Экология. Контрольная работа по курсу "Экология" Вариант 04 Иваново 2021
 Скачать 63.12 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина” Кафедра “Безопасность жизнедеятельности” Контрольная работа по курсу “Экология” Вариант 04 Выполнил: Иваново 2021 3. Виды и фонды круговоротов веществ в биосфереПроцесс многократного использования вещества, необходимого для жизни, называется круговоротом веществ, или биогеохимическим циклом. Энергия практически для любого круговорота поставляется от Солнца. Механизмы, обеспечивающие возвращение веществ в круговорот, основаны, главным образом, на биологических процессах. В зависимости от движущей силы внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) - круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, матаморфизм. Эти процессы происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. Эти процессы протекают под влиянием внешней энергии Солнца[2]. Эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые - к их сглаживанию. Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные. В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая, поднимаясь на поверхность и застывая, образует магматические породы. Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Биологический круговорот - круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического малый биологический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В каждом круговороте удобно различать два фонда: резервный фонд - большая масса медленно движущихся веществ, в основном в небиологической сфере, хранящаяся в относительно рассеянном и подвижном виде, доступном большинству живых организмов, находится в атмосфере и гидросфере и менее подвижной зоне - почве; обменный фонд - меньший, но более активный, сосредоточенный, главным образом, в живом веществе, для данного фонда характерен быстрый обмен веществом между организмами и их окружением. Резервный фонд в большей степени требуется растительным организмам, которые не только получают все, что им нужно из атмосферы, почвы и воды (например, водные растения), но и сбрасывают туда же тепло, влагу, продукты дыхания, отмершие листья и сучья и т.п. В меньшей мере с резервным фондом связаны животные, которые в основной своей массе не способны синтезировать биоорганику из рассеянных компонентов резервного фонда и существуют за счет обменного фонда. Вследствие сказанного все биогеохимические циклы принято делить на два основных типа: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океане) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Часть вещества уходит из круговорота в захоронения (прежде всего в бескислородной среде), т.е., по словам Вернадского, "уходят в геологию" в виде угля, торфа, нефти, осадочных пород и т.п. Человек так ускоряет движение многих веществ, что круговороты становятся несовершенными или процесс теряет цикличность, в одних местах возникает недостаток, в других – избыток. Основной целью человеческого общества должно стать возвращение вещества в круговорот. В живой природе практически бесконечное разнообразие возникает на основе сочетания немногих элементов, входящих в состав объектов неживой природы, но их количественное соотношение неодинаково. Только с двумя простыми окислами H2O и СО2 и молекулярным кислородом связано подавляющее большинство суммарных реакций обмена веществ между организмами и средой. Только на 7 элементов – углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор и кальций приходится более 99 % состава всех живых существ – от вирусов до человека. Шесть первых из них, слагающие всю органику земной природы, называют биогенными элементами. Их соединения образуют несколько десятков низкомолекулярных природных биомономеров (аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, сахаров) и др. органических веществ, различные сочетания которых дают уже огромное количество высокомолекулярных биополимеров. 17. Антропогенное воздействие на гидросферу. Принципы нормирования и показатели качества воды. Классификация водных объектов по категориям водопользования. Методы защиты гидросферы от антропогенного воздействия. Вода – непременное условие и фактор жизни, и именно на нее воздействует человек в невиданных масштабах. Проблемы, связанные с ее использованием, чаще всего определяются как “водный дефицит”, “водный голод”, “истощение водных ресурсов”. Для удовлетворения чисто биологических потребностей человеку достаточно 2-5 л воды в сутки. С момента перехода на хозяйственную деятельность потребности возрастали. Очагами зарождения цивилизации являются долины рек. Многие древние культуры гибли по причине неумения использовать воду (кризис поливного земледелия засоление почв, их эрозия и потеря плодородия). Исключительно высоки темпы роста использования воды. Для получения 1 т стали требуется 30 т воды, целлюлозы – 500 т, синтетических волокон – 5000 т, 1 т зерна пшеницы – 2500 т, риса - 4560 т, хлопка – 10000 т, говядины – 30000 т. Для изготовления одного автомобиля требуется 500 тыс. л воды, а в год их производится 50 млн. В мире в настоящее время расходуется в среднем 1500-2000 л воды на человека в сутки. Из них 100-150 л расходуется на бытовые нужды. Основное количество расходуется на промышленные и сельскохозяйственные цели. Расход воды на каждого жителя России – 5000 л/сут. Из них на бытовые нужды расходуется несколько сотен литров[1]. Мировые запасы воды на Земле колоссальны – 1353985 тыс. км3 (при равномерном распределении по поверхности планеты – слой 2,5 км). Мировой океан занимает 2/3 поверхности планеты. Основная масса воды - соленые воды (97,5 %). Пресных вод – 35 млн км3. Человек изымает в настоящее время и потребляет только 0,12 – 0,15 % от природных запасов пресной воды, однако проблема дефицита пресной воды очень серьезна. Загрязнение водных объектов – это снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушении прозрачности, окраски, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, уменьшении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и загрязнителей. Россия обладает высоким водным потенциалом (30000 м3/год на каждого жителя). Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер утратили свои качества как источники питьевого водоснабжения, в результате около половины населения потребляют загрязненную недоброкачественную воду. Для оценки качества воды, как и воздуха, используются ПДК (разработаны в РФ для более чем 200 веществ). ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) рекомендует свои ПДК. Нормы на качество воды различны для категорий (типов) водопользования: хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового, рыбохозяйственного. Показатели качества воды делят на общесанитарные, санитарно-токсикологические, токсикологические. Виды показателей качества воды для поверхностных источников: - органолептические (температура, запах, привкус, цветность, мутность); - токсикологические показатели (или показатели химического состава) (показатель кислотности воды pH, взвешенные вещества, железо, марганец, общая жесткость, сульфаты, сухой остаток, углекислота свободная, фтор, хлориды, щелочность, наличие промышленных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений); - санитарные показатели качества воды (БПК полное, ХПК, окисляемость перманганатная, аммоний солевой, нитриты, нитраты, поверхностно-активные вещества (ПАВ)); - бактериологическое состояние воды оценивается: 1) через общее число бактерий в воде (не более 100 в 1 мл воды); 2) количество бактерий группы кишечной палочки – выражается либо коли-индексом (количество кишечных палочек в 1 л воды (не более 3 по нормам), либо коли-титром (количество воды в миллиметрах, в котором содержится 1 кишечная палочка ( 300 мл по нормам); 3) наличие энтерококков; 4) фитопланктон; 5) паразитологические показатели для питьевой воды (наличие патогенных кишечных простейших и гельминтов); - показатели радиоактивного загрязнения воды: нормируется суммарная объемная активность бета- и альфа-излучателей. В случае превышения установленных нормативов проводится дополнительный контроль радионуклидного состава загрязнений в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности. Важный показатель – кислородообеспеченность (от нее зависит жизнь водных организмов, и способность к самоочищению) – выражается через БПК (показатель биологического потребления кислорода). Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Потребление кислорода измеряется при создании стандартных условий для жизнедеятельности организмов и измеряется в 1 л воды за 5 дней (БПК5). Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнение органикой. Те вещества, которые не поддаются биологическому разложению, оцениваются через ХПК (химическое потребление кислорода) (ХПК 100 мг/л допускается при сбросе в водоеме воды). Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если БПК/ХПК = 1, то самоочищаемость максимальная. Общие требования к качеству питьевой воды: допустимые концентрации химических веществ, попадающих в водоисточники с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными загрязнениями, не должны превышать нормативов, установленных Минздравом РФ для источников централизованного водоснабжения (СанПиН 2.1.4.559-96), для нецентрализованного водоснабжения (СанПиН 2.1.4.544-96). При комплексном загрязнении сумма концентраций, выраженная в долях от максимально допустимой для каждого вещества в отдельности, не должна превышать 1. Для оценки качества водных объектов наиболее часто применяют гидрохимический индекс загрязнения воды ИЗВ, который считают интегральной характеристикой состояния. Индекс загрязнения воды ИЗВ рассчитывают по шести-семи показателям, часть из них является обязательной (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель pH, БПК5)[6] :  ,где qi – концентрация компонента (в ряде случаев – значение параметра); n – число показателей, используемых для расчета индекса; ПДКi – установленная величина для соответствующего типа водного объекта. В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (табл. 1). Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической территории. Таблица 1- Оценка качества воды
Уровень загрязненности устанавливают также по гидробиологическому показателю – индексу сапробности водных объектов, исходя из видов, представленных в водных сообществах, и по микробиологическим показателям. Поверхностные воды охраняют от засорения, загрязнения, истощения. Защита от засорения: меры, исключающие попадание в водоемы и реки строительного мусора, твердых отходов, остатков лесосплава. Защита от истощения: строгий контроль за минимально допустимым стоком вод. Для защиты поверхностных вод от загрязнения широко используются следующие методы: 1. Развитие безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения; 2. Очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых) следующими способами[6]: - механический (процеживание, отстаивание, фильтрование с помощью решеток, песколовок, песчаных фильтров, отстойников, инерционное разделение с помощью гидроциклонов, нефте- и маслоловушек, уловителей; выжигание нефти, масел, жира); обеспечивает удаление до 90 % примесей при производственных стоках, до 60 % при бытовых; - физико-химический (коагуляция - образование легко удаляемых, хлопьевидных осадков, сорбция - поглощение углем, флотация - пропуск через сточные воды воздуха и электрофлотация, экстракция – разделение примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей – экстрареагента и сточной воды, ионообменные методы – очистка синтетической ионообменной смолой, установки обратного осмоса - продавливание воды через микропленки при высоком давлении до 30 МПа); - биологический (естественные методы – поля орошения, фильтрации, биологические пруды, искусственные методы - аэротенки, метантенки, окситенки, биофильтры, циркуляционные окислительные каналы); - химический (нейтрализация кислот и щелочей вводом реагентов (известь, аммиак, кальцинированная сода) или окислителей); - термический (нейтрализация или разложение загрязнителей при высоких температурах). Обычно для повышения эффективности очистки применяют несколько методов. В биологической очистке сточных вод используются решетка, дробилка, песколовка с песковой площадкой, первичный отстойник, метантенк и иловые площадки, после которых полученный ил подсушивается и утилизируется или идет на удобрения, аэротенк, вторичный отстойник, смеситель для добавления в воду хлора в целях обеззараживания, далее очищенная вода направляется в контактный резервуар и идет выпуск воды в водный объект. |