Содержание
Теоретическая
часть. 3
1. Определение природы, окружающей среды, экологического
бумеранга. 3
2. Биотическая структура экосистем. 4
3. Законы действия экологических факторов. Взаимодействие
и компенсация факторов. 7
4. Загрязнение природной среды (определение и
классификация) 9
5. Влияние основных ингредиентов загрязнения на здоровье
людей. 11
6. Технологические и организационные мероприятия по защите
атмосферы 16
Практическая часть. 20
Задача № 1. 20
Задача № 2. 24
Список литературы.. 29
Теоретическая часть
1. Определение природы, окружающей среды, экологического
бумеранга
Природой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов,
взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена
веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система
сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.
Таким образом, для природы характерны три признака[4, с. 15]:
1) природа обязательно
представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
2) в рамках природы осуществляется
полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его
разложением на неорганические составляющие;
3) природа сохраняет устойчивость
в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой
биотических и абиотических компонентов.
Примерами природных объектов являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша,
океан, биосфера.
Таким образом, устройство природы следует рассматривать как системное
целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых
является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит
обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в
масштабах планеты. Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что
нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как
экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу
своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть,
она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру,
прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как
биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро
изменяющимся внешним условиям и скорее всего исчезнет первым.
Окружающая среда- это все
природные объекты и явления, окружающие человека в процессе его деятельности и
существующие независимо от него.
Экологической бумеранг- это явление возврата человеку со стороны природы и окружающей
среды отрицательных фактов и процессов,
связанных с антропогенной деятельностью человека.
2. Биотическая структура экосистем
Экосистемы являются экологическими единицами биосферы, имеют видовую,
пространственную, трофическую структуру, что определяет обмен веществ как между
организмами, так и между живыми и абиотическими ее компонентами.
Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого
единства проявляется в следующем. Из элементов неживой природы, главным образом
молекул CO2 и H2O, под воздействием энергии солнца синтезируются органические
вещества, составляющие все живое на планете. Процесс создания органического
вещества в природе происходит одновременно с противоположным процессом -
потреблением и разложением этого вещества вновь на исходные неорганические
соединения. Совокупность этих процессов протекает в рамках экосистем различных
уровней иерархии. Чтобы эти процессы были уравновешены, природа за миллиарды
лет отработала определенную структуру живого вещества системы[3, с. 79].
Движущей силой в любой материальной системе служит энергия. В экосистемы
она поступает главным образом от Солнца. Растения за счет содержащегося в них
пигмента хлорофилла улавливают энергию излучения Солнца и используют ее для
синтеза основы любого органического вещества - глюкозы C6H12O6.
Кинетическая энергия солнечного излучения преобразуется таким образом в
потенциальную энергию, запасенную глюкозой. Из глюкозы вместе с получаемыми из
почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани
растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть
органическое вещество планеты.
Кроме растений продуцировать органическое вещество могут некоторые
бактерии. Они создают свои ткани, запасая в них, как и растения, потенциальную
энергию из углекислого газа без участия солнечной энергии. Вместо нее они
используют энергию, которая образуется при окислении неорганических соединений,
например, аммиака, железа и особенно серы (в глубоких океанических впадинах,
куда не проникает солнечный свет, но где в изобилии скапливается сероводород,
обнаружены уникальные экосистемы). Это так называемая энергия химического
синтеза, поэтому организмы называются хемосинтетиками.
Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое вещество из
неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют
продуцентами или автотрофами. Высвобождение запасенной продуцентами
потенциальной энергии обеспечивает существование всех остальных видов живого на
планете. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник
вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами или
гетеротрофами[3, с. 79].
Консументы - это самые разнообразные организмы (от микроорганизмов до синих
китов): простейшие, насекомые, пресмыкающиеся, рыбы, птицы и, наконец,
млекопитающие, включая человека.
Консументы, в свою очередь, подразделяются на ряд подгрупп в соответствии
с различиями в источниках их питания.
Животные, питающиеся непосредственно продуцентами, называются первичными
консументами или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу
вторичные консументы. Например, кролик, питающийся морковкой, - это консумент
первого порядка, а лиса, охотящаяся за кроликом, - консумент второго порядка.
Некоторые виды живых организмов соответствуют нескольким таким уровням.
Например, когда человек ест овощи - он консумент первого порядка, говядину -
консумент второго порядка, а употребляя в пищу хищную рыбу, выступает в роли
консумента третьего порядка.
Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются
растительноядными или фитофагами. Консументы второго и более высоких порядков -
плотоядные. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относятся
к всеядным, например, человек.
Мертвые растительные и животные остатки, например опавшие листья, трупы
животных, продукты систем выделения, называются детритом. Это органика!
Существует множество организмов, специализирующихся на питании детритом. Они
называются детритофагами. Примером могут служить грифы, шакалы, черви, раки,
термиты, муравьи и т.п. Как и в случае обычных консументов, различают первичных
детритофагов, питающихся непосредственно детритом, вторичных и т. п.
Наконец, значительная часть детрита в экосистеме, в частности опавшие листья,
валежная древесина, в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается
в процессе питания ими грибов и бактерий.
Поскольку роль грибов и бактерий столь специфична, их обычно выделяют в
особую группу детритофагов и называют редуцентами. Редуценты служат на Земле
санитарами и замыкают биогеохимический круговорот веществ, разлагая органику на
исходные неорганические составляющие - углекислый газ и воду.
Таким образом, несмотря на многообразие экосистем, все они обладают
структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения
- продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и
составляют биотическую структуру экосистем.
3. Законы действия экологических факторов. Взаимодействие и компенсация
факторов
Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит
название среды обитания. Множество отдельных компонентов среды, влияющих на
организмы, называются экологическими факторами.
По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные
факторы. Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или
косвенно влияют на живые организмы.
Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на
друга.
Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые
организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов,
порождаемых человеком. Антропогенные факторы - это все формы деятельности
человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания
и других видов и непосредственно сказываются на их жизни[1, с. 179].
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.
Законы воздействия экологических
факторов на живые организмы
Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их
происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их
воздействия на живые организмы.
Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все
условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это
условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно
ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим
фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов
ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей,
влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химик органик Юстас Либих
первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента
питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал
это явление законом минимума; в честь автора его еще называют законом Либиха.
В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость
организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но
и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы
удобрениями и т.п. Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором
может быть и максимум, ввел спустя 70 лет после Либиха американский зоолог
В.Шелфорд, сформулировавший закон толерантности. Согласно закону толерантности
лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум,
так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет
величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность
организма к данному фактору.
Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной
оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия
фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность
популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально
переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых
существование организма или популяции уже невозможно[5, с. 55].
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.
Виды, для существования которых необходимы строго определенные
экологические условия, называют стенобионтными, а виды, приспосабливающиеся к
экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными.
Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей
его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической
предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может
существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда
соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее
колебаниям и изменениям.
4. Загрязнение природной среды (определение и классификация)
Загрязнение окружающей среды — нежелательное изменение её свойств в
результате антропогенного поступления различных веществ и соединений. Источники
загрязнения среды различны[4,
с. 35]:
1.
Добыча природных ресурсов
2.
Возвращение в природу огромной массы отходов
хозяйственной деятельности человека.
3.
Загрязнение гидросферы
4.
Загрязнение атмосферы
5.
Загрязнение литосферы
6.
Радиоактивное загрязнение
Загрязнение литосферы
3агрязнение литосферы (почвенного
покрова) происходит в результате образования миллионов гектаров нарушенных
земель, возникающих. в процессе строительства и горных разработок. Так называемые
«бедленды» («дурные земли»), полностью или почти полностью потерявшие свою
продуктивность, занимают 1% поверхности суши. Еще более важная причина
загрязнения — промышленные и сельскохозяйственные отходы. В роли главных
загрязнителей выступают металлы и их соединения, удобрения, ядохимикаты, радиоактивные
вещества. Все более сложной становится проблема накопления бытового мусора;
огромные мусорные свалки стали характерным признаком городских окраин. Не
случайно на Западе по отношению к нашему времени иногда применяют термин
«мусорная цивилизация».
Загрязнение гидросферы
Загрязнение гидросферы происходит прежде всего в результанте сброса в
реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод.
Согласно расчетам ученых, в конце XX в. для разбавления сточных вод может
потребоваться 25 тыс. км пресной воды, или практически все реально доступные
ресурсы такого стока! Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не столько в
росте непосредственного водозабора главная причинна обострения проблемы пресной
воды.
К числу сильно загрязнённых относятся многие реки — Рейн, Дунай, Сена,
Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растёт загрязнение мирового океана, при этом
наиболее загрязнены внутренние моря — Средиземное, Северное, Балтийской,
Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский
заливы.
Загрязнение атмосферы
Загрязнение атмосферы происходит в результате работы промышленности,
транспорта и т.д., которые в совокупности ежегодно выбрасывают «на ветер» более
20 млрд. т. твёрдых и газообразных
частиц. Основными загрязнителями атмосферы являются окись углерода и
сернистый газ.
Радиоактивное
загрязнение биосферы
Проблема
радиоактивного загрязнения биосферы возникла в 1945 г. после взрыва атомных
бомб, сброшенных на японские города. Испытания ядерного оружия, производимые до
1962 г. в атмосфере, вызвали глобальное радиоактивное загрязнение. При взрыве
атомных бомб возникает очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные
частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоёмы, живые
организмы. Многие радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада,
оставаясь опасными в течении всего времени своего существования[1, 5 и др.].
Все эти изотопы
включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают
губительное действие на клетки. Очень опасны стронций-90 и цезий-137, которые
близки к кальцию и калию соответственно. Попадая в организм и накапливаясь в
нём, они оказывают на него губительное влияние. Кроме радиоактивного заражения,
у испытаний и тем более применений ядерного оружия в военных целях есть ещё
одна отрицательная сторона. При ядерном взрыве в атмосферу поднимается огромное
количество пыли. Эта пыль в течении длительного времени может задерживать
солнечную радиацию. В результате этого может произойти похолодание, которое
приведёт к гибели всё живое на земле.
5. Влияние основных ингредиентов загрязнения на здоровье людей
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени
оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в
организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания
страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50% частиц примеси
радиусом 0,01-0.1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку
они: а токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе; б) служат
помехой для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально
очищается респираторный (дыхательный) тракт; в) служат носителем поглощенного
организмом ядовитого вещества.
В некоторых случаях воздействие одни из загрязняющих веществ в комбинации
с другими приводят к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие
каждого из них в отдельности. Большую роль играет продолжительность воздействия[3, с. 111].
Статистический анализ позволил достаточно надежно установить зависимость
между уровнем загрязнения воздуха и такими заболеваниями, как поражение верхних
дыхательных путей, сердечная недостаточность, бронхиты, астма, пневмония,
эмфизема легких, а также болезни глаз. Резкое повышение концентрации примесей,
сохраняющееся в течение нескольких дней, увеличивает смертность людей пожилого
возраста от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. В декабре 1930 г.
в долине реки Маас (Бельгия) отмечалось сильное загрязнение воздуха в течение 3
дней; в результате сотни людей заболели, а 60 человек скончались - это более
чем в 10 раз выше средней смертности. В январе 1931 г. в районе Манчестера
(Великобритания) в течение 9 дней наблюдалось сильное задымление воздуха,
которое явилось причиной смерти 592 человек. Широкую известность получили
случаи сильного загрязнения атмосферы Лондона, сопровождавшиеся многочисленными
смертельными исходами. В 1873 г. в Лондоне было отмечено 268 непредвиденных
смертей. Сильное задымление в сочетании с туманом в период с 5 по 8 декабря
1852 г. привело к гибели более 4000 жителей Большого Лондона. В январе 1956
г. около 1000 лондонцев погибли в
результате продолжительного задымления. Большая часть тех, кто умер неожиданно,
страдали от бронхита, эмфиземы легких или сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Оксид
углерода
Концентрация СО, превышающая предельно допустимую, приводит к физиологическим
изменениям в организме человека, а концентрация более 750 млн к смерти. Объясняется это тем, что СО -
исключительно агрессивный газ,, легко соединяющийся с гемоглобином ( красными
кровяными тельцами). При соединении образуется карбоксигемоглобин, повышение
(сверх нормы, равной 0.4%) содержание которого в крови сопровождается[3, 4 и
др.]:
а) ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов
времени,
б) нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга ( при содержании
2-5%),
в) изменениями деятельности сердца и легких ( при содержании более 5%),
г) головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и смертностью
( при содержании 10-80%).
Степень воздействия оксида углерода на организм зависят не только от его
концентрации, но и от времени пребывания (экспозиции) человека в загазованном
СО воздухе. Так, при концентрации СО равной 10-50 млн (нередко наблюдаемой в
атмосфере площадей и улиц больших городов), при экспозиции 50-60 мин отмечаются
нарушения, приведенные в п. "а", 8-12 ч - 6 недель - наблюдаются
изменения, указанные в п.. "в". Нарушение дыхания, спазмы. Потеря
сознания наблюдаются при концентрации СО, равной 200 млн, и экспозиции 1-2 ч
при тяжелой работе и 3-6 ч - в покое. К счастью, образование карбоксигемоглобина
в крови - процесс обратимый: после прекращения вдыхания СО начинается его
постепенный вывод из крови; у здорового человека содержание СО в крови каждые
3-4 ч и уменьшается в два раза. Оксид углерода - очень стабильное вещество,
время его жизни в атмосфере составляет 2-4 мес. При ежегодном поступлении 350
млн. т концентрация СО в атмосфере должна была бы увеличиваться примерно на
0,03 млн-1/год. Однако этого, к счастью, не наблюдается, чем мы обязаны в
основном почвенным грибам, очень активно разлагающим СО (некоторую роль играет
также переход СО в СО2).
Диоксид серы и серный ангидрид
Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3) в комбинации со взвешенными
частицами и влагой оказывают наиболее вредной воздействие на человека, живые
организмы и материальные ценности SO2 - бесцветный и негорючий газ, запах
которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн, а при
концентрации свыше 3 млн SO2 имеет
острый раздражающий запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной
кислотой (раздражитель более сильный, чем SO2)
уже при среднегодовом содержании 9,04-0,09 млн. и концентрации дыма
150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней
легких, а при среднесуточном содержании SO2 0,2-0,5 млн и концентрации дыма
500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных
исходов. При концентрации SO2 0,3-0,5 млн в течение нескольких дней наступает хроническое поражение листьев растений
(особенно шпината, салата, хлопка и люцерны), а также иголок сосны.
Оксиды
азота и некоторые другие вещества
Оксиды азота (прежде всего, ядовиты диоксид азота NO2), соединяющиеся при
участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди наибольшей
реакционной способностью обладают олеофины), образуют пероксилацетилнитрат
(ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат
(ПБН), озон (О3), перекись водорода (Н 2О2), диоксид азота. Эти окислители-
основные составляющие фотохимического смога, повторяемость которого велика в сильно
загрязненных городах, расположенных в низких широтах северного и южного
полушария (Лос-Анджелес, в котором около 200 дней в году отмечается смог,
Чикаго, Нью-Йорк и другие города США; ряд городов Японии, Турции, Франции, Испании , Италии, Африки и Южной Америки)[5,
с. 12].
Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН
и озона, показывает, что в ряде южных городов бывшего Советского Союза летом в околополуденные часы (когда
велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения,
начиная с которых отмечается образование смога. Так, в Алма-Ате, Ереване,
Тбилиси, Ашхабаде, Баку, Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях
загрязнения воздуха максимальная скорость образования О3 достигла 0,70-0,86
мг/(м3 ×ч),
в то время как смог возникает уже при скорости 0,35 мг/(м3 ×
ч).
Наличие в составе ПАН диоксида азота и йодистого калия придает смогу
коричневый оттенок. При концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой
жидкости губительно действующей на растительный покров.
Все окислители, в первую очередь ПАН и ПБН, сильно раздражают и взывают
воспаление глаз, а в комбинации с озоном раздражают носоглотку, приводят к
спазмам грудной клетки, а при высокой концентрации (свыше 3-4 мг/м3) вызывают
сильный кашель и ослабляют возможность на чем либо сосредоточиться.
Назовем некоторые другие загрязняющие воздух вещества, вредно действующие
на человека. Установлено, что у людей,
профессионально имеющих дело с
асбестом повышена вероятность раковых заболеваний бронхов и диафрагм,
разделяющих грудную клетку и брюшную полость. Берилий оказывает вредное
воздействие(вплоть до возникновения онкологических заболеваний) на дыхательные
пути, а также на кожу и глаза. Пары ртути вызывают нарушение работы центральной
верхней системы и почек. Поскольку ртуть может накапливаться в организме
человека, то в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных
способностей.
В городах вследствие постоянно увеличивающегося загрязнения воздуха
неуклонно растет число больных, страдающих такими заболеваниями, как хронический
бронхит, эмфизема легких, различные аллергические заболевания и рак легких. В
Великобритании 10% случаев смертельных исходов приходится на хронический
бронхит, при этом 21; населения в возрасте 40-59 лет страдает этим
заболеванием. В Японии в ряде городов до 60% жителей болеют хроническим
бронхитом, симптомами которого является сухой кашель с частыми отхаркиваниями,
последующее прогрессирующее затруднение дыхания и сердечная недостаточность (в
связи с этим следует отметить, что так называемое японское экономическое чудо
50-х - 60-х годов сопровождалось сильным загрязнением природной среды одного из
наиболее красивых районов земного шара и серьезным ущербом, причиненным
здоровью населения этой страны). В последние десятилетия с вызывающей сильную
озабоченность быстротой растет число заболевших раком бронхов и легких,
возникновению которых способствуют канцерогенные углеводороды.
6. Технологические и организационные мероприятия по защите атмосферы
1. Изготовление более эффективного
электрооборудования.
Очень много тратится на отопление, освещение и кондиционирование воздуха.
Специалисты считают, что существующая технология позволяет сократить затраты
вдвое, и капиталовложения окупятся.
Благодаря новым стандартам эффективности, отопительные и
водонагревательные системы уже потребляют
меньше энергии при том же выходе тепла. Такой подход к освещению,
отоплению и кондиционированию воздуха был бы самым быстрым и дешевым способом
уменьшить загрязнение воздуха углекислым газом.
2. Производство более экономичных
автомобилей.
Похожие результаты даст введение более жёстких стандартов на расход
горючего в автомобилях. С помощью уже разработанной технологии расход горючего
можно сократить вдвое. Однако последние тенденции в автомобилестроении не
ориентированы на повышение эффективности автомобилей. В моде большие
автомашины, возрос спрос на мощные, пожирающие бензин грузовики и на автомобили
с приводом на четыре колеса. Изобретённые модели экономичных автомобилей не
используются.
3. Применение более эффективного горючего.
Переход
на другие виды топлива – ещё одна действенная мера в борьбе с потеплением
климата. При сжигании природного газа образуется вдвое меньше углекислоты, чем
при сжигании угля, а новые технологические процессы делают газ ещё чище. Однако
Соединённые Штаты и другие страны богаты углем больше, чем каким-либо другим
ископаемым топливом, поэтому такой переход трудно осуществить. Используя
новейшие газовые турбины на электростанциях, можно втрое сократить выброс
углекислого газа в атмосферу и полностью прекратить выброс серы, тем самым,
способствуя решению двух проблем: потепления климата и кислотных дождей.
4. Использование альтернативных источников
энергии.
Разработаны методы производства электричества на основе различных источников
энергии, не связанных с ископаемым топливом. Например, прямое использование
солнечной энергии и силы ветра не создаёт парникового эффекта. Наиболее
преуспели в развитии солнечной энергии США
и Франция. Они приступили к эксплуатации первых солнечных
электростанций. Фотоэлементы используются для превращения солнечной энергии в
электричество, что позволяет справиться с пиковыми нагрузками, возникающими в
летние месяцы, когда усиленно работают установки кондиционирования воздуха. Прямое
использование солнечной энергии может широко распространиться. Человеку также
служит энергия ветра. Большие работы по конструированию и промышленному выпуску
современных ветровых установок ведутся сегодня во Франции, Дании, США,
Великобритании, Италии и др. странах. Энергия ветра, которая производит 1500
мегаватт электричества может быть использована в дальнейшем будущем. Глубокий
интерес проявляется к применению энергии земных недр. Технические возможности позволяют
сегодня использовать геотермальную энергию там, где есть естественные выходы
горячего пара и термальных вод. Это гейзеры Исландии, Камчатки, США, Италии,
Мексики и Новой Зеландии. Геотермальная энергия может использоваться для
обогрева помещений и производства электрической энергии. Все эти источники
энергии безопасны для человека и окружающей среды, поэтому их широкое
применение должно применятся уже сейчас.
5. Переработка отходов.
Наиболее перспективным способом решения проблемы мусора и отходов является
их переработка. Получили развитие следующие основные направления в переработке:
органическая масса используется для получения удобрений, текстильная и бумажная
макулатура используется для получения новой бумаги, металлолом направляется на
переплавку. Основной проблемой в переработке является сортировка мусора и
разработка технологических процессов переработки. Экономическая
целесообразность способа переработки отходов зависит от стоимости
альтернативных методов их утилизации, положения на рынке вторсырья и затрат на
переработку. Долгие годы деятельность по переработке отходов затруднялась из-за
того, что существовало мнение, будто любое дело должно приносить прибыль.
Но забывалось, что переработка, по сравнению
с захоронением и сжиганием, - наиболее эффективный способ решения проблемы
отходов, так как требует меньше правительственных субсидий. Кроме того, он
позволяет экономить энергию и беречь окружающую среду. И поскольку стоимость
площадей для захоронения мусора растёт из-за ужесточения норм, а печи слишком
дороги и опасны для окружающей среды, роль переработки отходов будет неуклонно
расти.
6. Способы защиты атмосферы от загрязнения.
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных
способов защиты её от загрязнения, а также способов предупреждения вредного
воздействия загрязнителей воздуха. Атмосфера
может содержать определённое количество загрязнителя без проявления
вредного воздействия, т.к. происходит естественный процесс её очистки. Первым
шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха,
является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.
Стандарты качества определяют уровни качества воздуха и предельно допустимые
выбросы (ПДВ), которые необходимо выдерживать для обеспечения безопасности жизни.
Контролирующие органы обязаны осуществлять количественный и качественный
контроль. Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование
применения передовых технологических процессов, замена вредных материалов
безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих. На
промышленных предприятиях используются процессы или устройства для газоочистки
и пылеулавливания, чтобы уменьшить лили предотвратить величину выброса.
Процессы газоочистки могут также разрушить или менять его химические или
физические свойства так, что он становится менее опасным. В некоторых случаях
используют метод рассеивания в атмосфере. Дымовые трубы должны быть достаточно
высокими (300-350 метров), для обеспечения хорошего разбавления примесей путём обтекания воздуха
вокруг зданий в зоне аэродиначеских теней. Кроме того, необходимо учитывать температуру
выбросов и месторасположение труб. Предприятия строят с подветренной стороны по
отношению к жилым районам. На ряде предприятий факельные газы используют для
отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль.
Практическая часть
Задача № 1
УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ
Дайте санитарно- гигиеническую оценку
загрязнения атмосферы исходя из данных варианта задания.
РЕШЕНИЕ
Дать санитарно- гигиеническую оценку загрязнения
атмосферы- значит сравнить фактические концентрации примесей в воздухе с предельно допустимыми
концентрациями по условиям нормирования.
1) Для населенных
мест нормирование примесей атмосферы при
экспозиции не более 20 минут фактические концентрации будут сравниваться с
ПДК максимальной разовой (ПДК м.р.),
которая устанавливается при температуре 0 0С.
2) Далее
приведем формулы привода концентраций к
размерности мг/ м3:
где ррм – концентрация примеси в млн. -1
ММ – молекулярная масса загрязняющего
вещества, кг/ кмоль
V 0 – мольный объем, м3.
% об. – концентрация в объемных частях
примеси на 102 объемных частей
воздуха
Результаты перерасчетов по ингредиентам:
- оксид
углерода: 200*44/22,4*103 = 0,393 (мг/м3)
- ангидрид
сернистый: 0,018*64,06/22,4 = 0,051 (мг/ м3)
- диоксид азота: 2*10-6 *46*104/22,4
= 0,041 (мг/ м3)
3) Результаты
расчетов занесем в таблицу 1
Таблица
1
Результаты
расчетов показателей
|
№ п/п
|
Наименование ингредиента
|
Приземная
концентрация (Сi)
|
Фоновая
концентрация (Сфi)
|
ПДК м.р. i
|
|
1
|
Оксид углерода
|
0,393
|
1,2
|
5
|
|
2
|
Аммиак
|
0,028
|
0
|
0,2
|
|
3
|
Сероводород
|
0,0004
|
0
|
0,008
|
|
4
|
Диоксид серы
|
0,051
|
0
|
0,5
|
|
5
|
Диоксид азота
|
0,041
|
0,005
|
0,085
|
|
6
|
Фенол
|
0,19
|
0
|
0,01
|
|
7
|
Ацетон
|
0,0004
|
0
|
0,35
|
|
8
|
Фтористый водород
|
0,08
|
0
|
0,02
|
|
9
|
Взвешенные вещества
|
0
|
0
|
0,5
|
|
10
|
Ксилол
|
0
|
0,02
|
0,2
|
|
11
|
Бензин
|
0
|
0,8
|
5
|
|
12
|
Анилин
|
0
|
0,028
|
0,005
|
|
13
|
Серная кислота
|
0
|
0,1
|
0,4
|
4) В таблице 2
представлены вещества, образующие группы суммации
Таблица
2
Группы
суммации
|
№ группы суммации
|
Вещества, входящие
в группу
|
|
5
|
аммиак, сероводород
|
|
9
|
диоксид азота,
диоксид серы
|
|
10
|
диоксид азота,
диоксид серы, оксид углерода, фенол
|
|
13
|
ацетон, фенол
|
|
38
|
диоксид серы, фенол
|
|
39
|
диоксид серы,
фтористый водород
|
|
41
|
диоксид серы, серная
кислота
|
|
43
|
диоксид серы,
сероводород
|
5) оценка
загрязнения атмосферы по условию нормирования для населенных пунктов:
, (1)
Таблица
3
Оценка
загрязнения атмосферы по условию нормирования для групп суммации
|
№ группы суммации
|
Вещества, входящие
в группу
|
Расчет по условию
суммации
|
Значение
|
Соотнесение с нормой
|
Характеристика
|
|
5
|
аммиак, сероводород
|
0,028/0,2+0,0004/0,008
|
0,19
|
меньше 1
|
хорошо
|
|
9
|
диоксид азота, диоксид
серы
|
0,051/0,5+(0,041+0,005)/0,085
|
0,64
|
меньше 1
|
Хорошо
|
|
10
|
диоксид азота, диоксид
серы, оксид углерода, фенол
|
0,051/0,5+(0,041+0,005)/0,085+(0,393+1,2)/5+0,19/0,1
|
2,87
|
Больше 1
|
Превышение норма в
2,87 раза
|
|
13
|
ацетон, фенол
|
0,0004/0,35+0,19/0,1
|
1,9
|
Больше 1
|
Превышение нормы в
1,9 раз
|
|
38
|
диоксид серы, фенол
|
0,051/0,5+0,19/0,1
|
2,002
|
больше 1
|
Превышение нормы в 2 раза
|
|
39
|
диоксид серы, фтористый
водород
|
0,051/0,5+0,08/0,02
|
4,102
|
Больше 1
|
Превышение нормы в
4 раза
|
|
41
|
диоксид серы.
Серная кислота
|
0,051/0,5+0,1/0,4
|
0,352
|
меньше 1
|
Хорошо
|
|
43
|
диоксид серы, сероводород
|
0,051/0,5+0,0004/0,008
|
0,152
|
меньше 1
|
Хорошо
|
Условие нормирования для остальных
веществ
, (2)
Таблица
4
Проверка
условия нормирования для остальных веществ, не вошедших в группу суммации
|
№ п/п
|
Ингредиент
|
Приземная концентрация Сi
|
Фоновая концентрация
С фi
|
Сi+Cфi
|
ПДК м.р. i
|
Сравнение с нормой
|
Характеристика
|
|
9
|
Взвешенные вещества
|
0
|
0
|
0
|
0,5
|
меньше
|
хорошо
|
|
10
|
Ксилол
|
0
|
0,02
|
0,02
|
0,2
|
меньше
|
хорошо
|
|
11
|
Бензин
|
0
|
0,8
|
0,8
|
5
|
меньше
|
Хорошо
|
|
12
|
Анилин
|
0
|
0,028
|
0,028
|
0,05
|
меньше
|
Хорошо
|
Таким образом, в загрязнении атмосферы при оценке санитарно-
гигиенической обстановки следует отметить наличие опасной группой суммации № 10 с присутствием диоксида азота, диоксида серы, оксида
углерода и фенола, № 13 с присутствием ацетона и фенола, а также суммации № 38 с присутствием диоксида серы и фенола, групповая
суммация № 39 с присутствием диоксида серы и фтористого водорода.
Задача № 2
УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ
По исходным данным дайте прогноз
качества воды.
РЕШЕНИЕ
1)
В таблице 5 определены
исходные данные задачи
Таблица
5
Исходные
данные задачи
|
Наименование показателя
|
Обозначение
|
Значение
|
|
Объект, расположенный
на участке
|
|
Водозабор
хлебозавода
|
|
Отметка сброса СВ,
км
|
|
10
|
|
Отметка
расположения объекта, км
|
|
14
|
|
Коэффициент извилистости
|
Ки
|
1,1
|
|
Вид сброса
|
|
В фарватер
|
|
Скорость течения,
м/с
|
V
|
0,3
|
|
Средняя глубина, м
|
Y
|
2,2
|
|
расход реки, м3/с
|
Q
|
7,2
|
|
Расход СВ, м3/с
|
q
|
0,15
|
|
Концентрация в СВ,
г/м3
|
Сст
|
|
|
ацетона
|
|
0,8
|
|
фенола
|
|
0,04
|
|
нитриты
|
|
1,2
|
|
нитраты
|
|
21
|
|
нефтепродукты
|
|
3,4
|
|
Медь
|
|
0,04
|
|
Ртуть
|
|
0,0006
|
|
Фоновые
концентрации
|
Ср
|
|
|
Нитраты
|
|
0,2
|
|
Нитриты
|
|
0,03
|
|
Ацетона
|
|
0,02
|
2)
Вид и
категория водопользования- хозяйственно-
питьевое
3)
Контрольный створ
и расстояние до него от сброса сточных вод (L) – через 500 м от сброса сточных вод
4)
схема
10 км 500 м
отметка сброса СВ отметка контрольного створа
Рис.
1. Схема участка
5)
Коэффициент турбулентной диффузии
Разбавление сточных вод
Коэффициент
смешения
6)
Концентрация примесей в контрольной среде
7)
Составим таблицу 6
Таблица
6
|
Вещество
|
Концентрация
|
ПДК, мг/м3
|
Лимитирующий признак
вредности (ЛПВ)
|
Класс опасности
|
Сi/ПДК i
|
Соотнесение с условием
|
Характеристика
|
|
Сск
|
Сф
|
|
Ацетон
|
0,068
|
0,02
|
2,2
|
общесан
|
3
|
0,031
|
меньше 1
|
хорошо
|
|
Фенол
|
0,0025
|
0
|
0,001
|
орг. запах
|
4
|
2,5
|
больше 1
|
плохо
|
|
Нитриты
|
0,102
|
0,03
|
3,3
|
сан. токс
|
2
|
-
|
-
|
-
|
|
Нитраты
|
1,47
|
0,2
|
45
|
сан. токс
|
3
|
0,033
|
меньше 1
|
хорошо
|
|
Нефтепродукты
|
0,21
|
0,0
|
0,1
|
органол. пленка
|
4
|
2,1
|
больше 1
|
плохо
|
|
Медь
|
0,0025
|
0
|
1
|
органол. пленка
|
3
|
0,0025
|
меньше 1
|
хорошо
|
|
Ртуть
|
0,000037
|
0
|
0,0005
|
сан. токс.
|
1
|
-
|
-
|
-
|
В суммации в населенных пунктах
входят вещества с одинаковым ЛПВ 1 и 2 классов опасности. В нашем задании к таким суммациям относим суммацию, состоящую из нитритов и ртути.
Для суммации проверяем условие:
С1/ПДК1 + С2/ПДК2 ≤ 1, (3)
0,102/3,3+0,000037/0,0005 = 0,1 ≤ 1- истина
Условие соблюдено, значит суммация не опасна.
Для остальных веществ проверяем соблюдение условия:
Сi/ПДКi< 1, (4)
Оценка санитарно- гигиенической обстановки:
- опасность
представляет превышение фенола в водоеме в 2,5 раза;
- опасность
составляет превышение нефтепродуктов в 21 раза от нормы.
Список литературы
1)
Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В
2 т. - М.:Мир, 1993.
2)
Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986.
3)
Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека
Среды: Словарь-справочник. - М.: Просвещение, 1992. - 320 с.
4)
Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология.
5)
М.: Высш. шк., 1988. - 272 с.
6)
Рузалин Г. И. "Концепция современного
естествознания" М.1997г.
7)
Экология. Учебник. Е.А.Криксунов., Москва, 1995г..-
240с.