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!);

2. световое – нарушение природной освещенности (в сл. действия источников искусственного освещения, что созд. аномалию в жизни растений и животных);

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 A_i= a_i=

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.): ПДК_р.з. – рабочей зоны; ПДК_макс. – максимальный; ПДК_с.с. – среднесуточное; ПДК_н.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.

Водоёмы (в случае загрязнения) попадают под контроль при наявности: 1) взвешиваемых веществ; 2) плавающих примесей; 3) окраски воды; 4) запаха; 5) РН – показателя кислотности, который может отойти от нормального (5,5); 6) изменение минерального состава вод.

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:

У_а = 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.