Биоэкология ЙошкарОла, 2005 3 ббк 28. 708
 Скачать 7.87 Mb.
|
|
Щелочность мг-экв/л Общая жест- кость, мг-экв/л Контрольные вопросы 1. Чем обусловлен минеральный состав воды 2. Какая вода является минеральной 3. На какие группы подразделяются минеральные соли 4. Какие источники минеральной воды располагаются на территории Республики Марий Эл? 2.1.10. Загрязнение водоемов. Методы очистки сточных вод Реки обладают значительной самоочищающей способностью благодаря растворенному вводе кислороду, количество которого постоянно пополняется из атмосферы вследствие турбулентного режима течения рек. Когда поступление органических веществ в реку начинает превышать ее самоочищающую способность, загрязнение воды прогрессивно возрастает. Одним из главных источников угрозы для здоровья человека являются неочищенные канализационные сточные воды, которые могут быть заражены патогенами (болезнетворными бактериями, вирусами и т.д.). Если зараженные канализационные стоки попадут в питьевую воду, на источники пищи или в места для купания, патогенные микроорганизмы могут инфицировать многих людей. В настоящее время в большинстве стран приняты санитарно- гигиенические правила, которые предотвращают круговорот патоге- нов 1) дезинфекция запасов воды хлорированием или другими методами) личная санитария и гигиена, особенно приготовления и раздачи пищи 3) сбор и очистка канализационных стоков. Сброс неочищенных канализационных стоков в водоемы не только чреват опасностью инфекционных заболеваний, но и может стать причиной снижения содержания растворенного вводе кислорода и деградации водных экосистем. Органическое вещество, присутствующее в стоках, поедают редуценты и детритофаги, которые потребляют кислород в процессе дыхания. Когда детрита избыток, эти организмы используют растворенный кислород быстрее, чем он пополняет систему, и его запасы истощаются. Концентрацию органики в канализационных стоках называют биологической потребностью в кислороде, те. количеством кислорода, которое потребуется редуцентам, чтобы разложить поступившее вещество. Истощение запасов растворенного кислорода не наносит вреда самим бактериям-редуцентам, так как они способны к анаэробному дыханию и брожению. Анаэробные водоемы не могут поддерживать жизнедеятельность рыб, моллюсков и ракообразных. Кроме того, истощение запасов растворенного кислорода увеличивает опасность микробного заражения. Многие патогенные организмы дольше живут в анаэробных условиях. В среде, богатой кислородом, они быстро погибают или съедаются другими организмами. Для решения проблем загрязнения воды органическими веществами необходимо осуществлять комплекс мероприятий. Главную роль здесь играют очистные сооружения (Небел, 1993). Очистка сточных вод – это обработка воды с целью разрушения или удаления из них определенных веществ. Очистку и обработку сточных вод производят гидромеханическими, физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими и термическими методами. Гидромеханическую очистку применяют для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Основными процессами гидромеханической очистки являются процеживание сточной жидкости на решетках и сетках для выделения крупных примесей и посторонних предметов улавливание в песколовках тяжелых примесей, проходящих через решетки и сетки;отстаивание воды для удаления нерастворяющихся тонущих и плавающих органических и неорганических примесей, не задерживаемых решетками и песколовками; удаление твердых взвешенных частиц в гидроциклонах;фильтрование через различные фильтры для улавливания тонкодисперсных взвесей. Для процеживания сточных вод применяют решетки из металлических прутков с углом наклона к горизонту 60-75º. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Удаление более мелких взвешенных частиц проводится с использованием сита, которые могут быть двух типов барабанные или дисковые. При вращении барабана сточные воды процеживаются через отверстия и освобождаются от твердых примесей, которые смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Отстаивание применяют для очистки сточных вод от грубодис- персных примесей. В данном случае отделение примесей происходит под действием силы тяжести. Для проведения отстаивания чаще всего применяются песколовки, отстойники и осветлители. Пес колов к и представляют собой резервуары, в которых сточные воды протекают с небольшой скоростью, обеспечивающей выпадение частиц тяжелых веществ, главным образом, песка. Скорость протекания воды должна быть не более 0,3 мс, при этом выделяется песок с размерами частиц 0,25 мм, который составляет 65-70% от всего количества песка, содержащегося в сточных водах. Отстойники применяются для выделения из сточных вод гру- бодисперсных примесей, продолжительность отстаивания составляет в среднем 1-2 ч, иногда до 8 часов. По направлению движения воды они делятся на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный резервуар, имеющий два или более одновременно работающих отделения. Вода движется от одного конца отстойника к другому. Эффективность отстаивания воды в них достигает 60%. В вертикальный отстойник очищаемая вода подается через центральную трубу в отстойную часть, ударяется в отражатель, изменяет свое направление сначала на горизонтальное, а затем наверти- кальное восходящее, при котором примеси оседают в иловый колодец. Осевший ил удаляют через илопровод. Осветленная вода переливается через круговой водослив и затем в сборный лоток. Преимуществом вертикального отстойника является простота удаления осадка. Эффективность осаждения в вертикальных отстойниках на 10-20% ниже, чем в горизонтальных. В настоящее время большое распространение получили радиальные отстойники. Радиальный отстойник представляет собой круглый бассейн из железобетона диаметром 50 м. Очищаемая от загрязнений вода подается через центральную распределительную трубу и движется от центра к периферии с постоянно уменьшающейся скоростью, при этом скорость осаждения осадка остается постоянной вовсе время осаждения. Осветленная вода попадает в круговой водосливу краев бассейна и оттуда по лотку подается к месту назначения. Выпавший осадок с помощью скребков, закрепленных на металлических фермах, сдвигается к центрально расположенному приямку. Фильтры применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей, которые не улавливаются другими методами гидромеханической очистки. Процесс фильтрования заключается в том, что сточная вода проходит через пористую среду, находящуюся в фильтрах, при этом взвешенные вещества задерживаются на поверхности ив толще фильтрующего материала. При правильной эксплуатации фильтра, например, концентрация нефтепродуктов в очищенной воде не превышает 10-15 мг/л. К физико-химическим методам очистки относят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных частиц, растворенных газов, минеральных и органических веществ. Химические методы очистки сточных вод основаны на проведении химических реакций с использованием реагентов и на получении из загрязняющих примесей безвредных или менее вредных новых веществ, которые легче удалить, чем исходные. Методы химической очистки наиболее приемлемы в системах локальной очистки сточных вод, где объемы очищаемой воды относительно невелики, а концентрация загрязняющих веществ значительна. К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагуляцию, флокулирование, окисление и восстановление. Электрохимическая обработка сточных вод. Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлотации, электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимические методы обработки позволяют достаточно просто извлекать из сточных вод ценные продукты без использования химических реагентов. Биологическая очистка сточных вод осуществляется при помощи живых организмов разного уровня организации. Существует два направления биологической очистки метод биологической очистки и метод биологической доочистки сточных вод. Метод биологической очистки сточных вод получил широкое распространение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, основан на способности некоторых микроорганизмов питаться растворенными вводе органическими и некоторыми неорганическими веществами. Микроорганизмы, которые участвуют в процессе биологической очистки, формируются в виде активного ила или биопленки. В 1 грамме сухого ила может содержаться от 8 до 10 12 микроорганизмов. На практике используют два метода очистки сточных вод – аэробный и анаэробный. Аэробный метод осуществляется микроорганизмами при наличии вводе кислорода. Аэробные процессы биологической очистки могут протекать в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) ив искусственных сооружениях. В искусственных сооружениях (аэротенки, биофильтры) процессы очистки протекают с гораздо большей скоростью, чем в естественных условиях. В аэротенках смесь воды и активного ила медленно движется по прямоугольным вытянутой формы резервуарам (секциям) аэротенка и непрерывно насыщается воздухом, подаваемым вводу через фильтросы, уложенные на дно резервуара вдоль его продольной стенки или другим способом. Пузырьки воздуха, поднимаясь, перемешивают активный ил со сточными водами и не дают хлопьям оседать на дно аэротенка. Такое перемешивание обеспечивает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод. Биофильтры – это сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытой пленкой микроорганизмов, которые окисляют органические вещества. Заключительным этапом биологической очистки сточных вод является очистка или доочистка предварительно очищенных сточных вод в биологических прудах. Биологические пруды представляют собой каскад сооружений глубиной 1-1,5 метра, через которые с незначительной скоростью протекают подготовленные сточные воды. Анаэробный метод биологической очистки основан на использовании бактерий, не нуждающихся в кислороде, и заключается в сбраживании загрязняющих воду органических веществ в закрытых аппаратах без доступа воздуха – метантенках. В процессе биологической очистки в отстойниках образуются осадки, которые необходимо периодически удалять. Осадки сточных вод представляют собой трудно фильтруемые суспензии с большим содержанием воды. Удаление свободной влаги осуществляется уплотнением осадка, при этом в среднем удаляется до 60% влаги, и масса осадка сокращается в 2,5 раза. В настоящее время все большее распространение приобретает механическое и термическое обезвоживание осадка. Для механического обезвоживания применяют, главным образом, фильтры и центрифуги. Наиболее широкое распространение получили вакуум-фильтры. Влажность осадка после вакуум-фильтров может быть доведена до 68-70%. Термическое обезвреживание. Для обезвреживания минерализованных сточных вод в настоящее время используют в основном термические методы, которые позволяют выделить из сточных вод соли и получить условно чистую воду, пригодную для нужд оборотного водоснабжения (Челноков, Ющенко, 2001). Контрольные вопросы 1. Какие существуют показатели загрязненности сточных вод 2. Что такое гидромеханическая очистка сточных води какое оборудование используется при ее проведении 3. Какие физико-химические методы очистки сточных вод используются на промышленных предприятиях 4. Что такое химическая очистка сточных вод 5. Какие методы используются при электрохимической обработке сточных вод 6. Каковы принципы биологической очистки сточных вод 7. Что такое термическое обезвреживание сточных вод 2.2. СВЕТ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР Свет – один из основных экологических факторов. При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19% поглощается облаками, водяными парами и т.д., 34% – отражается обратно в космос, 47% – достигает земной поверхности, из них 24% – прямая радиация и 23% - отраженные лучи. Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, на видимый свет приходится около 50 % энергии, около 50 % составляют тепловые инфракрасные лучи и около 1 % – ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовые лучи подразделяются на коротковолновую до 320 нм и более длинноволновую области (320-400 нм. Жесткий ультрафиолет до 320 нм несет самую высокую энергию и коагулирует цитоплазму. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны более 300 нм способствуют образованию витамина D в животных организмах. При длине волны 326 нм в коже человека образуется защитный пигмент меланина лучи с длиной волны 380-400 нм стимулируют рост и размножение клеток, способствуют синтезу высокоактивных биологических соединений, повышая в растениях содержание витаминов, антибиотиков, увеличивают устойчивость к болезням (Чебышев, Филиппова, 2004). Инфракрасное излучение с длиной волны более 700 нм воспринимается всеми организмами и имеет преимущественно тепловой эффект. Инфракрасное излучение, воздействуя на тепловые центры нервной системы животных организмов, осуществляет тем самым у них регуляцию окислительных процессов и двигательные реакции, как в сторону предпочитаемых температур, таки в направлении от них. Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений протекают важнейшие процессы фотосинтез, транспирация, фотопериодизм и движение у животных – зрение, фотопериодизм, движение. Среди всех лучей солнечного света выделяют лучи, которые оказывают влияние на процесс фотосинтеза – это фотосинтетиче- ски активная радиация (ФАР. Наиболее активными среди ФАР являются оранжево-красные (650-680 нм, сине-фиолетовые (400-500 нм) и близкие ультрафиолетовые (380-400 нм, менее поглощаются желто-зеленые (500- 580 нм) лучи (Лархер, 1978). Лучи определенной длины волны различаются животными. Например, бабочки при посещении цветков растений предпочитают красные или желтые, двукрылые насекомые выбирают белые и голубые. Пчелы проявляют повышенную активность к желто-зеленым, сине- фиолетовыми фиолетовым лучам, а красные – воспринимают как темноту. Гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра. Для человека область видимых лучей – от фиолетовых до темно-красных. Растениям свет необходим в первую очередь для осуществления фотосинтеза, а для животных он имеет, главным образом, информационное значение. По отношению к световому фактору животные подразделяются на дневные, ночные и сумеречные. По отношению к свету как экологическому фактору различают следующие группы растений светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые сциофиты) и теневыносливые растения (факультативные гелиофиты). Световые виды (гелиофиты) – обитают на открытых местах с хорошей освещенностью, в лесной зоне встречаются редко. Процесс фотосинтеза у них начинает преобладать над процессом дыхания только при высокой освещенности (пшеница, сосна, лиственница. Цветки светолюбивых растений (череда трехраздельная, козлобородник луговой, подсолнечник однолетний) поворачиваются вслед за солнцем. Теневые растения (сциофиты) – не выносят сильного освещения и живут под пологом леса в постоянной тени (это в основном лесные травы, папоротники, мхи, кислица обыкновенная. На вырубках, при сильном освещении, они проявляют явные признаки угнетения и часто погибают. Теневыносливые растения (факультативные гелиофиты) – могут жить при хорошем освещении, но легко переносят и затемненные местообитания (большинство растений лесов, луговые растения, лесные травы и кустарники) (табл. 15). Таблица 15 Приспособительные реакции растений к свету Экологическая группа Приспособительные реакции, вызванные экологическим фактором Представители экологической группы Светолюбивые световые) или гелиофиты Побеги с укороченными междоузлиями, сильно ветвящиеся, часто розеточ- ные. Листья мелкие или с рассеченной листовой пластинкой, с толстой кутикулой, часто с восковым налетом или густым опушением хлоропласты мелкие и многочисленные Растения семейства мятликовых, осоковых, портулаковых, амарантовых, маревых, гвоздичных, молочайных Тенелюбивые теневые) или сциофиты Листья располагаются горизонтально, часто бывает выражена листовая мозаика темно-зеленые, более крупные и тонкие жилки мелкие, хлоропласты крупные и малочисленные Зеленые мхи, плауны, кислица обыкновенная, грушанки, майник двулистный, недотрога обыкновенная, растения семейства мареновые Теневыносливые или факультативные гелио- фиты Фотосинтетический аппарат может перестраиваться при изменении светового режима в разные сезоны могут проявлять себя то как светолюбивые, то как теневыносливые. У теневыносливых лиственных древесных породи кустарников листья расположены по периферии кроны, имеют световую структуру и называются световыми, а в глубине кроны расположены теневые листья с теневой структурой Кукуруза, сныть обыкновенная, осока волосистая, черника, седмич- ник европейский, липа сердцевидная, сирень обыкновенная Всем живым организмам свойственны биоритмы – это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они происходят на всех уровнях организации живых систем компонентов клетки (изменения числа и размеров внутриклеточных структур клеток, тканей, органов и систем органов (ритмика дыхания, суточные колебания частоты сердечных сокращений, артериального давления, выделительных функций почек и др организма в целом ритмы поведения, работоспособность популяции (популяционные волны биосферы (возникновение и исчезновение экосистем. По источнику, порождающему периодические изменения, выделяют экзогенные и эндогенные биоритмы. Экзогенные (экологические или природные) биоритмы возникают при воздействии окружающей среды – суточные, приливные, лунные, годичные. Эндогенные (физиологические) биоритмы связаны с внутренними процессами в самом организме. Сигнал, запускающий ритмический процесс, может быть внешним (например, уровень освещенности, но реакция организма будет определяться наследственно закрепленным механизмом и состоянием организма. По частоте выделяют следующие биоритмы высокой частоты (период колебаний от долей секунды до получаса колебания биоэлектрической активности мозга средней частоты (от получаса до 20-24 часов околосуточные или циркадные ритмы низкой частоты (околонедельные, околомесячные, многомесячные, око- логодичные, многолетние сезонные изменения. Большинству видов растений и животных свойственна суточная периодичность. Освещение является тем фактором, который определяет время начала и конца активности. В основе суточных ритмов жизнедеятельности лежат наследственно закрепленные эндогенные циклы процессов внутри организма, с периодом, близким к 24 ч, которые называются циркадными ритмами. Все суточные ритмы животных (циклы деления, конъюгации, спаривания, деятельности желез) носят циркадный характеру растений, подчиняясь циркадным ритмам, сменяют друг друга фотосинтез и дыхание (Щукин, 2004). Ритмический характер имеет физическое и психологическое состояние человека. Нарушение установившихся ритмов жизнедеятельности может снижать работоспособность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (в полярных условиях, в космосе, при быстром перемещении, другие часовые пояса и т.д.). Первостепенную роль в регуляции жизненных функций организма играет световой фактор, оказывающий высокое биологическое действие и сопутствующий человеку в течение его жизни. Помимо циркадных ритмов существуют еще сезонные ритмы, влияющие на физиологические процессы (размножение, линька спячка, миграции и т.д.) и циркануальные ритмы – биологические ритмы – с око- логодовой периодичностью, находящиеся под контролем фотопериода. Циркануальные ритмы проявляются в онтогенетическом развитии видов. Биоритмы, соответствующие циклам фаз Луны, называют лунными ритмами (лунно-месячный ритм соответствует 29,4 сут. Также выделяют и лунно-суточный ритм (соответствует 24,8 ч. Лунным биоритмам подчиняется ряд биологических процессов (например, выход из куколок насекомых. Сбой, нарушение биоритмов – одно из последствий загрязнения окружающей среды. Под воздействием антропогенных стрессоров нарушаются суточные, сезонные, а также более низкочастотные биоритмы. Так, при газодымовых выбросах у растений искажается циркадный ритм работы устьиц, нарушается сезонный ритм побе- гообразования, ускоряется прохождение стадий развития при сокращении продолжительности жизни органа и растения в целом. В эволюции большинства групп живых организмов основное синхронизирующее значение закрепилось за закономерными изменениями светового режима – фотопериодическая регуляция – то есть реакция организма на длину дня (светлого времени суток. При этом длина светового дня выступает и как условие роста и развития, и как фак- тор-сигнал для наступления каких-то фаз развития или поведения организмов. Применительно к растениям обычно выделяют организмы короткого и длинного дня. Растения короткого дня существуют в низких южных) широтах, где при длинном периоде вегетации день остается относительно коротким. Растения длинного дня характерны для высоких (северных) широт, где при коротком вегетационном периоде день длиннее, чем в южных широтах, вплоть до круглосуточного. Сигнальное свойство фотопериодизма выражается в том, что растительные и животные организмы обычно реагируют на длину дня своим поведением, физиологическими процессами. Например, сокращение продолжительности дня является сигналом для подготовки организмов к зиме. Для растений это повышение концентрации клеточного сока, листопад, запасание питательных веществ и т.п. Для животных накопление жиров, смена накожных покровов, подготовка птиц к перелету и т.п. (Шилов, 2000). |