сточные воды делятся на атмосферные, бытовые и промышленные.

Таблица: классификация примесей в сточных водах по фазово-дисперсному составу.

Все сточные воды очищаются от примесей механическими, химическими, физико-химическими, биохимическими и термическими методами. Все методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные. При рекуперации из сточных вод извлекаются и перерабатываются ценные вещества. При деструктивных методах загрязняющие вещества разрушаются, и продукты разрушения чаще всего удаляются из раствора в виде газа или осадка.

Механические методы очистки сточных вод

Делятся на три группы:

1) Процеживание

2) Отстаивание

3) Фильтрование

Используется для удаления из растворов твёрдых нерастворимых примесей.

Выбор метода зависит:

1) От размера твёрдых частиц

2) От физико-химических свойств частиц

3) От концентрации загрязняющих частиц

4) От требуемой степени очистки

Процеживание

Используется для удаления из раствора нерастворимых примесей крупных размеров. Осуществляется через решетки и сетки. Чаще всего используются неподвижные решётки, расположенные на пути следования раствора под углом 60⁰-75⁰. Размер поперечного сечения стержня решетки выбирается из условия минимальных потерь давления на решетке. Решетка очищается специальными механическими устройствами.

Отстаивание

Под действием силы тяжести. Для этого используются отстойники и безголовки.

Схема горизонтального отстойника совпадает со схемой горизонтальной пылеулавливающей камеры.

Рисунок вертикального отстойника:

Вода подаётся в отстойник через трубу 1, затем движется по кольцевому каналу, который образован цилиндрическим корпусом 2 и цилиндрической перегородкой 3. В процессе вертикально движения сточная вода встречает на своём пути отражающее кольцо 4, которое направляет воду во внутреннюю полость перегородки 3, а более тяжёлые частицы примеси продолжают своё движение вниз и накапливаются в сборнике 5. Накопившийся осадок периодически удаляют через трубу 7.

Отделение твёрдых примесей под действием центробежных сил происходит в гидроциклонах и центрифугах. Схема гидроциклона совпадает со схемой циклона для очистки газа от пыли. А схема центрифуги совпадает со схемой ротационного аппарата.

Фильтрование

Применяется для отделения от раствора нерастворимых примесей малых размеров и калоидных соединений. Разделение производится с помощью перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих дисперсную фазу.

Выбор перегородки зависит:

1) От свойств сточной воды

2) От температуры сточной воды

3) От давления фильтрования

4) От конструкции аппарата

В качестве перегородок используются металлические перфорированные *** и сетки, тканевые и зернистые перегородки.

Фильтры подразделяются по следующим признакам:

1) По характеру протекания процесса (периодические или непрерывные)

2) По виду процесса (Для разделения, для сгущения или для очистки)

3) По давлении при фильтровании (Под действием гидростатического давления столба жидкости, под повышенным давлением перед перегородкой, под вакуумом за перегородкой, по нправлению фильтрования, по конструктивным особенностям)

Химические методы очистки сточных вод

Существует три метода:

1) Нейтрализация

2) Окисление

3) Восстановление

Чаще всего, все эти методы связаны с расходом реагентов и поэтому достаточно дороги.

Нейтрализация

Сточные воды, содержащие кислоты и щелочи перед сбросом нейтрализуют.

Существуют следующие схемы нейтрализации:

1) Смешение кислых и щелочных сточных вод

2) Добавление регентов

3) Фильтрование сточных вод через нейтрализующие материалы

4) Абсорбция кислых газов щелочными сточными водами

5) Абсорбция аммиака кислыми водами

Выбор метода зависит:

1) От объёма сточных вод

2) От концентрации сточных вод

3) От режима поступления сточных вод

4) От наличия и стоимости реагентов

Нейтрализацию смешения применяют, когда на одном или близких предприятиях образуются и кислые и щелочные сточные воды.

При нейтрализации реагентами в случае кислых вод используются щёлочи, карбонаты или водный раствор аммиака.

Для нейтрализации щелочных вод используются минеральные кислоты и кислые газы.

Окисление

Здесь за счёт реакции окисления загрязняющие вещества разрушаются и переводятся в безвредное состояние. В качестве окислителя чаще всего используется газообразный или сжимаемый хлор, кислород воздуха или озон.

Очистка окислением связана с большим расходом реагентов и поэтому применяется в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка и циановых соединений.

Восстановление

Применяется, когда в растворе содержатся легко восстанавливающиеся вещества. Прежде всего, ионы тяжёлых металлов, таких как хром, ртуть и другие. Так, например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая затем отстаивается или отфильтровывается.

Физико-химические методы очистки сточных вод

Электрохимическая очистка

Схема электролизёра:

Состоит из корпуса 1, положительного электрода-анода 2, и отрицательного электрода-катода 3.

Электролизёры могут быть проточные и непроточные. На аноде ионы отдают электроны, т.е. происходит реакция электрохимического восстановления.

Коагуляция - это слипание частиц калоидной системы при их столкновения в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле.

В результате коагуляции образуются агрегаты, т.е. более крупные вторичные частицы, состоящие из более мелких первичных частиц. Первичные частицы соединены в таких агрегатах силами межмолекулярного взаимодействия или через прослойку растворителя. Коагуляция сопровождается прогрессирующим *** частиц и уменьшением их общего числа в объёме раствора.

Существует несколько видов коагуляции:

1) Термокоагуляция - когда за счёт повышения температуры увеличивается скорость движения молекул и, следовательно, количество их столкновений, и мелкие частицы быстро слипаются

2) Электрокоагуляция во внешнем электрическом поле

3) Реагентная коагуляция при добавлении реагентов

Флотация

Это процесс молекулярного прилипания загрязняющего вещества к поверхности раздела двух фаз - газ-жидкость. Этот процесс обусловлен избытком свободной энергии поверхностных слоёв, а также поверхностными явления ми смачивания.

С помощью этих методов сточные воды очищаются от нефти, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, масла и волокнистых материалов. Процесс флотации заключается в образовании комплекса частица-пузырёк газа, во всплывании этого комплекса на поверхность и удаления образующейся пены различными способами.

Существуют следующие конструктивные схемы флотации:

1) С выделением газа из раствора механическими методами

2) С механическим добавлением газа

3) Электрохимическая флотация, когда газ выделяется на одном или обоих электродах электролизера

4) Химическая флотация, когда газ выделяется в результате химических реакций

5) Биохимическая флотация, когда газ выделяется в результате деятельности микроорганизмов

Сорбция

Сорбция делится на адсорбцию и абсорбцию.

Всё, что сказано для газов, справедливо и для жидкостей.

Ионный обмен

Применяется для извлечения из сточных вод ионов металла, а также соединений мышьяка, фосфора, цианосоединений, а также радиоактивных веществ. Метод позволяет извлекать ценные вещества при высокой степени очистки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, причём эта твёрдая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твёрдую фазу практически нерастворимы в воде, и называются ионитами. Если они поглощают положительно заряженные ионы - это катиониты, а если отрицательно заряженные ионы - это аниониты.

Биохимические методы очистки сточных вод

Применяются для очистки сточных вод от органических соединений, а также соединений азота и серы. В процессе образования своего органического вещества микроорганизмы разрушают загрязнителей, превращая воду, углекислый газ в сульфат и нитрат иона.

Биохимические методы подразделяются на две группы:

1) Аэробные (присутствие кислорода воздуха), которые могут проводиться в естественных условиях, например, на биологических прудах или в искусственных условиях, например, в биоскрупперах и биофильтрах

2) Анаэробные (без кислорода воздуха), которые используются для очистки высококонцентрированных осадков и стоков

Если сточные воды не могут быть очищены вышеперечисленными методами, то они подвергаются термической нейтрализации, сжиганию или закачиваются в глубинные скважины.

Захоронение и утилизация твёрдых отходов

Твёрдые бытовые отходы подвергаются захоронению, в основном, на городских свалках, где они разлагаются в течение десятков лет, с образованием ядовитых газов и сточных вод. Альтернативой городским свалкам являются мусороперерабатывающие заводы.

В нашей стране существует две основные причины, препятствующие строительству таких заводов:

1) Первые 2-3 года работы такие предприятия должны получать дотации от государства

2) Отсутствие сортировки отходов

Промышленные твёрдые отходы утилизируются на специальных полигонах. Под полигон выбирается территория, площадью не менее 50 Га, удалённая от ближайшего крупного населённого пункта не менее чем на 100 километров. Под полигон выбирается территория, которая подстилается водонепроницаемыми породами (гранит, базальт). Полигон окружается кольцевым валом из глины и кольцевым каналом для перехвата сточных вод с поверхности.

Полигон разделяется на несколько секторов:

1) Сектор для захоронения малотоксичных и нетоксичных отходов

2) Сектор для захоронения гальванических отходов

3) Сектор для захоронения органических отходов

4) Сектор для захоронения особо токсичных отходов, которые подлежат захоронению в герметических бетонных и металлических контейнерах

5) Сектор для сжигания горючих отходов и рекуперации тепла.