- •Структура экологии
- •Задачи экологии как науки:
- •Задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного предприятия
- •Основы общей экологии. Учение о биосфере и её эволюции.
- •Понятие об автотрофности человечества.
- •Жизнь как термодинамический процесс.
- •Экологические факторы:
- •По периодичности:
- •Климатические факторы.
- •Почвенно-грунтовые факторы.
- •Плотность почвы.
- •Кислотность или показатель рН
- •Абиотические факторы водной среды.
- •Количество растворённого кислорода.
- •Кислотность или показатель рН. Биотические факторы.
- •Понятие и лимитирующем факторе.
- •Биоценоз
- •Структуры водной и наземной экосистемы.
- •Гомеостаз и сукцессия экологической системы.
- •Энергия в экосистемах.
- •Понятие о трофической цепи.
- •Энергетика и продуктивность биогеоценоза
- •Малый биотический круговорот
- •Принципы функционирования экосистем.
- •Принципы устойчивости экосистем.
- •Загрязнение атмосферы. Структура и состав атмосферы.
- •Классификация промышленных выбросов в атмосферу.
- •Химические превращения веществ в атмосфере.
- •Бытовые сточные воды.
- •2 Этап- расчёт опасного расстояния
- •4 Этап - расчёт минимальной высоты источника выброса.
- •Контроль загрязнения почв.
- •Экологический мониторинг.
- •1 . Природные ресурсы и их классификация.
- •Ресурсный цикл как антропогенный круговорот веществ.
- •I принцип - системный подход к проблемам природопользования.
- •Очистка газов от пыли.
- •Классификация конструкций аппаратов для пылеулавливания.
- •Плотность пыли
- •Простота конструкции
- •Низкая стоимость
- •Малые эксплуатационные расходы
- •Термические методы.
- •Прямое сжигание в пламени
- •Термическое окисление
- •Каталитическое окисление
- •Очистка сточных вод.
- •Процеживание.
- •Отстаивание.
- •Под действием силы тяжести.
- •Отстаивание под действием центробежных сил
- •Фильтрование.
- •Химические методы очистки сточных вод.
- •Нейтрализация
- •Окисление
- •Восстановление
- •Нейтрализация.
- •Электрохимическая очистка
- •Сорбция.
- •Ионный обмен.
- •Мембранные технологии.
- •Кристаллизация.
Атмосферные воды, промывающие из воздуха массу загрязненителей.
Промышленные сточные воды.
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:
Реакционные воды - образуются в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными продуктами, так и промежуточными и конечными.
Воды, содержащиеся в сырье и исходных материалах в свободном или связанном виде. Загрязнены аналогично реакционным водам.
Промывные воды – образуются после мытья оборудования, сырья, тары.
Водные абсорбенты и экстрагенты.
Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологичными водами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения.
Бытовые воды.
Атмосферные осадки, стекающие с территории промышленных предприятий.
Загрязнение гидросферы существенно опаснее, чем загрязнение атмосферы по следующим причинам:
Процессы регенерации или самоочищения происходят в водной среде существенно медленнее, чем в атмосфере.
Источники загрязнения гидросферы более разнообразны.
Естественные процессы, протекающие в водной среде, более чувствительны к загрязнению сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем соответствующие процессы, протекающие в атмосфере.
Последствия загрязнения гидросферы
- нарушение устойчивости экосистемы - прогрессирующая эвтрофикация - появление красных приливов - накопление химических токсикантов в биоте - снижение биологической продуктивности - возникновение мутагенеза и канцерогенеза в морской среде - микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.
Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.
Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.
Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению синезеленых водорослей, вызывающих “цветение” воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины). Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к гомеостазу и саморегуляции.
Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера мира — Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы синезеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью. Сами же синезеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины, представляющие опасность для гидробионтов и человека.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала, приспособившиеся в процессе длительной эволюции к естественному набору химических соединений притоков озера, оказались неспособными к переработке чуждых природным водам химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и др.). В результате отмечено обеднение гидробионтов, уменьшение биомассы зоопланктона, гибель значительной части популяции байкальской нерпы и др.
Морские экосистемы. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м3 сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Морские экосистемы подвергаются все большему антропогенному воздействию посредством химических токсикантов, которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи, приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том числе и наземных животных — морских птиц, например. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).
До определенного предела морские экосистемы могут противостоять вредным воздействиям химических токсикантов, используя накопительную, окислительную и минерализующую функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных пестицидов — ДДТ и при благоприятных условиях выводить его из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и некоторых других странах, тем не менее он поступает в Мировой океан в значительном количестве.) Ученые доказали и существование в водах Мирового океана интенсивных процессов биотрансформации опасного загрязнителя — бенз(а)пирена, благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в частности, они способны продуцировать сероводород, внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые, взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные формы.
В то же время в океан продолжают поступать все новые и новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый характер приобретают проблемы эвтрофирования и микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим важное значение имеет определение допустимого антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их ассимиляционной емкости как интегральной характеристики способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению загрязняющих веществ.
Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней (купание, стирка, рыбная ловля и др.) проявляются либо непосредственно при питье, либо в результате биологического накопления по длинным пищевым цепям типа: вода — планктон — рыбы — человек или вода — почва — растения — животные — человек, и др.
При непосредственном контакте человека с бактериально загрязненной водой, а также при проживании или нахождении близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается опасность и таких эпидемических заболеваний как холера, брюшной тиф, дизентерия и др.
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:
Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязнений – бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор, отходы отопительных систем и т.д.
Промышленные предприятия сбрасывают твёрдые и жидкие отходы в т.ч. чрезвычайно токсичные (цианиды, тяжёлые металлы).
Теплоэнергетика. В числе отходов –несгоревшие частицы, шлак, сажа, оксиды серы.
Сельское хозяйство. В числе отходов – ядохимикаты, удобрения.
Транспорт. В числе загрязнителей – соединения свинца, углеводороды, оксиды свинца.
Самоочищения почвы практически не происходит. Поэтому ядовитые вещества накапливаются в ней, поглощаются растениями и далее передаются по трофическим цепям.
Последствия загрязнения литосферы
Изменение рельефа местности
Активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание и сдвиг горных пород.
Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты
4. Химическое загрязнение почв, механическое нарушение почв
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 не менее 2,5% от национального дохода.
Средства, идущие на сохранение окружающей среды можно разделить на три группы:
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.
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 параметров функционирования естественных и антропогенных экосистем.
Затраты на потери сырья и продуктов с выбрасываемыми газами, сточными водами и твёрдыми отходами. Все выбрасываемые продукты могут быть вторичным сырьём на данном или других предприятиях.
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 бы 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.
,где
=400 рублей/тонна – экономический коэффициент
- безразмерный коэффициент, значение которого зависит от конкретного водоёма, куда сбрасываются сточные воды. Определяется по специальным таблицам.
- приведённая масса снижения сброса примесей в водные объекты.
, 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 в действие очистных сооружений.
- безразмерный коэффициент, показатель относительной опасности примесей -го вида.
,где - предельно допустимая концентрация в воде -го загрязняющего вещества.
Если в соответствующих таблицах 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 территориями различных типов.
- поправочный коэффициент, зависящий от характеристик выброса и источника, таких, как высоты источника выброса, скорости оседания загрязняющего вещества и разности температур между t выброса и t окружающей среды. .
Остальные параметры аналогичны предыдущей формуле за исключением того, что:
- называется показателем относительной агрессивности примеси в воздухе и определяется по специальным таблицам
За единицу принята агрессивность угарного газа CO
Стандартизация и охрана окружающей природной среды.
Существует система госстандартов 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:
Гидросфера
Атмосфера
Биологические ресурсы
Почвы
Земли
Флора
Фауна
Ландшафты
Недра
Каждый комплекс включает в себя восемь групп стандартов. Номер группы ставится через точку после номера комплекса. Существуют следующие группы:
Основные положения.
Термины, определения, классификации.
Показатели качества природной среды. Параметры загрязняющих выбросов и сбросов, показатели интенсивности использования природных ресурсов.
Правила охраны природы и рационального использования природных ресурсов.
Методы определения параметров состояния природных объектов и интенсивности хозяйственного воздействия.
Требования к средствам контроля и измерения состояния окружающей среды.
Требования к устройству аппаратуры и сооружений по защите окружающей среды от загрязнений.
Прочие стандарты.
Далее в номенклатуре стандарта через точку идёт порядковый номер стандарта в группе, а через тире – год принятия стандарта.
Например: ГОСТ 17.1.1.16-91 это стандарт «Охрана природы – Гидросфера- Термины и определения -16 – номер стандарта в группе, 91 – год принятия стандарта».
Контроль и управление качеством атмосферного воздуха.
Основным показателем, использующимся для контроля и управления качеством атмосферного воздуха является ПДК
Для воздушной среды существует раздельное нормирование концентрации вредных веществ.
Для производственных помещений -ПДКр.з- рабочей зоны.
Для населенных пунктов – ПДКа.в.- атмосферного воздуха
ПДКр.з –это концентрация, которая при ежедневной работе в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений состояния здоровья, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений.
Рабочая зона- это пространство высотой до 2м над уровнем пола или площадки, на которых расположены рабочие места.
ПДКа.в – это максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени усреднения, значение которых при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывают на него вредного влияния, включая отдаленные последствия.
ПДКа.в бывает 2х типов:
-макс разовая
средне.суточная
ПДКм.р - это максимальная концентрация, присутствие которой допустимо не более 30 минут в сутки. ПДКс.с- это средняя концентрация, допустимая в течение суток.
ПДКр.з> ПДКм.р> ПДКс.с
Если в воздухе присутствует одно загрязняющее вещество, то должно соблюдаться условие: , где сi и ПДКi – соответственно концентрация и ПДК i-го загрязняющего вещества.
Эффект суммации – это однонаправленное неблагоприятное воздействие на организм нескольких разных веществ. В таком случае говорят, что вещества входят в одну группу суммации.
Существует несколько десятков групп суммации, в одну из которых, например, входят фенол и ацетон, а в другую аммиак, диоксид азота и оксид серы.
Если в воздухе присутствуют несколько веществ, входящих в одну группу суммации, то должно соблюдаться условие: , где n – количество веществ, входящих в группу суммации.
Фоновая концентрация СФ – это концентрация загрязняющего вещества, без учёта вклада исследуемого источника или группы источников загрязнения.
С учётом СФ , неравенство преобразуется к виду: |
В том случае, когда 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, Сi – концентрация выброса i-го источника текущего.
Неравенство для населённого пункта имеет вид: , где Сimax – максимальная концентрация выбросов i-го источника.
Расчёт предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферу.(ПДВ)
Пусть есть точечный источник выброса, и скорость ветра направлена вдоль оси X
Нарисуем
график зависимости концентрации
загрязняющего вещества по оси факела
выброса от расстояния до источника
выброса.
-максимальная
точка кривой,
этап - расчёт максимальной приземной концентрации. Формулы различаются для горячего и холодного выбросов загрязняющего в-ва.
а) (горячий выброс), где A - безразмерный параметр, зависящий от температурного режима атмосферы. Определяется по специальным таблицам, для Н.Новгорода A=160. M – мощность источника выброса или количество вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени. F - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредного вещества. Определяется по спец таблицам. m и n- параметры, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси из устья источника, н-р, преобладающей скоростью ветра.
- безразмерный параметр, зависящий от рельефа местности. H [м]– высота источника выброса.
- разность между температурой выброса газа и температурой окружающего воздуха. - объёмный расход газовоздушной смеси.
Для источника с круглым устьем, , где Д[м] - диаметр устья источника, а – линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника.
Если источник имеет прямоугольное устье размером axb, то считается эквивалентный диаметр,
2) (холодный выброс). То