Экология лекции. Введение в экологию л 1 Экология
 Скачать 1.08 Mb.
|
Биологическая очистка сточных вод основана на биохимических процессах с участием микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности разрушают органические соединения и минерализуют их. Микроорганизмы используют органические вещества в качестве источника питательных веществ и энергии.Сооружения биологической очистки условно делят на два типа:
Поля фильтрации - это земельные участки, искусственно разделенные на секции, по которым равномерно распределяется сточная вода, фильтрующаяся через поры грунта. Профильтрованная вода собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в водоемы. На поверхности почвы образуется биологическая пленка из аэробных микроорганизмов, способных перерабатывать органические вещества. Кислород может проникать в грунт на глубину до 30 см; глубже разрушение органики осуществляется в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Биологические пруды – это специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные биохимические процессы самоочищения воды в аэробных и анаэробных условиях.Пруды сооружаются как для первичной биологической очистки, так и для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естественной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применяться и искусственная аэрация. Биофильтры – сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов разложения органических веществ. Это резервуары с фильтрующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периодически разливается по поверхности загрузки, профильтровывается и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно созревает биопленка из различных микроорганизмов, которые выполняют ту же функцию, что на полях фильтрации, т.е. минерализуют органические вещества. Отмершая биопленка смывается водой и задерживается во вторичном отстойнике. Аэротенки – это резервуары, в которые поступают сточная вода после механической очистки, активный ил и неправомерно подается воздух. Хлопья активного ила представляют собой биоценоз аэробных микроорганизмов – минерализаторов (бактерий, простейших, червей и др.). для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима постоянная аэрация воды. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Основная масса его возвращается в аэротенк, а вода подается в контактные резервуары для хлорирования – обеззараживания. С  точная водаГазгольдер Дробилка Решетка     отбросыКотельная Песколовка Песковые площадки газ песок Машинное здание Преаэратор    сжатый   воздух избыточный    активный илМетатенк  Первичный отстойник  Илоуплотнитель   сырой осадок Аэротенк сброженный осадок циркуляционный Обезвоживание сброженного осадка, сушка, сжигание  активный ил Вторичный отстойник  Контактный резервуар Хлораторная   утилизация хлорная водаосадка Выпуск   Потоки сточной воды Потоки газов из метатенка   Вспомогательные вторичные потоки Потоки сжатого воздуха Рис. 6. Технологическая схема станции с биологической очисткой сточных вод Доочистка сточных вод требуется, если по условиям водоотведения перед сбросом в водоем необходимо дополнительно снизить концентрацию взвешенных веществ, азота, фосфора, БПК и др. Доочистка необходима при повторном использовании сточных вод в технологических процессах. Для доочистки от взвешенных веществ применяют:
Для снижения БПКиспользуют:
Доочистку от азота фосфора применяют для предотвращения эвтрофирования водоемов и обрастания трубопроводов и аппаратов водорослями. Для удаления фосфора широко практикуют реагентный метод с использованием извести, сульфатов алюминия и железа. Минеральные соединения азота (нитриты, нитраты и соли аммония) удаляют с помощью физико- химических методов:
В настоящее время все чаще используют биологические методы: нитрификацию с последующей денитрификацией и биофиксацию фосфора. Обеззараживание является заключительным этапом обработки сточных вод перед сбросом в водоем. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путем хлорирования газообразным хлором Cl2 или хлорной известью CaCl(OCl). Применяют также электролизные установки для получения гипохлорита натрия NaClO из поваренной соли. Возможно обеззараживание другими бактерицидными веществами, ультразвуком и ультрафиолетовыми лучами. Малоотходное производство Для кардинального решения проблем экологии, снижения ресурсо- и энергоемкости производства необходимо развивать технологии утилизации вторичного сырья, полностью использовать все, что добывается из недр, на основе комплексной переработки, т.е. перестроить производство так, чтобы оно стало максимально безотходным, экологически чистым и экономически выгодным. Малоотходные технологии заимствуют свои принципы у природы: отходы одних организмов являются важнейшим ресурсом для других. Наиболее рациональным решением проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, т.е. использование очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения. При этом свежая вода забирается из источников водоснабжения только для питьевых целей. Городские сточные воды иногда используют повторно на предприятиях разных отраслей. Использование биологически очищенных сточных вод в оборотных системах водоснабжения позволяет частично или полностью отказаться от свежей воды. Доля сточных вод в подпитке оборотных систем может составлять от 5 до 100%. Замкнутые и оборотные системы водоснабжения – основа бессточных предприятий с локальными очистными установками, повторным использованием сточных вод и рекуперацией отходов.     Отходы производство продукция n - й стадии     отходы производство   продукция стадии   отходы производство сырье продукция стадии     малоотходная система безотходная системаРис. 7. Схема малоотходной технологической системы производства Конечная цель ресурсосберегающего производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на n – й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Она считается практически безотходной, когда отходы n – й стадии вновь поступают в производство или становятся совершенно безвредными. Рециркуляция отходов не может решить все проблемы т.к. требует больших затрат энергии, производство и использование которой приводят к загрязнению, деградации окружающей среды и рассеиванию тепла. Утилизация и ликвидация твердых отходов В древние времена отходы жизнедеятельности человека возвращались непосредственно на поля, в природу и участвовали в естественных круговоротах веществ. Урбанизация породила проблему санитарии, решение которой с помощью очистных сооружений создало проблему хранения, переработки и утилизации твердых отходов. Обезвреживание и утилизация твердых бытовых и промышленных отходов – последняя ступень очистки. На решетках задерживаются грубые отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и пр.), которые вывозят на свалки или после дробления направляют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, а затем вывозится и используется по назначению. Методы обезреживания твердых отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно- гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики). Выделяют следующие методы: биологические (разрушение органической части микроорганизмами), термические (сжигание), химические (гидролиз), механические (прессование с применением связующих на полигонах). 5           Большая часть твердых промышленных отходов токсична, поэтому захоранивать их нужно в толще глины.     1 2 3 4           1 – лесозащитная полоса; 2 – промежуточный изолирующий слой; 3 – твердые отходы; 4 – укрывающий наружный слой растительного грунта; 5 – естественное или искусственное водоупорное основание Рис. 8. Разрез полигона для твердых отходов. Особо вредные промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах и захораниваются в глубоких котлованах. Кроме технологического паспорта, с каждой партией направляются два акта:
Контейнеры автокраном спускают на дно котлована. Каждый контейнер со всех сторон засыпают слоем глины (0,5 м). Сверху располагают следующий ряд контейнеров. Размеры котлованов по низу - 10*4 м, по верху – 18*12 м, глубина - 4 м в глине, сверху они также засыпаются слоем глины. Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения. Обработка и утилизация осадков сточных вод Обработка и утилизация осадков сточных вод является очень острой проблемой для крупных городов всех высокоразвитых стран. В процессе очистки взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах, выпадают в осадок в сооружениях механической очистки. Количество сырого осадка напрямую зависит от содержания взвешенных частиц в воде и качества очистки: чем выше качество очистки, тем больше образуется осадка. На очистных станциях с биологической очисткой, кроме сырого осадка, образуется активный ил, количество которого по сухому веществу может достигать 50% от общего объема осадка. Перед утилизацией осадок должен подвергаться предварительной обработке. Цель обработки - уменьшение влажности и объема осадка, неприятного запаха, количества патогенных микроорганизмов (вирусов, бактерий и др.) и вредных веществ; снижение затрат на транспортировку и обеспечение экологически безопасного конечного использования. Для обработки осадков строят специальные сооружения:
Метатенки – это герметически закрытые резервуары, где анаэробные бактерии в термофильных условиях ( t о = 30 - 43 оС) сбраживают сырой остаток на первичных и вторичных отстойников. В процессе брожения выделяются газы: CH4, водород H2, углекислый газ CO2, аммиак NH3 и др., которые могут затем использоваться для различных целей. Аэробные стабилизаторы– это резервуары, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорганизмами при постоянной продувке воздухом. Обработанный осадок складируется на иловых площадках и затем используется как удобрение. Складируемые осадки, содержащие соли тяжелых металлов, загрязненные патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, вирусами, представляют экологическую опасность и требуют неординарного подхода к режиму размещения и утилизации. Определенную опасность представляет и миграция вредных веществ в грунтовые воды. Иловые площадки и полигоны сами могут быть источниками выделения вредных веществ в атмосферу. Эмиссия газов происходит также из почв бывших свалок, полигонов и при транспортировке отходов. Объемы и характер загрязнений атмосферы зависят от параметров технологического процесса обработки осадков и от температурного режима. При больших объемах осадков используются две категории методов: термическая сушка и сжигание. При термической сушке сохраняются органические вещества, используемые в качестве удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты. В большинстве стран наблюдается тенденция к увеличению объемов сжигаемых осадков. Главным стимулом является рост цен на землю, что делает освоение новых технологий экономически более выгодным и экологически более эффективным, чем расширение территорий полигонов. Сжигание осадков Сжигание осадковприменяется, если они не подлежат другим видам обработки и утилизации. 25% образующихся на очистных сооружениях осадков используется в сельском хозяйстве, 50% размещается на полигонах и около 25% сжигается. В настоящее время очистка сточных вод осуществляется на очистных станциях по классической схеме полной биологической очистки, при которой образуется смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила. Осадки – это необеззараженная влажная (до 99,7%) масса, содержащая до 70% органических веществ. Последовательность операций по обработке осадка следующая:
        Сточные водыОчистные сооружения   осадок   зола      печь для сжигания осадка   изготовление шлакоблоков или  использование в городском строительстве Рис. 9. Схема завода по сжиганию осадков сточных вод Очистка газов от пыли осуществляется на электрофильтрах, а от вредных примесей – путем кислой и щелочной промывки. Эффект очистки газов – более 99%, что удовлетворяет требованиям российских и европейских нормативов. Эффективность обработки дымовых газов
Комплексный анализ различных сред Комплексный анализ различных сред,т.е. одновременная оценка степени воздействия на почву, воздух и воду, позволяет находить правильные решения. Очистка протоков воды, содержащей нерастворенные взвеси, является характерным примером того, как возникает поток отходов в виде осадков, в результате чего проблема загрязнения воды переходит в проблему загрязнения почвы. Очистка воздуха от диоксида серы с помощью извести порождает проблему загрязнения почвы и воды. При сжигании отходов решается проблема загрязнения почвы, но может возникнуть проблема загрязнения воздуха. Один из возможных подходов к комплексному анализу загрязнения различных сред (пример). М 1 d p 0 m 1 Рис. 10. Зависимость степени ущерба от массы загрязняющего вещества А В Г Б     асса m каждого загрязняющего вещества оценивается степенью ущерба dp, принимающей значения от 0 до 1. Максимальному выбросу соответствует максимальный ущерб (dp= 1). При отсутствии загрязняющего вещества нет и ущерба (dp= 0). Изменение степени ущерба между этими двумя предельными значениями может описываться различными кривыми. Для эколога степень ущерба выражается кривой А.; директор предприятия считает реальной кривую Б; линии В и Г отражают возможные точки зрения. Некоторые загрязнения сильно рассредоточены – их влияние распространяется на большие расстояния. Они могут нанести большой вред, чем вещества, распространение которых поддается строгому контролю. Некоторые виды загрязнений очень стойкие, и их действие со временем возрастает. Чтобы учесть всю совокупность этих воздействий, для каждого вида загрязнения ( p ) вводится модифицированная функция Mp: M p = 0,1 • c ; c = x + t + e x – масштаб распространения действия t – стойкость загрязнения e – возможность переноса Показатели, с помощью которых вводится функция Mp:
Суммарный показатель может принимать значения от 3 до 8, а Mp от 0,3 до 0,8. Если загрязняющее вещество нестойко и не имеет области распространения, то Mp = 0,1; если значения x, t и eмаксимальны, то Mp = 0,8. Суммарный ущерб от всех видов загрязнений, наносимый среде (воздуху, почве или воде), оценивается показателем ухудшения качества среды ( К ): К = Σ d ps • W p • M p p - номер загрязняющего вещества d ps – степень ущерба для выбранного варианта решения s W p – весовой множитель M p – модифицированная функция Чем выше значения К, тем больше вероятность ухудшения состояния среды. Разность между значением К для исходного состояния системы ( Ко ) и состояния, соответствующего выбранному решению ( Кs), определяется как показатель эффективности варианта решения ( Эs): Эs = Ко - Кs Положительные значения показателя Эs соответствуют улучшению состояния окружающей природной среды по сравнению с исходным, а отрицательные – свидетельствуют об ухудшении ее состояния. Показатель эффективности является удобным инструментом для сравнения и оценки вариантов решений и выбора оптимального способа охраны среды. Мониторинг окружающей среды Л-13 Анализ окружающей среды предусматривает оценку ее экологического состояния и влияние на нее естественных и антропогенных воздействий. Лимитирующим показателем уровня естественных и антропогенных воздействий является предельно- допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН). С целью измерения, оценки и прогноза антропогенных изменений создана информационная система экологического мониторинга. Мониторинг состояния природной среды – это комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных элементов под влиянием антропогенных воздействий. Основными функциями мониторинга являются:
Структура мониторинга Наблюдение за состоянием окружающей среды и отдельных природных объектов Прогнозирование изменений в окружающей среде и их последствия М О Н И Т О Р И Н Г  Методы  Сбор, обобщение, оценка информации о состоянии окружающей среды и отдельных природных объектов Предоставление информации государственным органам, министерствам, ведомствам, всем заинтересованным лицам  Система  Глобальный экологический мониторинг Общегосударственная служба экологического мониторинга Классификация систем мониторинга: 1.Мониторинг факторов воздействия - мониторинг различных химических загрязнителей и разнообразных природных и физических факторов воздействия.
3. По масштабам воздействия - пространственный и временный. 4.По характеру обобщения информации различают: глобальный - слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли, осуществление прогноза возможных изменений, предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях; базовый (фоновый) - слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных антропогенных влияний; национальный – мониторинг в масштабах страны; региональный – слежение за процессами и явлениями в пределах региона, в которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся от естественных по природному характеру или из-за антропогенного воздействия; локальный - мониторинг воздействия конкретного антропогенного источника; импактный - мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в зонах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. 5. По методам ведения выделяются следующие виды мониторинга: химический мониторинг - это система наблюдений за химическим составом атмосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, растительности и животных и контроль за динамикой распространения химических загрязняющих веществ. физический мониторинг - система наблюдений за влиянием физических процессов и явлений на окружающую среду (наводнения, вулканизм, землетрясения, цунами, засухи, эрозия почв). биологический мониторинг- мониторинг, осуществляемый с помощью биоиндикаторов (т.е. таких организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об изменениях в среде). экобиохимический мониторинг - мониторинг, базирующийся на оценке двух составляющих окружающей среды (химической и биологической) дистанционный мониторинг - в основном, авиационный, космический с применением летательных аппаратов, оснащенных радиометрической аппаратурой, способной осуществлять активное зондирование изучаемых объектов и регистрацию опытных данных. Наиболее универсальным является комплексный экологический мониторинг окружающей среды - это организация системы наблюдений за состоянием объектов окружающей природной среды для оценки их фактического уровня загрязнения и предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей. Экологический мониторинг Экологический мониторинг - (система наблюдений ресурсов Земли) - метод систематического сбора информации о природных ресурсах Земли. Экологический мониторинг является комплексным мониторингом биосферы. Он включает в себя контроль изменений состояния окружающей среды под влиянием природных и антропогенных факторов. В РФ формируется Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Государственная система экологического мониторинга Глобальная система мониторинга окружающей среды  Единая государственная система экологического мониторинга  Посты наблюдения Территориальные органы  Станция наблюдения Региональные органы Центры наблюдения Центральные органы Мониторинг природных объектов   Земель Поверхностных вод Подземных вод Минерально-сырьевых ресурсов недр   Лесов Диких животных Рыбных запасов Санитарно – экологический мониторинг С учетом мониторинга регионального создается единый экологический мониторинг (ЕЭМ). Структурными звеньями ЕЭМ являются:
Экологический мониторинг может быть:
Различают следующие блоки мониторинга:
Основные задачи экологического мониторинга:
Сбор информации осуществляется путем наблюдений:
3. спутниковым - из космоса с использованием информации и видимых изображений, полученных с орбитальных спутников. Используется для наблюдений за погодой, загрязнением воздуха. Дистанционное зондирование - способ получения информации об окружающей среде, посредством устройств, не имеющих прямого физического контакта с объектами изучения или исследуемыми явлениями. Данные дистанционного зондирования, полученные из космоса, являются основой всех исследований окружающей среды. Состояние природных ресурсов классифицируется на следующие виды мониторинга: атмосферного воздуха, водных ресурсов, подземных вод, минеральных вод и лечебных грязей, земельных ресурсов, минерально-сырьевых ресурсов, биологических ресурсов, лесных ресурсов. Экологическое картографирование Экологическое картографирование - информационный метод управления природопользованием, основанный на использовании картографического способа отображения количественных и качественных показателей состояния окружающей природной среды и прогнозируемых оценок возможного их изменения. Экологическое картографирование позволяет: графически отображать все основные показатели состояния окружающей природной среды (атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и грунтов); проводить экологическое зонирование территорий; моделирование возможных процессов; отображать изменения окружающей природной среды; использовать различную картографическую информацию в геоинформационных системах (ГИС). Обычные топографические и тематические карты несут большой информационный материал о состоянии окружающей природной среды и используются в информационной системе управления природопользованием:
Карта экологическая – топографическая карта с информацией о количественном и качественном состоянии окружающей природной среды, динамике ее изменения и показателях воздействия на человека и объекты живой природы. На экологической карте отображаются: показатели природного фона, источники загрязнения, виды загрязнения, зоны загрязнения, нарушенность природной среды, санитарно- эпидемиологическое территорий, биологическое состояние популяций растений и животных. Экологическое состояние окружающей природной среды может отображаться на карте посредством различных критериев: показателем самовосстановления природных систем; показателем экологической опасности; уровнем экологической напряженности; показателем экологического риска. Методика зонирования территорий по показателю самовосстановления природных систем заключается в определении зон экологического состояния:
Методика зонирования территории по показателю экологической опасности для жизни и здоровья людей разделяет состояние природной среды на четыре категории. 1. зона благополучной ситуации - устойчивый рост продолжительности жизни, заболеваемость снижается; 2. зона напряженной экологической ситуации - показатели здоровья населения выше нормы (фоновых), продолжительность жизни без изменений; 3. зона экологического бедствия- показатели здоровья населения хуже фоновых, частота и скорость наступления инвалидности выше, а продолжительность жизни людей ниже (зона Приаралья); 4. зона экологической катастрофы - территория, непригодная для жизни людей (Чернобыль). Методика зонирования территории по показателю экологической напряженности представляет семь рангов уровней экологической напряженности:
Методика зонирования территории по показателю экологического риска позволяет определить зоны, в пределах которых существует вероятность реализации ущерба окружающей природной среде от техногенного воздействия (засоление почв, опустынивание, закисление, обезлесение, эрозия почв), а также здоровью и жизни людей. Эколого-экономическая оценка риска Л-14 По своему происхождению термин «риск» означает опасность. В зависимости от источника опасности выделяются: риски, связанные с разрушительным воздействием сил природы - природные,
К природным рискам относятся: атмосферные, геологические, космические, биологические. К социальным рискам относятся: имущественные (покушение на собственность), политические, финансовые. Риски по принадлежности к компонентам хозяйственной деятельности и по направлениям воздействия последствий разделяются на:
2. Индивидуальные и групповые, исходящие из анализа опасности для человека; индивидуальный риск определяется как частота возникновения поражающих человека воздействий, приводящих к их гибели при реализации определенных опасностей в определенном месте нахождения человека; групповой - уровень риска, устанавливаемый для общества в целом. 3. Технические и инженерные риски обобщают события производственно- инженерной деятельности. 4. Экологические и природные риски – это вероятность неблагоприятных для природных ресурсов последствий любых антропогенных изменений природы. Процедура оценки риска включает: - выявление опасности (установление источников и факторов риска, а также объектов (зон) их потенциального воздействия, основные формы такого воздействия); - установление повторяемости и причин события; - оценка подверженности риску, т.е. восприятие реальных факторов риска на человека и окружающую среду включает определение масштаба (уровня) воздействия, его частоты и продолжительности; - обобщенная характеристика последствий; - формирование предложений для принятия решения. Способы снижения риска: 1. Распределение риска между участниками проекта (предела части риска соисполнителям), вернее ответственным за риск сделать того участника, который в состоянии легче всех рассчитывать и контролировать его. 2. Страхование риска (имущественное и от несчастных случаев) - передача определенных рисков страховой компании. Имущественное страхование включает: - страхование общей гражданской ответственности (форма страхования от несчастных случаев с целью защитить генерального подрядчика); - страхование профессиональной деятельности (требуется в случае, когда генеральный подрядчик несет ответственность за подготовку архитектурного или технологического проекта, управление проектом); - страхование экологической опасности (экологическая опасность исходит из видов потенциальных воздействий объекта на окружающую природную среду).
Экологический риск - вероятность деградации окружающей природной среды или перехода ее в неустойчивое состояние в результате текущей среды или планируемой хозяйственной деятельности; возможность потери контроля за происходящими экологическими событиями. Хронического загрязнения  З О Н Ы Экологического бедствия   Повышенной экологической опасности  | |||||||||||||||||||||||||||||||