Экология как наука. Задачи экологии. Структура экологии.

Лекции по экологии

для студентов заочной формы обучения.

Экология как наука. Задачи экологии. Структура экологии.

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 (от греч. оicоs —дом и logos — наука) в буквальном смысле - наука о местообитании. Существует много определений экологии как науки, 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.

Объектом экологии как науки является биологические макросистемы: популяции, сообщества, экосистемы, их динамики во времени и пространстве, законы их развития и существования.

Задачи экологии весьма многообразны.

В общетеоретическом плане к ним относятся:

— разработка общей теории устойчивости экологических систем;

— изучение экологических механизмов адаптации к среде;

— исследование регуляции численности популяций;

— изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

— исследование продукционных процессов;

— исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

— моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

- улучшение качества окружающей природной среды;

- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

- оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Структура экологии. В настоящее время в экологической науке наибольшее развитие получили следующие направления:

· классическая экология - изучает взаимодействие биологических систем с окружающей средой;

· глобальная экология - раскрывает единство и целостность биосферы как глобальной экосистемы;

· социальная экология - рассматривает взаимосвязи и вза­имозависимости в системе «общество - окружающая среда»;

· геоэкология - изучает геосистемы разного уровня органи­зации и их антропогенные изменения;

· экология человека - изучает природную сущность челове­ка, среду его обитания, экологические факторы здоровья;

· прикладная экология - изучает взаимосвязи агроэкосистем, экосистем города, техносферы с окружающей средой;

· экологический мониторинг - это система наблюдения, оценки, анализа и прогноза состояния окружающей среды;

· теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни.

Учение о биосфере.

Термин «биосфера» в научную литературу введен в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «биосфера», по Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой и газообразной) живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Строение биосферы.

Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы (рис. 1). Границы этих элементов биосферы определяются условиями, при которых возможно существование живых организмов.

Нижняя граница биосферы опускается на 2—3 км от поверхности на суше и на 1—2 км ниже дна океана. Нижний предел жизни связан с повышением темпратуры в земных недрах. Предель­ная температура существования большинства живых организмов, по современным данным, составляет около 80—100 °С, а активность организмы сохраняют в интервале температур 0-30 ⁰С. Температура за границами этого интервала — это скорее температуры выживания, а не нормальной жизненной активности.

Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой, имеющий максимальную плотность озона на высоте 20—25 км, выше которого ультрафиолетовое излучение исключает существование жизни. С учетом этого общая протяженность биосферы по вертикали составляет 33-35 км.

 

Основные свойства биосферы

1. Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество) К сожалению, оно часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид - человек (антропоцентризм).

2. Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

3. Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов.

4. Биосфера- система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфе­ра как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием.

Таким образом, даже краткое знакомство с биосферой свидетельствует, что ее свойства и функции прежде всего обусловливаются живым веществом. Это значит, что среда, в которой мы живем, - результат прежде всего функционирования живых организмов, а последние, в свою очередь, - продукт той среды, которая ими создана, результат их медленной миллионолетней адаптации к изменявшейся среде. В связи с этим стабильность и устойчивость биосферы возможна при выполнении условий для сохранения всего многообразия организмов и их деятельности.

 

Синойкия -

Следующим видом симбиоза является протокооперация — когда совместное существование выгодно обоим видам, но необязатель­но для них ("+" — "+"). Наиболее ярким примером протокооперации является сосуществование актинии и рака-отшельника. Примером взаимовыгодных отношений служит сожительство так называемых клубеньковых бактерий и бобовых растений (го­роха, фасоли, сои, клевера и т.д.). Эти бактерии, способные усва­ивать азот из воздуха и превращать его в аминокислоты, поселя­ются в корнях растений.

Другая форма протокооперации — образование микоризы — симбиотических отношений грибов с корнями высших растений. Подземное тело гриба (мицелий) проникает внутрь корня, срас­тается с ним, при этом на корне не развиваются корневые волос­ки. С помощью гриба растения поглощают воду и минеральные вещества из почвы, а грибы получают от растений-партнеров уг­леводы. Деревья с микоризой растут гораздо лучше, чем без нее.

Наиболее сильная взаимосвязь между организмами возника­ет при мутуализме, когда оба вида не только извлекают пользу из совместного существования, но и не могут жить самостоятельно ("+" — "+"). Примером мутуализма являются отношения микро­организмов, обитающих в желудке жвачных копытных животных. Жвачные питаются растительной пищей, однако у них нет ферментов, расщепляющих целлюлозу. Микроорганизмы вырабатыва­ют такие ферменты, переводя целлюлозу в простые сахара, при этом получают в желудке пищу и условия для размножения. Без микроорганизмов-симбионтов крупные животные могут погибнуть от голода. Аналогичный механизм встречается и у термитов.

Альтруизм -

В современных условиях человек оказывает большое влияние на живые организмы. Поэтому выделяют еще и антропогенный фактор.

Антропогенное влияние может быть как прямым, так и косвенным. К прямому воздействию относится истребление видов, их переселение с одного места обитания на другое. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов (изменение климата, гидрологического режима, распашка земель и т.д.)

Разные экологические факторы оказывают неодинаковое влияние на организм, кроме того, различные организмы имеют неодинаковое требования у к экологическим факторам. Для любого организма существует конкретное количество фактора, наиболее благоприятное для него. Всегда можно установить зависимость между интенсивностью экологического фактора и степенью его воздействия. Эта зависимость отражена в з-не толерантности (Шелфорда, 1913) Согласно этому закону, лимитирующим фактором процветания организма (вида или экосистемы) может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Лимитирующий экологический фактор – это фактор, который ограничивает развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным значением).

Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от воздействия на нее фактора представляют в виде так называемой кривой толерантности, имеющей обычно колоколообразную форму с максимумом, соответствующим оптимальному зна­чению данного фактора (см. рис.).

Оптимумом, таким образом, являются условия, в которых вид имеет наибольшую жизнеспособ­ность, а данное сообщество получает преимущество перед другими.

 

Для каждого вида существуют свои оптимальные условия по разным параметрам. Вокруг оптимальной зоны существует зона сниженной жизненности, где организмы имеют возможность существовать и размножаться, несмотря на условия окружающей среды, которые в этой зоне не всегда благоприятны. Далее находится зона угнетенной жизненности, где нормальное существование организма подавляется неблагоприятным действием экологического фактора. Эти зоны носят еще одно название – стрессовых зон (стрессом называется неспецифическая реакция организма на любое сильное воздействие, оказываемое на него).

За пределами интервала толерантности лежит зона дистресса (отрицательной реакции организма на внешнее воздействие). Существование организма в этом диапазоне действия фактора невозможно, так как приводит к его гибели.

Верхний и нижний пределы ограничивают зону толерантности (выносливость).

Диапазон толерантности по каж­дому фактору, таким образом, ограничен его минимальными и максимальными значениями, в пределах которых только и может существовать организм.

Вспомогательные принципы закона толерантности.

1. Организм может иметь широкий диапазон выносливости в отношении одного фактора и узкий в отношении другого (н-р, человек и яды).

2. Организм с широким диапазоном выносливости к большинству экологических факторов широко распространен (н-р, популяция воробьев, крысы).

3. Факторы могут оказывать влияние на расширение или сужение выносливости организмов к др. факторам (снижение содержания азота в почве, снижает засухоустойчивость и наоборот).

4. Период размножения является критическим по отношению к экологическим факторам (н-р, рыбы).

По отношению к одним факторам организмы обладают широким диапазоном выносливости и выдерживают значительные отклонения интенсивности действия фактора от оптимальной величины. Другие организмы выдерживают лишь небольшие отклонения от оптимума и поэтому имеют узкий диапазон выносливости. Например, для некоторых антарктических рыб, адаптированных к холоду, диапазон переносимых температур составляет всего 4 "С (от —2 до 2 °С). В то же время рыбы, обитающие в водоемах пустынь, переносят диапазон температур от 10 до 40 °С. Широким диапазоном выносливости к колебаниям температуры обладают животные, обитающие в высоких широтах. Песцы в тундре могут переносить колебания температуры в пределах 80° (от —55 до 30 °С). А древесные растения в Якутии выдерживают зимние морозы до —70 °С.

Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды называется экологической пластичностью (или экологической валентностью).

Экологически непластичные, т. е. маловыносливые, виды на­зываются стенобионтными (от греч. stenos - узкий), более вы­носливые - эврибионтными (от греч. eyros - широкий).

Стенобионтность и эврибионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Так, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы; к концентрации солей - эври- и стеногалинные; к свету - эври- и стенофотные, к видам пищи - эври- и стенофагные.

Эврибионтность обычно способствует широкому распространению видов. Как известно, многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы. Однако нередко благодаря жестким требованиям к среде обитания стенобионтам принадлежат обширные территории. Так, рыбоядная птица скопа, являясь типичным стенофагом, по отношению к другим факторам выступает как эврибионт. Она обладает способностью в поисках пищи передвигаться на большие расстояния и занимает значительный ареал.

Демэкология

- изучает взаимоотношения одного вида (в пределах популяции) и средой обитания. Экологические закономерности существования популяций

Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида.

Группы особей одного вида с общим генофондом, общей морфологией и единым жизненным циклом называют популяцией.

 

Рис. Типы кривых выживания

Выпуклая кривая I – очень близка к идеальной кривой выживания, характерна для популяций в которых старение служит главным фактором влияющим на смертность. (человек и многие животные).

Сильно вогнутая кривая III отражает максимальную смертность на ранних стадиях жизни, характерна для рыб, устриц, двустворча­тых моллюсков, а из растительного мира — для дуба. Смерт­ность велика и у свободно плавающих мальков, прорастающих желудей. Когда же особи подросли и приспособились к подходящим условиям, смер­тность резко снижается.

Средняя кривая II отражает равномерную смертность во всех возрастных группах. Такие S-образные кривые характерны для многих видов птиц, мышей, кроликов и др. Форма кривой выживания тесно связана со степенью заботы о потом­стве. Так, кривая выживания пчел и дроздов, заботящихся о потомстве, значительно меньше вогнута, чем кривая выживания у кузнечиков или рыб-сардин, которые не заботятся о своем потомстве.

 

Тема: Биоценология

Экосистемы и сообщества

Взаимодействия на популяционном уровне, вли­яют на следующий, более высокий уровень организации живого - сообще­ство, под которым понимается совокупность популяций разных видов, со­существующих в пространстве и времени.

Длительное совместное существование лежит в основе формирования многовидовых сообществ – биоценозов.

Виды пищевых цепей

Пастбищные (или цепи выедания) I. продуценты, и. е. живое орг. в-во, растительного происхождения II тр. ур. фитофаги   II ур. хищники   IV ур. редуценты

Детритные (цепи разложения) I ур. детрит – это мертовое частично переработанное органическое в-во оно м.б. как животного, так и растительного происхождения. II ур. детритофаги – это обширный класс организмов (дождевые черви, нематоды, клещи, личинки падальной мухи, улитки, грибы), III ур. хищники IV ур. редуценты

 

В сообществах реальные пищевые связи между популяциями значительно сложнее, чем на схемах ПЦ, здесь ПЦ переплетаются и образуют пищевые сети. Пищевые сети образуются потому, что практически любой член какой либо ПЦ одновременно является звеном и в другой ПЦ: он потребляет и его потребляют несколько видов др. организмов.

 

Классификация экосистем

I. По размерам.

Раз­личают микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева, не­большой пруд и т.п.), мезоэкосистемы (лес, озеро, река и т.п.), мак­роэкосистемы (океан, континент и др.) и глобальную экосистему в границах всей планеты (биосферы).

II. Основана на биомном принципе.

Морские экосистемы

Открытый океан (пелагическая); Континентальный шельф (прибрежные воды);

Районы апвеялинга (зоны с продуктивным рыболовством); Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т. п.)

Биосферу

Загрязнение атмосферы.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22—25 млн. т в год.

Типичными последствиями загрязнения атмосферы человеком являются: кислотные осадки, парниковый эффект, нарушение озонового экрана (слоя).

Кислотные осадки

Кислотными осадками называют дожди, туманы, снег, которые имеют рН < 7 из-за содержания в них соединений, образующих серную и азотную кислоты, что связано с выбросами в атмосферу диоксида серы и оксидов азота.

Основными источниками таких выбросов являются продукты сгорания топлива (уголь, мазут, бензин и т.д.) в энергетических установках предприятий, наземного и воздушного транспорта, выбросы химических и металлургических предприятий.

Выпадение кислотных дождей и снега, наносящих серьезный ущерб флоре, фауне (химические ожоги), вызывающих коррозию и разрушение элементов зданий и сооружений.

Наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов N, углеводородов, озона и др. загрязнителей в условиях интенсивной солнечной радиации и безветренной погоды может стать причиной образования фотохимического смога.

Смог – сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центах, обусловленное застаиванием больших масс воздуха. (Теплый воздух насыщенный вредными веществами задерживается в приземном слое, и не поднимается в верх в результате чего может наступить массовая гибель людей. В 1952 г от лондонского смога погибло 4000 человек).

 

Нарушение озонового экрана

Известно, что более 99 % ультрафиолетового излучения Солнца поглощается слоем озона (О₃) на высоте в среднем 25 км от поверхности Земли. Озон образуется в стратосфере, где под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода взаимодействуют с атомарным кислородом с образованием озона.

Всего озона в атмосфере около 3 млрд. т. За последние 10 лет среднегодовая концентрация озона в средних и высоких широтах на высоте около 20 км уменьшилась» на 10 %.

По мнению ряда ученых, причинами разрушения озонового слоя являются: поступления в атмосферу фреонов, хлорфторуглеродистых соединений, применяемых в качестве аэрозолей, хладагентов и в производстве пласт масс, а также при обогащении руд цветных металлов. Исследования НАСА показали: одна молекула газа, используемого в кондиционерах автомобилей, разрушает десятки тысяч молекул озона. 1 молекула хлора способна разрушить до 100 тыс. молекул озона. Пропорционально уменьшению озона возрастает ультрафиолетовая радиация, вызывающая у человека рак кожи. Сокращение озонового слоя на 1% вызывает ежегодный рост раковых заболеваний кожи на 6%. При этом снижается продуктивность сельского хозяйства, Мирового океана и т.д.

Некоторые исследователи считают, что выбросы фреонов играют второстепенную роль, и связывают снижение устойчивости озонового слоя с полетами сверхзвуковых самолетов и запусками ракет, увеличивающими поступление водорода в верхние слои атмосферы. Водород рассматривается как катализатор процесса.

 

Парниковый эффект

Люди тысячелетиями стремились воздействовать на погоду. А сейчас мы внезапно оказались на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. К сожалению, оно не запланировано, не управляемо и может оказаться катастрофическим. Его причина увеличение содержания в атмосфере углекислого и некоторых других газов, что приведет к потеплению климата. Увеличение содержания СО₂ в атмосфере на 60 % по сравнению с современным уровнем может вызвать рост температуры земной поверхности на 1,2-2 °С. Это значит, что если до 2050 года потребление ископаемых топлив не сократится, то концентрация СО₂ в атмосфере возрастет вдвое, а температура поверхности Земли увеличится на 3 ⁰С.

К сожалению, возрастает дополнительный вклад в "парниковый эффект" таких газов, как N₂O, SO₂, NH₃, CH₄, метана, фреонов и других органических веществ. Основной причиной роста концентрации за последние 90 лет NO₂ (более 20 % прироста) является производство и применение удобрений. Опережающими темпами растет содержание в атмосфере СН₄ и NH₃. Установлено, что если темпы роста концентрации в атмосфере газов, дающих дополнительный вклад в «парниковый эффект», сохранятся на сегодняшнем уровне, то к 2020 году их действие будет эквивалентно удвоению концентрации СО, в атмосфере.

Потепление на Земле, по мнению климатологов, за счет рос та температуры на 0,1 "С считается значительным, а увеличение температуры на 3,5 °С — критическим. Таяние полярных льдов при ведет к повышению уровня Мирового океана почти на 100 м, т.е. к затоплению территорий, где проживает подавляющее большинство населения и сосредоточен основной промышленный потенциал. Изменение перепада температур между зонами полюсов и экватора Земли нарушит естественную циркуляцию атмосферы. Ослабление интенсивности переноса воздушных масс приведет к существенному ухудшению переноса теплоты и влаги, т.е. произойдет глобальное изменение климата: в зонах с жарким и сухим климатом увеличивается количество атмосферных осадков, в умеренном поясе станет значительно суше.

 

Загрязнение вод суш.

Является очень острой экологической проблемой, потому что именно они используются в качестве источника питьевой воды. Воды суши загрязняются диоксинами, тяжелыми металлами (медью, ртутью, свинцом, никелем, цинком и др.), пестицидами, нитратами. и др. вредными веществами.

 

3.3. Разрыв нормальных экологических связей между океанами и водами суши из-за строительства плотин, каналов, мелиорации и т.д. В нормальной экологической среде должны существовать водосток. Когда человек строит плотину нарушается водосток, нарушается время обмена, тепловой баланс.

 

Энергетический кризис

Человечество обязано своим могуществом способности творчески мыслить и умению поставить себе на службу энергетический потенциал природы. Промышленная революция началась

Современное энергопотребление человечества составляет около 10¹³ Вт/год и основано на невозобновимых запасах ископаемого топлива - каменного угля, нефти, газа. Оно примерно на порядок превышает доступную для использования человеком мощность возобновимых источников энергии - солнечную, ветровую, геотермальную, приливную, гидромощность рек, прирост древесины и др. (Горшков, 1980, 1990). За счет минерального топлива во всем мире вырабатывается около 95 % энергии. Поэтому энергетические проблемы человечества напрямую зависят от топливно-энергетического потенциала Земли. Несмотря на огромные запасы ископаемого топлива и энергосберегающие технологии, рано или поздно они будут исчерпаны. Однако, по оценке В. Г. Горшкова, надвигающийся энергетический кризис заключается, скорее, не в недостатке энергии, а в том, что растущий антропогенный вклад в энергетику биосферы грозит ее устойчивости.

 

Изменения ландшафтов

Ландшафтные изменения в современных условиях антропогенного натиска представляют собой все нарастающий постоянно действующий экологический фактор, постепенно развивающийся из регионального в глобальный. Ландшафтные изменения влекут за собой деформации видового состава, структуры и системы связей внутри биогеоценозов.

Самое распространенное изменение антропогенного ландшафта – это его упрощение, создание «ландшафтной монотонности» и на этой основе – разрушение сложных экосистем и заменой их более простыми.

Окружающей среды.

§ Загрязнение окружающей среды ведет к необратимому разрушению как отдельных экосистем, так и биосферы в целом (н-р, накопление СО₂ ведет к потеплению климата).

§ Загрязнение окр. среды. прямо или косвенно ведет к ухудшению здоровья человека

§ ЗОС – процесс не производственных потерь труда, энергии и средств приложенных человеком для добычи, переработки, транспортировки сырья превращающихся в безвозвратные отходы. По расчетам Лемешева только 2 % сырья переходит в продукт, а остальное это отходы.

§ ЗОС ведет к потере плодородия земель, потере продуктивных площадей, снижению продуктивности.

§ Наносится ущерб имуществу: коррозия металлов, химическое и физическое разрушение материалов, используемых для возведения зданий и памятников, загрязнение одежды.

§ Нарушаются системы жизнеобеспеченности на локальном, региональном и глобальном уровнях: изменение климата и снижение естественной скорости круговорота в-в и поступления энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности человека и др. живых существ.

 

Уменьшение антропогенного загрязнения ОПС. Экозащитная техника и

технологии.

 

1. Направления инженерной защиты окружающей природной среды.

 

Основные направления инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий — внедрение ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксикация отходов и главное — экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ.

Эти принципиальные направления основаны на цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют экологизированными.

Подобно любой экологической системе, где вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам и в первую очередь закону круговорота веществ.

 

2. Уменьшение и очистка выбросов в атмосферу.

 

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры:

— экологизацию технологических процессов;

— очистку газовых выбросов от вредных примесей;

— рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

— устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения эко логизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Экологизация технологических процессов предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических процессов производства, замену местных котельных установок на централизованное тепло, предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на природный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на элек­тропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др. Все шире применяют частичную рециркуляцию, т. е. повторное использование отходящих газов.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов, внедрения замкнутых технологических циклов и т. д. недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, N0₂, S0₂, SO др.), однако, с точки зрения будущего, аппараты пылегазоочистки по вышеуказанным причинам не имеют перспектив.

Для очистки выбросов от аэрозолей в настоящее время применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли.

Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные, газопромыватели др.) требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения.

Филътры (тканевые, зернистые) способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм.

Электрофильтры – наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки газов (99,0-99,5 %).

Наиболее эффективны комбинированные методы очистки от пыли. Например, отличные результаты дает очистка агломерационных газов в батарейных циклонах с последующей доочисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах. (Зашита окружающей среды..., 1993).

Способы очистки выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей (NO,NO₂, SO₂ и др.) подразделяют на три основные группы: 1) поглощение примесей путем применения каталитического превращения; 2) промывка выбросов растворителями примеси (абсорбционный метод) и 3) поглощение газообразных примесей твердыми телами с ультрамикроскопической структурой (адсорбционный метод). С помощью каталитического метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Широко применяют палладийсодержащие и ванадиевые катализаторы. С их помощью происходит каталитическое досжигание оксида углерода до диоксида и диоксида серы до оксида.

Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента используют воду, растворы щелочей (соды), аммиака и др. Газообразные цианистые соединения абсорбируют, например, 5%-ным раствором железного купороса. Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции, называют абсорбером.

Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов — твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества). Например, на АЭС широко применяется метод очистки технологических газов путем сорбции радиоактивных продуктов на угольных фильтрах — адсорбентах, которые позволяют надежно предотвратить загрязнение атмосферы при всех режимах работы АЭС («Защита окружающей среды..., 1993).

Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют для снижения опасных концентраций примесей до уровня соответствующего ПДК.

Рассеивание пылегазовых выбросов осуществляют с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект.

Это далеко не самое лучшее решение проблемы, связанной с загрязнением воздушного бассейна. По мнению А. Гора (1993), «применение высоких дымовых труб, хотя и помогло уменьшить локальное дымовое загрязнение, осложнило в то же время региональные проблемы выпадения кислотных дождей.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предприятий в значительной степени связана с устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными решениями.

Санитарно-защитная зона — это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства (выбросы пыли и иные виды загрязнения среды).

 

3. Уменьшение загрязнения и очистка водоемов и почв.

Важнейшая и наиболее сложная проблема — защита поверхностных вод от загрязнения. С этой целью предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:

— развитие безотходных и безводных технологий; внедрение систем оборотного водоснабжения;

— очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и др.);

— закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты;

- очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.

Главный загрязнитель поверхностных вод — сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод представляется весьма актуальной и эколо­гически важной задачей.

Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различные способы их очистки: механический, физико-химический, химический, биологический и др. В зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка сточ­ных вод может производиться каким-либо одним способом или комплексом методов (комбинированный способ). В процессе очистки предусматривают обработку осадка (или избыточной биомассы) и обеззараживание сточных вод перед сбросом их в водоем.

При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляются до 90% нерастворимых механических примесей различ­ной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалину и др.), а из бытовых сточных вод — до 60%. Для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различных типов.

К основным химическимспособам относят нейтрализацию и окисление. В первом случае для нейтрализации кислот и щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак), во втором — различные окислители. С их помощью сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов.

При физико-химической очистке используются:

— коагуляция — введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и пр.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются;

— сорбция — способность некоторых веществ (