Главная / Рефераты / Рефераты по экологии
Реферат: Строение атмосферы, гидросферы и литосферы
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Содержание.
1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы.
2. Трофические цепи и трофические сети.
3. Антропогенная деятельность как источник помех.
4. Кислотные дожди.
5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.
6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения
7. Очистка сточных вод от суспензий и взвесей.
8. Экологические требования при размещениии и эксплуатации предприятий.
9. Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнений.
10. Расчетным путем оценить опасность загрязнения воздушного бассейна и рассчитать предельно допустимый выброс при следующих условиях:
Список использованной литературы.
1. Строение атмосферы, гидросферы и литосферы.
Атмосфера — 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 — граница до 10 – 12 км.
2) Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы.
3) Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы.
4) Термосфера — граница до 150 км от мезосферы.
5) Экзосфера — граница до 800 – 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 – 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте 400 км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном); на высоте 600 – 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород.
В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды CxHy, диоксид серы SO2, оксиды азота NxOy 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 насыщения парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимума, и разность между максимальным и текущим насыщением носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения. Дефицит влажности — 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 дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному размножению вплоть до так называемых демографических “вспышек”. На анализе динамики дефицита влажности 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 по верхность, прямо пропорционально синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности, тем больше угол наклона солнечных лучей и тем холоднее климат.
Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли является ветер. Причина возникновения ветра — 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 поверхности Земли и транспирацию растений. Ветер — важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе. Наблюдаются длительные периоды (циклы) преобладающей атмосферной циркуляции 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 движение масс воздуха — сложный природный процесс, который может характеризоваться температурной стратификацией — изменением температуры воздуха с высотой.
Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1 мм рт.ст. В пределах земного шара существуют постоянно области низкого и высокого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные колебания давления. Различают также морской и континентальный типы динамики давления. Периодически возникающие области пониженного давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стремящегося по спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов. Циклоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков.
Литосфера — это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора.
Мощность Земной коры под океаном — 5 - 20 км; под континентом — 70 км. В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы.
Почва — это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшее свойство почвы — ее плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы. Почва — трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения или превращения вещества 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-аккумулятивным. Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в нем осуществляются сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагается подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и способствующий накоплению влаги и питательных веществ в почве, а также влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы. Под гумусовым горизонтом обычно залегает малоплодородный подзолистый горизонт вымывания (в черноземных и темных почвах этот горизонт отсутствует). Еще глубже расположен иллювиальный горизонт (горизонт вмывания), в него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Еще ниже залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва. Все горизонты представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50% минерального состава почвы приходится на кремнезем ( Si02), около 1 - 25% — на глинозем ( Al2O3), 1 - 10% — на оксиды железа (Fe2O3), 0,1 - 5% — на оксиды магния, калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0). Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые вещества, жиры, а также конечные продукты обмена у растений — воск, смолы, дубильные вещества. Органические остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более сложные соединения — перегной, или гумус. Одна из наиболее важных характеристик почвы — ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины. Установлены четыре градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава почвы зависят ее водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми и водными свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными, другие — жизненно необходимыми. Концентрация ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В известковых (рН 8) и засоленных почвах (рН 4) развивается только специфическая растительность. Обитающее в почве множество видов растительных и животных организмов активно влияет на ее физико-химические характеристики.
Гидросфера — 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 занимает преобладающую часть биосферы. Из 510 млн. км2 общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71%). Океан — главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплопроводностью. Основными физическими свойствами водной среды являются ее плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55 раз). Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространстве, что способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических характеристик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией, т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет существенные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под поверхностью определяется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического 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 взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Из наиболее значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует отметить соленость воды — содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах 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, идущий на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организмов в воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды — гидробионты приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую, другие — щелочную, третьи — нейтральную среду. Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели 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 реакциям фото- и хемосинтеза, а вынуждены использовать солнечную анергию опосредованно — через органическое вещество, созданное фото- и хемосинтетиками. Таким образом, в биоценозе образуется цепочка последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь (от греческого “трофе” — питаюсь).
Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися, или автотрофами. Так как будучи автотрофами, они создают 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 “питаемый другими”, а также консументами (от лат. “консумо” — потребляю). Однако далеко не все организмы 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 аминокислот. Они тоже являются консументами, но, в отличие от растительноядных, — 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 трофической цепи не бывает консументов выше пятого порядка вследствие рассеяния энергии.
В процессе питания на всех трофических уровнях появляются “отходы”. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья. Значительная 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 — редуцентами (от лат. “редукцио” — возврат). Эти организмы — преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные — 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 уровень образуют продуценты, второй — первичные консументы, третий — вторичные консументы и так далее. Многие животные питаются более, чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и первичных 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 — автотрофные хемосинтетики и гетеротрофные редуценты. Но все они представляют собой звенья трофических цепей.
Разные трофические цепи, в свою очередь, связаны между собой общими звеньями, образуя очень сложную систему, называемую трофической сетью.
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно 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 органических веществах, образованных в процессе фотосинтеза; какую часть энергии, заключенной в растительном материале, может использовать растительноядное животное; какую часть этой энергии успевает использовать растительноядное, прежде, чем его съедает плотоядное, и так далее, от одного трофического 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 человека на экосистемы в процессе техногенеза весьма интенсивно, поскольку своей деятельностью он создает направленные помехи в механизмах естественной обратной связи. Они отличаются от естественных помех и неявляются инструментом отбора, поскольку в процессе эволюции организмы к ним не приспособились 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 — мутантов).
Отклонение от нормы некоторых параметров среды в результате антропогенного воздействия зачастую выходят за пределы, отвечающие нормам реакции организмов на эти параметры. Так, применение гербицидов (веществ, уничтожающих сорняки) вносит помехи в биогеоценоз в целом. Трава, являющаяся 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: нарушается режим обитания, питания, часть особей погибает, а оставшаяся часть оказывается в условиях, неблагоприятных 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 отмечаются изменения в хромосомах (мутации), меняющие наследственность. В рассмотренном примере наблюдаются разрывы в каналах обратной связи при передаче информации от особи к популяции, а от нее к биоценозу.
Применение ядохимикатов создает так называемые частичные помехи, которые разрушают лишь отдельные звенья в отдельных трофических и энергетических 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 естественного уровня некоторых компонентов атмосферы меняет соотношение газов воздуха и создает помехи реакциям фотосинтеза, а в некоторых случаях просто убивает листву. Повышение содержания в почве индустриальных райнов марганца, хрома, никеля, меди, кобальта, свинца снижает первичную продуктивность. Подобные помехи ведут к разрушению экосистемы в целом, так как уничтожается основной трофический уровень — 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 — 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 биомассу 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 организмов.
Загрязнение среды — 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 (акцепторами) служат основные компоненты биотопа (местообитание биотического сообщества): атмосфера, гидросфера, литосфера. Косвенными объектами загрязнения (жертвами) являются составляющие биоценоза — растения, животные, микроорганизмы.
Источники загрязнения весьма разнообразны: среди них промышленные предприятия, теплоэнергетический комплекс, транспортные и бытовые отходы, отходы животноводства, а также химические вещества, намеренно вносимые человеком в экосистемы для защиты от вредителей, болезней и сорняков.
Среди ингредиентов загрязнений — тысячи химических веществ, особенно металлы и оксиды, токсины, аэрозоли. Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид (микроорганизмы), попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации — предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.
Различают антропогенные загрязнители, разрушаемые биологическими процессами и неразрушаемые ими (стойкие). Первые входят в естественные круговороты веществ и поэтому быстро исчезают или подвергаются разрушению биологическими агентами. Вторые не входят в естественные круговороты и накапливаются в пищевых цепях и в биотопах.
Загрязнение означает не просто внесение в атмосферу, почву и воду тех или иных чуждых им компонентов. В любом случае воздействию подвергается биогеоценоз в целом. Кроме того, избыток или недостаток 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, снижается интенсивность ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биоценоза в целом.
Итак, загрязнение окружающей среды есть внесение в экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего экосистема разрушается или снижает свою продуктивность.
Отрицательное влияние изменения качества внешней среды на метаболизм живых организмов получило название “экологической ловушки”. Наиболее яркими примерами являются воздействие на физиологические процессы в организме человека метилртути (болезнь “Минамата”), а также влияние некоторых пестицидов.
В свое время создание высокоэффективного ядохимиката для борьбы с вредителями растений — дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) — было отмечено Нобелевской премией, поскольку его применение сулило реальную возможность сохранять урожайность агроценозов и лесные насаждения. Мировое производство ДДТ в течение почти 30 лет достигало ежегодно 100 тыс.т. Препараты ДДТ создавали помехи в экосистемах для экономически вредных консументов и защищали урожаи. Но и сам препарат, и некоторые его примеси помимо токсичности для теплокровных животных, способны прогрессивно накапливаться в звеньях пищевых цепей. При содержании в воде препарата ДДТ в дозировке 0,0014 частей на миллион его содержание в планктоне составляет уже 5,0 частей на миллион, а в мышцах рыб — 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 развивающихся стран) подписали Конвенцию о запрещении производства и применения ДДТ.
Последствия загрязнения далеко не всегда ощущаются сразу. Скачкообразным проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые. Важна своевременная косвенная индикация загрязнения в начальные моменты его воздействия.
Загрязнение — это не только выброс в природную среду вредных веществ. При отводе воды от систем охлаждения в естественные водоемы происходит изменение естественного режима температуры, т.е. тепловое загрязнение. В качестве загрязнения можно рассматривать и отклонение от оптимальных параметров уровней шума, освещенности, радиоактивности.
В качестве системы помех следует рассматривать разрушение биогеоценозов при открытой добыче полезных ископаемых, регулировании водотоков, осушении, эрозии почв. Источником помех являются шахтные отвалы и терриконы, в которых идут сложные физико-химические процессы с выделением вредных веществ в атмосферу, воду и почву.Среди загрязнений выделяют механическое, химическое, физическое, биологическое, микробиологическое. Механическое заключается в засорении среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без физико-химических последствий; химическое — в изменении естественных химических свойств среды, в результате которого повышается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих 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 воздуха, отходящих газов и воды;
2) световое — нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее 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 изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых 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 загрязнение возникает случайно или в результате хозяйственной деятельности человека.
Все эти различные по происхождению и характеру воздействия факторы имеют один объединяющий их признак: они являются помехами в экологических системах и популяциях и ведут к одному и тому же результату — снижению продуктивности популяции, затем экосистемы в целом, а далее — к их распаду.
Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиций теории помех, его можно классифицировать следующим образом:
— ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам;
— параметрическое загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;
— биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;
— стациально-деструкционное загрязнение, представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования.
Последствия загрязнения среды кратко можно обозначить следующим образом:
1. Загрязнение среды есть процесс нежелательных 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 плодородные земли, снижается продуктивность экологических систем и биосферы в целом.
4. Загрязнение прямо или косвенно ведет к ухудшению физического и морального состояния человека как главной производительной силы общества.
5. Защита окружающей среды от загрязнения — одна из ключевых задач в общей проблеме оптимизации 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 экосистем, сменившийся изменением экосистем через естественно идущие процессы — пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т.п. На следующем этапе изменение экосистем интенсифицировалось путем распашки и широкой вырубки лесов. Наконец, современный период характеризуется глобальным изменением всех экологических компонентов биосферы в целом.Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным формам:
1) изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения режима поверхностных вод и т.д.);
2) изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и водные объекты, изменение влагооборота);
3) изменение энергетического, в частности, теплового 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 условного топлива, выплавляется более 800 млн.т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн.т минеральных удобрений и более 4 млн.т ядохимикатов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. В настоящее время в практике используется до 500 тыс. химических соединений, из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. токсичны.
Несовершенство современной технологии не позволяет 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 атмосферу, гидросферу и литосферу.
4. Кислотные дожди.
Сера — это важный биофильный элемент. В животных тканях она находится в составе белков и аминокислот, а в растительных — в составе эфирных масел.
Основным природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в атмосферу поступают диоксид серы, сероводород и элементная сера общим количеством 4 - 16 млн.т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород является продуктом жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков, обитающих на суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя его концентрация составляет 2,65 мг SO4/1 г Н20. В составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды) неорганическая сера встречается в земной коре.
В атмосфере соединения серы претерпевают целый ряд превращений (см рисунок ниже). Сероводород последовательно, 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 компонентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа, алюминия, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время существования атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.
Атмосферный цикл соединений серы.
Триоксид серы легко взаимодействует с частицами атмосферной влаги и образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в атмосферной влаге, серная кислота частично переходит в соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в атмосфере 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 растворов, позволяющее трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений растворимую форму.Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в атмосферу имело антропогенное происхождение, из них 95% приходилось на диоксид серы. Таким образом, 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 выбросах автотранспорта.
В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют частицы серной кислоты и сульфатов. Со временем доля SO2 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 — через 30 - 40 часов.
В северном полушарии выбросы SO2 оцениваются в 136 млн.т в год, в южном — 10 млн.т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь — одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный отрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а через нее — 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 растворенную форму, доступную для растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать токсичные для них и большинства живых организмов металлы — цинк, железо, марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве сероводорода, токсичного для растений и микроорганизмов.
5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.
Для оценки загрязнения воздушного бассейна необходимо расчитать фактор опасности загрязнения, который рассчитывается по формуле:
,
где
j — фактор опасности загрязнения,
Ci — физическая концентрация загрязняющего вещества (мл г/м3),
ПДК — 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 — это загрязняющие вещества от других источников:
,
где
Сфi — 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 — устойчивость. Устойчивость — 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 — температурной стратификацией.
Выделяют три типа состояния атмосферы:
1) Безразличная — изменение тимпературы на 10 на каждые 100 м.
2) Неустойчивая — падает более чем на 10 на каждые 100 м.
3) Устойчивая — менее чем на 10 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, tГВС.
По этому признаку все выбросы делят на “холодные” и “горячие”.
“Холодные” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы приблизительно равна нулю, .
“Горячие” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы больше нуля, .
На распространение загрязняющих веществ влияет скорость ветра. “Опасная” скорость ветра определяется конкретным источником, чем меньше скорость ветра, тем она опасней.
Каждый источник выброса характеризуется определенными параметрами:
1) Объем газовоздушной смеси — V [m3/c]:
,
где
D — диаметр источника [m].
2) Скорость выхода смеси — W [m/c].
3) Температура смеси — t [0C].
4) Интенсивность выброса смеси — M [г/с].
5) Высота источника — H [m].
6) Диаметр устья источника — D [m].
“Опасная” скорость ветра, Um, определяется через безразмерную величину , причем для “горячих” и “холодных” источников по разным формулам.
Для “горячих” выбросов:
.
В соответствии с определяют Um:
Um=0,5 м/с, при ;
Um= м/с, при ;
Um= м/с, при , где
.
Для “холодных” выбросов:
.
В соответствии с определяют Um:
Um=0,5 м/с, при ;
Um= м/с, при ;
Um= м/с, при .
Для определения фактора опасности загрязнения j необходимо определить максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое Cmax:
, где
A — коэффициент температурной стратификации;
M — интенсивность выброса;
F — 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 — высота источника;
V — объем газовоздушной смеси;
— разность температур;
m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси, которые расчитываются следующим образом:
m при f
при f100 ;
n=1 при ,
при ,
при .
Для оценки опасности загрязнения необходимо рассчитать Cmax, максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое, для каждого загрязняющиго вещества и сопоставить их с соответствующими ПДК:
.
Для двух источников рассчитывают Cmax 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 Xmax от источника, на котором будет образовываться Cmax:
, где
F — коэффициент осаждения;
H — высота источника;
d — параметр, учитывающий условия выброса:
.
В точке Xmax2 Cmax 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 Xmax1, где a — расстояние между источниками. Тогда опасность загрязнения для Xmax1 пересчитывается по следующей формуле:
, где C2=S2*Cmax2.
Как уже было сказано ранее S2 определяется по графику.
Для Xmax2: C1=S1*Cmax1, где S1 определяют по графику исходя из параметра и соответственно .
6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
При расположении промышленных предприятий в городах 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 производственных сточных вод в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем что в сточных водах промышленных предприятий могут содержаться специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен комплексом требований, установленных “Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов” (М., ЛКХ, 1987).
Выпускаемые в водоотводящую сеть производственные сточные воды не должны: превышать расходы сточных вод и содержание взвешенных, всплывающих веществ, установленные для конкретного промышленного предприятия; нарушать работу сетей и сооружений; содержать вещества, которые способны засорять трубы 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 взрывоопасные смеси в водоотводящих сетях и очистных сооружениях; содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффективности очистки); иметь температуру выше 40°С; иметь рН за пределами 6,5 - 9; содержать опасные бактериальные загрязняющие вещества; иметь ХПК, превышающую БПКполн более чем в 1,5 раза.
Производственные сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, должны подвергаться предварительной очистке. Степень этой очистки должна быть согласована с организациями, проектирующими очистные сооружения населенного пункта.
Объединение сточных вод, способных вступать в химические реакции с выделением ядовитых или взрывоопасных газов и образовывать эмульсии, а также имеющих большое количество нерастворенных веществ, не допускается. Запрещаются залповые сбросы сильноконцентрированных производственных сточных вод. При значительных колебаниях их состава в течение суток необходимо предусматривать емкости — усреднители, обеспечивающие равномерный выпуск воды.
Сточные воды, в которых могут содержаться радиоактивные, токсичные и бактериальные загрязнения, перед выпуском в городскую водоотводящую сеть должны быть обезврежены и обеззаражены. Выпуск концентрированных маточных и кубовых растворов непосредственно в водоотводящую сеть запрещается. Незагрязненные сточные воды принимают в городскую сеть в тех случаях, когда необходимо разбавление сильноконцентрированных загрязненных стоков. Ограничение приема незагрязненных сточных вод обусловлено нецелесообразностью перегрузки городской сети водой, которая не требует очистки и может быть использована на производстве или спущена в водосточную сеть. При наличии в производственных сточных водах только минеральных загрязнений выпуск этих вод в городские коллекторы также нецелесообразен, так как после локальной обработки эти воды могут быть использованы в производстве или выпущены в водоем.
Во избежание коррозии водоотводящих коллекторов и очистных сооружений или нарушения процессов биологической очистки кислые и щелочные производственные сточные воды при спуске в водоотводящую сеть следует либо нейтрализовать, либо усреднять.
Для обеспечения нормальной работы городских очистных сооружений при совместной очистке производственных и бытовых сточных вод необходимо соблюдать ряд условий. Очищаемая смесь этих сточных вод в любое время суток не должна иметь: температуру ниже 6 и выше 30°С; активную реакцию среды ниже 6,5 и выше 8,5; общую концентрацию растворенных солей более 10 г/л; нерастворенных масел, смол, мазута; биологически трудноокисляемых органических веществ и “жестких” ПАВ; концентрацию вредных веществ, превышающую предельно допустимую концентрацию (ПДК); веществ, для которых не установлены ПДК в воде водоемов, и др.
Допустимое содержание органических веществ, оцениваемых по ВПК, должно определяться расчетом. При этом ВПК производственных сточных вод не должна приводить к превышению БПК сточных вод, принятой при проектировании очистных сооружений. Допустимые концентрации веществ, не удаляемых на очистных сооружениях, должны определяться исходя из их ПДК в воде водоемов.
ХПК при совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод не должна превышать БПКполн более чем в 1,5 раза. Минимальное содержание биогенных элементов в смеси определяется из соотношения 100 : 5 : 1 (БПКполн: аммонийный азот : фосфор). Если это соотношение не выдерживается, то перед сооружениями биологической очистки в сточные воды необходимо вводить дополнительное количество биогенных элементов в виде растворов аммиачной воды, фосфорнокислого калия и др.
При совместной биологической очистке производственных и бытовых сточных вод механическая очистка может быть как раздельной, так и совместной. Раздельную механическую очистку следует принимать для взрывоопасных производственных сточных вод. При необходимости химической или физико-химической очистки производственных сточных вод, а также при раздельной обработке осадков производственных и бытовых сточных вод также применяется раздельная механическая очистка. Расчет сооружений биологической очистки следует производить по сумме органических загрязнений, выраженных БПКполн. Состав сооружений должен выбираться в зависимости от характеристики и количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени их очистки, метода использования осадка и местных условий.
Кроме того сточные воды влияют на водоемы, которые используются для хозяйственных нужд. Природный химический состав и свойства воды поверхностных водоемов формируются в зависимости от гидрогеологических, почвенных, климатических и других особенностей района расположения. Естественный характер изменения состава воды связан с сезонными колебаниями гидрометеоусловий и интенсивности биологических процессов.
Существующую роль в ухудшении качества воды играет хозяйственная деятельность человека, а именно связанное с ней загрязнение природных водоемов сточными водами. Особенно опасен сброс производственных сточных вод, а также поступление в водоемы с территорий городов и населенных пунктов с развитой промышленностью талых и дождевых вод, содержащих различные токсичные вещества (металлы, нефтепродукты и другие трудноокисляемые органические вещества), в результате чего вода водоема может стать непригодной для водопользования.
Концентрации загрязнений, содержащихся в поверхностном стоке с территорий промышленных предприятий, по величине сравнимы с содержанием загрязнений в производственных сточных водах. Источниками загрязнения поверхностного стока являются выбросы в атмосферу от промышленных предприятий и загрязненность их территорий. Особенно высокие концентрации загрязняющих веществ в поверхностном стоке характерны для автотранспортных, химических, машиностроительных и нефтеперерабатывающих предприятий. Степень загрязненности поверхностного стока во многом зависит от культуры производства — характера технологических процессов и повторного использования воды, применяемого оборудования, организации улавливания выбросов, пылеулавливания, организации складирования.
Для поверхностных водоемов, расположенных вблизи крупных промышленных населенных пунктов, где производственные сточные воды и поверхностный сток очищаются недостаточно, характерно ухудшение качества воды водоема в черте населенного пункта. Анализируя данные химического состава воды реки, протекающей по территории крупного промышленного города, можно наблюдать отчетливую тенденцию увеличения общей минерализации воды и содержания в ней трудноокисляемых органических веществ, аммонийного азота, хлоридов и сульфатов (см. таблицу ниже). Наибольшее количество загрязняющих веществ содержится в речной воде ниже промышленных зон. По мере продвижения речной воды по городу возрастает содержание в ней компонентов производственных сточных вод, например различных металлов, концентрации которых выше вблизи промышленных зон.
Содержание веществ в речной воде в черте города, мг/л.
Показатели
Значения показателей в пунктах отбора проб (створах)
1
2
з
Взвешенные вещества
3,3
9,7
19,2
Сухой остаток
237
260
415
БПКз
2,3
2,6
4,1
ХПК
21
27
33
Азот аммонийный
0,8
1,6
1,9
Хлориды
17
22
46
Сульфаты
29
38
49
Железо
0,31
0,35
0,64
Марганец
0,05
0,05
0,07
Цинк
0,04
0,05
0,06
Медь
0,02
0,02
0,02
Стронций
0,31
0,41
0,52
Приведенные примеры изменений химического состава речной воды в городской черте свидетельствуют о большом и неблагоприятном влиянии на него города вследствие выпусков недостаточно очищенных производственных сточных вод и поступления поверхностного стока с территорий промышленных предприятий. Поверхностный сток с городских территорий — это дождевой сток, паводковые воды, снегосвал и поливомоечные воды. Все компоненты поверхностного стока несут в водоемы загрязнения.
Например, в сухой период года речная вода содержит меньше различных загрязняющих веществ, чем во время дождя. В дождь в реку поступают стоки с различных территорий и в ...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 2264
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |
