Содержание
Теоретическая
часть. 3
Экологические факторы, их классификация и влияние на живые
организмы. Закон эквивалентности (толетарности) экологических факторов. 3
Практическая часть. 8
Задание № 1. 8
Задание № 2. 10
Задание № 3. 10
Задание № 4. 12
Задача № 5. 14
Задача № 6. 15
Список литературы.. 17
Теоретическая часть
Экологические факторы, их классификация и влияние на
живые организмы. Закон эквивалентности (толетарности) экологических факторов
В понятие природной среды входят все
условия живой и неживой природы, в которых существуют организм, популяция,
природное сообщество. Природная среда прямо или косвенно влияет на их состояние
и свойства. Компоненты природной среды, влияющие на состояние и свойства
организма, популяции, природного сообщества, называют экологическими факторами.
Среди них различают три разные по своей природе группы факторов[4, с. 204]:
·
абиотические факторы - все компоненты неживой природы, среди которых наиболее важны свет,
температура, влажность и другие компоненты климата, а также состав водной,
воздушной И почвенной среды;
·
биотические факторы - взаимодействия между различными особями в популяциях, между
популяциями в природных сообществах;
·
ограничивающие факторы - экологические факторы, выходящие за границы максимума или
минимума выносливости, ограничивающие существование вида.
·
антропогенный фактор - вся разнообразная деятельность человека, которая приводит к изменению
природы как среды обитания всех живых организмов или непосредственно сказывается
на их жизни.
Разные экологические факторы, такие,
как температура, влажность, пища, действуют на каждую особь. В ответ на это у
организмов через естественный отбор вырабатываются различные приспособления к
ним. Интенсивность факторов, наиболее благоприятную для жизнедеятельности,
называют оптимальной или оптимумом. Оптимальное значение того или иного фактора
для каждого вида различно. В зависимости от отношения к тому или иному фактору
виды могут быть тепло- и холодолюбивые (слон и белый медведь), влаго- и сухолюбивые (липа и саксаул), приспособленные к
высокой или низкой солености воды и т. д.
Абиотические факторы среды
Воздействие факторов среды на живые
организмы в отдельности и сообщества в целом многогранно. При оценке влияния
того или иного фактора среды важным оказывав ется
характеристика интенсивности действия его на жи+ вую материю: в благоприятных условиях говорят об
оптимальном, а при избытке или недостатке - ограничивающем факторе.
Температура. Большинство видов приспособлено к до" вольно узкому диапазону
температур. Некоторые организмы, особенно в стадии покоя, способны существовать
при очень низких температурах. Например, споры микроорганизмов выдерживают
охлаждение до - 200°С. Отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и
размножаться в горячих источниках при температуре +80- +88°С. Диапазон
колебаний температуры в воде значительно меньше, чем на суше, соответственно и
пределы выносливости к колебаниям температуры у водных организмов уже,чем у наземных. Однако и для водных и для наземных
обитателей оптимальной является температура в пределах 15-30°С. Различают
организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные (от греч. poikilos - различный, переменчивый и therme
- тепло) и организмы с постоянной температурой тела - гомойотермные (от греч. homoios - подобный и therme -
тепло). Температура тела пойкилотермных организмов зависит от температуры
окружающей среды. Ее повышение вызывает у них интенсификацию жизненных
процессов и, в известных пределах, ускорение развития.
В природе температура непостоянна.
Организмы, которые обычно подвергаются воздействию сезонных колебаний
температур, что наблюдается в умеренных зонах, хуже переносят постоянную
температуру. Резкие колебания температуры - сильные морозы или зной - также
неблагоприятны для организмов. Существует много приспособлений для борьбы с
охлаждением или перегревом. С наступлением зимы растения и пойкилотермные
животные впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ резко
снижается, в тканях запасается много жиров и углеводов. Количество воды в
клетках уменьшается, накапливаются сахара и глицерин, препятствующие замерзанию.
В жаркое время года включаются физиологические механизмы, защищающие от
перегрева. У растений усиливается испарение воды через устьица, что приводит к
снижению температуры листьев. У животных в этих условиях также усиливается
испарение воды через дыхательную систему и кожные покровы. Кроме того,
пойкилотермные животные избегают перегрева путем приспособительного поведения:
выбирают местообитания с наиболее благоприятным микроклиматом, в жаркое время
дня скрываются в норах или под камнями, проявляют активность в определенное
время суток и т. п. Таким образом, температура окружающей среды представляет
собой важный и зачастую ограничивающий жизненные проявления фактор. Гораздо
меньше зависят от температурных условий среды животные гомойотермные - птицы и
млекопитающие. Ароморфные изменения строения позволили
этим двум классам сохранять активность при очень резких перепадах температур и
освоить практически все места обитания. Угнетающее действие низких температур
на организмы усиливается сильными ветрами.
Биотические факторы среды
Помимо абиотических воздействий живые
организмы испытывают на себе и влияние друг друга. Определяющими факторами в
этом отношении являются видовое разнообразие сообщества и численность
популяций, образующих биоценоз[3, с. 155].
Видовое разнообразие биоценозов. Каждый живой организм живет
в окружении множества других, вступая с ними в самые разнообразные отношения,
как с положительными, так и с отрицательными для себя последствиями. Связь с
другими организмами обеспечивает питание и размножение, возможность защиты,
смягчает неблагоприятные условия среды. В то же время биотическое окружение -
это и опасность ущерба или гибели.
Ограничивающий фактор
На организм одновременно влияют
многочисленные разнообразные и разнонаправленные факторы среды. В природе
сочетание всех воздействий в их оптимальных, наиболее благоприятных значениях
практически невозможно. Поэтому даже в местообитаниях, где наиболее
благоприятно сочетаются все (или ведущие) экологические факторы, каждый из них
чаще всего несколько отклоняется от оптимума. Для характеристики действия
факторов внешней среды на животных и растения существенно, что по отношению к
одним факторам организмы обладают широким диапазоном выносливости и выдерживают
значительные отклонения интенсивности фактора от оптимальной величины.
Прогнозирование и моделирование как пример
антропогенного фактора.
Для исследования взаимоотношений в
экосистемах (природных сообществах) используют разнообразные методы:
эксперимент, длительное наблюдение в природе, определение числа особей в
популяциях, наблюдения за миграцией животных и др. Для более полного и
глубокого познания живой природы широко используют также моделирование
(создание искусственных экологических систем). При этом применяют
математическую обработку данных (математическое моделирование). Методы
моделирования, если они правильно отображают протекающие в природе процессы,
позволяют прогнозировать, в каких направлениях далее будет развиваться данная
экосистема, что имеет для многих биогеоценозов (лес, луг, болото, озеро) важное
практическое значение. При математической обработке полученных данных расчет
производят на ЭВМ. В основе моделирования и экологического прогнозирования
лежит принцип разделения сложных экосистем на отдельные более простые
компоненты (подсистемы), которые связаны друг с другом различной сложности
функциональными связями. Например, в водной системе могут быть выделены рыбы,
фитопланктон, зоопланктон, придонные животные и растения (бентос) и др. При исследованиях
водных экосистем в качестве моделей часто применяют аквариумы, в которые вводят
различные компоненты из естественных экосистем и изучают формы взаимоотношений
между ними. Методы моделирования экосистемы в настоящее время все шире
применяются в экологии. Они открывают широкие перспективы прогнозирования
процессов, протекающих в экосистемах, и выяснения действия на биосферу загрязняющих
ее антропогенных факторов[7, с. 28]
Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы,
организмов других видов, в том числе и человека, и, в свою очередь, оказывает
воздействие на каждую из этих составляющих.
Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их
происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их
воздействия на живые организмы.
Закон толерантности (закон Шелфорда) состоит в
следующем: лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум,
так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень
выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Соответственно закону
любой излишек вещества или энергии в экосистеме становится его врагом,
загрязнителем.
В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии
оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых
районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в
оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды
препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.
Практическая часть
Задание № 1
Определить эффективность работы очистных
сооружений локомотивного депо по всем видам указанных загрязняющих веществ,
если известно, что сброс сточных вод осуществляется в открытый водоем для
рыбохозяйственного водопользования.
Исходные данные представлены в таблице
1.
Таблица
1
Исходные
данные задания
|
Наименование показателя
|
Значение
|
|
1. Содержание загрязняющих веществ, мг/л
|
|
|
взвешенные вещества
|
450
|
|
нефтепродукты
|
140,4
|
|
Фенолы
|
13,8
|
|
Жиры
|
16,3
|
|
Fe
|
28,5
|
|
NO3
|
15,8
|
|
2. Фоновая концентрация веществ (мг/л)
|
|
|
Взвешенные вещества
|
20
|
|
нефтепродукты
|
0,001
|
|
Фенолы
|
0
|
|
Жиры
|
2,02
|
|
Fe
|
0,01
|
|
NO3
|
5,4
|
|
3. Расход сточных вод (q),
м3/с
|
0,08
|
|
4. Расход речной воды (Q), м3/с
|
7,3
|
|
5. Коэффициент смешения
|
0,41
|
РЕШЕНИЕ
1)
распределяем загрязняющие вещества стоков по группам
лимитирующего показателя вредности для водоема.
- токсикологическая:
жиры, Fe, NO3
- рыбохозяйственная:
нефтепродукты, фенол, взвешенные вещества
2) результаты
расчетов представим в виде таблицы 2
Таблица 2
Расчет
эффективности работы очистных сооружений
|
Наименование веществ
|
Содержание, мг/л
|
Фоновая концентрация, мг/л
|
ПДК
|
Ориентировочная допустимая концентрация, мг/л
|
Ожидаемая концентрация, мг/л
|
Ожидаемая концентрация/ПДК
|
Проверка условия по группе
|
Уточненная по условию концентрация, мг/л
|
Допустимая концентрация, мг/л
|
Эффективность работы сооружения
|
|
взвешенные вещества
|
450
|
20
|
0,75
|
-719,44
|
0,75
|
1
|
|
0,25
|
0,79
|
99,82
|
|
нефтепродукты
|
140,4
|
0,001
|
0,05
|
1,88
|
0,05
|
1
|
3
|
0,02
|
0,60
|
99,57
|
|
фенолы
|
13,8
|
0
|
0,001
|
0,04
|
0,001
|
1
|
|
0,00
|
0,01
|
99,91
|
|
жиры
|
16,3
|
2,02
|
3,9
|
74,24
|
3,9
|
1
|
|
1,30
|
1,45
|
91,10
|
|
Fe
|
28,5
|
0,01
|
0,05
|
1,55
|
0,05
|
1
|
3
|
0,02
|
0,27
|
99,07
|
|
NO3
|
15,8
|
5,4
|
40
|
1334,47
|
40
|
1
|
|
13,33
|
15,60
|
1,27
|
Задание № 2
Рассчитать предотвращенный
экономический ущерб в результате работы системы биоочистки сточных вод
предприятия (Юг Хабаровского края) на полях орошения, если V стоков = 820 м3/сутки или 299300
м3/год.
РЕШЕНИЕ
Вид, начальные и конечные концентрации
загрязнителей стоков представлены в
таблице 3.
Таблица
3
Характеристика
сточных вод предприятия
|
Вид загрязнителя
|
Показатель
|
|
концентрация (С), мг/л
|
ПДК, мг/л
|
Фактическая масса , мг/л
|
Степень токсичности
|
Масса * степень токсичности
|
|
Начальная
|
конечная
|
|
Нитрит ион
|
5
|
0,1
|
0,08
|
4,9
|
12,5
|
61,25
|
|
Нефтепродукты
|
22
|
0,1
|
0,05
|
21,9
|
20
|
438
|
|
Алкилсульфат
|
15
|
0,75
|
0,5
|
14,25
|
2
|
28,5
|
|
Никель
|
2,8
|
0,05
|
0,01
|
2,75
|
100
|
275
|
|
Медь
|
0,5
|
0,01
|
0,001
|
0,49
|
1000
|
490
|
|
ИТОГО
|
|
|
|
|
|
1292,75
|
Предотвращенный экономический ущерб
равен:
1440*0,15*299300*1292,75*10-6=
83574,7 (р/год)
Задание № 3
Рассчитать предельно допустимый и
фактический выбросы с реостатной установки локомотивного депо. Определить
необходимость улавливания муравьиного альдегида и NO2, вид очистного оборудования, плату
за годовой выброс.
Исходные данные. Установка работает на
дизельном топливе, расход топлива - 50
т/год, время работы в год – 2000 часов,
температура выхода газовой воздушной
смеси 320 0С. Наружная среднесуточная температура воздуха – 0
0С. Высота трубы установки
(Н) – 3 м. Диаметр устья (D)
– 0,15 м. Максимальная концентрация муравьиного альдегида 10,4 мг/м3, NO2 – 98 мг/м3. Фоновая концентрация: муравьиный альдегид –
0,03 мг/м3, NO2 – 0,001 мг/м3.
РЕШЕНИЕ
Объем газовоздушной смеси продуктов сгорания:
50*10.8*1000/2000*3600 = 0.075
Скорость
выхода смеси продуктов сгорания
4*0.075/3.14*0.15=0,637
∆Т = 320 0С
А = 200
F = 1
f = 1000*0.637*0.637*0.15/3*3*320
= 0.052
m = 1/ (0.67+0.1*0.23+0.34*0.38)
= 1/0.8222=1.22
Vm
= 1,3*0,637*0,15/3 = 0,041
Так как Vm меньше 0,3, то n = 3
Предельно допустимый выброс NO2 равен:
ПДВ 1= (0,085-0,03)*20,7/732000 = 0,0000015 (г/с)
Предельно допустимая концентрация для муравьиного альдегида:
ПДВ 2 = (0,035-0) *20,7/732000 = 0,0000009 (г/с)
Фактический выброс:
- по NO2 : 98*0,075*1/1000 = 0,00735
(г/с)
- по муравьиному
альдегиду: 10,4*0,075*1/1000 = 0,00078 (г/с)
Так как фактический выброс больше
предельно допустимого, то необходимо установит улавливающее оборудование,
циклоны (электрофильтры).
Плата за годовой выброс в пределах ПДВ::
- по NO2 :
ставка платы: 33,2*1
=33,2 (руб.)
плата за выброс:
33,2*1,22*2000*3600/1000000 = 28,3 (руб. /год)
- по муравьиному
альдегиду:
ставка платы за
выброс: 440*1 = 440 (руб.)
пата за выброс:
440*1,22*2000*3600/1000000 = 3865 (руб. /год)
Общая плата за выброс в пределах ПДВ: 3893,3
(руб./год)
Плата за сверхлимитный выброс:
- по NO2:
ставка платы:
166*0,8 = 132,8 (руб./год)
плата за выброс:
5*132,8(1,22-0,0000015)*2000*3600/1000000 = 5831,6 (руб./год)
- по м
альдегиду:
ставка платы: 2200*0,8
= 1760
плата за выброс:
5*1760(1,22-0,0000009)*2000*3600/1000000 = 77299,2 (руб./ год)
Общая плата за сверхлимитный выброс:
83135,3 (руб./год)
Плата за выброс в год: 87028,6 (руб./
год)
Задание № 4
Рассчитать значение приземной концентрации
См NO2 и муравьиного альдегида при выбросе из с
реостатной установки, расстояние Хм от
источника выброса, где при неблагоприятных условиях достигается См веществ,
опасную скорость ветра Uв
на уровне 10 м от земли, при котором
достигается максимальная
приземная концентрация веществ, а также значения приземных концентраций
веществ С, по оси факела выброса на расстоянии 10,50, 100, 200,300.
Определить границу СЗЗ предприятия, при условии, что этот источник
выброса единственный. Влияние застройки на рассеивание загрязняющих веществ не учитывалось.
Исходные данные. Реостатная установка работает на дизельном топливе. предприятие находится в Тульской области. (А
= 200). Согласно расчету, приведенному в предыдущей задачt V =
0,075 м3/с. Высота трубы – 3 м. Диаметр трубы – 0,15 м. Скорость выхода смеси –
0,637 м/с. ∆ т = 3200С. Фактический выброс для NO2 – 0.00735 мг/с. Фактический выброс
для альдегида: 0,00078 мг/с
Значения рассчитанных и принятых
коэффициентов:
f = 0,052
m =1,22
Vm =0,041
n =3
F = 1
Преобладающее направление ветра – Ю.
РЕШЕНИЕ
Таблица
4
|
Наименование вещества
|
Фактический выброс
|
Максимальное значение приземной концентрации (См)
|
|
NO2
|
0,00735
|
0,206138
|
|
Альдегид
|
0,00078
|
0,021876
|
Безразмерный коэффициент d:
d = 2.48*(1+0.28*0.37)=2.74
Опасная скорость ветра:
U в =
0,5 м/с
Расстояние от источника выброса Хм :
Хм = ((5-1)/4)*2,74*3
= 8,22 (м)
Таблица 5
Для NO2
|
Х
|
Хм
|
Х/Хм
|
S
|
См
|
С
|
|
10
|
8,22
|
1,22
|
0,9477
|
0,2061
|
0,1954
|
|
50
|
8,22
|
6,08
|
0,1945
|
0,2061
|
0,0401
|
|
100
|
8,22
|
12,17
|
0,0021
|
0,2061
|
0,0004
|
|
200
|
8,22
|
24,33
|
0,0011
|
0,2061
|
0,0002
|
|
300
|
8,22
|
36,50
|
0,0007
|
0,2061
|
0,0001
|
Таблица
6
Для
муравьиного альдегида
|
Х
|
Хм
|
Х/Хм
|
S
|
См
|
С
|
|
10
|
8,22
|
1,22
|
0,94767
|
0,02188
|
0,02073
|
|
50
|
8,22
|
6,08
|
0,19449
|
0,02188
|
0,00425
|
|
100
|
8,22
|
12,17
|
0,00208
|
0,02188
|
0,00005
|
|
200
|
8,22
|
24,33
|
0,00105
|
0,02188
|
0,00002
|
|
300
|
8,22
|
36,50
|
0,00070
|
0,02188
|
0,00002
|
Находим ПДК:
Для NO2: 0,085 мг/м3.
Расстояние от источника – 50 м.
Для альдегида: 0,035
мг/м3. Расстояние от источника – 10 м.
Уточненный размер СЗЗ:
- для NO2: 50*5/12,5 = 20 (м)
- для альдегида:
10*5/12,5 = 4 (м)
Таким образом, минимальное
расстояние от источника выброса (реостатной
установки) до жилой постройки должно составлять не менее 20 м.
Задача № 5
Оценить экологический ущерб от загрязнения атмосферы выбросами реостатной установки (NO2, альдегид) сравнить с величиной платы за выброс.
Исходные данные:
1)
среднегодовая температура наружного воздуха – 0 0С
2)
средняя температура выбрасываемой газовоздушной смеси –
320 0С
3)
высота
трубы – 15 м
4)
фактический выброс
для NO2: 7,35 кг/год,
для альдегида: 0,78 кг/год
5)
среднегодовой модуль скорости ветра -0,5 м/с
6)
общая зона
загрязнения 15 км2, из них территория предприятия – 60 % (9 км2), населенный
пункт – 30 % (4,5 км), лес – 10 % 1,5 (км2)
7)
скорость оседания – меньше 1 см/с
РЕШЕНИЕ
Экологическая оценка ущерба,
причиняемого выбросами:
Удельный экологический ущерб от выброса 1 т условных вредных веществ в
атмосферу равен 192 р / усл.
т
Расчетный показаель, характеризующий
относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха:
σ р = (15* 0,6*4+15*0,3*8+15*0,1*8)/15 = 5,6
Поправка на тепловой объем факела выброса в атмосферу:
φ =
1+320/75 = 5,3
Коэффициент, учитывающий характер
рассеивания частиц в атмосфере:
f = 100*4 / (100+5,3*3)(1+0,5) = 400/173,85 = 2,3
Показатель относительной опасности
примеси:
- для NO2:
А = 1/ 0,04 = 25
- для
муравьиного альдегида:
А= 1/0,012 = 83,3
Приведенная
масса годового выброса веществ:
- для NO2:
М = 25*7,35 =
183,75 (кг/ год) = 0,183 (т/ год)
- для альдегида:
М = 83,3* 0,78 =
64,97 (кг/ год) = 0,064 (т/ год)
Экологическая
оценка ущерба:
- для NO2:
Уа =
192*5,6*2,3*0,183 = 452,5 (руб./ год)
- для альдегида:
Уа =
192*5,6*2,3*0,064 = 158,26 (руб./ год)
Плата
за выброс 87028,6 руб./ год намного выше суммы ущерба от загрязнения.
Задача № 6
Оценить экологический ущерб от
загрязнения поверхностных вод в Краснодарском крае. В результате деятельности локомотивного депо, если сброс
сточных вод осуществляется в открытый водоем рыбохозяйственной категории.
Исходные данные.
Расход сточных вод q = 0,08 м3/с
Загрязняющие вещества и их концентрация
- никель (3,52
больше допустимого)
- взвешенные
вещества (38,72 равно допустимому)
- ртуть ( 0,053
больше допустимого)
РЕШЕНИЕ
Расчеты проводим в таблице 7.
Таблица
7
Расчет
экологического ущерба поверхностным
волам от сброса
|
Вещества
|
Концентрация в стоках
|
Фактическая масса, т/год
|
ПДК
|
Коэффициент приведения вещества, учитывающий его
относительную опасность
|
Приведенная масса
годового сброса вредного вещества в водоем
|
Удельный ущерб
водному объекту
|
Экологический ущерб
|
|
Никель
|
3,52
|
7,79
|
0,01
|
100
|
778,57
|
88700
|
103588429,8
|
|
Взвешенные вещества
|
38,72
|
85,64
|
39,47
|
0,025336
|
2,17
|
236
|
768,1131355
|
|
Ртуть
|
0,053
|
0,12
|
0,005
|
200
|
23,45
|
88700000
|
3119424307
|
|
ИТОГО
|
|
|
|
|
|
|
3223013505
|
Таким образом, экологический ущерб
равен 3,223 млн. руб. в год
Список литературы
1)
Акимова Т.А. Экология/ Т.ВА. Акимова, В.В. Хаскин. – М.: ЮНИТИ, 1998. – 455 с.
2)
Беспамятнов Г.П. Предельно
допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде/ Г.П. Беспамятнов, Ю.А. Кротов. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.
3)
Дедю И.И. Экологический
энциклопедический словарь/ И.И. Дедю. - Кишинев: МСЭ,
1990. – 406 с.
4)
Кондратьева Л.М. ведение в экологию. Учеб. пособие. –
Хабаровск: ДВГУПС, 2001. – 140 с.
5)
Кормилицын В.И. Основы экологии: Учеб. пособ/ В.И. Кормилицын, М.С. Цицкишвилли,
Ю.И. Яламов. – М.: Интерстиль,
1997. - 365 с.
6)
Мазур И.И. Кур инженерной
экологии: Учеб.. – М.: Высшая школа, 1999. – 447 с.
7)
Павлова Е.И. Экология транспорта: Учеб. пособ/ Е.И. Павлова, Ю.В. Буравлев.
– М.: Транспорт, 1998. – 232 с.
8)
Цветкова Л.И. Экология: Учеб./ Л.И. Цветкова, М.И. Алксеев. – М.: Хииздат, 1999. –
488 с.