39 Озоновый экран

Озоновый слой -- часть атмосферы Земли, располагающаяся на высоте 20-25 км.

 Эта воздушная оболочка состоит из химической разновидности кислорода -- озона. Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м?) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и надежно защищает все живое на нашей планете от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. 

К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье про озоновый слой.

Предполагается множество причин ослабления озонового щита.

Во-первых, – это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога.

В- третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

В – четвертых, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны – это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

40 кислотные дожди

 Неуемное расходование ресурсов планеты, огромные масштабы сжигание топлива, экологически несовершенные технологии – яркие признаки бурного развития промышленности, что в итоге сопровождается химическим загрязнением воды, воздуха и земли. Кислотные дожди – только одно из проявлений таких загрязнений.

Последствия кислотных дождей

Ученые отмечают, что последствия кислотных дождей очень многомерны, и опасны как для людей и животных, так и растений. В числе главных специалисты называют следующие эффекты:

1.Кислотные дожди заметно повышают кислотность озер, прудов, водохранилищ, в результате чего там постепенно вымирает их естественная флора и фауна. В результате изменения экосистемы водоемов, происходит их заболачивание, засорение, повышенная илистость.  Кроме того, в результате таких процессов вода становится непригодной для использования человеком. В ней повышается содержание солей тяжелых металлов и различных токсичных соединений, которые в нормальной ситуации поглощаются микрофлорой водоема.

2.Кислотные дожди приводят к деградации лесов, вымиранию растений. Особенно страдают хвойные деревья, так как медленное обновление листвы не дает им возможности самостоятельно устранять последствия кислотных дождей. Очень подвержены таким осадкам и молодые леса, качество которых стремительно падает. При постоянном воздействии воды с повышенной кислотностью, деревья погибают.

3. В США и Европе кислотные дожди – одна из распространенных причин плохих урожаев, вымирания сельскохозяйственных культур на огромных площадях. При этом причина такого ущерба кроется как в прямом воздействии, которое оказывают кислотные дожди на растения, так и в нарушениях минерализации почвы.

4.Кислотные дожди наносят непоправимый ущерб памятникам архитектуры, здания, сооружениям. Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов, выход из строя механизмов.

5.При текущей кислотности, которую имеют кислотные дожди, в некоторых случаях они могут наносить прямой вред человеку и животных. Прежде всего, люди в зонах повышенной опасности страдают от заболеваний верхних дыхательных путей. Впрочем, не так далек тот день, когда насыщенность вредных веществ в атмосфере достигнет уровня, при котором в виде осадков будет выпадать серная и нитратная кислота достаточно высокой концентрации. В такой ситуации угроза здоровью человека окажется уже значительно более высокой.

40.Кислотные дожди,причины образования и эколог.последствия. Причина выпадения кислотных дождей – попадание в атмосферу загрязняющих выбросов, как природного, так и антропогенного происхождения. Природные источники кислотных дождей – вулканическая деятельность, гниение растительных остатков и другие. Однако вклад природы в этот процесс относительно не велик – количество соединений серы, попадающих в атмосферу с извержением вулкана, обычно не превышает миллиона тонн, в то время как металлургия, энергетика и транспорт ежегодно загрязняют атмосферу сотнями миллионов тонн оксидов серы. Загрязнение атмосферы диоксидом серы и оксидами азота происходит при сжигании ископаемого топлива (например, угля) и эксплуатации автотранспорта. Среди весьма серьезных проблем экологического плана наибольшее беспокойство вызывает нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу. Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. В период промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии в атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения. По ориентировочным данным ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Основными источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и автомобильный транспорт.

41. Водная среда как экосистема. Вода является той средой, где зародилась жизнь, здесь она прошла длительный путь эволюции. В воде обитают организмы всех основных систематических групп: растения, животные, в воде живут микроорганизмы и грибы. Она резерват и инкубатор многих патогенных микроорганизмов, личинок паразитических червей, различных членистоногих. В воде обитает около 100 тыс. различных растений - микроскопические водоросли, высшие водные растения. Здесь много полезных для человека животных, в том числе рыбы, многие водные млекопитающие и другие животные. Водная среда оказывает огромное влияние на гидробионтов, в то же время и водное население преобразует эту среду. На низшем трофическом уровне в водной экосистеме находятся растения, среди которых наибольшее значение имеют планктонные водоросли (фитопланктон). Они образуют в процессе фотосинтеза 4,3*1011 т/год органического вещества. Высшие водные растения (макрофиты) играют гораздо меньшую роль, чем фитопланктон. До 75 % образующегося в клетках водорослей органического вещества выделяется в окружающую среду и потребляется другими водными организмами. Органическое вещество детрит (органические остатки мертвой биоты) и сопутствующие водорослям бактерии (участвуют в минерализации веществ) составляют основной корм растительного планктона. В составе животного планктона много организмов, являющихся по характеру питания фильтраторами. Такие фильтраторы, как пресноводные рачки дафнии, микроскопические черви коловратки, питаясь, профильтровывают каждый до 100 мл воды за один час. От состояния водной среды зависит состояние экосистемы как водной, так и наземной. Водная среда находится в тесном взаимодействии с другими средами: литосферой и атмосферой.

42.Водные ресурсы Земли различие вод по солёности. Причина дефицита пресной воды. Мировые запасы воды. Водные ресурсы Земли оцениваются в 1,5 млрд км3. Это вода океанов, морей, рек, озер, горных и полярных ледников, подземная, почвенная и атмосферная влага. Из всего количества воды 97,3 % - это минерализованные (соленые) воды. По количеству растворенных солей воды делятся на рассолы (минерализация более 50 г/л), морские воды от( 26 до 50 г/л), солоноватые (от 1 до 25 г/л) и пресные (менее 1 г/л). Пресные воды составляют 2,5-2,7 % от общего запаса вод на Земле. Большая часть пресной воды находится в ледниках Антарктики и Арктики.

Пресные воды принято делить на поверхностные и подземные. Водопотребление. Хозяйственная деятельность человека связана с затратами больших количеств пресной воды. В хозяйственном обороте используются как поверхностные, так и подземные воды. Выделяют 3 категоpии водопотpебления: хозяйственно-питьевое, культуpно-бытовое, pыбохозяйственное. Структура водопотребления выглядит следующим образом : сельское хозяйство - 61 %, промышленность 31 %, жилищно-коммунальное хозяйство - 7 %, прочие - 1 %. Любое современное производство является водоемким. В промышленности, например, на выплавку 1 т стали требуется 120 м3 воды, на изготовление 1 т химического волокна - 2000 м3. В целом ряде производств требуется очень чистая вода. В сельском хозяйстве на производство 1 т молока требуется 5 м3 воды, 1 т мяса 20000 м3, для получения 1 кг зерна 0,75 м3, в перерабатывающей промышленности на производство 1 т сахара - 1 м3 воды. В хозяйственно - бытовой сфере в условиях города расходуется 160-180 л воды на человека [Банников и др., 1996].

Дефицит пресной воды. Ежегодный расход воды в мире составляет 1600 км3 при возможном водозаборе 6000 км3. Однако источники водоснабжения распределены крайне неравномерно, и одни районы мира страдают от недостатка, другие от избытка воды. В настоящее время практически все население мира страдает от проблем, связанных с водой. Недостаток пресной воды испытывает 1/3 населения планеты. Среди причин, приводящих к нехватке воды, можно отметить следующие:

1) беспрецедентное развитие индустрии, энергетики и земледелия;

2) бесконтрольная концентрация населения в отдельных регионах, приводящая к дисбалансу в потреблении воды [Ро Основной же причиной недостатка чистой пресной воды является загрязнение водных объектов в результате сброса неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством. занов, 1984].

43.Загрязнение воды и вещества загрязнители. Загрязнение водоемов. Загрязнения, поступающие в водоемы со сточными водами, условно делятся на несколько групп: по физическому состоянию - на нерастворимые, растворимые коллоидные примеси; по своей природе - на минеральные, органические загрязнения, а также бактериальное и биологическое. К минеральным загрязнениям относятся песок, глина, частицы шлака, минеральные соли, кислоты, щелочи и др. Органические загрязнения представляют собой остатки растений и животных, физиологические выделения животных организмов, органические отходы деревообрабатывающих, бумажных производств (целлюлоза, лигнин), отходы молочной и мясной промышленности, производств по обработке шерсти, меха, кожи и т.д. К органическим загрязнениям относятся также различные продукты химического, нефтехимического производств, производств по переработке каменного угля, сланцев и др. Бактериальное и биологическое загрязнение - это загрязнение бактериями, плесневыми грибами, микроскопическими водорослями, дрожжами, яйцами гельминтов. При попадании загрязнений изменяется химический состав воды, ухудшаются санитарно - гигиенические свойства воды, происходит нарушение газообмена между водной средой и атмосферным воздухом. При загрязнении воды снижается продуктивность водных растений. Многие вещества токсичны для обитателей воды. Загрязнение органическими веществами приводит к снижению содержания кислорода в воде, который расходуется на их окисление, в результате чего возможны заморы рыб. Загрязнение воды вызывает нарушение экологического равновесия в водных экосистемах, в ряде случаев приводит к их полной деградации. 44.Эфтрофикация водоёмов,Причины и эколог.процессы. Эвтрофикация - это повышение содержания биогенных элементов в воде и увеличение ее биологической продуктивности. Биогенами называют химические элементы необходимые для жизнедеятельности живых организмов (N, P, K, O, H, Ca, Na, Mg, S и др.). Они поступают в воду с коммунально-бытовыми, животноводческими, промышленными сточными водами, при смыве с полей остатков удобрений, эрозионных процессах. В большинстве своем эвтрофикация связана с антропогенной деятельностью. Эвтрофикации способствует зарегулирование стока рек, термальное загрязнение, нарушение экологического равновесия в водных экосистемах. Под влиянием притока биогенов происходит увеличение первичной продуктивности за счет массового развития микроскопических водорослей ("цветение воды"), в дальнейшем при их разложении - снижение содержания растворенного кислорода, угнетение развития донных организмов, возникновения замора рыб. При "цветении" за счет сине-зеленых водорослей в воду поступают токсичные вещества, являющиеся продуктами их метаболизма. Эти токсины представляют опасность для

здоровья человека и негативно влияют на состав водной экосистемы. При использовании воды эвтрофированных водоемов на питьевые

нужды возрастает стоимость ее очистки.

45.Сточные воды. Виды сточных воды .Основные вещества загрязнители сточных вод . Животноводческие сточные воды, особенности хим.состава. Сточные воды - это воды, бывшие в производственном, бытовом или сельскохозяйственном употреблении. По своему происхождению делятся на промышленные, коммунально-бытовые, сельскохозяйственные, а также ливневые воды, прошедшие через загрязненную территорию.

Для каждого вида сточных вод существуют свои способы наиболее эффективной очистки. Различают механические, физико-химические и биологические методы очистки. Механические способы применяют для очистки от суспензий и эмульсий при осветлении сточных вод. Наиболее распространенными способами удаления крупнодисперсных примесей являются применение пескоуловителей, фильтрация, отстаивание, процеживание, флотация. Физико-химические методы применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных и коллоидных примесей, от ионов, кислот, оснований. Они подразделяются на регенерационные (рекуперационные) (коагуляция, адсорбция, флокуляция, эвопорация, экстракция, дистилляция, кристаллизация и др.) и деструктивные (нейтрализация, окисление, электролиз). Биологические методы очистки сточных вод близки природным микробиологическим процессам самоочищения водной среды. Аэробные методы (биофильтры, биологические пруды, аэротенки), применяют, в основном, для минерализа.ции органических веществ в сточных водах. Анаэробные методы (метантенки, септики) используют для анаэробной переработки осадков избыточного ила аэротенков в процессе брожения. Биофильтры предназначены для очистки небольших объемов сточных вод. В них сточные воды пропускают через слой загружаемого в биофильтр крупнозернистого материала (керамзит, галька). Действующим началом в биофильтре служит биопленка из микроорганизмов и различных мелких беспозвоночных животных (одноклеточные, коловратки). Организмы биопленки улавливают и перерабатывают загрязняющие вещества при движении сточной.жидкости через крупнозернистый материал биофильтра и соприкосновении ее с организмами биоценоза биопленки. Большие объемы сточных вод очищают в аэротенках, представляющих большие резервуары из железобетона. Действующим началом ва эротенках является активный ил, состоящий из микроорганизмов и микроскопических животных, бурно развивающихся в сточной воде, которая предварительно интенсивно перемешивается с воздухом и насыщается при этом кислородом. В сточной воде активно идут процессы жизнедеятельности активного ила, сами организмы этого специфического биоценоза склеиваются в хлопья, увлекая с собой некоторые загрязняющие вещества. В процессе жизнедеятельности организмы микробоценоза используют многие органические и неорганические вещества сточных вод и их обезвреживают, перерабатывая некоторые из них до простых минеральных соединений. В аэротенке микроорганизмы постоянно размножаются, часть их с хлопьями активного ила оседает на дно, но микробоценоз при этом обновляется, и процесс очистки сточной воды идет непрерывно. Для обезвреживания болезнетворных (патогенных) бактерий и яиц гельминтов воду после очистки в аэротенке обезвреживают жидким хлором или хлорной известью.

Для очистки сточных вод применяют также биологические пруды. В очистке воды в них принимают участие все организмы, населяющие водоем: микроорганизмы, одноклеточные животные, водоросли, высшие водные растения и др.

Процесс очистки сточных вод животноводческих предприятий имеет свои специфические черты. Перспективный способ очистки для этой категории сточных вод - сбраживание в метантенках по известной биотехнологии получения из них органического удобрения и газа метана (биогаза) (см. раздел 9.3).

После прохождения системы очистки стоки сбрасывают в природные водоемы. При это сток не должен нарушать процессы самоочищения водной среды, не должен быть токсичен в отношении гидробионтов и не вызывать "цветения" воды. Метановым брожением можно перерабатывать как твердый, так и жидкий (бесподстилочный) навоз, а также различные виды сточных вод, в том числе и животноводческие сточные воды, количество которых на крупных животноводческих комплексах составляет тысячи кубометров в сутки (свиноводческий комплекс на 216 тыс. голов свиней в сутки дает 2600 м3 жидкого навоза), переработка и утилизация их иным путем представляет сложную технологическую и экологическую проблему.

Таким обpазом, метановое сбpаживание является еще и эффективным способом очистки сточных вод, снижающим загpязнение окpужающей сpеды с одновpеменным получением высококачественного экологически чистого оpганического удобpения, в состав котоpого входят гумусоподобные оpганические вещества, способствующие стpуктуpиpованию почвы и повышению ее плодоpодия.

Следовательно, переработка животноводческих отходов путем метанового сбpаживания (переработка в биогаз и органическое удобрение) позволяет pешать пpоблемы экологического, энеpгетического и агpохимического хаpактеpа. Она является безотходной и экологически чистой биотехнологией.

46Методы отчистки сточных вод.Технология отчиски промышленных и бытовых сточных вод . Для каждого вида сточных вод существуют свои способы наиболее эффективной очистки. Различают механические, физико-химические и биологические методы очистки. Механические способы применяют для очистки от суспензий и эмульсий при осветлении сточных вод. Наиболее распространенными способами удаления крупнодисперсных примесей являются применение пескоуловителей, фильтрация, отстаивание, процеживание, флотация.

Физико-химические методы применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных и коллоидных примесей, от ионов, кислот, оснований. Они подразделяются на регенерационные (рекуперационные) (коагуляция, адсорбция, флокуляция, эвопорация, экстракция, дистилляция, кристаллизация и др.) и деструктивные (нейтрализация, окисление, электролиз).

Биологические методы очистки сточных вод близки природным микробиологическим процессам самоочищения водной среды. Аэробные методы (биофильтры, биологические пруды, аэротенки), применяют, в основном, для минерализа.ции органических веществ в сточных водах. Анаэробные методы (метантенки, септики) используют для анаэробной переработки осадков избыточного ила аэротенков в процессе брожения. Биофильтры предназначены для очистки небольших объемов сточных вод. В них сточные воды пропускают через слой загружаемого в биофильтр крупнозернистого материала (керамзит, галька). Действующим началом в биофильтре служит биопленка из микроорганизмов и различных мелких беспозвоночных животных (одноклеточные, коловратки). Организмы биопленки улавливают и перерабатывают загрязняющие вещества при движении сточной жидкости через крупнозернистый материал биофильтра и соприкосновении ее с организмами биоценоза биопленки. Большие объемы сточных вод очищают в аэротенках, представляющих большие резервуары из железобетона. Действующим началом в аэротенках является активный ил, состоящий из микроорганизмов и микроскопических животных, бурно развивающихся в сточной воде, которая предварительно интенсивно перемешивается с воздухом и насыщается при этом кислородом. В сточной воде активно идут процессы жизнедеятельности активного ила, сами организмы этого специфического биоценоза склеиваются в хлопья, увлекая с собой некоторые загрязняющие вещества. В процессе жизнедеятельности организмы микробоценоза используют многие органические и неорганические вещества сточных вод и их обезвреживают, перерабатывая некоторые из них до простых минеральных соединений. В аэротенке микроорганизмы постоянно размножаются, часть их с хлопьями активного ила оседает на дно, но микробоценоз при этом обновляется, и процесс очистки сточной воды идет непрерывно. Для обезвреживания болезнетворных (патогенных) бактерий и яиц гельминтов воду после очистки в аэротенке обезвреживают жидким хлором или хлорной известью.

Для очистки сточных вод применяют также биологические пруды. В очистке воды в них принимают участие все организмы, населяющие водоем: микроорганизмы, одноклеточные животные, водоросли, высшие водные растения и др Процесс очистки сточных вод животноводческих предприятий имеет свои специфические черты. Перспективный способ очистки для этой категории сточных вод - сбраживание в метантенках по известной биотехнологии получения из них органического удобрения и газа метана (биогаза) (см. раздел 9.3). После прохождения системы очистки стоки сбрасывают в природные водоемы. При это сток не должен нарушать процессы самоочищения водной среды, не должен быть токсичен в отношении гидробионтов и не вызывать "цветения" воды.

47Биологический метод отчиски вод и его разновидности. Биологические методы очистки сточных вод близки природным микробиологическим процессам самоочищения водной среды. Аэробные методы (биофильтры, биологические пруды, аэротенки), применяют, в основном, для минерализа.ции органических веществ в сточных водах. Анаэробные методы (метантенки, септики) используют для анаэробной переработки осадков избыточного ила аэротенков в процессе брожения.

48 Самоотчищение водоёмов.Физические,биологические,химические факторы способствующие самоотчищению вод.Самоочищение – это-совокупность физических, химических и биологических процессов, происходящих в воде и приводящих к освобождению ее от загрязнений химической и биологической природы до уровня, не представляющего угрозы для функционирования водной экосистемы.

Физические процессы самоочищения водоемов включают разбавление и перемешивание, седиментацию (осаждение под действием силы тяжести), перемещение загрязняющих веществ вниз по течению, испарение, сорбцию донными отложениями или взвешенными частицами, биопоглощение. При этом происходит снижение концентрации загрязняющих веществ в воде, что, в свою очередь, ускоряет процессы самоочищения.

Химическая трансформация загрязняющих веществ происходит в результате гидролиза, окисления, фотолиза и др. Физико-химические процессы самоочищения интенсивнее протекают в проточных водоемах с достаточным содержанием растворенного кислорода. Увеличивает самоочищающую способность воды повышение температуры (повышение температуры на 10оС увеличивает скорость химических реакций в 2 раза - закон Ван-Гоффа). Однако повышение температуры возможно до границ, в

которых происходит нормальная жизнедеятельность гидробионтов. Интенсивность солнечной радиации положительно влияет на процесс самоочищения, т.к. фотолитические превращения загрязняющих веществ в воде протекают под действием ультрафиолетового излучения. Кроме того, ультрафиолетовые лучи губительно действуют на патогенные микроорганизмы, которые могут присутствовать в воде.

Биологические процессы самоочищения. В процессах самоочищения

принимают участие все живые организмы водного биоценоза: микроорганизмы, водоросли, высшие водные растения, беспозвоночные животные и их личинки, позвоночные животные. Основную роль в процессах биологического самоочищения играют микроорганизмы. Обладая большим набором ферментов, они способны усваивать неорганические и органические вещества. При этом они выделяют экзоферменты, участвующие в разложении загрязняющих веществ вне организма. Большое место в процессах самоочищения принадлежит планктонным животным, особенно тем, которые по характеру питания являются фильтраторами. Фильтрационный характер питания присущ многим одноклеточным (инфузории, сувойки и др.), некоторым круглым червям (коловратки), мелким ракообразным (дафнии, босмины, моины, хидорусы и др.). Фильтраторами по характеру питания являются губки, однако им принадлежит большое место в очищении воды в морских водоемах, где их видовое разнообразие достигает 8 тыс. Такой же характер питания имеют некоторые моллюски, в частности двустворчатые, такие как дрейссена, беззубка, перловица.

Среди растений основную роль играют микроскопические водоросли, из высших растений - тростник обыкновенный, рогоз, камыш озерный, кубышка желтая, ряска, элодея и др. Им принадлежит большая роль в очистке воды от биогенов.