Биосфера. Загрязнение и защита окружающей среды
Тема 1: Биосфера
Биосфера
(Зюсс в кн. 19 - го века) - «сфера жизни всего живого» 1875г.
Первый автор учения о биосфере - В.И.
Вернадский. Кот. считал, что жизнь не появилась откуда - то из «вне», она
существовала на земле всегда.
Установлен закон в соотв. с кот. биосфера
подчин. закону «константности». В соответствии с законом масса живого вещества
на планете составляет 1019 тонн. Количество живой энергии сост.
4,171810 Дж. Химический состав на планете остаётся стабильным.
Основа биосферы - живое вещество, кот.
охватывает и перераспределяет химические вещества и т.п. Сущ. также абиотическое
(неживое) вещество. Радиоактивное вещество - электронные и др. виды
полей излучений, вкл. космическое вещество.
Особенности биосферы:
1. способность быстро наращивать массу
вещества;
2. интенсивно размножаться и осваивать всё
живое пространство;
3. движение под действием сил гравитации;
4. активное движение;
5. устойчивость, в течение жизни, и
быстрое разложение;
6. способность адаптации к любым условиям;
7. чрезвычайно высокая скорость реакции.
Функции биосферы:
1. энергетическая:
1.1. фотосинтез;
1.2. поглощение.
2. концентрационная - живое вещество
концентрирует в массе тела избранные хим. элементы;
3. деструктивная - сост. в том, чтоб
разрушать;
4. средообразующая;
5. газообразующая;
6. транспортная - перенос веществ и
энергии в результате активного движения организма;
7. информационная - выражается в том, что
организмы и их колонии накапливают определенную информацию, закрепляет её в
наследственности структуры и передаёт последующим поколениям. Основное звено
передачи информации - клетка.
Экосистема
(1935г., автор Тенсли) - совокупность взаимосвязанных элементов.
Свойства экосистемы: целостна; открыта для
обмена; способна поддерживать высший уровень внутренней упорядоченности;
способна предупреждать неконтролируемые процессы, способна повышать суммарную
энергию системы.
Энтропия
- мера упорядоченности экосистем.
Функции экосистемы:
1. гомеостаз - механизм саморегуляции
экосистемы;
2. обмен;
3. борьба за выживание.
Основные микроэлементы ЖО: H;
O; C;
Ca; Na;
K; P;
S.
Экосистема -
единый природный или антроп. - природный комплекс, созд. живыми организмами, в
кот. живые и неживые компоненты объединены между собой причинно - следственными
взаимосвязями, обменом веществ и распределяются потоком энергии.
ТЕРМИНЫ.
Продуцент
(автотроф) - организм, кот. создает (продуцирует) органическое вещество из
воды, углекислого газа и минеральных солей, используя при этом солнечную
энергию. Всего зеленый покров Земли состоит из 350 тыс. видов.
Консумент
(гетеротроф) - орг., который получает жизненную энергию, питаясь растениями или
животными. Среди них: травоядные животные, хищники, паразиты, хищные растения
(росянка, прим.), грибы. Таких орг. ок. 1,5 млн. видов.
Редуцент
- орг., кот. расщепляют органическое вещество вырабатываемое продуцентами и
консументами до простых соединений (воды, углевода, минеральных солей), замыкая
т.о. круговорот веществ в биосфере. Таких орг. на Земле ок. 75 тыс. видов (к
ним относятся микроорганизмы). Грибы, к прим., разрушают отмершую древесину,
выполняя роль редуцентов.
Пищевая (трофическая) цепь - взаимосвязи между
организмами, каждый из которых питается другими, и ,в свою очередь, служит
пищей третьему. В начале цепи расположены продуценты, они служат пищей для
консументов 1 - го порядка (травоядным животным), далее следуют консументы 2 -
го порядка (хищники), замыкают цепь продуценты.
В современной науке об окружающей сущ. 2 системы
взглядов на существование биосферы: 1) антропоцентрическая; 2) биоцентрическая.
Антропоцентрическая система взглядов
- отмечает власть человека над природой. Такой подход называют технологическим.
При таком подходе законы природы считают вторичными, они не могут мешать
социальному прогрессу.
Биоцентризм
- утв., что природа - это объект сосуществования видов, в т.ч. и человека.
По мере развития общества сформ. система связи
между экономикой и биосферой (биоэкономика).
Производством потребляется ежегодно:
· гидросфера - 5,3 тыс. гГт воды,
отходы составляют 5013±4 Гт;
· атмосфера - производство потребляет
28 Гт, человек 1,2 Гт, отходы в атмосферу сост. 35±1,6 Гт;
· минеральное сырье - 100 Гт;
· биомасса - 10 Гт в год (используется
не более 7,5%);
· энергоресурсы - исп. на 16%,
повсеместно!
Показателем использования ресурсов служит ИИР
(индивидуальное использование ресурсов) - коэффициент потери резерва за год -
отношение общего кол. добытых ресурсов к численности населения региона (страны
или мира).
По величине ИИР делятся на 3 гр.:
1. ресурсы со степенью истощения более
1,7% (золото, ртуть и др.);
2. ИИР ≤ 1,3% (молибден, железо,
никель, алюминий и др.);
3. ост. ИИР, в кот. резерв сост. 0,4 -
0,6%.
Структура (схема) использования ресурсной базы:
Потребление► Производство► Продукты
производства► Потребление продукты производства► Отходы
производства► Потребление.
Законы природы: развитие, целостность и
функциональность.
Целостность
- воздействие на один из элементов биосферы влечет за собой изменение во всей
системе.
Функциональность
- круговорот веществ и энергии в природе, многократная повторяемость процессов,
обеспечит их высокую суммарную эффективность, при ограниченном объеме вещества,
что учитыв. в этих процессах.
Развитие системы
- сост. в непрерывном изменении биосферы.
Круговорот веществ осущ. благодаря открытости
биосферы. О2 производится ежегодно в объёме 1,5×108
т; при этом потребляется 2×1010
т.
Палютанты - вещество - загрязнитель биосферы,
влияющие на биоценоз.
Тема 2: Загрязнение ОС
Материальные полютанты
- имеют всевозможное агрегатное состояние и хим. состав. Осн. их виды:
1. механические (без хим. примесей!);
2. химические - полютанты, кот. вызывают
изменение хим. особенностей среды и негативно воздействуют на экосистемы;
3. физические - изменяют параметры среды
(температура, радиация, волновые колебания и т.п.);
Физические загрязнения:
1. тепловое - изменение температурного
режима среды (причина - тепловые выбросы предприятий!);
3. шумовое - увеличение интенсивности
звука свыше природного уровня.
4. электромагнитное - излучение исх. от
электросетей, работы промышленных устройств и т.п., что нередко приводит к
географическим аномалиям, изменения чувствительности биологической среды;
5. радиационное - повышение уровня
радионуклидного излучения, кот. влияет на биосферу.
Биологическое загрязнение: биотическое и
микробиологическое.
Информационное загрязнение: загрязнение генотипа
(РНК и ДНК!)
Для оценки уровня загрязнения используют
показатели: ПДК, ПДУ; для оценки загрязнения экосистемы - ПДТН, ПДЕН, МТН.
МТН
- это объем сточных вод и твердых промышленных отходов, отходов коммунальных
объектов, кот. распределяется по административной территории (измеряется в
тыс.т/км2).
Расчёт МТН, пример:
Площадь = 520 кв.км.
Выбросы = 200 тыс.т.
МТН = 200 тыс.т./ 520 кв.км. = 0,35
(тыс.т/кв.км).
Показатели технологической и техногенной
нагрузки используют для составления экологических карт с целью оценки ситуации
и сравнения показателей территорий.
Основу выбросов по массе сост. выбросы от
подвижных источников - автомобилей, с/х техники, самолёты, тепловозы.
На большие города приходится всего от 30 до 70%
всех выбросов.
На США приходится не менее 40% всей массы
загрязнений.
Основные загрязнители: CO
(177 - 200 млн.т/год), NO*
(68
млн.т/год), SO2
(99
млн.т/год), CO2
(50
млн.т/год). От стационарных источников поступает 57 млн.т/год. От подвижных
источников - 80 млн.т/год.
Качество и количество характера загрязнения
среды является ИЗ (индекс загрязнения):
где
Ai= ai=
На основе этих данных обязаны соблюдаться меры
безопасности и предосторожности.
Санитарная защищенная зона
- защищенная полоса, отд. предприятия или загрязненный участок, от населенных
пунктов.
ПДК
- это один из путей предупреждения загрязнения окружающей среды: воды, воздуха
или продуктов питания и т.п.
ПДК
- максимально допустимая концентрация вещества в среде источников
биопотребления, кот. при более или менее длительном воздействии на организм не
оказывает влияние на здоровье, не вызывая длительного эффекта (не сказывается
на потомстве).
Существуют показатели ПДК (мг/куб.м.): ПДКр.з.
- рабочей зоны; ПДКмакс. - максимальный; ПДКс.с. -
среднесуточное; ПДКн.п. - населенных пунктов.
Нормирование
- деятельность по установлению предельно допустимых действий человека на
окружающую среду.
Нормативы
- определитель компромиссов между экологией и экономикой.
ЭТТ, ПДНТ, ПДЭТ
- подзаконные нормативы, опред. качество окруж. среды.
Экологические стандарты и
нормирование - установленный комплекс норм по
охране окружающей среды, использовании природных ресурсов и обеспечения
экологической безопасности.
Экологический менеджмент
- отражение государственной политики в области охраны окружающей среды и обеспечение
экологической безопасности населения.
Технологии защиты атмосферы от промышленных
загрязнений. Источником таковых есть: хозяйственная деятельность; эрозии;
антропологические изменения.
ЗОС (загрязнители окружающей среды):
1. выхлопы;
2. производство;
3. сгорание бытовых и промышленных
отходов.
ЗОС:
1) тепловая энергетика - 30 - 31%;
2) автотранспорт - 23%;
3) черная металлургия - 15 - 16%;
4) производственные стройматериалы - 15%;
5) цветная металлургия - 7%;
6) нефтеперерабатывающая промышленность -
6%;
7) химическая промышленность - 5%.
Промышленная пыль
- основной загрязнитель атмосферы, в сутки вырабатывается 1т/кв.км.
Факторы опасности:
1. количество выбросов;
2. физико-химические свойства выбросов;
3. концентрация;
4. требуемая степень защиты, необх. для
среды.
Химические методы устранения загрязнителей:
сорбция (осадок!); нейтрализация.
Биохимические методы: очистка сточных вод
микроорганизмами.
Физические методы: электромагнитная очистка
(облучение магнитными полями определенного «состава»); ультрафиолетовое
излучение; ультразвуковая обработка; инфразвуковая обработка.
Термические методы: окисление органических
веществ, при наличии кислорода ► сжигание органических веществ.
Задачи обеспечения уменьшения количества
полютантов: 1) минимизировать отходы производства; 2) выбор подходящего
оборудования (экологизация). При выборе технологий очистки: 1) замена токсичных
материалов на нетоксичные; 2) не поддающихся утилизации материалов на
поддающиеся такой.
Для оценки степени отходности производства
используют материальный индекс производства.
МИП = МИП > 1,
чем МИП меньше, тем безодходней производство.
ТЕРМИНЫ.
Процесс
- совокупность всех внутренних взаимодействий элементов системы или
взаимодействий системы с окружающей средой.
Технологический процесс
- сложная система сост. из единичных, связанных между собой, процессов
(элементов) взаимодействующих с окружающей средой.
Технологическая схема
- отдельное устройство, заключенное в последовательности.
Технология
- совокупность способов достижения цели (в определенной последовательности).
Технологический режим
- совокупность условий определяющие режим роботы аппаратов и установок.
Выход продукта
- отношение отдельно полученного продукта с максимально возможным количеством и
качеством, которое могло быть при данных условиях осуществления технологии.
Технологический регламент - основной
технологический документ, определяющий рецептуру, режим и порядок проведения
операций технологического процесса.
Тема 3: Защита окружающей среды
Мировой океан - вся вода на планете Земля!
Кладовая биомассы, которая способна прокормить 1,5 млрд. чел в год. Основной
загрязнитель воды - нефтепродукты, кот. попадают в океан при: 1)
транспортировка; 2) разработка шельфов; 3) загрязнение через атмосферу, грунт и
т.п.
Проблема пресной воды: нехватка и возрастающий
дефицит.
Задача защиты ОС: эффективное использование
водных ресурсов.
На хозяйственную деятельность расходуется: ЖКХ -
25% воды; с/х - 25% (1/2 от расходов промышленности); промышленность - 49%
общего количества воды.
Сточные воды как продукт хозяйственной
деятельности: изменяют свойства воды и её состав, цвет, вкус, запах.
При этом необходимо наличие растворимого
кислорода в воде в величине 4 мг/л.
По гостам нормируется количество возбудителей
инфекций. Наличие ядовитых веществ не допускается.
ПДК нахождения в питьевой воде примесей: аммиак
- 20 мг/л (0,05 мг/л для рыбного хозяйства!); медь - 1 мг/л (0,01 мг/л для
рыбного хозяйства!); свинец - 0,1 мг/л.
Для охраны водной среды в Украине существует 420
нормативов!
Технологии очистки воды:
1. методы механический очистки:
1.1. процеживание;
1.2. всплывание;
1.3. отстой;
1.4. фильтрация;
1.5. центрифугирование.
2. методы химической очистки:
2.1. добавление органического вещества;
2.2. сорбция;
2.3. прямая химическая обработка;
2.4. мембранная очистка;
2.5. ионообменные процессы;
2.6. электролиз;
2.7. термолиз;
2.8. хлорирование воды.
3. методы биохимической очистки.
Экологическая безопасность предприятия.
Основное
направление политики - охрана окружающей среды, концепция принята ВРУ 5 марта
1998г., которая определила 3 основных приоритета: реализация экологизации
предприятия, достижение баланса между уровнями загрязнения и их уменьшение.
Одной из задач является создание инструментов экономического регулирования с
целью обеспечения экологизации производства. Базовым инструментом являются
сборы (налоги), систематическое финансирование, создание механизма возмещения
убытков. Существуют насущные проблемы, связанные с отсутствием механизма
кредитования предприятий и частных лиц с целью экологизации производства и
экономических субъектов.
Страхование
- взаимная заинтересованность в предотвращении аварий на промышленных объектах.
Национальное хозяйство (Украина) имеет ряд
негативных тенденций, которые ухудшают экологическую ситуацию:
1. экономика двигается по пути ресурсе
затратного производства;
2. растет энерго и ресурсе ёмкость ВВП;
3. на 1 ед. ВВП расходуется 1т. ресурсов;
4. на 1 ед. ВВП энергопотребление в 3р.
выше чем в России;
5. за последних 10 лет энергопотребление
на 1 ед. ВВП увеличилось в 2р.;
6. наращивание мощностей выпуска продукции
при «грязном» производстве вредит экологии;
7. рост экспорта в Украине превышает
уровень роста ресурсной базы, что ведет к дефициту таковых и ухудшения
экологической обстановки.
Негативные тенденции
- рост техногенного давления на природу на 1 ед. отбросов. Удельный вес
выбросов на 1 ед. ВВП возрос в 3 - 4 раза, при этом уровень платежей,
поступающих в государственную казну, не соответствует уровню ущерба.
Существующие проблемы, которые требуют
безотлагательного решения:
1) финансирование, кредитование
экологизации предприятий и субъектов экономической деятельности;
Внебюджетные экологические фонды
- локальные природоохранные организации (например, Всеукраинский фонд
возрождения Днепра).
Существуют 2 метода оценки ущерба: метод
косвенных оценок и прямого счёта.
Сумма ущерба
- денежное выражение потерь качества окружающей среды и экологических потерь.
В природоохранной практике соблюдаются следующие
величины:
Уа = M*у*σ*
f
Экономический интерес органов власти и субъектов
предпринимательства в экологическом сенце совпадают: жизнь в безопасности;
здоровой среде обитания.
«Качество» жизни согласно законодательства состоит
в том, что:
1. увеличивается «качество» населения,
увеличивается продолжительность жизни, сокращения количества разводов,
повышение уровня квалификации и образованности;
2. увеличивается благосостояние (уровень
жизни);
3. «качество» социальной сферы - трудовые
условия, занятость, физическая и имущественная безопасность;
4. качество окружающей среды - аккумуляция
данных об атмосферных и водных загрязнителях, капитальные вложения и
мероприятия по охране окружающей среды;
5. «качество» природы - климатических
ресурсов, состояние и объем природы, сырьевых ресурсов.
ВТО установило для Украины переоценить и
пересмотреть своё экологическое законодательство.
Управление, организация и контроль
за сохранностью окружающей среды. Передовые
предприятия = передовой менеджмент, межотраслевой центр качества (соответствие
продукции ДСТУ ISO
9001-2001). Этот подход реализован всего на нескольких предприятиях; ключевой
объект такой концепции - человек и его идеология!
Экстенсивное производство
- основанное на старых технологиях, эргономичное и материалоёмкое производство,
экологически вредное. По оценкам ООН ущерб от него составляет до 4% ВВП в год.
Экономичное производство
(интенсивное) - основанное на передовых
технологиях экономичное и экологически чистое производство.
Глобальное производство
- строится на долгие годы на интенсивном методе производства.
Национальные затраты составляют 8 - 10% от ВВП
Украины для обеспечения безопасности ОС.
Экологическое нормирование
- деятельность в результате которой происходит обоснование идеальной и ременной
нормы, что способствует разработке экологических нормативов, при которых
сохраняется нормальная функциональность экосистемы.
Временно согласованные нормативы
- не ведут к сбалансированности действий по охране окружающей среды. Из них
существуют: 1) санитарно - гигиенические нормативы; 2) экологические нормативы;
3) вспомогательные.