Ноооооо. Экологии и безопасности жизнедеятельности
 Скачать 1 Mb.
|
|
3.2 Значение леса в жизни человека Лес играет в жизни человека и человечества важную роль. 27 Средообразующая, или экологическая роль леса. Общеизвестна роль леса как зеленых легких планеты. Лес эффективно очищает воздух от пыли и других вредных примесей, поддерживает повышенную влажность воздуха, защищая от иссушения не только себя, но и прилегающие территории. Лес играет большую роль в глобальном распределении осадков испаряемая деревьями влага возвращается в атмосферный круговорот, чем создаются условия для ее более дальнего переноса от океанов и морей вглубь континентов. Лес эффективно задерживает таяние снега весной исток воды после сильных ливней, тем самым "сглаживая" подъем воды в реках, предотвращая разрушительные наводнения и пересыхание реки ручьев в засуху. Лес надежно защищает берега реки ручьев от эрозии, тем самым предотвращая загрязнение водоемов частицами почвы. Леса, лесополосы и даже отдельные деревья имеют большое значение для защиты и сохранения плодородия прилегающих сельскохозяйственных земель. С лесами связано существование основной доли биологического разнообразия Земли - разнообразия существующих на нашей планете живых организмов и экосистем. Леса являются главной средой обитания примерно для трех четвертей всех видов растений, животных и грибов, существующих на нашей планете, и большинство этих видов без леса существовать просто не может. Экономическая, или ресурсная роль леса. Лес является источником древесины и продуктов ее переработки (строительных материалов, мебели, бумаги, разных видов древесного топлива и других, многочисленных пищевых и лекарственных ресурсов, и многих других материальных ценностей. Основным материальным ресурсом леса, используемым людьми, в большинстве стран и регионов мира является древесина однако, нередко основой существования целых деревень и поселков является использование других ресурсов леса - грибов, ягод, лекарственных растений, бересты т.д. Древесина и большинство других ресурсов леса - возобновимы разумеется, лишь при правильном обращении с лесами, продукты их 28 переработки легко и без остатка разлагаются в природной среде, как правило, совершенно безопасны для здоровья человека и обладают многими другими достоинствами. Поэтому сейчас, в эпоху осознания средообразующей роли леса, происходит не отказ от использования материальных лесных ресурсов, а наоборот - увеличение их использования вместо невозобновимых природных ресурсов или продукции, производство которой связано с наиболее "грязными" технологиями. Социальная роль леса. Лес является неотъемлемым элементом той природной среды, под воздействием которой исторически формируются культура и самосознание народов, населяющих лесные территории. В истории лесных народов трудно найти хоть какой-то вид деятельности, который не был бы тем или иным образом связан с лесом - или с непосредственным использованием его ресурсов. Для большинства людей лес является одним из любимых мест отдыха - особенно в сочетании с водоемами и минимальной инфраструктурой. Это особенно ценно в регионах с высокой плотностью населения ив окрестностях больших городов. Современная медицина вполне официально признает ценность нахождения в природной среде для восстановления и поддержания здоровья человека, причем особая роль в этом уделяется именно лесу, сего благоприятным микроклиматом. Лесное хозяйство и использование лесных ресурсов в значительной степени обеспечивает занятость населения (создает рабочие места и обеспечивает людей средствами к существованию) (Ярошенко, 2008). Вопросы 1. Как меняется величина лесистости по отдельным районам РТ и отчего она зависит 2. Какие растительные сообщества произрастают на территории РТ 3. Как классифицируют леса по их функциональному значению, группам пород, возрасту насаждений 29 4. Какова роль леса в жизни человека Задания 1. Охарактеризуйте породный состав лесов РТ. 2. Дать общую характеристику дубрав (боров, мелколиственных лесов. 30 4. Нефтяная промышленность и ее влияние на окружающую среду 4.1 Краткая характеристика нефти и нефтепродуктов Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, которая распространена в осадочной оболочке Земли и является важнейшим полезным ископаемым. Нефть и газ в земных недрах могут встречаться как вместе, таки раздельно. Нефть включает в себя большую и сложную группу жидких, газообразных и твердых углеводородов, а также соединения азота, кислорода и серы. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде сероводородов и меркаптанов. Сера - наиболее широко распространённая коррозийная примесь, которую нужно удалять на нефтеперерабатывающем заводе. Поэтому цена на нефть с высоким содержанием серы оказывается намного ниже, чем на нефть с низким содержанием серы. Зольная часть состава нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений. Нефть легче воды и практически в ней не растворяется, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. Нефть растворяется в органических растворителях. Так как нефть - это смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения. Цвет нефти также не определен. Он варьирует от светло-коричневого до темно- бурого, почти черного. Различают легкую (0,65-0,87 г/см 3 ), среднюю (0,871- 0,910 г/см 3 ) и тяжелую (0,910-1,05 г/см 3 ) нефть. Теплота сгорания 43,7-46,2 МДж/кг (10 400-11 000 ккал/кг). Сырая нефть - это нефть, получаемая непосредственно из скважин. При выходе из нефтяного пласта нефть содержит частицы горных пород, воду, а также растворенные в ней соли и газы. Эти примеси вызывают коррозию оборудования и серьезные затруднения при транспортировке и переработке нефтяного сырья. Поэтому, необходима промышленная обработка сырой нефти из нее удаляется вода, механические примеси, соли и твердые углеводороды, выделяется газ. Газ и наиболее легкие углеводороды необходимо выделять из состава сырой нефти, так как они являются ценными 31 продуктами, и могут быть утеряны при ее хранении. Кроме того, наличие легких газов при транспортировке сырой нефти по трубопроводу может привести к образованию газовых мешков на возвышенных участках трассы. Очищенную сырую нефть поставляют на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), где в процессе переработки из нее получают различные виды нефтепродуктов бензин, реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо и мазут. Углеводороды содержатся в земной коре в составе нефти, каменного и бурого углей, природного и попутного газов, сланцев и торфа. К сожалению, запасы этих полезных ископаемых на Земле не безграничны. Однако до настоящего времени они расходуются в качестве топлива (двигатели внутреннего сгорания, тепловые электростанции, котельные) и лишь незначительная часть используется как сырье в химической промышленности. Так, до 85% всей добываемой нефти идет на получение горюче-смазочных материалов и лишь около 15% применяется как химическое сырье. Поэтому важнейшей задачей является поиски разработка альтернативных источников энергии, которые позволят более рационально использовать углеводородное сырье. Поначалу казалось, что нефть приносит людям только пользу, но постепенно выяснилось, что использование нефти и продуктов ее переработки имеет и оборотную сторону. С увеличением объемов добычи и потребления нефти и нефтепродуктов, расширялись масштабы их разливов и загрязнения ими окружающей среды (Пиковский, 1993; Романова, 1993). Углеводороды рассеиваются в окружающей природной среде повсеместно, так как в современном мире нет такой области хозяйственной деятельности человека, где бы они ни использовались. В свободные от хозяйственной деятельности человека области (заповедники, труднодоступные территории) углеводороды транспортируются с воздушными и водными потоками. Глобальное или региональное рассеяние углеводородов происходит, 32 как правило, из суммы источников, находящихся иногда на значительных расстояниях и мало связанных между собой. Разливы нефти приводят к ее скоплению на ограниченных участках, ив результате этого формируются нефтяные местности, отличающиеся сильной замазученностью (Технологии восстановления почв, 2001). Постоянный разлив и утечка нефти и нефтепродуктов приводит к образованию техногенных залежей, которые представляют собой скопление нефтепродуктов в недрах Земли, образовавшихся в результате инженерно-хозяйственной деятельности человека. Техногенные залежи формируются при инфильтрации нефтепродуктов сверху вниз (Технологии восстановления почв, 2001; Воробьев и др, 2005; Ахмадова и др, 2013). Практически под любым объектом, связанным с добычей, переработкой, транспортировкой, хранением, реализацией нефти и нефтепродуктов, образуется зона загрязнения грунтов и подземных вод разнообразными углеводородами нефтяного ряда. Токсичность разных типов нефти и нефтепродуктов неодинакова. Легкие фракции нефти и легкие нефтепродукты (бензины, керосины) обладают наиболее сильным токсическим действием на живые организмы. Но влияние этих продуктов происходит непродолжительное время вследствие быстрого испарения, биодеградации и рассеяния. Тяжелые фракции нефти и тяжелые нефтепродукты сильного токсического действия на организм не оказывают, но они значительно ухудшают свойства почв, затрудняют газо- и водообмен в почвах, затрудняют дыхание и питание растений. Эти компоненты очень устойчивы и могут сохраняться в почвах в течение длительного времени (годы, десятки лет) (Малахов, 1984). Проблема охраны почв от загрязнения приобретает особую актуальность, поскольку почвенные ресурсы земного шара ограничены. Вопросы 1. Охарактеризуйте состав и свойства нефти. 33 2. Как отличается токсичность различных фракций нефти и нефтепродуктов 3. Какие виды загрязнений окружающей среды сопутствуют нефтедобыче 4. Что такое техногенные залежи 5. Какие меры могут реально снизить количество загрязнений почвы углеводородами и продуктами их переработки 4.2 Обзор методов рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами Рекультивация земель - это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель. Задача рекультивации - снизить содержание нефтепродуктов и находящихся сними других токсичных веществ до безопасного уровня, восстановить продуктивность земель, утерянную в результате загрязнения (Реймерс, 1990). В настоящее время разработан ряд методов ликвидации нефтяных загрязнений почвы, включающие механические, физико-химические, биологические методы (таблица 2). Таблица 2. Методы ликвидации нефтяных загрязнений почвы (Колесниченко, 2004). Методы Способы ликвидации Особенности применения Механические Обвалка загрязнения, откачка нефти в ёмкости Первичные мероприятия при крупных разливах при наличии соответствующей техники и резервуаров проблема очистки почвы при просачивании нефти в грунт не решается) Замена почвы Вывоз почвы на свалку для естественного разложения 34 Физико химические Сжигание Экстренная мера при угрозе прорыва нефти вводные источники. В зависимости от типа нефти и нефтепродукта уничтожается от 50 до 70% разлива, остальная часть просачивается в почву. Из-за недостаточно высокой температуры в атмосферу попадают продукты возгонки и неполного окисления нефти землю после сжигания необходимо вывозить на свалку Предотвращение возгорания При разливе легковоспламеняющихся продуктов в цехах, жилых кварталах, на автомагистралях, где возгорание опаснее загрязнения почвы изолируют разлив сверху противопожарными пенами или засыпают сорбентами Промывка почвы Проводится в промывных барабанах с применением ПАВ, промывные воды отстаиваются в гидроизолированных прудах или ёмкостях, где впоследствии проводятся их разделение и очистка Дренирование почвы Разновидность промывки почвы на месте с помощью дренажных систем может сочетаться с использованием нефтеразлагающих бактерий Экстракция растворителями Обычно проводится в промывных барабанах летучими растворителями с последующей отгонкой их остатков паром Сорбция Разливы на сравнительно твёрдой поверхности асфальт, бетон, утрамбованный грунт) засыпают сорбентами для поглощения нефтепродукта и снижения пожароопасности при разливе легковоспламеняющихся продуктов Термическая десорбция Проводится редко при наличии соответствующего оборудования, позволяет получать полезные продукты вплоть до мазутных фракций Биологические Применяют нефтеразрушающие микроорганизмы. Необходима запашка культуры в почву. Периодические подкормки растворами удобрений, ограничение по глубине обработки, температуре почвы (выше С, процесс занимает 2-3 сезона Фиторемедиация Устранение остатков нефти путём высева нефтестойких трав (клевер ползучий, щавель, осока и др, активизирующих почвенную микрофлору, является окончательной стадией рекультивации загрязнённых почв 35 До недавнего времени наиболее распространенными дешевым методом ликвидации нефтяного загрязнения было простое сжигание. Этот способ неэффективен и вреден по двум причинам 1) сжигание возможно, если нефть лежит на поверхности густым слоем или собрана в накопители, но пропитанные ею почва или грунт гореть не будут 2) на месте сожженных нефтепродуктов продуктивность почв, как правило, не восстанавливается, а среди продуктов горения, остающихся на месте или рассеянных в окружающей среде, появляется много токсичных, в том числе канцерогенных веществ (Гриценко и др, 1997). Качественное удаление нефтяных загрязнителей при высоких уровнях загрязнения зачастую не обходится без применения различного рода сорбентов. Среди возможного сырья для производства сорбентов наиболее привлекательными являются естественное органическое сырье и отходы производства растительного происхождения. К такому сырью относятся торф, сапропели, отходы переработки сельскохозяйственных культур и др. (Krivosheeva et al, 2006). На базе такого сырья разработаны, например, такие сорбенты, как «Сорбест», «РС», «Лессорб» и др. (Колесниченко, 2004). На участках с сильным загрязнением почвы нефтью целесообразно использование торфа в качестве сорбента. Торф - это сложное по составу образование растительного происхождения. Уникальные природные свойства торфа позволяют широко использовать его в качестве сырья для различных отраслей промышленности. Из торфа изготавливают сорбционные материалы для очистки сточных вод различных производств от взвешенных частиц (Белькевич, Чистова, 1979), тяжелых металлов и других загрязнителей (Белькевич и др, 1984; Лиштван, 1999). Торфяные фильтры очищают промышленные газы от вредных примесей, таких как сероводород, аммиак, газообразные углеводороды (Гриценко и др. Рекультивацию нефтезагрязнённых почв с использованием торфа проводят поэтапно 36 1 этап. Первичная очистка, обваловка и сбор разлитой нефти с помощью торфа. 2 этап. Механическое отделение путём сжатия торфа. Отжатая нефть поступает в нефтеприёмники, торф - на приготовление биопрепарата. 3 этап. Приготовление торфяного грунта методом активации нефтеокисляющих микроорганизмов с помощью дополнительно чистого торфа и заранее приготовленной суспензии углеводородоокисляющих микроорганизмов (или органических добавок) (Кржиж, Резник, 2007). Способ реабилитации нефтезагрязненных почв с использованием торфяных мелиорантов безупречен с экологической точки зрения и экономически выгоден (Бурмистрова и др, 2000). В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв, как в экономическом, таки в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, отличающихся повышенной способностью к биодеградации компонентов нефтей и нефтепродуктов. Способность усваивать углеводороды нефти присуща микроорганизмам, представленными многочисленными систематическими группами микромицетов, дрожжей и бактерий. Наиболее активные деструкторы нефти встречаются среди бактерий. В настоящее время предложено большое количество различных коммерческих микробиологических препаратов как отечественного, таки импортного производства для биодеградации нефти и нефтепродуктов при загрязнении почв, водоемов, поверхностей акваторий, а также внутренних поверхностей танков нефтеналивных судов и прочих резервуаров. Разработаны методы рекультивации, основанные на интенсификации процессов самоочищения. Самоочищение и самовосстановление почвенных экосистем, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, - это биогеохимический процесс трансформации загрязняющих веществ, сопряженный со стадийным процессом восстановления биоценоза (Исмаилов и др, 1998). Механизм 37 самовосстановления экосистемы после нефтяного загрязнения достаточно сложен. С помощью агротехнических приемов можно ускорить этот процесс путем создания оптимальных условий для проявления потенциальной активности микроорганизмов, входящих в состав естественного микробиоценоза. Приемы обработки почв, способствующие улучшению аэрации, стимулируют активность микроорганизмов, усиливают окислительные процессы. Интенсификация разложения нефти и нефтепродуктов в почве возможна путем рыхления, частой вспашки, дискования. Обеспеченность почв биогенными элементами - азотом, фосфором и калием - важный фактор, определяющий интенсивность разложения нефти и нефтепродуктов. Недостаток биогенных элементов необходимо восполнять путем внесения в почву минеральных удобрений. Практически во всех случаях внесение биогенных элементов в виде минеральных удобрений стимулирует разложение углеводородов в почве. Наиболее интенсивно разложение углеводородов протекает при ежегодном внесении комплекса N, P, K - содержащих удобрений в сочетании с навозом, а также привнесении в почву биогумуса. Температура - важный фактор, при прочих равных условиях определяющий интенсивность микробиологического разложения нефти и нефтепродуктов. Оптимальная температура для разложения нефти и нефтепродуктов микроорганизмами от 20 до С. Особое внимание исследователей в последнее время привлекают природные микроорганизмы, обладающие высокой устойчивостью к низким температурам. В частности, из загрязненных нефтепродуктами почв Антарктики был выделен штамм Pseudomonas sp. 30-3, способный переносить диапазон температур от 0 до - С. Поддержание почвы во влажном состоянии является одним из агротехнических приемов управления биологической активностью и оказывает эффективное воздействие на темпы разложения нефти и нефтепродуктов. Благоприятный водный режим почвы достигается путем полива. 38 Кислотность почвы играет важную роль в разложении нефти и нефтепродуктов. Значения рН, близкие к нейтральным, являются оптимальными для роста на углеводородах большинства бактериальных микроорганизмов. В подзолистых почвах с кислой реакцией этот фактор имеет решающее значение при разложении нефти и нефтепродуктов. Поэтому для создания рН, оптимального для их биоразложения, кислые почвы подвергают известкованию (Колесниченко, 2004). Посев на нефтезагрязненную почву сельскохозяйственных культур способствует ускорению разложения углеводородов (Алиев и др, 1981). Положительное воздействие посевов, ив частности многолетних трав, объясняется тем, что своей развитой корневой системой они способствуют улучшению газовоздушного режима загрязненной почвы, обогащают почву азотом и биологически активными соединениями, выделяемыми корневой системой. Все это стимулирует рост микроорганизмов и соответственно интенсифицирует разложение нефти и нефтепродуктов (Хидиятуллина, 2013). В основе фиторемедиации (от греческого "фитон"-растение и латинского "ремедиум"-восстанавливать) лежат процессы жизнедеятельности растений, которые ведут к деградации загрязнителя, его удалению или иммобилизации (Pivetz, 2001; Sverdrup et all, 2003; Walton et all, 2000). Использование системы, базирующейся на работе зелёных растений, позволяет восстановить качество загрязненных почв, отложений, воды или воздуха. Иногда этому явлению дают определение как зеленое очищение. Выделяют четыре основных метода очистки загрязнений с помощью растений (Frick, 1999): фитостабилизация, фитодеградация, фитоиспарение и ризодеградация. Фитостабилизация - использование устойчивых к загрязнению растений для снижения распространения загрязняющего вещества в окружающей среде, уменьшения его биодоступности. Фитодеградация - процесс трансформации и распада органических загрязнителей, например, углеводородов нефти и других, под действием 39 растительных ферментов. Фитоиспарение - способность растения поглощать нефть или нефтепродукты в процессе поддержания своего водного баланса, те. вместе с водой выкачивать из почвы загрязняющее вещество, которое подвергается фитодеградации, а в воздух выделяются только безопасные продукты разложения нефтепродуктов. Ризодеградация, еще называемая ризосферно усиленной биодеградацией. Принцип этого механизма состоит в деструкции органических загрязнителей ассоциированными с растением микроорганизмами. Обычно в этом процессе участвует микрофлора ризосферы (области почвы, находящейся под влиянием корней растений) и микоризные грибы. Фиторемедиация не требует снятия плодородного слоя почвы, может применяться на больших площадях и способствует сохранению и улучшению качества окружающей среды (Киреева и др, 2004). Фиторемедиация является рентабельным, доступными жизнеспособным механизмом, который предотвращает загрязнение всех компонентов окружающей среды, используя растения. Для успешного применения этого способа загрязнение должно быть локализовано на глубине корнеобитаемого слоя почвы. Эффект зависит от условий произрастания растения-фиторемедиатора (Марченко, 2001). Использование фиторемедиации возможно лишь на заключительной стадии очистки, после существенного снижения концентрации остаточных углеводородов в почве - при низкой или средней (1-3%) степени загрязнения (Brown, 2002). Несмотря на эти недостатки, фиторемедиация - едва лине единственный метод, позволяющий полностью восстановить экологию почвы. Это является результатом действия различных физиологических процессов, протекающих в растениях и ризосферной почве. Среди рекомендованных видов растений для фиторемедиации нефтяных углеводородов доминируют представители семейства мятликовых 40 кукуруза, сорго, ячмень, райграс, овсяница) (Farrell, 2000). Их основным преимуществом считают наличие хорошо развитой мочковатой корневой системы, которая образует большую площадь поверхности для колонизации почвенными микроорганизмами (Anderson, 1993). Бобовые растения также представляют интерес для использования их в фиторемедиации углеводородов благодаря симбиотическим отношениям с азотфиксирующими бактериями. Для некоторых из них (люцерна, кормовые бобы, горох, клевер, донник) был установлен эффект фиторемедиации (Халилова, 2012). Вопросы 1. Что называется рекультивацией земель 2. Дайте классификацию методов рекультивации нефтезагрязненных земель. 3. Какие сорбенты используют для ликвидации разливов нефти 4. Охарактеризуйте биологические методы рекультивации земель. В чем их преимущества и недостатки 5. Как можно ускорить процесс самовосстановления нарушенных почвенных экосистем 6. Какие растения можно использовать для фитомелиорации? Какими свойствами и качествами они должны обладать |