Три этапа в истории экологии.

Три этапа в истории экологии.

Труды первых ученых естествоиспытателей. Аристотель (384-322 до н.э.), Теораст (371-280 до н.э.), Плиний (79-23 до н.э.).

I этап. до 60-х XIX зарождение и становление как науки. К.Линней 1749 «Экономия природы» типология мест обитания. Ж.Бюффон 1749 «естественная история» изменения видов под влиянием среды. Ламарк 1802 термин биология; Ю.Либих 1840 – Закон min.

II этап. после 60-х оформление экология в собств отрасль знаний.

Ч.Дарвин 1859 «происхождение видов» приспособление и взотн видов.

Зюсс 1875 термин биосф. Мебиус 1877 термин биоценоз – сообщество жив. орг. Шелфорд 1911 з-н толерантности. Высоцкий экотип. В.И.Вернадский биосф. Тенсли 1935 экосистема. Сукачев 1942 основы биогеоценологии, понятие биогеоценоз.

III этап. 50-е XX. наст. превр. в науку. Б.Коммонер 4 з-на экология Герасимов, Лосева, Горшкова, Розанов, Моисеев, Яблоков и др.

 

Значение экологии. Идеи в.И.Вернадского о выживании мирового сообщества.

Установить правильные взаимоотношения с природными процессами, обеспечивающими устойчивое поддержание жизни на нашей планете, можно лишь на основе знания законов формирования и поддержания активного функционирования биологических систем, обеспечивающих глобальный круговорот веществ.

По Вернадскому необходимо: 1) Образование всемирного пространства, высшим приоритетом которого должно быть сохранение и восстановление окружающей среды, координация жизнедеятельности планетарного социума. 2) Приоритет сохранения природы над интересами человека. 3) сформировать информ цивилиз, в которой информ выступает как эквивалент других видов ресурсов.

 

Экосистема, её признаки. Виды экосистем. Классификация экосистем на основе биомов. Сходство и различия понятий биогеоценоз и экосистема.

Экосистема – это система, состоящая из живых существ и среды их обитания объединенных в единое функцион. целое.

Основные свойства:

1. способность осуществлять круговорот веществ

2. противостоять внешним воздействиям

3. производить биологическую продукцию

Виды экосистем:

1. микроэкосистемы (ствол дерева в стадии размножения, аквариум, небольшой водоем, капля воды и т. д.)

2. мезоэкосистема (лес, пруд, степь, река)

3. макроэкосистема (океан, континент, природная зона)

4. глобальная экосистема (биосфера в целом)

Ю. Одум предложил классификацию экосистемы на основе биомов. Это крупные природные экосистемы соответствующие физико-географическим зонам. Характеризуется каким – либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.

Типы биомов

1. наземные (тундра, тайга, степи, пустыни)

2. пресноводные (текучие воды: реки, ручьи, стоячие воды: озера, пруды, заболоченные воды: болота)

3. морские (открытый океан, воды шельфа, глубоководные зоны)

понятие биогеоценоз и экосистема близки, но есть различия. Любой биогеоценоз это система. Экосистема может включать несколько биогеоценозов, но не каждая экосистема, есть биогеоценоз, поскольку не обладает всеми признаками его.

1. первый признак: территориальный

2. отсутствие одного из звена (гниющее дерево, разлагающийся труп животного)

3. продолжительность существования (любой биогеоценоз бессмертный, так как всё время пополняется энергией за счет биохемосинтеза)

4.

Адаптация. Виды адаптации живых организмов: морфологическая, физиологическая, этологическая. Примеры. Правило Бергмана и Аллена.

Адаптация – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. Адаптации – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения).

Адаптация:

Морфологическая –выражается в приспособлении строения организма к факторам среды.;

Физиологическая – способность обитателей пустынь обеспечивать себя водой за счет биохим окислен жиров. (акклиматизация, миграция, зимовка);

Этологическая – поведенческая – приспособление поведения животных к температурным условиям.

Правило Бергмана

Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более крупные размеры тела по сравнению с обитателями более теплых зон и областей. Суть правила. Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно, что позволяет увличить отношение "теплопродукция / теплоотдача" и таким образом компенсировать потери тепла с поверхности тела в холодном климате.

Аллена

Правило. Животные, обитающие в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более короткие выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) по сравнению с обитателями более теплых зон и областей. Условия, при которых соблюдается.
- Животные гомойотермные.
- Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида).
Суть правила. Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. Тонкие выступающие части тела, имеющие небольшой объем и большую площадь поверхности, увеличивают теплоотдачу, т.е. ведут к потере тепла организмом.

 

Круговорот углерода.

Углерод включается в состав органических элементов в процессе фотосинтеза из CO2. Другие процессы биосинтеза преобразуют углерод в крахмал, гликоген и другие вещества. Эти вещества формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных. В процессе дыхания организма окисляются сложные органические вещества и выходит CO2, который опять участвует в фотосинтезе. Время круговорота – 8 лет.

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры.

Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями:

1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн. лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах). Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода.

По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

РИСУНОК 8

 

Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кислоту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты:

Са(NО3)2 + СО2 + Н20à2HN03 + СаСО3

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды. При грозах они синтезируют из азота и кислорода оксиды азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в нитраты (аммиак). Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. При распаде растительного и животного белка азот вновь попадает в неживую природу, откуда поступает в состав новых поколений живых организмов, а часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.

 

Круговорот фосфора

Фосфор – очень важный элемент для всего живого, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и т.д., входит в состав

скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах P содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме т.н. органического фосфата. По пищевым цепям P переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащегося P соединения в процессе клеточного дыхания для получения органической энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. В отличие, например, от CO2, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому, же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

РИСУНОК 10

 

Круговорот серы.

Сера относится к группе циклических химических элементов, об­разует 369 минералов. Это - важный биофильный элемент, который встречается в биосфере в основном в животных тканях и не только участвует в процессах, протекающих в живых метках, или с участи­ем различных органических веществ, но и существенно влияет на ход метаболизма множества групп и большого количества организмов. Биофильностъ характеризует кларк концентрации элемента в живом ве­ществе (КК) - отношение содержания данного элемента в конкретном природном объекте к кларку литосферы. В круговороте серы велика роль микроорганизмов. Несмотря на то, что в круговороте серы протекают как окисли­тельные, так и восстановительные процессы, часть серы выводится из кругооборота, восстановление не компенсирует окисление. Это усугубляется и сознательной деятельностью человека, который пере­водит природные сульфиды в сульфаты, например при производстве серной кислоты, выплавке металлов ив сернистых руд.

Соединения серы, поступившие техногенным путем в атмосферу с суши, почти целиком возвращаются на земную поверхность и пагубно воздействуют на природные комплексы

 

Эффект суммации.

Качество ОС – это степень соответствия природных условий, потребляемые людьми и других живых организмов.

Экологические нормативы качества ОС делят на 3 категории:

I. Санитарно-гигиенические показатели:

а) предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК)

б) предельно допустимый уровень воздействия (ПДУ)

II. Производственно-хозяйственные показатели:

а) предельно допустимый выброс веществ (ПДВ)

б) предельно допустимый сброс веществ (ПДС)

III. Комплексные показатели

Предельно допустимая нагрузка (ПДН)

ПДК – максимальная концентрация вещества в почве, воздухе или водной среде, которая при переодич-ом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния включая отдаленные последствия.

Величина ПДК обоснов клинич-ми санит – гигиенич-ми исслед-ми, носит законадат хар-р и действ на терр всего гос-ва.

В наст время в РФ действ более 1900 ПДК вред вещ-в для водоемов, более 500 для атмосф воздуха, и более 130 для почв.

Для вред вещ в атмосфере устанав-т 2 норматива:

І норматив- ПДК максимально разовый

ІІ норматив – ПДК средне - суточная.

ПДК м.р. – это такая конц-я вр вещ в воздухе, котор не должна вызывать при вдыхании его в теч 30 мин рефлектроных реакций в организме человека.

ПДК с.р. - – это такая конц-я вр вещ в воздухе, котор не должна оказ-ть прямого или косвенного вр воздействия на человека при неопределенном долгом времени.

При наличии двух или более примесей возможно проявление эффекта суммации, котор учитывает совместное воздействие примесей на человека и ОС в целом.

Качество ОС должно соотв-ть установ-м нормативам при условии

ПДУ – это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека состояния животных, растений и их генетического фонда.(ПДУ шума, вибрации,радиации)

ПДВ или ПДС – это предельное количество загрязняющего вредного вещества разрешающего к выбросу в атмосферу или сбросу в водоем от данного источника, которое не создает приземную концентрацию опасную для людей и живых организмов (не превышая ПДК).

ПДВ или ПДС устанав для каждого стац-го источника отдельно,т.к. они опр-ся хар-м выбросов конкретного предприятия.

ПДН – это научно обосновательный расчет воздействий на определенный территориальный комплекс.(действует в регионе)

Понятие о ПДК.

а)ПДК рабочей зоны и ПДК атмосферного воздуха, их отличия;

б)ПДК максимально разовое и ПДК среднесуточное;

в)Предельно допустимый выброс (ПДВ) и временно согласованный выброс.

а)С позиции экологии ПДК есть верхний предел лимитирующих факторов среды, при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

ПДК - предельно допустимая концентрация – норматив – количество вредного вещества в окружающей среде, при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияющее на окружающую среду в целом, на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятных последствий у его потомства. Устанавливается в законодательном порядке или рекомендуется компетентными учреждениями (комиссиями и т.п.).

ПДК_рз – это концентрация, кот-я при ежедневном 8-часовом рабочем дне или др продолжительности (но не больше 41 часа в неделю) не вызовет заболеваний в процессе работы или в отдаленное время, в том числе и последующих поколений. Рабочая зона – 2 м над уровнем пола.

ПДК_ав – максимальная конц-ция, отнесенная к определенному времени осреднения (24 часа), кот-я при периодич-м воздействии не оказывает вредного влияния на человека и на среду обитания в целом. Учитывается в атмосфере насел пункта, не граничащего с пром объектом.

ПДК_рз> ПДК_ав, т.к в раб зоне находятся здоровые люди, прошедшие мед освидетельствование, а в зоне жилого района в том числе - больные, старики и дети.

В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом. Исследования самого последнего времени привели к выводу об отсутствии нижних безопасных порогов (а следовательно, ПДК) при воздействии канцерогенов и ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных, природных фонов опасно для животных организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.

Для установления ПДК:

-расчетный- когда расчетом опр-ся вр допустимая конц-я (ВДК), а затем внос-ся коррективы.

- экспериментальный-обоснов-е ПДК пров-ся благодаря экспериментам на белых мышах и крысах в спец-х учреждениях.

б)Среднесуточная ПДК (ПДК с.с) - концентрация загрязнителя в воздухе, не оказывающая токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия. Действует в течение суток.

Максимальная разовая величина ПДК не должна допускать неприятных рефлекторных реакций человеческого организма. Действует в течение одного раза (30 мин).

в) ПДВ – нормативы предельно-допустимых выбросов вредных веществ, химических и биологических воздействий. ПДВ в атмосферу, водоемы устанавливается для каждого стационарного источника отдельно. Установление по каждому источнику загрязнения ПДВ определяется хар-ром выбросов конкретного предприятия, цеха, установки, поэтому они могут быть различными даже в рамках одного предприятия.

При расчете ПДВ учитывается: ПДК; размер трубы источника выброса; время года; температура выброса; объем выбрасываемой смеси;.

Литосфера загрязняется в результате поступления в нее соединений тяжелых металлов, удобрений, ядохимикатов. Горные разработки приводят к уничтожению естественного почвенного покрова на огромных площадях.

В основном загрязнение связано с хозяйственной деятельностью человека (антропогенное загрязнение), однако возможно загрязнение в результате природных явлений, например извержений вулканов, землетрясений, падения метеоритов и др.

Если обеспечение ПДВ в данный момент не может быть проведено по техническим причинам, то учитывается временно согласованный выброс (ВСВ), который за конкретное время поэтапно доводится до значения ПДВ. Учитывается также эффект суммации

.

Защита гидросферы.

1) Развитие безотходных и безводных технологий, систем замкнутого водоснабжения

2) очистка сточных вод

3) очистка и обеззараживание поверхностных вод, использующихся для водоснабжения.

4) закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты.

 

Схема гидроциклона.

Центробежное отделение тв-й фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит в аппаратах 2-х типов: в центрифугах и гидроциклонах. При центробежном раздел-ии ускорение оседающей частицы тв-й частицы возрастает н6а величину k=w²*r/g. Где w-угловая скорость вращения жидкости,r- радиус вращения, g- ускорение свободного падения. Эту величину называют фактором разделения. Существует ряд центрифуг и центробежных аппаратов различного типа. Однако движение частиц в грав.поле независима от от аппарата. Оно описывается уравнением: v={g*L*d_r²*(p_ф-р_с)}/18M, где v-скорость частицы,g- уск-е своб-го пад-я,L-центробежная сила. d_r- диаметр частицы, p_ф,р_с- плотность дисперсной фазы и среды соответственно. М- вязкость среды. После центрифугирования конечного продукта для выделения необходимы процессы промывки и сушки осадка.

Циклоны. Осаждение взвеш-ых вещ-в можно интенсифицировать воздействием на частицы этих вещ-в центробежных и центрострем-х сил инерций. Такое воздействие осущ-ся в напорных открытых и мелкоярусных гидроциклонах.

Напорный гидроциклон состоит из цилиндрической и конической частей. Вращение жидкости в г/циклоне вызывается её впуском под давлением в тангенсальный потрубок, расположенный в верхней части цилиндра. коническая часть циклона оканчивается насадкой, ч-з которую отводится выделенный осадок. очищаемая жидкость вытекает ч-з сливной потрубок. в напорных г/циклонах фактор разделения достигает 200. однако циклонам присущ низкий КПД,вследствии несовершенства гидродинамического режима работы аппаратов. Многоярусные г/циклоны. По принципу выделения тв-х частиц из жидкости аналогичны напорным г/ц.устройство в камере несколько секций,ч-з которые последовательно проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объём г/циклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне. Открытые г/циклоны применяют для отделения крупных механических частиц со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Преимущества открытых г/циклонов перед напорными-большая производительность и малая потеря напора.

 

 

Электрофлотации. Особенности процесса электрофореза. Образование

Электрофорез и электроосмос

Наличие у частиц дисперсных систем электрического заряда было открыто еще в 1808 г. Процесс переноса частиц в электрическом поле получил название электрофореза. Процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов через пористую перегородку назван электроосмосом. Причем установлено, что количество жидкости, прошедшей через пористую перегородку пропорционально силе тока, и при постоянной силе тока не зависит от площади сечения или толщины перегородки.

Причина обоих явлений одна и та же - наличие разноименных зарядов у твердой и жидкой фазы. В зависимости от того, что является неподвижным жидкость или твердая поверхность, - наблюдается передвижение твердой фазы (электрофорез) или жидкости (электроосмос).

При электрофорезе (рис. 3.5) в результате возникновения электрического поля между электродами, благодаря малому размеру частиц дисперсной фазы, происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. При электроосмосе (рис.З.б) пол влиянием электрического поля по капиллярам перегородки к отрицательному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.

Заряд на частицах, проявляющийся при электрофорезе, обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества. При действии электрического поля на частицы, несущие двойной электрический слой, происходит явление, напоминающее электролиз. Если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы вместе с адсорбированными на них отрицательными потенциал-определяющими ионами движутся к аноду, а положительно заряженные противоионы - к катоду. Если дисперсная фаза заряжена положительно, направление движения частиц и ионов меняется на обратное.

Аналогичное объяснение имеет явление электроосмоса. ДЭС в этом случае образуется на внутренней поверхности капилляров перегородки либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, присутствующего в жидкости, заполняющей капилляр, либо ионизации молекул вещества, из которого состоит капилляр, либо в - результате адсорбции на поверхности капилляра ионов ОН^- и Н⁺. При наложении на капилляр электрического поля слой противоионов в капилляре будет смещаться параллельно неподвижному слою потенциал-определяющих ионов к катоду, что вызовет и перемещение к катоду всей жидкости, заполняющей капилляр, под действием сил трения и молекулярного сцепления.

Пыль, углеводороды).

К числу основных загрязнений окружающей среды относятся выб­росы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных двига­телей (ГТД). Исследования состава отработанных газов ДВС показы­вают, что в них содержатся несколько десятков компонентов.

Диоксид серы образуется в том случае, когда сера содержится в исходном топливе. Наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большего выброса СО, NOx, C_nHm и других веществ. Дизельные выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на своей поверхности молекулы и частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных.

Широкое применение этилированного бензина вызвало загрязнение воздуха весьма токсичными соединениями свинца, обладающими спо­собностью к накоплению в организме. Доля загрязнений атмосферы отработанными газами ДВС в общем балансе примесей составляет 15-50% и более.

В последние годы существенно возросла доля ГТД в общем выбро­се вредных примесей в атмосферу. Выхлопные газы ГТД содержат в своем составе токсичные компоненты, такие, как; С0, N_x0_y, углеводо­род, сажа, альдегиды и др.

Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания су­щественно зависит от режима работы и конструкции двигателей, качества и способа подачи топлива и т.п.

 

Атмосферу.

Классификация методов очистки газов в настоящее время не вполне устоялась; их различают по типу процесса (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные, каталитические), по характеру процесса (регенерационные и нерегенерационные), по типу получаемого продукта, по виду загрязнений (пыль, аэрозоли, туманы, газы) и т.д.

Выбор метода и аппарата очистки зависит:

1) от концентрации извлекаемого компонента в отходящих газах;

2) дисперсного состава;

3) объема газа;

4) температуры газа;

5) наличия в газе других примесей;

6) от требуемой степени очистки;

7) возможности использования продуктов рекуперации.

Например, в зависимости от дисперсного состава загрязнений

используют следующие аппараты для очистки газов.

 

Пенного аппарата.

Гидравлические очистные устройства основаны на процессе мокрого пылеулавливания за счет контакта запыленного газового потока жидкостью. В результате этого контакта частички увлажняются, утяжеляются и уносятся жидкостью из аппарата в виде шлама. Гидравлические устройства применяются для очистки газов высокой температуры и повышенной влажности, для улавливания газо- и парообразных компонентов, для одновременного охлаждения и увлажнения газов, а также при опасности возгорания и взрывов очищаемых газов и пыли. По принципу работы гидравлические аппараты подразделяются на полные и насадочные, барботажные и пенные, аппараты ударно-инерционного центробежного действия, динамические и турбулентные газопромыватели, При этом жидкая фаза может находиться в аппаратах в пленки, струи, капель, пены или различных сочетаний. В полых и васадочных аппаратах, называемых скрубберами, очистка воздуха происходит в результате его контакта с жидкостью или капельками роды. В полых скрубберах (рис.5.5) распыление жидкости осуществляется центробежными форсунками навстречу запыленному потоку. Диаметр || капель - 0,5~1 мы. Полые скрубберы применяются для улавливания частиц к пыли размером более 10 мкм.

Насадочные аппараты представляют собой колонны, заполненные телами различной конфигурации (насадкой), которые крепятся на опорных решетках. Пыль удерживается на смоченной поверхности насадки.

Эффективность очистки достигает 90 % при улавливании частиц размером более 2 мкм. В барботажных аппаратах очищаемый поток в виде пузырьков проходит через слой жидкости. Из-за низкой производительности аппараты данного типа не нашли широкого применения.

В пенных аппаратах очищаемые газы также барботируют через жидкость, но с более высокими скоростями, при этом образуется слой высокотурбулиэированной пены, в которой происходит улавливание пыли. В пенных аппаратах улавливается до 98 % частиц размером 2 мкм и более.

 

Недостатки.

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы делятся на физическую и химическую абсорбцию. Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции извлекаемые компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

Достоинством этих методов являются доступность и дешевизна абсорбентов, простая технологическая схема процесса, низкие капи­тальные и эксплуатационные затраты, возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания.

Недостатки - невысокая эффективность очистки, недостаточная степень использования известняка, образование отходов в виде шла­ма или загрязненного гипса.

 

Галогенов и их соединений.

Для очистки газов от S02 предложено больше количество хемосорбционных методов, однако на практике нашли применение лишь не­которые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов ве­лики, а концентрация S02 в них мала, газы характеризуются высокой температурой и значительным содержанием пыли.

Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочно-земельных металлов.

Газы, содержащие оксиды азота (N_x0_y), образуются в ряде про­изводств химической промышленности, металлургии, машиностроения, при сжигании топлива.

На практике с отходящими газами выбрасываются в основном N0 и NO2 одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связа­на с низкой химической активностью и растворимостью оксида азота. Имеется несколько путей решения этой проблемы: полное или частич­ное окисление N0 в Юг, использование селективных абсорбентов и катализаторов абсорбции. При абсорбции оксидов азота используют воду, растворы щелочей I и селективные сорбенты, кислоты и окислители. Например, при абсорбции диоксида азота водой в газовую фазу выделяется часть менее опасного оксида азота, скорость окисления которого мала. Для очистки газов применяют различные растворы щелочей и со­лей (NaOH, Na₂C0₃, КОН, Са(0Н)₂, NH₄0Н, MgСОз и др.). Для очистки газов при отсутствии кислорода используют раство­ры FeS0₄, FeCl2, Na₂S03, NaHCО3, Na₂S₂03

Технологические и топочные газы, содержащие H₂S, очень коррозионно-активны. Очистка газов от сероводорода производится с при­менением различных хемосорбционных методов.

Для очистки используется также мышьяково-щелочной метод, аб­сорбция этаноламинами, фосфатный метод.

 

71.Суть адсорбционных методов очистки газов. Адсорбенты:

Экология человека.

Экология - это наука о взаимоотношении организма с окружающей средой. Конкретные направления этой науки могут называться, например, так: "Экология речного бобра", "Экология осетровых рыб" и т.п. При этом объект исследования может быть рассмотрен с позиций среды его обитания, мест и условий размножения, взаимодействия с другими особями своего биологического вида, а также с конкурентами, врагами (хищниками, паразитами) или просто с соседями. Объектом экологических исследований является, в том числе, человек. При этом человека обычно изучают прежде всего в его производственных условиях (море, угольные шахты, космические полеты и т.д.). Особое направление экологии человека - это охрана среды его обитания. Во многих странах существуют специальные экологические службы, а также общественное Движение "зеленых". "Зеленые" направляют свои усилия прежде всего на борьбу с загрязнением водоемов, воздушной среды, почвы, за сохранение лесов и животного мира. "Зеленые" борются против ядерных испытаний, за уничтожение ядерного, химического и биологического оружия, за запрет противопехотных мин, калечащих и мирных жителей, и животных, за запрет капканного промысла пушных зверей, при котором животные подвергаются чрезвычайным страданиям. Также очень важны "прикладные" экологические исследования жизнедеятельности человека в различных производственных условиях.

 

Три этапа в истории экологии.

Труды первых ученых естествоиспытателей. Аристотель (384-322 до н.э.), Теораст (371-280 до н.э.), Плиний (79-23 до н.э.).

I этап. до 60-х XIX зарождение и становление как науки. К.Линней 1749 «Экономия природы» типология мест обитания. Ж.Бюффон 1749 «естественная история» изменения видов под влиянием среды. Ламарк 1802 термин биология; Ю.Либих 1840 – Закон min.

II этап. после 60-х оформление экология в собств отрасль знаний.

Ч.Дарвин 1859 «происхождение видов» приспособление и взотн видов.

Зюсс 1875 термин биосф. Мебиус 1877 термин биоценоз – сообщество жив. орг. Шелфорд 1911 з-н толерантности. Высоцкий экотип. В.И.Вернадский биосф. Тенсли 1935 экосистема. Сукачев 1942 основы биогеоценологии, понятие биогеоценоз.

III этап. 50-е XX. наст. превр. в науку. Б.Коммонер 4 з-на экология Герасимов, Лосева, Горшкова, Розанов, Моисеев, Яблоков и др.