Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Лекция «Задачи экологии» по Экологии (Зеленская М. В.)

Как самостоятельная наука экология сформировалась приблизительно к 1900 г. Термин "экология" был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Следовательно, это сравнительно молодая наука. Но именно она переживает в настоящее время период быстрого роста.

Экология (греч. oicos - дом и logos - наука) в буквальном смысле - наука о местообитании.

Существует много определений экологии, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Эрнст Геккель дал этой науке исчерпывающее определение: "Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом экология - это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал условиями, порождающими борьбу за существовавание".

Экология, как и всякая другая наука, имеет два аспекта:

первый - это стремление к познанию ради самого познания,

второй - применение собранных знаний для решения практических проблем, связанных с окружающей средой.

Практический выход экологии можно видеть, прежде всего, в решении вопросов природопользования; именно она должна создать научную основу эксплуатации природных ресурсов. Экология изучает три группы факторов среды, воздействующих на организмы:

· абиотические

· биотические

· антропогенные.

Предметом изучения экологии в широкой постановке вопроса является система “организмы плюс среда их обитания”, причем среда, преобразованная самими организмами и, в частности, человеком.

Цель: Изучение законов функционирования экологических систем всех уровней и биосферы в целом в условиях природопреобразующей деятельности человечества и выработка тактики и стратегии поведения человечества в целях оптимизации функционирования этих систем.

Задачи экологии прямо вытекают из цели и существующих на планете проблем:

1) всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов;

2) определение порогов выносливости экологических систем по отношению к антропогенной нагрузке;

3) выработка критериев оптимальности функционирования экологических систем;

4) изучение обратимости и путей восстановления антропогенных нарушений экологических систем;

5) разработка прогнозов изменений в биосфере и состояний окружающей человека среды при разных сценариях политического, экономического и социального развития человечества;

6) отказ от дискредитировавшей себя природопокорительной идеологии и формирование идеологии и методологии экоцентризма, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования.

БИОТА

В понятие биота включаются объекты растительного и животного мира, обитающие на исследуемой территории. На примере этих объектов контролируется содержание загрязнителей, имеющих склонность к накоплению в растениях и животных, то есть веществ, содержание которых в биологических объектах выше, чем в абиотических средах. Это явление называется биоаккумуляцией. Первопричина биоаккумуляции в том, что поступление загрязнителя в живой объект происходит значительно легче, чем его выведение или разложение. Например, радиоактивный металл стронций (Sr 90) накапливается в костной ткани животных, так как его свойства весьма близки к кальцию, который является основой минеральной составляющей костей. Организм путает эти соединения и включает стронций в состав костей.

БИОСФЕРА

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831-1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845-1920) трех способов питания живых организмов:

* автотрофное — построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

* гетеротрофное — строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

* миксотрофное — смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

• Биосфера (в современном понимании) — своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

• Атмосфера — наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

* тропосфера — нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80 % газового состава атмосферы и весь водяной пар;

* стратосфера - слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 км в высоких широтах и от 16-18 км вблизи экватора до 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С, малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона.;

* ноносфера — там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78 %), O2 (21 %), CO2 (0,03 %).

• Гидросфера — водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

• Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Результат всех вышеперечисленных изменений в биосфере планеты дал повод французскому геологу Тейяр де Шардену заключить, что биосфера в настоящий момент быстро геологически переходит в новое состояние — в ноосферу, то есть такое состояние в котором человеческий разум и направляемая им работа представляют собой новую мощную геологическую силу. Это совпало, видимо не случайно, с тем моментом когда человек заселил всю планету, все человечество экономически объединилось в единое целое и научная мысль всего человечества слилась воедино, благодаря успехам в технике связи. Таким образом:

* Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве-времени;

* Человек во всех его проявлениях представляет собой часть биосферы;

* Прорыв научной мысли подготовлен всем прошлым биосферы и имеет эволюционные корни. Ноосфера — это биосфера, переработанная научной мыслью, подготавливающейся всем прошлым планеты, а не кратковременное и переходящее геологическое явление.

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ КАК ОСНОВА СУЩЕСТВОВАНИЯ БИОСФЕРЫ

Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.

В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них—в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200—300 лет.

Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.

Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ПО ТИПУ ПИТАНИЯ

Кроме того, существуют различные классификации исходя из важнейших свойств живых существ. Отдельного рассмотрения требует классификация живых организмов по типу питания. Питание – это процесс потребления вещества и энергии.

По типу питания живые организмы делятся:

1) по источнику энергии:

- фототрофы (используют световую энергию), например, дерево;

- хемотрофы (используют энергию химических связей), например, серобактерии, окисляющие H2S;

2) по источнику углерода:

- автотрофы (синтезируют органику на свету), например, дерево;

- гетеротрофы (используют в пищу готовые органические вещества), например, коровы;

3) по типу окисляемого субстрата:

- литотрофы (окисляют неорганические соединения H2O, H2S, S, H2);

- органотрофы (окисляют органические вещества).

Гетеротрофы, в свою очередь, делятся:

1) по способу получения пищи:

- фаготрофы (заглатывают куски) – животные;

- осмотрофы (поглощают питательнее вещества через клеточную стенку) – грибы, бактерии;

2) по состоянию пищи:

- биотрофы (питаются живыми организмами):

* фитофаги (едят растения) – коровы,

* зоофаги (едят животных) – тигр,

- сапротрофы (питаются мертвой органикой):

* сапрофиты (растения, живущие на мертвой органике),

* сапрофаги (животные, питающиеся мертвой органикой),

* копрофаги (питающиеся экскрементами),

* некрофаги (питающиеся трупами),

* детритофаги (питаются донной органикой в различной степени разложения).

Некоторые организмы способны к смешанному типу питания – миксотрофы. Это представители отдела эвгленовых водорослей (зоологи эту группу считают своей и называют ее «растительные жгутиконосцы»). Эти организмы питаются на свету как растения, а в темноте как животные.

ЭКОСИСТЕМА И БИОГЕОЦЕНОЗ

Экосистема (от греческого слова oikos — жилище, местопребывание) — любой природный комплекс (биокосная система). Он состоит из живых организмов и среды их обитания: косной (например, атмосфера) или биокосной (почва, водоем и т. п.), связанных между собой потоками вещества, энергии и информации. Гниющий пень со всеми его многочисленными обитателями (грибами, микроорганизмами, беспозвоночными) — экосистема небольшого масштаба. Озеро с водными и околоводными организмами (в том числе птицами, питающимися водными животными, прибрежной растительностью) — тоже экосистема, но большего масштаба. Самая большая экосистема — вся биосфера в целом.

В экосистеме всегда есть энергетический вход и выход. Большая часть энергии для существования экосистем поступает за счет энергии Солнца, первично улавливаемой автотрофами, основную массу которых составляют зеленые растения. По пищевым цепям эта энергия и вещество включаются в круговорот, характерный для каждой экосистемы. Первичные и вторичные гетеротрофы (травоядные и плотоядные животные) используют накопленную энергию и созданное автотрофами вещество, которое затем вновь поступает в круговорот после его разложения и минерализации гетеротрофами-сапрофитами (грибами, микроорганизмами). Выход из этого круговорота — в осадочные породы.

Термин «экосистема» предложил в 1935 г. английский ботаник А. Тенсли. В 1944 г. советский биолог В. Н. Сукачев ввел близкое к нему понятие «биогеоценоз». Биогеоценоз, в понимании В. Н. Сукачева, отличается от экосистемы определенностью своего объема. Экосистема может охватывать пространство любой протяженности — от капли прудовой воды до биосферы. Биогеоценоз — определенный участок территории, через который не проходит ни одна существенная биоценотическая, гидрологическая, климатическая, почвенная или геохимическая граница. Биогеоценозы — это кирпичики, из которых сложена вся биосфера. На суше границы биогеоценоза обычно выделяют по характеру растительного покрова: изменение растительности маркирует почвенные, геохимические и другие границы. Размеры биогеоценозов различны — от нескольких сотен квадратных метров до нескольких квадратных километров, а по вертикали — от нескольких сантиметров (на скальных породах) до нескольких сотен метров (в лесах). Совокупность популяций организмов, входящих в экосистему (обычно в пределах биогеоценоза), жизнь которых тесно связана с каким-то одним, центральным видом, называется консорцией (от латинского слова consortium — сообщество). Обычно в роли центрального вида консорции выступает растение, которое определяет весь характер биогеоценоза: в ельниках — ель, в сосняках — сосна, в ковыльной степи — ковыль и т. д. Связь между центральным видом и остальными в консорции может быть самая разная: через пищевые цепи, как местообитание (лишайник на стволе сосны), создание комфортных микроклиматических условий (влажность, тень под пологом дерева).

В ЧЕМ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА?

Известно, что под мониторингом окружающей среды подразумевают регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного, позволяющие оценить состояние и происходящие изменения под влиянием антропогенной деятельности. Мониторинг по своей сути является системой, включающей наблюдения, оценку наблюдения, прогноз, оценку прогноза, позволяющей правильно управлять качеством природной среды.

Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг объектов окружающей среды для обеспечения оценки среды обитания человека, биологических сообществ и экологических систем с целью принятия управленческих решений, когда показатели состояния одного или нескольких объектов не достигаются.

Основные принципы организации мониторинга: комплексность, систематичность, унифицированность.

Процедуры мониторинга:

• выделение объекта наблюдений;

• обследование выделенного объекта;

• составление информационной модели для объекта наблюдений;

• планирование измерений;

• оценка состояния объекта и идентификации его информационной модели;

• прогнозирование состояния изменения объекта наблюдений;

• представление информации в удобной для использования форме.

Основные среды мониторинга:

• население, демографические факторы, здоровье, социально - экономические факторы;

• атмосфера, все виды загрязнения;

• гидросфера, все виды загрязнения;

• почвы;

• биота; • урбанизированная среда.

Виды загрязнения:

• химическое;

• радиоактивное;

• тепловое;

• электромагнитное;

• шумовое.

Основной целью мониторинга является обеспечение системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности достоверной информацией, позволяющей:

• оценить состояние среды обитания человека, биологических сообществ;

• выявить причины отклонения показателей;

• оценить последствия изменения показателей;

• определить управляющие решения для ликвидации причин отклонения показателей.

Экологический мониторинг должен быть ориентирован на три основных показателя:

• соблюдение установленных национальных и международных требований к антропогенному воздействию;

• диагностика антропогенного воздействия;

• предупреждение последствий антропогенного воздействия.

Основные задачи экологического мониторинга:

• наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

• наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

• наблюдение за состоянием загрязнения природных сред;

• оценка состояния загрязнения природных сред;

• прогноз загрязнения природных сред, объектов природных сред.

Экологический мониторинг может иметь различный масштаб и охватывать:

• предприятие;

• населенный пункт;

• территорию и т.д.

Информационные потоки, необходимые для осуществления экологического мониторинга:

• источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду;

• процессы переноса и миграции загрязняющих веществ в природных средах;

• состояние здоровья человека;

• отклик биологических сообществ на антропогенное воздействие.

ПДК Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

КОНЦЕПЦИЯ ПДК

Время расцвета концепции «предельно-допустимых величин» приходится на середину ХХ века. ПДК устанавливались из расчёта, что существует некое предельное значение вредного фактора, ниже которого пребывание в данной зоне (или, например, использование продукта) совершенно безопасно.

Поэтому значения ПДК, устанавливаемые на основании экспериментальных данных о токсичности и иных привходящих обстоятельств, не одинаковы в разных странах и периодически пересматриваются.

Например, в России для свинца и его неорганических соединений ПДК в воде водоёмов хозяйственно-питьевого назначения — 0,1 мг/л, в воздухе производственных помещений — 0,01 мг/м³, в атмосферном воздухе — 0,007 мг/м³.

ВИДЫ ПДК

Уровни ПДК одного и того же вещества различны для разных объектов внешней среды:

ПДКсс — среднесуточное,

ПДКж.з. — жилой зоны,

ПДКр.з. — в рабочей зоне,

ПДКмр — максимально-разовое значение в воздухе,

ПДКпочв — в почве.

Максимально-разовое значение ПДК устанавливается для предотвращения рефлекторных реакций человека при кратковременном действии примесей. Среднесуточное значение ПДК устанавливается для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и сенсибилизирующего действия вещества на организм человека.

НОРМЫ ПДК

Значения ПДК включены в ГОСТы, санитарные нормы и другие нормативные документы, обязательные для исполнения на всей территории государства; их учитывают при проектировании технологических процессов, оборудования, очистных устройств и пр. Санитарно-эпидемиологическая служба в порядке санитарного надзора систематически контролирует соблюдение нормативов ПДК в воде водоёмов хозяйственно-питьевого водопользования, в атмосферном воздухе и в воздухе производственных помещений; контроль за состоянием водоёмов рыбопромыслового назначения осуществляют органы рыбнадзора.

КЛАСС ОПАСНОСТИ ПО ГОСТ 12.1.007-76

Стандарт ГОСТ 12.1.007-76 «Классификация и общие требования безопасности» устанавливает следующие признаки для определения класса опасности:

По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности:

I вещества чрезвычайно опасные

II вещества высокоопасные

III вещества умеренно опасные

IV вещества малоопасные

Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице:

Наименование показателя Норма для класса опасности

I II III IV ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, мг/м3

< 0,1 0,1—1,0 1,1—10,0 > 10,0

Средняя смертельная доза (LD50) при введении в желудок, мг/кг

< 15 15—150 151—5000 > 5000

Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг < 100 100—500 501—2500 > 2500

Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3 < 500 500—5000 5001—50000 > 50000

Коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО)

> 300 300—30 29—3 < 3

Зона острого действия < 6,0 6,0—18,0 18,1—54,0 > 54,0

Зона хронического действия > 10,0 10,0—5,0 4,9—2,5 < 2,5

Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

РОЛЬ ГИДРОСФЕРЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

Гидросфера - это совокупность океанов, морей, озер, прудов, болот и подземных вод, т.е. водная оболочка Земли.

Гидросфера - самая тонкая оболочка нашей планеты, составляющая лишь 10-3% общей массы Земли. Около 80% - это морская вода, содержащая до 35 г/л солей. По подсчетам ученых количество пресной воды составляет всего 2,5% от всей воды на планете. При этом запасы пресной воды распределены крайне неравномерно: 72,2% - льды; 22,4% - грунтовые воды; 0,35% - вода в атмосфере; 5,05% - устойчивый сток рек и озер. На долю воды. которую мы можем использовать, приходится всего лишь 10-2% от всей воды, имеющейся на Земле.

По содержанию солей вода делится на:

• пресную (менее 1 г/л),

• засоленную (до 25 г/л),

• соленую (более 25 г/л).

В океанской воде содержится около 35 г/л различных солей, в воде Балтийского моря - от 8 до 16 г/л, в воде Каспийского моря - от 11 до 13 г/л, а в воде Черного моря - от 17 до 22 г/л. В пресной воде содержание солей обычно составляет 300-450 мг/л, а в питьевой - 380 мг/л.

Роль воды во всех жизненных процессах общепризнанна. Растения содержат до 80% воды. Без воды человек может жить всего лишь 8 суток.

В России в настоящее время сложилась следующая структура водопользования: более 50% от суммарного забора воды расходуется на нужды различных видов промышленности, около 20% воды расходуется на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение, на хозяйственно-питьевые нужды - около 15%, оставшееся количество - на прочие нужды.

Вода необходима практически всем отраслям промышленности. Так, в энергетике на электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн. тонн в год.

Производство 1 т чугуна требует 50-150 т воды, меди - 500, пластмасс - 500-1000, каучука - 2000-3000, цемента - 4500, бумаги - 100000 тонн воды, одной банки консервов - 40 л воды.

Для всех указанных производств необходима только пресная вода.

В сельском хозяйстве вода идет на обслуживание животноводческих комплексов, но основная часть расходуется на орошение. Так, для выращивания 1 т пшеницы требуется 1500 т воды, риса - 7000, хлопка - 10000.

Хозяйственная деятельность человека привела к заметному сокращению количества воды в пресных водоемах суши: заметно мелеют водоемы, исчезают малые реки, высыхают колодцы, снижается уровень грунтовых вод. Снижение уровня грунтовых вод уменьшает урожайность окрестных хозяйств.

Увеличение солесодержания природных вод приводит к их деградации. Количество минеральных солей в водах постоянно растет даже в такой большой водной системе, как бассейн реки Волга с ее притоками Камой и Окой. Огромный вклад в минерализацию воды осуществляет сброс промышленных стоков. По данным за 1996 год объем промышленных стоков в России был равен стоку такой большой реки как Кубань. Так, в Каму поступают промышленные стоки с минерализацией 1,5-5,0 г/л. В некоторых небольших реках, например в Северном Донце, вода уже не пресная, а соленая. Средняя минерализация рек Украины составляет 2-3 г/л. В настоящее время многие реки Урала уже не могут быть использованы как источники водоснабжения. Основной причиной засоленности воды является истребление лесов, распашка степей, выпас скота. Вода не задерживается в почве, не увлажняет ее, не пополняет почвенные источники, а скатывается через реки в моря. Одной из мер, принятых в последнее время для снижения засоленности рек, является посадка лесов, предпринимаемая, например, в Саратовской области.

Громаден объем сброса дренажных вод. В последние годы он составляет 25-35 км3. Системы орошения обычно потребляют воду объемом 1-2 тыс. м3/га, а ее минерализация достигает 20 г/л.

Постоянно растет уровень загрязнения поверхностных водных объектов. К основным нарушениям относятся неудовлетворительная эксплуатация и плохое состояние водоочистного оборудования, отсутствие разрешения на специальное водопользование, сброс сточных вод с превышением нормативных показателей, участившиеся случаи аварийных и залповых выбросов сточных вод и т.д. По современным данным на территории России сложилась следующая картина загрязнения поверхностных водных объектов: количество условно чистых водоемов (фоновых) составляет 12% от обследованных водных объектов, количество умеренно загрязненных - 32%, остальные 56% - загрязненные водные объекты.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОЕМОВ

Проблема загрязнения среды в настоящее время приобрела глобальное значение. В водоемы планеты ежегодно сбрасывается около 7003 км загрязненных вод. Погибают наиболее чувствительные организмы, разрушаются сбалансированные сообщества, ограничивается хозяйственное и рекреационное использование водоемов. Полное прекращение антропогенного загрязнения среды нереально, поэтому следует применять разумные меры ограничения поступления в водоемы токсикантов и загрязнителей, применять эффективную очистку вод.

ПОСТУПЛЕНИЕ ТОКСИКАНТОВ В ВОДОЕМЫ

Загрязнения водоёмов могут возникать как в результате человеческой деятельности, так и в результате природных процессов. Дождевые и паводковые стоки могут опреснять соленые водоёмы, увеличивать мутность, сносить в водоемы с суши органические и минеральные вещества. Солнечные лучи могут высушивать водоёмы, повышать в них концентрацию солей и других веществ. Продукты жизнедеятельностн некоторых водорослей являются сильными токсинами.

В пресных водах токсикозы и заморы нередко возникают в результате "цветения" водоемов - сильном развитии синезеленых водорослей. В некоторых водоемах разложение органических остатков приводит к накоплению сероводорода и других продуктов распада. Сероводородом заражены глубины Черного и Каспийского морей.

Загрязнение, ведущее к гибели "всего живого" наблюдается редко. Формы жизни очень многообразны. Есть организмы, живущие в горячих минеральных источниках - в насыщенных солями кипятке, есть организмы, для которых токсикантом является свободный кислород, а субстратом жизни - сероводород, который они превращают в молекулярную серу.

В результате человеческой деятельности в водоемы может поступать много загрязнителей разной степени токсичности. Вредное действие может вызываться поступлением нетоксических веществ. Избыток удобрений может привести к изменению типа водоема, его флоры и фауны, а это не всегда желательно. Особенно нежелательно увеличение трофности водохранилищ, снабжающих водой населенные пункты, озер, заселенных ценными сиговыми и лососевыми рыбами, водоемов, сохранение состояния которых в неприкосновенности имеет особое значение для страны - Байкал, Иссык-куль, Ладожское озеро.

Вредное действие может оказывать поступление в водоем большого количества неядовитых взвесей - глины, песка, слюды, целлюлозы, окиси железа. Взвеси увеличивают мутность вода, уменьшают глубину проникновения солнечных лучей, т.е. уменьшают "фотический слой" в котором происходит фотосинтез, что ведет к понижению первичной продукции водоема и дефициту кислорода. Увеличение донных осадков может привести к нежелательной смене фауны бентоса, заиливанию нерестилищ, гибели от удушья уже отложенной икры рыб.

Частым явлением стало так называемое "тепловое загрязнение" водоемов. Стоки подогретых, пусть даже незагрязненных вод, могут совершенно изменить тип водоема, сделать его незамерзающим зимой, перегревающимся в летнюю жару, вызвать буйное развитие несвойственных данному водоёму организмов, сместить сроки и места нереста рыб. Польза или вред для хозяйства таких явлений должна оцениваться в каждом конкретном случае. Изменение теплового режима водоёма происходит, если его используют в качестве водоёма-охладителя для ТЭЦ или АЭС. Такие водоёмы обычно стараются использовать для выращивания товарной рыбы в управляемом режиме.

Токсичные (ядовитые) вещества попадают в водоёмы при разных видах хозяйственной деятельности. Ряд веществ используется специально для борьбы о организмами как в воде так и на суше. Это ядохимикаты - прежде всего сельскохозяйственные: против сорняков - гербициды, против вредных насекомых - инсектициды, против грибков – фунгициды. Помимо этого используются дефолианты - вещества, используемые для ускорения опадания листвы, например хлопчатника перед сбором урожая. Некоторые из этих веществ ядовиты не только для тех организмов, для которых они предназначены, но и против других.

Загрязнение водоемов может возникать при борьбе с малярийными комарами и другими кровососущими насекомыми, с грызунами, с сорной рыбой. Обычно стараются использовать нестойкие токсиканты, которые, уничтожив соответствующих вредителей довольно быстро распадаются под действием кислорода, воды, солнечных лучей, действия микроорганизмов и др. причин. Однако многие сельскохозяйственные ядохимикаты отличаются высокой персиетентностыо, то есть долго сохраняют свою токсичность в воде, илах и даже в теле гидробионта.

Сельскохозяйственные ядохимикаты используются на суше, но дождевые потоки рано или поздно сносят их в водоемы - озера, болота, реки и моря. Эти вещества обнаружены даже во льдах полярных морей. С полей в водоемы уносится значительная часть минеральных и органических удобрений - фосфатов, нитратов, солей аммония, калия, гуминовых и альбуминоидных соединений. Эти вещества мало токсичны, но они могут повышать трофность, нарушать экологическое равновесие в водоеме, стимулировать развитие одних организмов в ущерб другим.

Иногда в водоёмы поступают отходы и навоз с животноводческих ферм. Загрязняют водоемы стоки промышленных предприятий - металлургических, химических и прочих. Современные предприятия оснащаются очистными сооружениями, но очистка никогда не бывает полной. Кроме того, нередки аварии очистных сооружений, аварийные сбросы неочищенных сточных вод. Токсиканты могут поступать в водоемы не только из канализационных труб, но и с дождевыми каплями. Через заводские трубы с промышленными дымами в атмосферу уходит много продуктов горения и летучих загрязнителей, которые затем выпадают в виде кислых и загрязненных осадков.

КЛАССИФИКАЦИЯ АНТРОПОГЕННЫХ СТОКОВ И ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Загрязнение водоемов обусловлено попаданием в них взвешанных частиц, растворенных соединений, токсичных и нетоксичных, механических загрязнений. Антропогенные стоки поступают в водоёмы со сточными водами населенных пунктов и промышленных предприятий, а также с дождевыми водами. Немалый вред приносит водоемам спуск в них сточных вод с проходящих судов.

Атмосферные воды попадают в водоемы после кратковременного контакта с поверхностными слоями почвы. Из почвы вымываются не только легкорастворимые, но и труднорастворимые соединения. Количество взвешаных частиц в дождевом стоке достигает 1 г/л, а если сток идет с территории промышленных предприятий, например сланце перерабатывающего предприятия, то в нем содержится 30 мг/л летучих фенолов и до 70 мг/л нелетучих. Такой сток без предварительной очистки может принести непоправимый вред рыбохозяйственному водоёму (Голубовская, I978).

Городские сточные воды состоят в основном из хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Особенностью этих стоков является высокое содержание в них микроорганизмов, могут присутствовать патогенные бактерии. В таких стоках много взвешенных частиц и коллоидных соединений. В них высокий процент содержания растворенных соединений: аминокислот, минеральных солей. Присутствие промышленных сточных вод делает состав воды очень разнообразным.

Промышленные сточные воды идут от наиболее активных потребителей воды: черная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая промышленность, пищевая промышленность. Во многих случаях непосредственное попадание сточных вод в водоем может привести к гибели живых организмов, составляющих биоценоз. В настоящее время в промышленных сточных водах содержится около 500 000 веществ, о действии которых биологи очень мало знают и на которые надо установить нормы их содержания в водоемах.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ СОЛЯМИ

Большинство стоков содержит в себе неорганические соли. Особенно много солей содержится в стоках промышленных предприятий. Соли образуются в стоках главным образом за счет нейтрализации кислот и щелочей, которые в очень больших количествах применяются в промышленных процессах.

Вредность солей для гидробионтов проявляется прежде всего в нарушении осмотического равновесия. Большинство простейших выводит их из своих клеток за счет откачивания сократительными вакуолями. Вода постоянно насасывается осмосом в цитоплазму, а сократительные вакуоли выводят ее во внешнюю среду. Уже изменение концентрации соли в воде на 0,3% ведет к нарушению экскреции. В то время как рыбы мало реагируют на повышение солей в воде, беспозвоночные животные, которыми они питаются, очень чувствительны к повышению содержания солей.

Среди сточных вод особо большим содержанием солей отличаются воды сбрасываемые кожевенными заводами, которые для отделки кожи применяют различные соли. В результате количество сульфатов доходит почти до 2000 мг/л, а хлоридов - почти до 8000 мг/л. Солевое загрязнение пресных водоемов может происходить не только за счет промышленных стоков, но и за счет проникновения морской воды в пресные водоемы. Подобная ситуация может сложиться в водоемах, расположенных недалеко от моря и связанных с ним протоками. Если в пресном водоеме уровень воды снизится, то морская вода может войти в водоемы и погубить часть фауны и флоры.

НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Загрязнение воды нефтью происходит в основном из-за халатного отношения к этому вопросу людей, ответственных за это дело. Иногда воду, после промывки нефтяных танкеров сливают в водоемы, иногда моют машины и выливают в реки даже отработанное машинное масло. Нефть попадает в воду с плавающих механизированных средств и с водного транспорта. Не нужно думать, что нефть безвредна для водоемов. Даже тончайшие слои уменьшают скорость проникновения в воду кислорода. Тонкая пленка нефти может убить нейстон и плейстон. Птицы, испачканные нефтью, обычно погибают. Загрязнение нефтью чревато еще и тем, что охватывает большие площади при незначительных попаданиях в воду. Один литр нефти покрывает поверхностной пленкой полгектара поверхности воды.

Катастрофы, связанные с утечкой нефти, приносят невосполнимые потери. Для примера можно принести случай с гигантским танкером "Тори-Кэньон", из которого при аварии вылилось почти 120000 тонн нефти у поберекья Корнуэлла. За несколько недель нефть распространилась по пляжам Бретани и Корнуэлла. Правительство Великобритании питалось эмульгировать нефть на поверхности воды и вылило 12500 тонн детергентов. Но мероприятие окончилось только тем, что погибло 20000 кайр и 5000 гагарок. От детергентов, о них речь будет ниже, погибли морские желуди и большая часть планктона в этом районе. Ветер унес нефть в море.

Аварии танкеров случаются и в настоящее время. Мировой океан сейчас уже настолько загрязнен нефтью и нефте- продуктами, что далеко в открытом Атлантическом океане участники экспедиции на папирусной лодке "Ра" под руководством Тура Хейердала, встречали постоянно сгустки нефтепродуктов.

ДЕТЕРГЕНТЫ

За последнее время химическая промышленность выпустила целые серии поверхностно-активных веществ и в таком разнообразии, что многие пресноводные и соленые водоемы уже заполнены ими, хотя до конца еще далеко, не известно, как действуют новые моющие средства на гидробиоценозы.

Выяснено точно, присутствие детергентов снижает количество растворенного кислорода в воде. Микробиологами установлено, что большие концентрации СПАВ убивают живые клетки организмов, частично растворяя жироподобные вещества - липиды, которые являются обязательным компонентом клеточных мембран. Низкие концентрации детергентов действуют подобно ядам и сходны по своему проявлению на организмы при тепловом загрязнении. Они понижают способность гидробионтов противостоять низкому содержанию кислорода в воде.

Исследования американского ученого Хейса показывают, что хлопья пены, образуемые детергентами, способствуют захвату яиц гельминтов в сточных водах и их расселению на большие участки. Помимо всего детергенты разрушают поверхностную пленку натяжения воды, что влечет за собой гибель нейстона. Эпинейстон вообще тонет в воде.

Если рассматривать устойчивые детергенты в воде, то они постоянно будут приносить вред водным сообществам. По этим причинам химическая промышленность пытается выпустить быстро разлагаемые бактериями моющие средства. Такие детергенты уже выпускаются, а представляют собой алкилсульфатные соединения. Однако у этих детергентов есть неприятные для водоемов свойства. Во-первых при разложении подскакивает показатель БПК, во-вторых, образуется большое количество фосфатов, которые приводят к эфтрофикации. Выход из создавшегося положения будет найден, если промышленность создаст быстроразлагаемые бактериями детергенты с малым количеством фосфатов.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

В настоящее время усиленно развивается медицинская и биохимическая промышленность, изготавливающая биологически-активные вещества, гормоны, ферменты, витамины, лекарственные вещества, содержащие активнодействующие на микрофлору и микрофауну вещества типа антибиотиков. Действие большинства биологически-активных веществ на гидрофауну и гидрофлору не изучено, вот почему к выпуску сточных вод, содержащих биологически активные вещества (БАВ) в водоемы следует подходить с очень большой осторожностью.

Иногда в воде появляются углеводороды, обладающие самыми неожиданными свойствами, они могут быть канцерогенами и не разлагаться в очистных сооружениях, либо разлагаются частично. Так американским исследователям удалось показать, что некоторые полициклические углеводороды загрязненной воды повышают восприимчивость к ультрафиолетовому облучению у инфузорий. Этот факт заставляет насторожиться и считать, что эти вещества стимулируют фоточувствительность и обладают канцерогенностью.

РАДИОАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Радиоактивные вещества оказывают вредное воздействие на организм в результате излучений, возникающих при самопроизвольном распаде ядер радиоактивных элементов. Эти излучения разрушают и изменяют химические соединения, составляющие организм (нуклеиновые кислоты, белки, жировые вещества и т.п.) и нарушают строение биологических структур (хромосом, мембран и других клеточных органелл). Радиоактивные вещества содержатся в больших количествах в рудных телах и могут загрязнять водоемы при "урановых разработках" и переработке радиоактивного сырья. Отдельные этапы ядерного топливного горючего предусматривают потребление больших количеств воды, которая в результате использования в технологических процессах оказывается радиоактивно загрязненной. Такую воду сбрасывают в специальные водоемы, где она испаряется или фильтруется через землю. Дополнительная очистка предусмотрена только в том случае, если воду сбрасывают в реки или другие водоемы многоцелевого назначения.

Неполное решение проблемы захоронения радиоактивных отходов и отсутствие безаварийной технологии на всех этапах ядерного топливного цикла, в том числе на АЭС может приводить к локальному радиоактивному загрязнению среды. Выпадающие на землю с дождем и снегом радиоактивные осадки накапливаются в водоемах озерного типа. Конечным этапом миграции радиоактивных веществ является Мировой океан. Концентрация радионуклидов в водоемах-охладителях АЭС не превышает ПДК (предельно-допустимых концентраций) и в них разрешен промышленный лов рыбы и садковое рыбоводство. В случае аварийной утечки радиоактивных веществ водоем исключается из водопользования (например, Чернобыльская авария). На гидробионтов влияют как радионуклиды, находящиеся в воде и грунте (оказывая внешнее облучение), так и вещества, накапливающиеся в теле (внутреннее облучение).

Значительными источниками радиоактивного загрязнения являются взрывы ядерных устройств в атмосфере и гидросфере. Однако сейчас такие взрывы могут проводить Франция и Китай, не присоединившиеся к Московскому договору о проведении испытательных ядерных взрывов под землей. Наиболее опасны долгоживущие и медленно выводимые из организма изотопы, такие как стронций-90, накапливающиеся в костях. Распространенными загрязнителями являются изотопы иттрия, цезия, йода, кобальта, марганца, цинка.

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ

Тяжелые металлы имеют атомную массу более 60 Д. В качестве токсикантов в водоемах обычно встречаются: ртуть, свинец, кадмий, олово, цинк, марганец, никель, хотя известна высокая токсичность других тяжелых металлов - кобальта, серебра, золота, урана и других. Высокая токсичность для живых существ - это характерное свойство соединений и ионов тяжелых металлов. В металлическом виде они нетоксичны.

Тяжелые металлы поступают в водоемы в токсических концентрациях обычно со стоками горнодобывающих и металлургических предприятий, а также предприятий химической и легкой промышленности, где их соединения используют в различных технологических процессах. Например, много солей хрома сбрасывают предприятия по дублению кожи, хром и никель используются для гальванического покрытия поверхностей металлических изделий. Соединения меди, цинка, кобальта, титана используются в качестве красителей и т.д. Тяжелые металлы имеют много общего в биологическом действии и судьбе в водоемах. Как уже было сказано, они очень токсичны, хотя многие из них необходимы в микроколичествах различным организмам /медь, марганец, хром, молибден, ванадий/. Они легко образуют соединения и комплексы с органическими веществами в растворах и в организме, хорошо усваиваются организмами из воды и передаются по пищевой цепи.

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ И ПРИЧИНЫ СБРОСА НЕОЧИЩЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий); производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб. м. Состав сточных вод регулярно анализируется.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные производственные сточные воды подразделяются на три группы.

1. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.).

2. Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др.).

3. Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

Кроме вышеуказанных 3 групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.

Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т.д.

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае. Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях.

Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления — это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды) , а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.

ВЫПУСК СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ

Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи); на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды(увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.) ;изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.

Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако, это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ И ПО ФАЗОВО-ДИСПЕРСИОННОМУ СОСТОЯНИЮ

СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ИХ СОСТАВ, КЛАССИФИКАЦИЯ

Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам:

• по месту образования;

• по виду содержащихся в стоках веществ;

• по фазово-дисперсному состоянию загрязнений.

По месту образования сточные воды могут быть:

Бытовые – от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Производственные – стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

Атмосферные – образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков. К этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные).

Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позволяет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три следующие основные группы загрязнений:

Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи.

Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения растительного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т.д.) и животного происхождения, в которых преобладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т.д.). В бытовых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхож-дения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений:

Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности (т.е. измельченности) на:

Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц, размером не более 0,01 мкм (10-8 м).

Коллоидные вещества – частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм.

Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные вещества.

Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и загрязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих:

• преимущественно минеральные вещества;

• преимущественно органические вещества;

• органические, ядовитые вещества.

В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по значению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокислые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные).

ОБОБЩЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СТОЧНЫХ ВОД

Для характеристики загрязненности сточных вод используют т.н. суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности:

Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы

Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки.

Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105оС.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот показатель характеризует содержание органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) – количество кислорода, необходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде.

Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH < 7, и щелочной при pH > 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8.

Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Температура: оптимальная величина для питьевых целей от 7 до 11 градусов Цельсия, предельно-допустимая - плюс 35 градусов; предельная температура воды, используемой для охлаждения теплообменных аппаратов, обусловлена экономикой их работы и технологическими требованиями.

Привкус и запах: препятствуют использованию воды для питьевых целей; для воды питьевого качества привкус и запах при температуре ее 20 градусов должен быть не более 2 баллов.

Взвешенные вещества: препятствуют использованию воды для хозяйственно-бытовых целей (допустимое содержание - не более 2 мг/л), для питания паровых котлов и для некоторых видов производств (производство тканей, кинопленки и др.); при содержании более 50-100 мг/л могут вызывать загрязнение теплообменных аппаратов.

Цветность: придает воде неприятный вид; указывает на загрязнение воды органическими веществами; препятствует использованию воды для некоторых производств (например, при изготовлении бумаги высоких сортов); допускаемая величина - в среднем за год не более 20 градусов.

Окисляемость: величина окисляемости более 5-8 мг/л кислорода указывает на возможное загрязнение источника сточными водами; вызывает вспенивание воды в паровых котлах; указывает на возможность развития органических обрастаний в охлаждаемых водой теплообменных аппаратах.

Растворенный сухой остаток: величина его в воде источника, используемого для питьевых целей, не должна превышать 1000мг/л; повышенный растворенный остаток в воде препятствует использованию ее для питания паровых котлов из-за снижения экономичности их работы (увеличение продувки); препятствует использованию воды для некоторых производств (синтетического каучука, капрона, кинопленки, конденсаторной бумаги).

Жесткость: повышенная жесткость вызывает перерасход мыла, усиленный износ белья при стирке, затруднение варки мяса, овощей; жесткость воды хозяйственно-питьевых водопроводов должна быть не более 7 мг-экв/л и в особых случаях - до 14 мг/л; препятствует использованию воды для паровых котлов и некоторых видов производств (крашение тканей, производство искусственного волокна и т.д.); повышенная карбонатная жесткость добавочной воды при оборотных системах водоснабжения приводит к отложению карбоната кальция в теплообменных аппаратах и в охлаждающих устройствах (градирнях, брызгальных бассейнах).

Активная реакция (рН): в воде питьевых водопроводов значение рН должно находиться в пределах 6,5 - 9,5; малые значения рН обычно вызывают коррозию труб, что может ухудшить вкус воды; совместно с другими показателями качества воды (температура, общая кислотность, содержание кальция и растворенный остаток) позволяет судить о способности воды отлагать в водопроводных трубах и охлаждаемой аппаратуре карбонат кальция или вызывать коррозию омываемых металлических поверхностей с образованием на них бугристых железистых наростов.

Железо: повышенное содержание железа в воде хозяйственно-питьевого водопровода влияет на вкус воды, может вызвать порчу белья и появление ржавых пятен на санитарно-техничексих приборах; содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л; препятствует использованию воды для некоторых производств (крашение тканей, производство кинопленки и т. д.); в некоторых случаях является причиной образования в водопроводных трубах железистых отложений.

Сульфаты и хлориды: обусловливают агрессивность воды по отношению к бетону на силикатном цементе.

Фториды: повышение их содержания обуславливает повышенную минерализацию воды, что препятствует ее использованию для питания паровых котлов и для некоторых производств (гидрометаллургическая переработка цветных металлов, синтетический каучук, капрон и др.); недостаток фтора в питьевой воде - менее 0,5 мг/л,- а также избыток его - более 1,5 мг/л - при длительном употреблении такой воды вызывают заболевание зубов.

Аммиак, нитраты, нитриты: наличие их служит сигналом о возможном загрязнении источника бытовыми сточными водами.

Кремнекислота: ее наличие препятствует использованию воды для питания котлов высокого давления (из-за отложения силикатной накипи на стенках котлов и лопатках турбин).

Свободная углекислота: может вызвать коррозию бетонных сооружений и водопроводных труб.

Растворенный кислород: усиливает коррозию металла котлов, теплообменной аппаратуры, теплосетей и водопроводных труб.

Сероводород: придает воде неприятный запах; вызывает коррозию труб и их зарастание в результате развития серобактерий.

Общее число бактерий: является общим показателем развития микрофлоры и микрофауны в воде; для воды питьевого качества допускается наличие не более 100 бактерий в 1 мл воды.

Кишечная палочка: является показателем загрязнения воды выделениями человека и животных; в воде питьевого качества допускается наличие не более 3 кишечных палочек в 1 литре воды.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

1. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Этот метод очистки используется для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Для удаления крупных кусков примесей применяют решетки, на которых происходит осаждение примесей. Для удаления твердых частиц, например песка, используют песколовки. В специальных отстойниках происходит осаждение взвешенных частиц на дно. Сбор нефтепродуктов, жиров, смол и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности стоков осуществляют в нефтеловушках, в жироуловителях, в смолоуловителях, на кварцевых фильтрах, а также с помощью устройств типа механических рук. Для удаления очень мелких частиц применяют фильтры или слой песка примерно 1,5-метровой толщины.

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Методы физико-химической очистки сточных вод основаны на изменении физического состояния загрязнителей и в большинстве случаев требуют применения реагентов:

• коагуляция - метод, позволяющий увеличить размер загрязняющих частиц, что облегчает их осаждение;

• флотация - метод, позволяющий придать примеси плавучие свойства, что облегчает ее удаление.

3. ХИМИЧЕСКАЯ ИЛИ РЕАГЕНТНАЯ ОЧИСТКА

Одним из видов обработки сточных вод является реагентная очистка, которая представляет собой сочетание различных типов химических реакций, приводящих к удалению из сточных вод токсичных компонентов.

А. Нейтрализация сточных вод - это химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора - с помощью кислот.

Поскольку химическая природа отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные свойства, а для другого вида отходов - щелочные. О степени кислотности или щелочности раствора можно судить по значению водородного показателя рН.

Самую простую систему нейтрализации можно представить в виде измельченного известняка, на который выливают раствор кислоты, а осадок собирают в отстойник. При рН = 4,3 все карбонаты и гидрокарбонаты, являющиеся основными компонентами природной воды, разлагаются с выделением CO2.

Б. Реакции осаждения - это химические реакции, приводящие к осаждению загрязняющих веществ или ценных компонентов.

Сточные воды содержат, как правило, растворенные нежелательные или ценные компоненты. Для их выделения используют реакции осаждения.

В. Реакции окисления-восстановления - это одновременное окисление одних компонентов и восстановление других.

Ниже приводится список наиболее распространенных окислителей и восстановителей:

• окислители - кислород или воздух, озон, хлор, гипохлорит, перекись водорода, перманганат калия;

• восстановители - хлорит, сульфат железа (II), гидросульфат, оксид серы (IV), сероводород.

Окислительно-восстановительные реакции применяют для превращения токсичных веществ в безвредные, а также для извлечения ценных компонентов.

4. БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА

Методы биохимической очистки применяются для удаления из сточных вод органических веществ.

А. Аэробная биохимическая очистка - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии аэробных микроорганизмов (минерализаторов) в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного кислорода.

При окислении протекает реакция

(4.15)

Было установлено, что органические вещества омертвевших организмов разрушаются под действием бактерий, если для последних созданы соответствующие условия, т.е. своевременно подается кислород и среда-носитель оказывается благоприятной для развития микроорганизмов. В качестве среды-носителя был выбран песчаный слой толщиной 1,5 м. Доступ кислорода обеспечивался с помощью вентиляции или путем естественной тяги. Сточные воды сливались на грунт в течение 6 часов, а на биохимические процессы отводилось 18 часов. Культура микроорганизмов в этих условиях развивается в верхних слоях песка. Этот метод очистки впервые стал использоваться в 1866 году в Лондоне и получил название метода капельной фильтрации. Метод позволяет очистить 1,038×106 л/сут сточных вод при использовании 1 га песчаной почвы. Следовательно, Лондону в 1866 году для очистки 1,57×109 л/сут сточных вод было бы необходимо иметь 810 га подходящих земель. Но это слишком большая площадь.

Усовершенствование метода капельной фильтрации - перполяционный фильтр, т.е. разбрызгивание сточных вод на пласт щебня. Щебень не является фильтрующим материалом, а только способствует биологическому разрушению вещества в коллоидном и растворенном состоянии. Наиболее широко система с перполяционным фильтром стала применяться, когда были достигнуты значительные успехи в области получения пластмасс с заданными свойствами. В современных системах очистки накопление бактериального материала осуществляется на пластмассовых дисках, укрепленных на вращающейся оси. Диски наполовину погружены в сточные воды, и, по мере их вращения, бактерии периодически снабжаются питательной средой и кислородом.

Параллельно с развитием метода капельной фильтрации осуществлялась разработка такой системы, в которой микроорганизмы находились бы во взвешенном состоянии, а не образовывали стационарного слоя на стенках среды-носителя. В настоящее время метод капельной фильтрации используют только при условии дешевой земли и мягкого климата.

Наиболее универсальным способом обработки сточных вод является обработка активным илом. Суть этого способа состоит в том, что сточные воды смешивают с илом, образовавшимся в результате предварительного окисления вод. Как известно, ил представляет собой огромную популяцию различных бактерий, грибков и другой флоры, добавление которой к сточным водам приводит к быстрому установлению равновесия, способствующего разложению органических веществ. В результате образуются CO2 и H2O. По существу авторы нового способа обработки изменили естественный биологический цикл таким образом, что скорость потребления питательного вещества (скорость разложения органического вещества) увеличилась на несколько порядков. Дальнейшее усовершенствование этого способа было связано с разработкой методов надлежащего ухода и питания используемой популяции микроорганизмов.

Б. Анаэробная биохимическая очистка (метановое брожение или ферментация) - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии анаэробных микроорганизмов в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания.

Процессы анаэробного окисления протекают без доступа молекулярного кислорода, при этом источником кислорода в воде служат кислородосодержащие анионы: и т.д. В основе метода лежит способность определенных микроорганизмов в ходе своей жизнедеятельности сначала гидролизовать сложные органические соединения, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и угольную кислоту.

5. УДАЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

После биохимической очистки могут остаться органические, вещества плохо усваиваемые микроорганизмами. Лучший способ их удаления - адсорбция активированным углем, который впоследствии регенерируют. Обычно сточные воды пропускают через колонки с активированным углем, где обеспечивается с ним контакт в течение 20-40 минут. Это весьма эффективный метод, имеющий сравнительно простое аппаратурное исполнение и позволяющий очистить сточные воды до БПК < 1 мг O2/л (меньше ГОСТ). Адсорбция активированным углем эффективна для большинства органических соединений и ее используют для очистки бытовых стоков, отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений. Неорганические вещества активированный уголь, как правило, не удаляет. Некоторые органические соединения, обладающие высокой растворимостью (глюкоза и спирт) являются исключениями и плохо адсорбируются. Именно поэтому активированный уголь используется для обесцвечивания сахара.

Данный метод может быть рекомендован только для очистки больших объемов воды в связи с тем, что очистка воды активированным углем является процессом длительным, а регенерация угля требует нагревания.

6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Механическая, реагентная и биохимическая очистка не могут обеспечить обессоливания природных и сточных вод. Как известно, вода питьевого качества должна содержать не более 1000 мг/л солей, из которых хлоридов - 350 мг/л и сульфатов - 500 мг/л. Где же ее взять? Для этого существуют специальные методы выделения солей из сточных и природных вод.

А. Дистилляция (выпаривание) - это процесс разделения растворов путем выпаривания и последующей конденсации растворителя.

Этот метод хорошо освоен и широко применяется. Мощность выпарных установок составляет 15-30 тыс. м3/сут. Одними из самых мощных выпарных установок обладают предприятия атомной энергетики, требующие опреснения морской воды. Например, реактор на быстрых нейтронах в городе Шевченко также требует опреснения морской воды. Основной недостаток этого способа - его большая энергоемкость, которая значительно увеличивает стоимость опреснения.

Б. Вымораживание - это метод разделения водных растворов путем их медленного охлаждения, в результате чего в первую очередь выпадают кристаллы льда, практически не содержащие солей.

По сравнению с дистилляцией у вымораживания имеются энергетические, технологические и конструкционные преимущества.

В. Ионный обмен - этот метод извлечения из воды растворенных в ней солей с помощью ионообменных смол.

Очень широкое применение этот метод нашел в практике умягчения воды, т.е. удаления из нее солей постоянной жесткости, которые служат серьезной помехой в сверхтонких технологиях (например, в фармацевтической промышленности).

Этот метод применяется во всех странах мира. В настоящее время ионный обмен является основным методом при приготовлении глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления, а также он применяется в водооборотных циклах на предприятиях, осуществляющих концентрирование и извлечение из сточных вод ценных компонентов (например, тяжелых металлов).

Основным недостатком общепринятых технологических схем ионного обмена является избыток растворов солей после регенерации ионообменных фильтров. Другими недостатками метода являются значительный расход воды на собственные нужды (20-60% от производительности установки) и необходимость удаления органических веществ, чтобы избежать отравления ионитов. Поэтому ионный обмен с большим допущением можно назвать методом обессоливания сточных вод. Скорее это технологический прием получения воды высокой степени очистки.

Г. Мембранные методы. К ним относятся электродиализ и гиперфильтрация (обратный осмос).

Электродиализ - это современный метод деминерализации и концентрирования растворов, основанный на направленном переносе ионов солей в поле постоянного тока через ионоселективные мембраны из естественных или синтетических материалов, в которых протекают рассмотренные выше процессы ионного обмена.

За рубежом этот метод получил широкое распространение для обессоливания морской воды. Например, в Ливии действует установка на 20 тыс. м3/сут, а в США - на 400 тыс. м3/сут.

Обратный осмос - это процесс разделения водных растворов путем их фильтрования под давлением выше осмотического (6-8 МПа) через полупроницаемую мембрану.

Метод характеризуется небольшими энергозатратами. За рубежом освоено производство установок производительностью до 1 тыс. м3/сут, тогда как в России работают установки меньшей мощности. Основные трудности этого метода - создание полупроницаемых мембран и давления.

7. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ

Хорошо известно, что через воду могут распространяться такие страшные заболевания, как холера, брюшной тиф, инфекционный гепатит, дифтерия и др. Поэтому последней стадией подготовки воды для питьевых и других нужд является ее обеззараживание, т.е. уничтожение болезнетворных микроорганизмов. Многие годы обеззараживание воды осуществляли, обрабатывая ее хлором. Однако при таком способе обработки воды в ней образуются полихлорированные бифенилы, которые являются токсичными веществами. Окисляясь, они образуют абсолютные яды - диоксины. Летальная доза диоксидов для свиней, являющихся тест-объектами, составляет 10 мкг/кг их веса. Эту дозу организм может набрать постепенно. Проведенные исследования привели ученых к выводу о возможной вредности хлорирования воды. Во многих странах Европы и в США в 80-е годы перешли к фторированию воды, но оказалось, что оно тоже вредно. Поэтому во всем мире и в России тоже отдают предпочтение озонированию воды.

ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Сточные воды полиграфических предприятий подразделяются на кислотные, щелочные, сложные (содержащие соли металлов, нефтепродукты и т.д.). Сброс их в водоемы или канализацию без очистки не разрешен.

Основными загрязнителями сточных вод полиграфических предприятий являются соли металлов (Fe, Zn, Cu, Ni, Cr, Co, Pb, Sb), нефтепродукты, кислоты (HNO3, H2SO4, H3PO4, HCl), щелочи (KOH, NaOH), диазосоединения и абразивные вещества.

Очистку различных видов сточных вод рекомендуется проводить раздельно. Для очистки от загрязнителей применяют механические, химические и другие методы.

Механическая очистка применяется для очистки сточных вод от твердых частиц, нефтепродуктов и жировых веществ. Для этих целей используют песколовки, отстойники, нефтеловушки, жироуловители, кварцевые фильтры и т.д.

Общее количество химически загрязненных сточных вод на полиграфическом предприятии обычно не превышает 50 м3/сут. Кислотные и щелочные стоки целесообразно смешивать для взаимной нейтрализации. Ионы Cr+6, Ni+2, Cr+6, Cu+2, Fe+2 и Al+3 удаляют из сточных вод в виде труднорастворимых соединений (гидроксидов, основных солей и т.д.). При этом ионы Cr+3 получают предварительным восстановлением металлическим железом или солями Fe(II).

Основными перспективными методами очистки сточных вод полиграфических предприятий являются методы ионного обмена и адсорбционные методы. Использование этих методов позволяет возвратить в производство извлекаемые их сточных вод вещества. Реагентные методы очистки сточных вод нельзя считать перспективными, хотя в настоящее время они широко используются.

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Воздушная оболочка, которая окружает нашу планету и вращается вместе с ней, называется атмосферой. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти массы — в нижних 10 км. Выше воздух значительно разрежен, хотя его частицы обнаруживаются на высоте 2000—3000 км над земной поверхностью.

Воздух, которым мы дышим, это смесь газов. Больше всего в нём азота — 78% и кислорода — 21 %. Аргон составляет менее 1 % и 0,03% — углекислый газ. Другие многочисленные газы, например криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон и прочие, составляют тысячные и миллионные доли процента. Воздух содержит также водяной пар, частички различных веществ, бактерии, пыльцу и космическую пыль.

Атмосфера состоит из нескольких слоев. Нижний слой до высоты 10—15 км над поверхностью Земли называется тропосфера. Она нагревается от Земли, поэтому температура воздуха здесь с высотой падает на 6 °С на 1 километр подъёма. В тропосфере находится почти весь водяной пар и образуются практически все облака. Высота тропосферы над разными широтами планеты неодинакова. Над полюсами она поднимается до 9 км, над умеренными широтами — до 10—12 км, а над экватором — до 15 км. Процессы, происходящие в тропосфере — формирование и перемещение воздушных масс, образование циклонов и антициклонов, появление облаков и выпадение осадков, — определяют погоду и климат у земной поверхности.

Распределение температуры в атмосфере в зависимости от высоты

Выше тропосферы располагается стратосфера, которая простирается до 50—55 км. Тропосферу и стратосферу разделяет переходный слой тропопауза, толщиной 1—2 км. В стратосфере на высоте около 25 км температура воздуха постепенно начинает расти и на 50 км достигает + 10 +30 °С. Такое повышение температуры связано с тем, что в стратосфере на высотах 25—30 км находится слой озона. У поверхности Земли его содержание в воздухе ничтожно мало, а на больших высотах двухатомные молекулы кислорода поглощают ультрафиолетовую солнечную радиацию, образуя трёхатомные молекулы озона.

Если бы озон располагался в нижних слоях атмосферы, на высоте с нормальным давлением, толщина его слоя была бы всего 3 мм. Но и в таком небольшом количестве он играет очень важную роль: поглощает вредную для живых организмов часть солнечного излучения.

Выше стратосферы примерно до высоты 80 км простирается мезосфера, в которой температура воздуха с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля.

Верхняя часть атмосферы характеризуется очень высокими температурами и называется термосферой. Её разделяют на две части — ионосферу — до высоты около 1000 км, где воздух сильно ионизован, и экзосферу — свыше 1000 км. В ионосфере молекулы атмосферных газов поглощают ультрафиолетовую радиацию Солнца, при этом образуются заряженные атомы и свободные электроны. В ионосфере наблюдаются полярные сияния.

Атмосфера играет очень важную роль в жизни нашей планеты. Она предохраняет Землю от сильного нагрева солнечными лучами днём и от переохлаждения ночью. Большая часть метеоритов сгорает в атмосферных слоях, не долетая до поверхности планеты. Атмосфера содержит кислород, необходимый всем организмам, озоновый экран, защищающий жизнь на Земле от губительной части ультрафиолетовой радиации Солнца.

Строение атмосферы

СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.[3] Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008-2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.[4]

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~1500 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

В воздухе, которым мы дышим, находится огромное количество вредных веществ: частицы сажи, асбеста, свинца, пыли, взвешенные жидкие капли углеводородов и серной кислоты, а также оксиды углерода, оксиды азота, оксиды серы и т.д. Все эти загрязняющие вещества, находящиеся в воздухе, оказывают токсическое воздействие на организм человека: затрудняется дыхание, развиваются сердечно-сосудистые заболевания и т.д. В результате воздействия некоторых содержащихся в воздухе веществ подвергаются коррозии различные строительные материалы, в том числе известняк и металлы. Может изменяться и облик местности, поскольку растения очень чувствительны к загрязнению воздуха.

К основным загрязнителям атмосферы, которых по данным ЮНЕП ежегодно выделяется до 25 млрд. тонн, относят:

а) оксиды серы (SO2 и SO3);

б) оксиды азота (NxOy);

в) оксиды углерода (CO и CO2);

г) углеводороды (CxHy);

д) пыль. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается ~ 200 млн. тонн оксида серы (IV) и пыли, ~ 60 млн. тонн оксидов азота, ~ 80 млн. тонн оксидов углерода и ~ 80 млн. тонн различных углеводородов.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Антропогенное загрязнение — это загрязнение обусловленное деятельностью человека. В свою очередь источники антропогенного загрязнения бывают стационарными и передвижными. К передвижным источникам загрязнения относятся все виды транспорта (за исключением трубопроводного).

Стационарные источники загрязнения по своим геометрическим характеристикам могут быть точечными,линейными и площадными.

Точечный источник загрязнения – это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества из установленного отверстия (дымовые трубы, вентвытяжки).

Линейный источник загрязнения – это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества по установленной линии (оконные проемы, ряды дефлекторов, эстакады налива).

Площадный источник загрязнения - это источник, выбрасывающий загрязняющие атмосферу вещества с установленной поверхности (резервуарные парки, открытые поверхности испарения, площадки хранения и пересыпки сыпучих материалов и т.д.).

По воздействию на окружающую среду источники загрязнения могут быть организованными инеорганизованными.

Организованный источник загрязнения характеризуется наличием специальных средств отвода загрязняющих веществ в окружающую среду.

Соответственно к неорганизованным источникам загрязнения следует относить все площадные источники, неплотности технологического оборудования, а также большинство линейных источников. Примером неорганизованного линейного источника может служить автомагистраль.

ВЫБРОСЫ В АТМОСФЕРУ ИЗ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ ПО ЧЕТЫРЕМ ПРИЗНАКАМ:

по агрегатному состоянию: газообразные (А), жидкие (К), твердые (Т);

по химическому составу: сернистый ангидрид (01), окись углерода (02), окислы азота (в пересчете на NО2) (03), фтор и его соединения (в пересчете на фтор-ион) (04), сероуглерод (05), сероводород (06); хлор (07), синильная кислота и цианиды (в пересчете на CN ) (08), ртуть и ее соединения (09), аммиак (10), мышьяк и его соединения (11), сумма углеводородов (12), углеводороды предельные (13), углеводороды непредельные (14), углеводороды ароматические (15), кислородосодержащие органические соединения (16), азотосодержащие органические соединения (17), фенол (18), смолистые вещества (19), кислоты (20), щелочи (21), свинец и его соединения (в пересчете на Рb ) (22), сажа (23), металлы и их соединения (24), пыль (25), прочее (26);

по размеру частиц: менее 0,5 × 10-6 М (1), от 0,5 × 10-6 до 3 × 10-6 M включ. (2), от 3 × 10-6 до 10 × 10-6 М включ. (3), от 10 × 10-6 до 50 × 10-6 М включ. (4), от 50 × 10-6 М (5);

по массе вещества: менее 1 кг/ч (1), от 1 до 10 кг/ч включ. (2), от 10 до 100 кг/ч включ. (3), от 100 до 1000 кг/ч включ. (4), от 1000 до 10000 кг/ч включ. (5), от 10000 кг/ч (6)».

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ ОТ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Наибольшее распространение при очистке газов получили адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.

Абсорбция - поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами.

Адсорбция - избирательное извлечение компонентов посредством твердых материалов, называемых адсорбентами и имеющих большую удельную поверхность.

Каталитическая очистка основана на каталитических реакциях, в результате которых примеси превращаются в безвредные, менее вредные или легко удаляемые соединения.

Санитарная очистка промышленных выбросов включает в себя очистку от оксидов углерода, оксидов азота, оксидов серы и пыли.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ CO2

1. Абсорбция водой. Этот способ прост и дешев, однако эффективность очистки в этом случае мала, так как максимальная поглотительная способность воды составляет 8 кг CO2 на 100 кг воды.

2. Поглощение растворами этанол-аминов:

(5.11) В качестве поглотителя обычно применяется моноэтаноламин, хотя триэтаноламин обладает большей реакционной способностью.

3. Очистка цеолитами типа CaA. Молекулы CO2 очень малы: D = 3,1 .

Для извлечения CO2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и CO2) в современных экологических изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.п.) используются молекулярные сита типа CaA.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ СО

1. Дожигание на платино-палладиевом (Pt/Pd) катализаторе:

(5.12) 2. Конверсия:

(5.13) ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА

В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80% и более осуществляется в основном за счет превращений на катализаторах.

1. Окислительные методы основаны на реакциях окисления оксидов азота с последующим поглощением водой и образованием азотной кислоты.

2. Восстановительные методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур:

3. Сорбционные методы. Адсорбция оксидов азота водными растворами щелочей и известью, а также адсорбция твердыми сорбентами (бурые угли, торф, силикагели, цеолиты).

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ SO2

Очистка дымовых газов электростанций обходится сейчас в 300-400 руб. за 1 кВт в год. Методы улавливания SO2 из газовых выбросов требуют больших затрат. Ниже перечислены основные группы методов очистки газов от SO2.

1. Аммиачные методы основаны на взаимодействии SO2 с водным раствором сульфита аммония:

Образовавшийся бисульфит аммония легко разлагается кислотой (серной, азотной, фосфорной):

Этот метод является относительно экономичным, но требует расхода дефицитного продукта - аммиака.

2. Метод нейтрализации основан на поглощении SO2 раствором соды, извести или суспензиями основных оксидов:

а) содовый метод

б) известковый метод

в) магнезитовый метод

г) цинковый метод

3. Каталитические методы основаны на непосредственном превращении SO2 в H2SO4 в присутствии катализаторов. Катализатором является пиролюзит - руда, содержащая марганец. Окисление SO2 происходит по следующей реакции:

Эффективность очистки выбросов от SO2 зависит от множества факторов: парциальных давлений SO2 и O2 в очищаемой газовой смеси, температуры отходящих газов, наличия и свойств твердых и газообразных компонентов, объема очищаемых газов, наличия и доступности хемосорбентов, потребности в продуктах утилизации SO2, требуемой степени очистки газа и т.д.

ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ

Можно выделить несколько групп методов улавливания частиц пыли.

1. Гравитационное оседание.

2. Центрифугирование.

3. Электростатическое оседание.

4. Инерционное ударение.

5. Прямой захват.

6. Диффузия.

Все эти процессы осуществляются с помощью специальной аппаратуры.

ВЫБРОСЫ ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ИХ ОЧИСТКА

Полиграфическая промышленность наносит относительно небольшой ущерб окружающей среде, но так как большинство полиграфических предприятий расположены в черте городов и у них фактически отсутствуют санитарно-защитные зоны, защита окружающей среды является необходимой и важной проблемой.

После внедрения фотонабора свинец перестал являться основным загрязняющим веществом выбросов полиграфических предприятий. В настоящее время к приоритетным загрязнителям атмосферы полиграфическими предприятиями относятся толуол, бензин и другие растворители, а также бумажная, декстриновая и красочная пыль.

Выбросы полиграфических предприятий подразделяются на технологические и вентиляционные.

К технологическим выбросам относятся выбросы из сушильных систем печатных машин глубокой и флексографской печати, лакировальных машин, агрегатов для припрессовки пленки, выбросы от систем и установок для сушки крышек и блоков. Технологические выбросы характеризуются высокими концентрациями вредных веществ и подлежат обязательной очистке.

К вентиляционным выбросам относятся выбросы общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Выбросы местной вытяжной вентиляции по концентрации загрязняющих веществ близки к технологическим выбросам и подлежат очистке. Выбросы общеобменной вентиляции характеризуются большими объемами воздуха и низкими концентрациями загрязняющих веществ.

Очистка выбросов от органических растворителей производится адсорбционным способом (в рекуперационных установках) и термокаталитическим способом.

Рекуперация - процесс извлечения вещества и возврата его в исходном виде в производство.

Рекуперация растворителей осуществляется с помощью адсорбентов в специальных аппаратах - адсорберах. Обычно для этих целей используют активированный уголь. Воздух, содержащий пары растворителя, проходит через слой адсорбента. После насыщения адсорбента из него извлекают растворитель.

Термокаталитическая очистка - окисление углеводородов в газовоздушной смеси до нетоксичных веществ (CO2 и H2O) в присутствии катализаторов.

Например:

В качестве катализаторов используются металлы платиновой группы, обладающие высокой каталитической активностью.

Рекуперация растворителей рекомендуется для предприятий с объемом выбросов, подлежащих очистке, от 90 тыс. м3/ч и более, а при меньших объемах рекомендуется термокаталитическая очистка.

Для очистки воздушных выбросов от пыли (свинцовой, бумажной, декстриновой, красочной, резиновой и т.д.) применяют различные пылеуловители: фильтры (матерчатые, рукавные) с различными фильтрующими материалами, циклоны и т.д.

ЧТО ТАКОЕ ПОЧВА? В РЕЗУЛЬТАТЕ КАКИХ ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРУЕТСЯ ПОЧВА?

Почва - особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием. Представление о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, отличающими его от материнской (почвообразующей) породы, развивающемся в результате взаимодействия факторов почвообразования, было создано в последней четверти 19 в. В. В. Докучаевым — основателем современного почвоведения. До этого почва обычно рассматривали в качестве одного из геологических образований. Плодородие почвы, т. е. способность обеспечивать растения водой и пищей, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы. Природное плодородие имеет различный уровень, зависящий от состава и свойств почвы и факторов почвообразования. Под влиянием агротехнических, агрохимических и мелиоративных воздействий почва, являющаяся в сельском хозяйстве основным средством производства, приобретает эффективное, или экономическое, плодородие, показателем которого служит урожайность с.-х. культур.

Основные факторы почвообразования — климат, материнская порода, растительный и животный мир, рельеф и геологический возраст территории, а также хозяйственная деятельность человека. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы, обусловливая проходящие в ней процессы и их интенсивность, и в значительной степени определяет растительный покров и животный мир. Материнская порода в процессе почвообразования превращается в почву. От её гранулометрического (механического) состава и структурных особенностей зависят физические свойства почвы — водо- и воздухопроницаемость, водоудерживающая способность и пр., а, следовательно, Водный режим почвы, Тепловой режим почвы, воздушный режим, скорость передвижения веществ в почве и др. Минералогический состав материнской породы определяет минералогический и химический состав почвы и первоначальное содержание в ней элементов питания для растений. Растительность непосредственно воздействует на почву: корни рыхлят и оструктуривают почвенную массу, извлекают из неё минеральные элементы. В естественных условиях минеральные и органические вещества поступают в почву и на её поверхность в виде корневого и наземного опада. Представители животного мира (главным образом беспозвоночные, живущие в верхних горизонтах почвы и в растительных остатках на поверхности) в процессе жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ и способствуют формированию органо-минеральных почвенных агрегатов, т. е. структуры почвы. Основное влияние рельефа заключается в перераспределении по земной поверхности климатических (влаги, тепла и их соотношения) и др. факторов формирования почвы. Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Химические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном между ее твердой и жидкой частями. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. Почвенный раствор образуется в процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения воды в почве и смачивания ее. Реакция почвенного раствора создается при взаимодействии почвы с водой или растворами солей, характеризуется концентрацией водородных и гидроксильных ионов. Реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной. Различают активную (актуальную), возникающую за счет слабых кислот (главным образом углекислоты, органических кислот), кислых солей, минеральных кислот (H2SO4), и потенциальную кислотность.

Буферность - способность почвы противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву кислот или щелочей; она присуща твердой фазе почвы и зависит от ее химического, коллоидного и механического состава.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Физические свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые). К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы. Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование.

ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ

Плодородие почвы - способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, влаге, воздухе, биотической и физико-химической среде. Плодородие почвы обеспечивает урожай сельскохозяйственных культур, а также биологическую продуктивность дикой растительности.

НЕГАТИВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Питание - это основа жизни любого живого организма, в том числе и растений. Вне питания нельзя понять сущность процессов роста и развития.

С точки зрения практического растениеводства важнейшим средством улучшения питания сельскохозяйственных культур является, прежде всего, применение органических и минеральных удобрений. Рост растительной продукции определяется множеством факторов, среди которых ведущая роль все же принадлежит удобрениям и особенно минеральным, производство которых наращивает высокие темпы.

Почва является основным источником обеспечения сельскохозяйственных культур питательными веществами. Однако в современных условиях непрерывной интенсификации сельскохозяйственного производства для ежегодного выращивания высоких урожаев с продукцией хорошего качества довольно часто оказывается недостаточным то количество питательных веществ, которое поступает в растения из органического вещества и труднорастворимых минеральных соединений почвы в результате деятельности микроорганизмов и корневой системы растений. Особенно это относится к нечерноземной зоне, где дерново-подзолистые почвы с низким уровнем окультуренности занимают около 51% площади. Для почв этой зоны характерно, как правило, временное или длительное избыточное увлажнение.

Стратегия нашего земледелия за последние 25–30 лет строилась главным образом на неправильном наращивании средств химизации. Это привело к обострению медико-экологической обстановки в стране. Статистика показывает, что ежегодно 11,2% детей рождаются с физическими и умственными расстройствами, у 11–12 тысяч детей на каждые 100 тысяч – онкологические заболевания.

Процесс деградации – физической и умственной, вызванной воздействием загрязнителей среды обитания, — ускоряется. В 1959 г на душу населения приходилось 5 кг химических продуктов, применяемых в сельском хозяйстве, детей с генетическими отклонениями рождалось 0,74% от общего числа. В 1983 г. масса химических препаратов, поступающих на сельхозугодья страны, возросла до 25 кг на душу населения, число детей, родившихся с генетическими нарушениями, возросло до 16,5%. Биологами же давно установлено, что популяция, на 30% «испорченная» генетически, обречена на вырождение. Наряду с другими факторами окружающей среды средства химизации вносят определенный вклад в эти процессы.

В 1992—1995 гг. произошел спад сельскохозяйственного производства. Это вызвало уменьшение негативного влияния сельского хозяйства на окружающую среду. Это относится в первую очередь к воздействию пестицидов. Площадь применения пестицидов сократилась с 81 млн. га в 1990 г. до 33 млн. га в 1993 г., а применение сельскохозяйственной авиации для этих целей соответственно с 12 до 6 млн. га.

АТМОСФЕРНЫЕ ВЫБРОСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ

С выбросами промышленных предприятий в атмосферу поступают различные химические вещества, качественный и количественный состав которых зависит от особенностей технологического процесса. Так, с выбросами предприятий теплоэнергетики в воздух поступают зола, сажа, серы диоксид, азота оксиды, циклические углеводы, соединения мышьяка и фтора; предприятия черной металлургии загрязняют воздух рудничной пылью, оксидами железа и марганца; объекты цветной металлургии - оксидами свинца, цинка, кадмия, меди, мышьяка и ртути. Выбросы предприятий химической промышленности загрязняют атмосферу ароматическими и алифатическими углеводородами, соединениями серы, кислотами, фенолами, эфирами и т. д. В результате процессов естественного самоочищения атмосферы за счет гравитационной седиментации (выпадения под действием силы тяжести) и вымывания атмосферными осадками указанные химические вещества из воздуха попадают сначала на поверхность почвы, а затем начинают мигрировать. Вследствие поверхностного стока они поступают в открытые водоемы. Миграция вглубь почвы приводит к загрязнению всего слоя почвы и поступлению в подземные, прежде всего грунтовые, воды. Из почвы химические вещества мигрируют в растения. С почвенной пылью и вследствие испарения летучие соединения поступают в атмосферный воздух. В почву из атмосферы в глобальном масштабе ежегодно поступает 3 млн т серы диоксида, 3,1 млн т азота оксидов, 8,2 млн т углерода оксида, 1,7 5 млн т органических соединений, 7 тыс. т цинка, 6,5 тыс. т свинца, 80 т кадмия, около 600 других химических веществ.

В последние десятилетия в связи с резким ускорением темпов научно-технического прогресса литосфера, особенно ее поверхностный слой - почва, интенсивно загрязняется тяжелыми металлами, в частности такими, как ванадий, висмут, железо, кадмий, кобальт, медь, молибден, никель, олово, свинец, селен, сурьма, теллур, хром, ртуть и др., атомная масса которых превышает 50.

Характерной особенностью загрязнения почвы металлами является четко выраженная локализация зон загрязнения. Наибольшее количество металлов, загрязняющих почву, фиксируется вблизи промышленных предприятий (в радиусе 1 - 2 км). На расстоянии 3-5 км содержание металлов в почве начинает уменьшаться, и это происходит до расстояния 20-30 км. За пределами этих границ оно в большинстве случаев не превышает фонового значения.

Накопление в почве тяжелых металлов в количествах, превышающих фоновые, а тем более ПДК, приводит к изменению химического состава почвы, появлению у нее токсических свойств, нарушению почвенных биоценозов, угнетению процессов самоочищения почвы, снижению ее плодородия. В зоне влияния выбросов металлургических производств формируются искусственные техногенные биогеохимические провинции. Основными их особенностями являются: высокое содержание тяжелых металлов в почве относительно регионального фона; образование стойких техногенных циклов миграции тяжелых металлов (атмосфера - почва, почва - растения, почва - вода); прогрессирующие процессы загрязнения; наличие корреляционной связи между концентрациями тяжелых металлов в окружающей среде и биологических объектах (биосредах растений и животных).

Некоторые тяжелые металлы обладают мутагенными и канцерогенными (кадмий, мышьяк, никель, хром), гонадотоксическими, эмбриотоксическими и тератогенными (ртуть, кадмий) свойствами. Поэтому в искусственных биогеохимических провинциях наблюдается рост заболеваемости и смертности населения. Кроме того, тяжелые металлы (ртуть, мышьяк, хром и др.) обладают способностью проникать через плаценту, что повышает риск развития предпатологических и патологических состояний у новорожденных и младенцев.

ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ И ИХ УТИЛИЗАЦИЯ

Основными методами обезвреживания твердых бытовых отходов являются мусоросжигательные заводы, мусороперерабатывающие заводы и санкционированные свалки.

Санкционированные свалки - это такое складирование твердых бытовых отходов, которое предусматривает долговременную переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов. Свалки - это наименее цивилизованный способ обезвреживания твердых бытовых отходов, так как продуктами обезвреживания являются продукты неполного распада органического вещества. В процессе гниения отходов образуются токсичные, дурнопахнущие и горючие газы (например, NH3, H2S, CH4 и т.д.) а также фильтрат, чрезвычайно опасный в санитарном отношении, так как количество бактерий кишечной группы в нем в 2 - 3 раза больше, чем в стоках городской канализации.

В городах под складирование бытовых отходов отводятся большие территории. Удалять отходы необходимо в короткие сроки, чтобы не допускать размножения насекомых, грызунов и предотвращать загрязнение окружающей среды.

Мусоросжигательные заводы являются более эффективным способом обезвреживания твердых бытовых отходов по сравнению с санкционированными свалками. Но он также оказывает существенное негативное воздействие на окружающую среду. В результате сжигания отходов образуются отходящие газы, содержащие в своем составе SO2, HCl, HF, NOx, CO, летучую золу и т.д. Если для очистки газов используется вода, то после очистки газов она содержит альдегиды, хлориды, сульфаты, фосфаты и т.д. В процессе сжигания мусора также образуется шлак, состоящий из мелкозернистых несгоревших частиц органики, металла, стекла, камней и т.д., который загрязняет почву инертными материалами.

Мусоросжигательные заводы наряду с обезвреживанием твердых бытовых отходов и максимальным уменьшением их объема (до 90% от исходного мусора) сами загрязняют окружающую среду. Поэтому при их проектировании обязательно предусматривается очистка выбросов. Производительность таких заводов составляет примерно 720 т/сут при круглогодичном и круглосуточном режиме работы.

Мусороперерабатывающие заводы - это наиболее перспективный метод обезвреживания твердых бытовых отходов, причиняющий наименьший ущерб окружающей среде. Основными продуктами переработки твердых бытовых отходов является компост, находящий применение в сельском хозяйстве как удобрение, и некомпостируемый остаток (камни, глиняные черепки, пластмассы, стекло), представляющий собой обезвреженную массу и составляющий до 30% от объема исходного мусора.

ТВЕРДЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА

В результате работы промышленных предприятий происходит загрязнение почвы твердыми промышленными отходами, приводящее к выходу из строя земель, пригодных для сельского хозяйства.

Различают нетоксичные и токсичные промышленные отходы. Токсичные отходы подразделяют на четыре класса токсичности: чрезвычайно токсичные, высокотоксичные, умеренно токсичные и малотоксичные.

Основными видами твердых промышленных отходов являются шлаки тепловых электростанций и металлургических заводов, природные отвалы горнодобывающих предприятий и горнообогатительных комбинатов, строительный мусор и т.д.

Обезвреживание, утилизация и размещение отходов - это обязанность, которая возлагается на предприятия, ответственные за загрязнение окружающей среды.

Обезвреживание отходов - это удаление из них вредных примесей.

Утилизация отходов означает и обезвреживание и одновременное извлечение из них полезных продуктов.

Размещение отходов подразумевает или складирование или захоронение отходов. При этом складирование - это размещение отходов на поверхности земли, а захоронение - это размещение отходов на глубине, как правило, в контейнерах.

Особое место среди высокотоксичных отходов занимают радиоактивные отходы, размещение которых производят в соответствии с договорами, заключаемыми с природоохранительными организациями (полигонами, заводами и т.д.), занимающимися утилизацией и захоронением отработанных радиоактивных материалов.

Примером утилизации твердых промышленных отходов может служить метод катализированной кристаллизации стекла на основе доменных шлаков. Таким образом получают шлакоситаллы. Их высокие физико-механические и физико-химические свойства, в первую очередь износостойкость и химическая устойчивость, в сочетании с декоративностью делают их ценнейшим строительным материалом.

Еще одним примером утилизации твердых промышленных отходов является производство резиновой крошки и регенерата из старых шин автомобилей самых различных марок. Регенерат - это пластичный материал, частично заменяющий каучук в различных резиновых изделиях, в том числе и в новых шинах.

Одним из самых крупных источников нарушения и загрязнения окружающей среды в настоящее время является горнопромышленный комплекс. Ежегодный объем извлекаемой из недр горной массы в нашей стране составляет свыше 15 млн. тонн. При этом в хозяйственный оборот вовлекается только около трети всего минерального сырья, а на производство готовой продукции расходуется менее 7% добытых полезных ископаемых. Государство несет серьезный ущерб от потерь ценных компонентов и некомплексной переработки уже добытого сырья.

БЕЗОТХОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО И МАЛООТХОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Изучение процессов, протекающих в биосфере, и влияние на них хозяйственной деятельности человека показывает, что только создание экологически безотходных и малоотходных производств может предотвратить оскудение ресурсов и деградацию окружающей среды. Хозяйственная деятельность людей должна строиться по принципу природных экосистем, которые экономно расходуют вещество и энергию и в которых отходы одних организмов служат средой обитания для других, т.е. осуществляется круговорот веществ.

Малоотходная технология - промежуточная ступень перед созданием безотходной технологии, подразумевающая приближение технологического процесса к замкнутому циклу. При малоотходной технологии вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами. Часть сырья всё же превращается в отходы и подвергается длительному хранению или захоронению. Оценить степень приближения к безотходной технологии можно с помощью материального индекса производства.

ПОНЯТИЕ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Термин «безотходная технология» был впервые предложен академиками Н.Н.Семеновым и И.В.Петряновым-Соколовым. В ряде стран Европы вместо терминов «безотходная технология» и «малоотходная технология» применяются термины «чистая технология» или «более чистая технология», что по существу одно и то же.

В настоящее время в соответствии с решением ЕЭК ООН и Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов сформулировано понятие безотходной технологии (БОТ).

Безотходная технология - это практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду.

Часто встречается и другое название - безотходная технологическая система (БТС).

Безотходная технологическая система - это такое отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду.

Понятие безотходной технологии затрагивает не только производственный процесс, но и конечную продукцию, которая должна характеризоваться:

1) долгим сроком службы изделий;

2) возможностью многократного использования;

3) простотой ремонта;

4) легкостью возвращения в производственный цикл или переведения в экологически безвредную форму после выхода из строя.

Схема безотходного производства имеет вид: «спрос - готовый продукт - сырье». Каждый этап этой схемы требует затрат энергии, а ее производство связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Другим препятствием для организации безотходного производства является износ материалов, их рассеивание в окружающей среде.

Понятие безотходной технологии носит условный характер. Под ним понимается теоретический предел, совершенная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично. Отсюда и появилось понятие малоотходной технологии. Но по мере развития научно-технического прогресса технология будет совершенствоваться и все более приближаться к идеальной модели.

Оценка степени безотходности производства является очень сложной задачей. Единых критериев безотходности для всех отраслей промышленности не существует.

Возможны следующие подходы для оценки степени безотходности производства:

а) степень использования природных ресурсов;

б) отношение выхода конечной продукции к массе поступившего сырья и полуфабрикатов;

в) количество отходов, образующихся на единицу продукции.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНЫХ ПРОИЗВОДСТВ, ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ПРИНЦИПЫ БЕЗОТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

• Системный подход

• Комплексное использование ресурсов

• Цикличность материальных потоков

• Ограничение воздействия на окружающую среду

• Рациональная организация

1. Комплексное использование сырья

Отходы производства - это часть сырья, неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам. Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики. Необходимость более рационального комплексного использования природных ресурсов диктуется с одной стороны все увеличивающимся темпом роста объема промышленного производства, загрязняющего окружающую среду, а с другой - необходимостью экономного расходования природных ресурсов, так как запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно растут. Например, с 1992 года по 1994 год мировые цены почти на все сырье повысились более чем в 2 раза. В свою очередь рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются пределы их рентабельности.

Источниками отходов являются:

а) примеси в сырье, т.е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;

б) неполнота протекания процесса, т.е. остаток полезного продукта в сырье;

в) протекание побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ.

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованного сырья, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше являлась отходом производства.

2. Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий и схем

Примеры:

а) в соответствии с разработками новых наукоемких технологий в электронной промышленности производят продукцию, потребляющую значительно меньше электроэнергии (телевизоры, компьютеры и т.д.);

б) в черной металлургии разработана новая технологическая схема прямого восстановления железа, позволяющая уменьшить загрязнение окружающей среды.

3. Создание замкнутых водо- и газооборотных циклов

Примеры:

а) на промышленном объединении «Тулачермет» организован и постоянно совершенствуется замкнутый газооборотный цикл, разработанный для производства суперфосфатных и других фосфорных удобрений, что позволяет избежать загрязнения окружающей среды фторидами;

б) на Липецком металлургическом комбинате уже несколько лет действуют замкнутые водооборотные системы.

4. Кооперирование предприятий, создание территориально-производственных комплексов

В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для другого производства. В связи с этим сам термин «отходы» можно заменить на термин «продукты незавершенного производства». Следовательно, основной проблемой является изыскание возможностей применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях, которые могли бы их использовать в качестве вторичных материальных ресурсов. Например, в Бразилии из отходов переработки сахарного тростника получают этиловый спирт, который затем используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

В России была проведена большая работа по систематизации отходов различных отраслей промышленности и по созданию так называемых «банков отходов». Например, в химической промышленности, металлургии, нефтехимии и т.д. такие системы уже имеются.

Наиболее благоприятные возможности для межотраслевого кооперирования складываются в условиях территориально-производственных комплексов (ТПК). Самым эффективным типом организации производства является сочетание межрайонной специализации с внутренней кооперацией.

Основные принципы создания ТПК:

а) единая производственная и социальная микроструктура, общая строительная и энергетическая база;

б) четкая специализация в масштабе страны и своего экономического района.

Главной задачей настоящего времени является создание ТПК среднего масштаба помимо ТПК крупных экономических районов страны (Московского, Краснодарского, Кузбасского и т.д.).

БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Твёрдое и жидкое топливо при сжигании используются не полностью, а также образуют вредные продукты. Существует методика сжигания топлива в кипящем слое, которая более эффективна и экологически безопасна. Газовые выбросы необходимо очищать от оксидов серы и азота, а золу, образующуюся как результат фильтрации, использовать при производстве строительных материалов.

БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В МЕТАЛЛУРГИИ

Необходимо широкое использование твёрдых, жидких и газообразных отходов чёрной и цветной металлургии вместе с одновременным снижением выбросов и сбросов вредных веществ. В цветной металлургии перспективно применение метода плавки в жидкой ванне, требующее меньших затрат энергии и вызывающее меньший объём выбросов. Получаемые же в результате серосодержащие газы могут использоваться в производстве серной кислоты и элементарной серы.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении