Контрольная: Строение атмосферы, гидросферы и литосферы
Вариант Ц 10
Содержание.
1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы._______________ 2
2. Трофические цепи и трофические сети._______________________ 6
3. Антропогенная деятельность как источник помех.______________ 8
4. Кислотные дожди._________________________________________ 13
5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.___________________ 15
6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.__ 19
7. Очистка сточных вод от суспензий и взвесей._________________ 27
8. Экологические требования при размещениии и эксплуатации предприятий. 36
9. Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнений.___ 38
10. Расчетным путем оценить опасность загрязнения воздушного бассейна и
рассчитать предельно допустимый выброс при следующих условиях: 41
Список использованной литературы.___________________________ 45
1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы.
Атмосфера Ч газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосфеный воздух;
газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая составляющая
почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно
влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над
Землей до 2 000 км; это
от радиуса Земли.
Функции атмосферы:
1) Регулирование климата Земли.
2) Поглощение солнечной радиации.
3) Пропускает тепловое излучение Солнца.
4) Сохраняет тепло.
5) Является средой распространения звука.
6) Источник кислородного дыхания.
7) Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и
выпадением осадков.
8) Формирующий фактор литосферы (выветривание).
Атмосфера делится на:
1) Тропосфера Ч граница до 10 Ц 12 км.
2) Стратосфера Ч граница до 55 км от тропосферы.
3) Мезосфера Ч граница до 85 Ц 90 км от стратосферы.
4) Термосфера Ч граница до 150 км от мезосферы.
5) Экзосфера Ч граница до 800 Ц 2 000 км от термосферы.
Состав атмосферы.
В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического
равновесия, что достигается деятельностью живых организмов.
На высоте 100 Ц 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте 400
км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном);
на высоте 600 Ц 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород.
В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды C
xHy, диоксид серы SO2, оксиды азота NxO
y и др.
Одной из характеристик атмосферы является влажность. Влажность атмосферного
воздуха определяется его насыщенностью водяными парами. Наиболее богаты
влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км), где концентрируется примерно 50
% влаги. Количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры: чем
выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при любой
конкретной температуре воздуха существует определенный предел его насыщенния
парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами
воды не достигает максимума, и разность между максимальным и текунщим
насыщением носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения.
Дефицит влажности Ч важнейший экологический параметр, поскольку он
характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит
влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что повышение дефицинта
влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует
интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному
разнмножению вплоть до так называемых демографических УвспышекФ. На анализе
динамики дефицита влажноснти основаны многие способы прогнозирования
различных явлений среди живых организмов.
Температура на поверхности земного шара определяется температурным режимом
атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что количество
тепла, падающего на горизонтальную пон верхность, прямо пропорционально
синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому наблюдаются суточнные и
сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности, тем больше угол
наклона солнечнных лучей и тем холоднее климат.
Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли является ветер.
Причина возникновения ветра Ч неодинаковый нагрев земной поверхности,
связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего
давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. Сила вращения Земли
воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их
движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата: режим
температуры, влажности, испарения с повернхности Земли и транспирацию
растений. Ветер Ч важнейший фактор переноса и распределения применсей в
атмосферном воздухе. Наблюдаются длительные периоды (циклы) преобладающей
атмосферной циркунляции продолжительностью в несколько десятков лет. Эти
циклы меридианальной, широтной циркуляции периодически сменяются с востока
на запад, с севера на юг, а также в противоположных направлениях. С типами
атмосферной циркуляции иногда связывают периоды одновременной активности
многих видов животных, например, периоды вспышек массового размножения
насекомых. Скорость и направление движения воздушных масс могут изменяться в
зависимости от рельефа, времени суток и других факторов. Вертикальное
двинжение масс воздуха Ч сложный природный процесс, который может
характеризоваться температурной стратификацией Ч изменением температуры
воздуха с высотой.
Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1
мм рт.ст. В пределах земного шара существуют постоянно обласнти низкого и
высокого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и
суточные колебанния давления. Различают также морской и континентальный
типы динамики давления. Периодинчески возникающие области пониженного
давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стренмящегося по
спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов.
Цикнлоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков.
Литосфера Ч это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора.
Мощность Земной коры под океаном Ч 5 - 20 км; под континентом Ч 70 км. В
литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы.
Почва Ч это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай
растений. Важннейшее свойство почвы Ч ее плодородие, которое определяется
физическими и химическими свойстванми почвы. Почва Ч трехфазная среда,
включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой
продукт физического, химическонго и биологического преобразования горных пород,
т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений,
животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется,
вследнствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате
перемещения или превращения венщества почва расчленяется на отдельные слои, или
горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Во всех типах почв
самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от
количества органического вещества. Этот горизонт называется гумусовым или
перегнойно-аккумулятивнным. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую
структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в
нем осуществлянются сложные обменные процессы, в результате которых образуются
элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагаетнся
подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и
способствующий накопленнию влаги и питательных веществ в почве, а также
влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы. Под гумусовым горизонтом обычно
залегает манлоплодородный подзолистый горизонт вымывания (в черноземных и
темных почвах этот горизонт отсутнствует). Еще глубже расположен иллювиальный
горизонт (горизонт вмывания), в него вмываются и в нем накапливаются
минеральные и органические венщества из вышележащих горизонтов. Еще ниже
залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва.
Все горизонты представляют собой смесь органинческих и минеральных элементов.
Свыше 50% минерального состава почвы прихондится на кремнезем ( Si02
), около 1 - 25% Ч на глинозем ( Al2O3), 1 - 10% Ч на
оксиды железа (Fe2O3), 0,1 - 5% Ч на оксиды магния,
калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0).
Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают
углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые венщества, жиры, а также
конечные продукты обмена у растений Ч воск, смолы, дубильные вещества.
Органинческие остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более
простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более
сложные соединения Ч перегной, или гумус. Одна из наиболее важных
характеристик почвы Ч ее механический состав, т.е. содержание частиц разнной
величины. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь,
суглинок и глинна. От механического состава почвы зависят ее
водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней
растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловынми
и водными свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее
насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства
почвы зависят от содержанния минеральных веществ, которые находятся в ней в
виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными,
другие Ч жизненно необхондимыми. Концентрация ионов водорода (рН) в среднем
близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В
известковых (рН 8) и засонленных почвах (рН 4) развивается только специфическая
растительность. Обитающее в почве множество видов растительных и животных
организнмов активно влияет на ее физико-химические характеристики.
Гидросфера Ч это водная оболочка Земли. К ней относят: поверхностные и подземные
воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а
также вода, выпадающая в виде осадков. Вода занинмает преобладающую часть
биосферы. Из 510 млн. км2 общей площади земной поверхности на
Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71%). Океан Ч главный
приемник и аккумулятор сонлнечной энергии, поскольку вода обладает высокой
теплопроводностью. Основными физическими свойствами водной сренды являются ее
плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55
раз). Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространнстве, что
способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических
характериснтик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией,
т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет
существеннные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика
колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под
поверхностью опреденляется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств
зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и
накопление органическонго вещества, которое возможно лишь в пределах
эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над
процессами дыхания. Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде
взвешеннных веществ органического и минерального происхожндения. Из наиболее
значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует
отметить соленость воды Ч содержание в ней раствореннных карбонатов, сульфатов,
хлоридов. В пресных вондах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80%). В
океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде
растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы.
Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней
растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идунщий
на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организнмов в
воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды Ч
гидробионты приспособинлись к определенному уровню рН: одни предпочитают
кислую, другие Ч щелочную, третьи Ч нейтральную среду. Изменение этих
характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к
гибенли гидробионтов или к замещению одних видов другими.
2. Трофические цепи и трофические сети.
Живые организмы, входящие в состав биоценоза в экосистеме, неодинаковы с
точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии. В отличие от
растений и бактерий животные не способны к реакциням фото- и хемосинтеза, а
вынуждены использовать солнечную анергию опосредованно Ч через органичеснкое
вещество, созданное фото- и хемосинтетиками. Таким образом, в биоценозе
образуется цепочка послендовательной передачи вещества и эквивалентной ему
энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь (от
греческого УтрофеФ Ч питаюсь).
Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют
самопитающимися, или автотрофами. Так как будучи автотрофами, они сонздают
первичное органическое вещество из неорганического, они являются
продуцентами. Организмы, которые не могут строить собственное вещество из
минеральных компонентов, используют органику, созданную автотрофами,
употребляя их в пищу. Их называют гетеротрофами, что означает Упитаемый
другимиФ, а также консументами (от лат. УконсумоФ Ч потребляю). Однако далеко
не все организнмы для удовлетворения своих физиологических потребностей
ограничиваются потреблением растительной пищи, строя белки своего тела
непосредственно из белков растений. Плотоядные животные используют животные
белки со специфическим набором аминонкислот. Они тоже являются консументами,
но, в отличие от растительноядных, Ч консументами вторичными, или второго
порядка. Но и на этом трофическая цепь не всегда заканчивается, так как
вторичный консумент может служить источником питания для консумента третьего
порядка и т.д. Но в одной трофинческой цепи не бывает консументов выше
пятого порядка вследствие рассеяния энергии.
В процессе питания на всех трофических уровнях появляются УотходыФ. Зеленые
растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья. Значинтельная
часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает. В конечном
итоге так или иначе созданное органическое вещество должно частично или
полностью замениться. Эта замена происходит благодаря особому звену
трофической цепи Ч редуцентами (от лат. УредукциоФ Ч возврат). Эти организмы
Ч преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелнкие беспозвоночные Ч в
процессе жизнедеятельности разлагают органические остатки всех трофических
уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ. Минеральные
вещества, а также диоксид углерода, выделяющийся при дыхании редуцентов,
вновь возвращаются к продуцентам.
Разные уровни питания в экосистеме называют трофическими уровнями. Первый
трофический уронвень образуют продуценты, второй Ч первичные консументы,
третий Ч вторичные консументы и так далее. Многие животные питаются более,
чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и пернвичных
консументов или как первичных консументов, так и вторичных. Таким образом, в
экологической системе компоненты биоценоза выполняют различные экологические
роли: фитоценоз автотрофен и состоит из продуцентов, в биоценоз входят
гетеротрофные консументы пяти уровней и редуценты, в составе микробиоценоза
Ч автотрофные хемосинтетики и гетенротрофные редуценты. Но все они
представляют собой звенья трофических цепей.
Разные трофические цепи, в свою очередь, связанны между собой общими
звеньями, образуя очень сложную систему, называемую трофической сетью.
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновренменно цепь энергетическая, т.е.
последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов
ко всем остальным звеньям. Поток энергии через экосистему можно измерить в
различных ее точках, установив тем самым, какое количество солнечной энергии
содержится в органинческих веществах, образованных в процессе фотосинтеза;
какую часть энергии, заключенной в раснтительном материале, может
использовать растительноядное животное; какую часть этой энергии успевает
использовать растительноядное, прежде, чем его съедает плотоядное, и так
далее, от одного трофинческого уровня к другому.
3. Антропогенная деятельность как источник помех.
В настоящее время на Земле практически не осталось экологических систем, не
подверженных в той или иной мере влиянию человека. Влияние челонвека на
экосистемы в процессе техногенеза весьма интенсивно, поскольку своей
деятельностью он создает направленные помехи в механизмах естественной
обнратной связи. Они отличаются от естественных помех и неявляются
инструментом отбора, поскольку в процессе эволюции организмы к ним не
приспособинлись и приспособиться, как правило, не успевают, за исключением
видов, дающих десятки поколений в год (например, растительноядные клещи при
постоянном воздействии ядохимикатов способны образовывать невосприимчивые к
токсическому воздействию расы за счет отбора особей, наследственно устойчивых
к данному веществу, иначе говоря Ч мутантов).
Отклонение от нормы некоторых параметров сренды в результате антропогенного
воздействия зачастую выходят за пределы, отвечающие нормам реакции
организмов на эти параметры. Так, применение гербинцидов (веществ,
уничтожающих сорняки) вносит помехи в биогеоценоз в целом. Трава, являюнщаяся
и продуцентом, и средообразователем, и источником энергии для последующих
трофических звеньев, погибает под воздействием гербицидов. С ее гибелью
исчезают экологические ниши насекомых. Все это прямо сказывается на их
популяциях: нарушанется режим обитания, питания, часть особей погибает, а
оставшаяся часть оказывается в условиях, неблагопнриятных для размножения, и
возможность свободного и случайного обмена генетической информацией (пан-
миксия) становится ограниченной. Наконец, и на уровне отдельной особи
происходят необратимые изменения: часть насекомых гибнет из-за ядовитости
гербицидов, часть оказывается к ним толерантной, а у части отменчаются
изменения в хромосомах (мутации), меняющие наследственность. В рассмотренном
примере наблюданются разрывы в каналах обратной связи при передаче информации
от особи к популяции, а от нее к биоценонзу.
Применение ядохимикатов создает так называенмые частичные помехи, которые
разрушают лишь отдельные звенья в отдельных трофических и энергентических
цепях, не разрушая пищевых сетей в целом. К полной деградации всей
экологической системы они обычно не приводят. Выброс в атмосферу
ксенобиотиков (чуждых окружающей среде веществ) или превышение естенственного
уровня некоторых компонентов атмосферы меняет соотношение газов воздуха и
создает помехи реакциям фотосинтеза, а в некоторых случаях просто убивает
листву. Повышение содержания в почнве индустриальных райнов марганца, хрома,
никеля, меди, кобальта, свинца снижает первичную продукнтивность. Подобные
помехи ведут к разрушению экосистемы в целом, так как уничтожается основной
трофический уровень Ч биопродуценты. В этом случае говорят о предельных
помехах. Вырубка леса или распашка целинной степи полностью ликвидируют
экосистемы и в лучшем случае приводит к возникновению на их месте новых, а в
худшем Ч к эрозии почв.
За разрушением экосистем в конечном итоге может последовать и разрушение
биосферы в целом или резкое снижение ее продуктивности. Вырубка лесов, эрозия
почв, замещение ландшафтов горными выработками и урбанизация снижают общую
биомаснсу фотосинтетиков и нарушают непрерывность биотического круговорота на
значительных террито риях. Помехи могут действовать не только быстро, но и
постепенно, прерывая поток информации между отдельными звеньями пищевых
цепей. С экологических позиций антропогенное загрязнение окружающей
среды представляет собой комплекс помех в экосистемах. Бездействующих на
потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Эти помехи не
являются периодическими и часто превышают нормы реакции живых организмов,
поэтому в отличие от естественных помех они ведут не к естественному отбору,
а к массовой гибели организнмов.
Загрязнение среды Ч сложный многообразный процесс. Отходы производства
оказываются обычно там, где их раньше не было. Многие из них химически
активны и способны взаимодействовать с молекулами, входящими в состав тканей
живого организма.
Непосредственными объектами загрязнения (акнцепторами) служат основные
компоненты биотопа (местообитание биотического сообщества): атмосфера,
гидросфера, литосфера. Косвенными объектами зангрязнения (жертвами) являются
составляющие биоценоза Ч растения, животные, микроорганизмы.
Источники загрязнения весьма разнообразны: среди них промышленные
предприятия, теплоэнергентический комплекс, транспортные и бытовые отходы,
отходы животноводства, а также химические вещестнва, намеренно вносимые
человеком в экосистемы для защиты от вредителей, болезней и сорняков.
Среди ингредиентов загрязнений Ч тысячи химинческих веществ, особенно металлы
и оксиды, токсины, аэрозоли. Загрязнителем может быть любой физичеснкий
агент, химическое вещество и биологический вид (микроорганизмы), попадающие в
окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки
своей обычной концентрации Ч предельных еснтественных колебаний или среднего
природного фона в рассматриваемое время.
Различают антропогенные загрязнители, разруншаемые биологическими процессами
и неразрушаемые ими (стойкие). Первые входят в естественные круговонроты
веществ и поэтому быстро исчезают или подвергаются разрушению биологическими
агентами. Вторые не входят в естественные круговороты и накапнливаются в
пищевых цепях и в биотопах.
Загрязнение означает не просто внесение в атмосферу, почву и воду тех или
иных чуждых им компоненнтов. В любом случае воздействию подвергается
биогеоценоз в целом. Кроме того, избыток или недостанток одних веществ в
природной среде или просто присутствие в ней других веществ означает
изменение режимов экологических факторов или их составов, отклоняющихся от
требований экологической ниши того или иного организма (или звена в пищевой
цепи). При этом нарушаются процессы обмена веществ, снинжается интенсивность
ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биоценоза в целом.
Итак, загрязнение окружающей среды есть вненсение в экологическую систему
(биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов или
структурных изменений, прерывающих круговонрот веществ, их ассимиляцию, поток
энергии, вследствие чего экосистема разрушается или снижает свою
продуктивность.
Отрицательное влияние изменения качества внешнней среды на метаболизм живых
организмов получило название Уэкологической ловушкиФ. Наиболее яркинми
примерами являются воздействие на физиологические процессы в организме
человека метилртути (болезнь УМинаматаФ), а также влияние некоторых
пестицидов.
В свое время создание высокоэффективного ядонхимиката для борьбы с
вредителями растений Ч дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) Ч было отмечено
Нобелевской премией, поскольку его применение сунлило реальную возможность
сохранять урожайность агроценозов и лесные насаждения. Мировое производнство
ДДТ в течение почти 30 лет достигало ежегодно 100 тыс.т. Препараты ДДТ
создавали помехи в экосиснтемах для экономически вредных консументов и
защищали урожаи. Но и сам препарат, и некоторые его примеси помимо
токсичности для теплокровных жинвотных, способны прогрессивно накапливаться в
звеньях пищевых цепей. При содержании в воде пренпарата ДДТ в дозировке
0,0014 частей на миллион его содержание в планктоне составляет уже 5,0 частей
на миллион, а в мышцах рыб Ч 221 часть, т.е. при прохождении его по
трофической цепи происходит концентрирование более чем в 10 тыс. раз! Когда
этот факт был установлен, практически все страны мира (за исключением Китая
и некоторых других развиваюнщихся стран) подписали Конвенцию о запрещении
производства и применения ДДТ.
Последствия загрязнения далеко не всегда ощунщаются сразу. Скачкообразным
проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые. Важна своевременная
косвенная индикация загрязнения в начальные моменты его воздействия.
Загрязнение Ч это не только выброс в природную среду вредных веществ. При
отводе воды от систем охлаждения в естественные водоемы происходит изменнение
естественного режима температуры, т.е. тепловое загрязнение. В качестве
загрязнения можно рассматнривать и отклонение от оптимальных параметров
уровней шума, освещенности, радиоактивности.
В качестве системы помех следует рассматривать разрушение биогеоценозов при
открытой добыче полнезных ископаемых, регулировании водотоков, осушении,
эрозии почв. Источником помех являются шахтные отвалы и терриконы, в которых
идут сложные физико-химические процессы с выделением вреднных веществ в
атмосферу, воду и почву. Среди загрязнений выделяют механическое,
химическое, физическое, биологическое, микробиолонгическое. Механическое
заключается в засорении среды агентами, оказывающими лишь механическое
воздейнствие без физико-химических последствий; химическое Ч в изменении
естественных химических свойств сренды, в результате которого повышается
среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для
рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ,
нормально отсутствунющих в ней или в концентрациях, превышающих норму.
Загрязнение физическое подразделяют на:
1) тепловое (термальное), возникающее в результате повышения температуры
среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздунха,
отходящих газов и воды;
2) световое Ч нарушение естественной освещенности местности в результате
воздействия искусственных источников света, привондящее к аномалиям в жизни
животных и растений, или снижения уровня естественной освещенности из-за
задымленности нижних слоев атмосферы;
3) шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и
повторяемости шумов сверх природного уровня;
4) электромагнитное, появляющееся в результате изнменения
электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и
телевидения, работы некотонрых промышленных установок и т.п.), приводящее к
глобальным и локальным геофизическим аномалиям и изменениям в биологических
структурах;
5) радиоактивное,связанное с превышением естественного уровня содержания
в среде радиоактивных веществ.
Биологическое и микробиологическое загрязннение возникает случайно или в
результате хозяйственной деятельности человека.
Все эти различные по происхождению и характенру воздействия факторы имеют
один объединяющий их признак: они являются помехами в экологических системах
и популяциях и ведут к одному и тому же результату Ч снижению продуктивности
популяции, затем экосистемы в целом, а далее Ч к их распаду.
Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиций теории помех,
его можно классифинцировать следующим образом:
Ч ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или
качественно чуждых еснтественным биогеоценозам;
Ч параметрическое загрязнение, связанное с изнменением качественных
параметров окружающей среды;
Ч биоценотическое загрязнение, заключающееся в
воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;
Ч стациально-деструкционное загрязнение, представляющее
собой изменение ландшафтов и эконлогических систем в процессе
природопользования.
Последствия загрязнения среды кратко можно обозначить следующим образом:
1. Загрязнение среды есть процесс нежелательнных потерь вещества,
энергии, труда и средств, приложенных человеком к добыче и заготовке сырья и
материалов, превращающихся в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.
2. Загрязнение имеет следствием необратимое разрушение как отдельных
экологических систем, так и биосферы в целом, включая воздействие на физико-
химические параметры среды.
3. Вследствие загрязнения теряются плодороднные земли, снижается
продуктивность экологических систем и биосферы в целом.
4. Загрязнение прямо или косвенно ведет к ухудншению физического и
морального состояния человека как главной производительной силы общества.
5. Защита окружающей среды от загрязнения Ч одна из ключевых задач в
общей проблеме оптимизанции природопользования, сохранения качества среды для
настоящего и будущих поколений людей.
Воздействие человека на биосферу на всех этапах его взаимодействия с природой
служило источником помех. Первоначально оно сводилось к воздействию человека
как биологического вида; затем наступил период сверхинтенсивной охоты без
изменения экосиснтем, сменившийся изменением экосистем через естественно
идущие процессы Ч пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т.п. На
следующем этапе изменение экосистем интенсифицировалось путем раснпашки и
широкой вырубки лесов. Наконец, современный период характеризуется
глобальным изнменением всех экологических компонентов биосферы в целом.
Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным формам:
1) изменение структуры земной поверхности (раснпашка степей, вырубка
лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения
режинма поверхностных вод и т.д.);
2) изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ
(изъятие ископаенмых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу
и водные объекты, изменение влагооборота);
3) изменение энергетического, в частности, теплонвого баланса отдельных
районов земного шара и всей планеты;
4) изменения, вносимые в биоту в результате истребления некоторых видов,
создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые
места обитания.
В настоящее время человек эксплуатирует более 55% суши, использует около 13%
речных вод, сводит леса в среднем до 18 млн.га в год. В результате застройки,
горных работ, опустынивания и засоления теряется от 50 до 70 тыс.км2
земель в год, при этом 15% всей мировой суши уже деградировало из-за
вмешательства человека. При строительных и горных работах перемещается более 4
тыс.км3 породы в год, извлекается из недр Земли ежегодно 100 млрд.т
руды, сжигается 7 млрд.т условнного топлива, выплавляется более 800 млн.т
различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн.т минеральных
удобрений и более 4 млн.т ядохимикантов, треть которых смывается
поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. В настоящее
время в практике используется до 500 тыс. химичеснких соединений, из них около
40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. токсичнны.
Несовершенство современной технологии не познволяет полностью перерабатывать
минеральное сырье. Большая его часть возвращается в природу в виде отходов.
Готовая продукция составляет всего лишь 1 - 2% от используемого сырья, а все
остальное идет в отходы, что свидетельствует о неразумном подходе к природным
ресурсам. Ежегодно в биосферу поступает более 30 млрд.т отходов: бытовых и
промышленных-жидких, твердых и газообразных, загрязняющих атнмосферу,
гидросферу и литосферу.
4. Кислотные дожди.
Сера Ч это важный биофильный элемент. В животнных тканях она находится в
составе белков и аминокислот, а в растительных Ч в составе эфирных масел.
Основным природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в
атмосферу поступанют диоксид серы, сероводород и элементная сера общим
количеством 4 - 16 млн.т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород
является продуктом жизнеденятельности бактерий-хемосинтетиков, обитающих на
суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя
его концентрация составнляет 2,65 мг SO4/1 г Н20. В
составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды)
неорнганическая сера встречается в земной коре.
В атмосфере соединения серы претерпевают целый ряд превращений (см рисунок
ниже). Сероводород последонвательно, в ряд ступеней, окисляется до диоксида
серы, который, в свою очередь, тоже окисляется до серного ангидрида в
результате фотохимического и радикального механизмов его взаимодействия с
комнпонентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в
присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа,
алюминния, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует
окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время
существованния атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.
Атмосферный цикл соединений серы.
Триоксид серы легко взаимодействует с частицанми атмосферной влаги и
образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов,
присутствующими в атмосферной влаге, серная кислонта частично переходит в
соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция.
Образование сульфатов происходит и в процессе окиснления на поверхности
твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в
атнмосфере не более 5 дней.
Значительная часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками.
Таким образом, из атмосферы сера снова попадает в гидросферу и в почву.
Дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем поверхностные воды, ее
рН составляет 5,6. В естественном цикле подобным путем обеспечивается
необходимое подкисление почвы и почвенных раствонров, позволяющее
трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений
раснтворимую форму. Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в
атмосферу имело антропогенное происхождение, из них 95% приходилось на
диоксид серы. Таким обранзом, поступление серы из природных источников было
превышено более чем в два раза. Сернистый ангидрид в промышленности
образутся при сжигании угля и нефти и при обжиге сульфидных руд меди, никеля,
свинца, цинка. Соединения серы содержатся и в вынбросах автотранспорта.
В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют
частицы серной кислоты и сульфатов. Со временем доля SO
2 в воздухе
уменьшается, одновременно растет доля серы в виде серной кислоты и сульфатов.
Количество серной кислоты в атмосфере достигает максимума спустя 10 часов после
выброса, а сульфатов Ч через 30 - 40 часов.
В северном полушарии выбросы SO
2 оцениваются в 136 млн.т в год, в
южном Ч 10 млн.т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в
атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь Ч
одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный
отнрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а
через нее Ч флоре и фауне. Этим же путем загрязняются водоемы. Под воздействием
кислотных дождей закисляются почвы, что приводит к нарушению ионообменных
процессов и буферных свойств почвы. Помимо этого в закисленной почве
облегчается переход металлов из почвы в раствонренную форму, доступную для
растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать
токсичные для них и большинства живых организмов металлы Ч цинк, железо,
марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве
сероводорода, токсичного для растений и микронорганизмов.
5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.
Для оценки загрязнения воздушного бассейна необходимо расчитать фактор
опасности загрязнения, который рассчитывается по формуле:
,
где
j Ч фактор опасности загрязнения,
C
i Ч физическая концентрация загрязняющего вещества (мл г/м
3),
ПДК Ч предельно допустимая концентрация вещества; верхний предел лимитирующий
факторы среды, при которых их содержание не выходит за допустимые пределы
экологической ниши человека, т.е. концентрация, которую может человек
переносить без ущерба для здоровья. Значения ПДК утверждаются законодательно.
Если j больше 1, то существует опасность загрязнения воздушного бассейна.
Если j меньше либо равно 1, то фактическая концентрация загрязняющих веществ
не превышает установленных нормативов.
Для специально охраняемых территорий j не должно превышать 0.8.
Т.к. на организм действует не одно, а несколько веществ, то говорят об
эффекте суммации:
При оценки опасности загрязнения следует учитывать фоновую концентрацию Ч это
загрязняющие вещества от других источников:
,
где
С
фi Ч фоновая концентрация.
Одним из факторов, который влияет на загрязнение воздушного бассейна,
является перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
На рассеивание влияют скорость и направление ветра, температурная
стратификация атмосферы, температура воздуха в момент выброса, осадки и др.
факторы.
Наиболее важная характеристика атмосферы Ч устойчивость. Устойчивость Ч это
способность препятствовать вертикальным движениям и сдерживать
турбулентность. В этом случае загрязняющие вещества, выброшенные вблизи
поверхности, будут задерживаться в местах выброса.
Устойчивость зависит от изменений температуры воздуха с высотой Ч
температурной стратификацией.
Выделяют три типа состояния атмосферы:
1) Безразличная Ч изменение тимпературы на 1
0 на каждые 100 м.
2) Неустойчивая Ч падает более чем на 1
0 на каждые 100 м.
3) Устойчивая Ч менее чем на 1
0 на каждые 100 м. Это состояние
наименее благоприятное для интенсивного рассеивания.
При оценки рассеивания загрязняющих веществ температурная стратификация
учмтывается с помощью коэффициента А, который изменяется от 140 до 250 для
различных районов.
На распространение оказывает влияние температура атмосферы в момент выброса, t
ГВС.
По этому признаку все выбросы делят на УхолодныеФ и УгорячиеФ.
УХолодныеФ Ч если разница между температурой выброса и температурой атмосферы
приблизительно равна нулю,
.
УГорячиеФ Ч если разница между температурой выброса и температурой атмосферы
больше нуля,
.
На распространение загрязняющих веществ влияет скорость ветра. УОпаснаяФ
скорость ветра определяется конкретным источником, чем меньше скорость ветра,
тем она опасней.
Каждый источник выброса характеризуется определенными параметрами:
1) Объем газовоздушной смеси Ч V [m
3/c]:
,
где
D Ч диаметр источника [m].
2) Скорость выхода смеси Ч W [m/c].
3) Температура смеси Ч t [
0C].
4) Интенсивность выброса смеси Ч M [г/с].
5) Высота источника Ч H [m].
6) Диаметр устья источника Ч D [m].
УОпаснаяФ скорость ветра, U
m, определяется через безразмерную
величину
, причем
для УгорячихФ и УхолодныхФ источников по разным формулам.
Для УгорячихФ выбросов:
.
В соответствии с
определяют U
m:
U
m=0,5 м/с, при
;
U
m=
м/с, при
;
U
m=
м/с, при
, где
.
Для УхолодныхФ выбросов:
.
В соответствии с
определяют U
m:
U
m=0,5 м/с, при
;
U
m=
м/с, при
;
U
m=
м/с, при
.
Для определения фактора опасности загрязнения j необходимо определить
максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое C
max
:
, где
A Ч коэффициент температурной стратификации;
M Ч интенсивность выброса;
F Ч безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в
воздухе, который определяется как:
F=1, для газообразных примесей
F=2, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки 90%
F=2,5, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки от 90% до 75%
F=3, при отсутствии очистки или степени очистки менее 75%;
H Ч высота источника;
V Ч объем газовоздушной смеси;
Ч разность температур;
m и n Ч коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси, которые
расчитываются следующим образом:
m при f<100
,
при f
100
;
n=1 при
,
при
,
при
.
Для оценки опасности загрязнения необходимо рассчитать C
max,
максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое, для каждого
загрязняющиго вещества и сопоставить их с соответствующими ПДК:
.
Для двух источников рассчитывают C
max для каждого из источников.
Если опасность загрязнения j больше единицы, то необходимо рассчитать ПДВ
(предельно допустимый выброс):
, где
изменяется от
единицы до четырех, в зависимости от местности, где произошел выброс.
Если компоненты обладают эффектом суммации, то следует определить опасность
загрязнения с учетом этого эффекта.
Для этого необходимо определить расстояние X
max от источника, на
котором будет образовываться C
max:
, где
F Ч коэффициент осаждения;
H Ч высота источника;
d Ч параметр, учитывающий условия выброса:
.
В точке X
max2 C
max будет увеличиваться на некоторую
величину от первого источника. Установить эту величину можно с помощью
коэффициента S, его определяют по графику в соответствии с величиной
, для X
max1, где a Ч расстояние между источниками. Тогда опасность
загрязнения для X
max1 пересчитывается по следующей формуле:
, где C
2=S
2*C
max2.
Как уже было сказано ранее S
2 определяется по графику.
Для X
max2: C
1=S
1*C
max1, где S
1
определяют по графику исходя из параметра
и соответственно
.
6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
При расположении промышленных предприятий в гонродах или вблизи них, а также
при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной
зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные воды могут
сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Очистка смеси бытовых и
производстнвенных сточных вод в этом случае осуществляется на единых
очистных сооружениях. В связи с тем что в сточнных водах промышленных
предприятий могут содержатьнся специфические загрязнения, их спуск в
городскую водоотводящую сеть ограничен комплексом требований, установленных
УПравилами приема производственных сточных вод в системы канализации
населенных пункнтовФ (М., ЛКХ, 1987).
Выпускаемые в водоотводящую сеть производственнные сточные воды не должны:
превышать расходы сточных вод и содержание взвеншенных, всплывающих веществ,
установленные для коннкретного промышленного предприятия; нарушать работу сетей
и сооружений; содержать вещества, которые способны засорять трунбы
водоотводящих сетей или отлагаться на стенках труб: оказывать разрушающее
действие на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать горючие
примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать
взрывоопаснные смеси в водоотводящих сетях и очистных сооруженниях; содержать
вредные вещества в концентрациях, пренпятствующих биологической очистке
сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффективности очистки); иметь
температуру выше 40
