Реферат: Строение атмосферы, гидросферы и литосферы

Итак, загрязнение окружающей среды есть вне­сение в экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых  компонентов или структурных изменений, прерывающих кругово­рот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего экосистема разрушается или снижает свою продуктивность.

Отрицательное влияние изменения качества внеш­ней среды на метаболизм живых организмов получило название “экологической ловушки”. Наиболее ярки­ми примерами являются воздействие на физиологические процессы в организме человека метилртути (болезнь “Минамата”), а также влияние некоторых пестицидов.

В свое время создание высокоэффективного ядо­химиката для борьбы с вредителями растений — дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) — было отмечено Нобелевской премией, поскольку его применение су­лило реальную возможность сохранять урожайность агроценозов и лесные насаждения. Мировое производ­ство ДДТ в течение почти 30 лет достигало ежегодно 100 тыс.т. Препараты ДДТ создавали помехи в экосис­темах для  экономически вредных консументов и защищали урожаи. Но и сам препарат, и некоторые его примеси помимо токсичности для теплокровных жи­вотных, способны прогрессивно накапливаться в звеньях пищевых цепей. При содержании в воде пре­парата ДДТ в дозировке 0,0014 частей на миллион его содержание в планктоне составляет уже 5,0 частей на миллион, а в мышцах рыб — 221 часть, т.е. при прохождении его по трофической цепи происходит концентрирование более чем в 10 тыс. раз! Когда этот факт был установлен, практически все страны мира (за исключением  Китая и некоторых других развиваю­щихся стран) подписали Конвенцию  о запрещении производства и применения ДДТ.

Последствия загрязнения далеко не всегда ощу­щаются сразу. Скачкообразным проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые. Важна своевременная косвенная индикация загрязнения в начальные  моменты его воздействия.     

Загрязнение — это не только выброс в природную среду вредных веществ. При отводе воды от систем охлаждения в естественные водоемы происходит изме­нение естественного режима температуры, т.е. тепловое загрязнение. В качестве загрязнения можно рассмат­ривать  и отклонение от оптимальных  параметров уровней шума, освещенности, радиоактивности.     

В качестве системы помех следует рассматривать разрушение биогеоценозов при открытой добыче пол­езных ископаемых, регулировании  водотоков, осушении, эрозии почв. Источником помех являются шахтные  отвалы и терриконы, в которых идут сложные физико-химические процессы с выделением вред­ных веществ в атмосферу, воду и почву.      Среди загрязнений выделяют механическое, химическое, физическое, биологическое, микробиоло­гическое. Механическое заключается в засорении среды агентами, оказывающими лишь механическое воздей­ствие без физико-химических последствий; химическое — в изменении естественных химических свойств сре­ды, в результате которого повышается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутству­ющих в ней или в концентрациях, превышающих норму.

Загрязнение физическое подразделяют на:  

1)  тепловое (термальное), возникающее в результате повышения  температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого возду­ха, отходящих газов и воды;

2)  световое — нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приво­дящее к аномалиям в жизни животных и растений, или снижения уровня естественной освещенности из-за задымленности нижних слоев атмосферы;

3)  шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шумов сверх природного уровня;

4)  электромагнитное, появляющееся в результате из­менения электромагнитных  свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некото­рых промышленных установок и т.п.), приводящее к глобальным и локальным геофизическим аномалиям и изменениям в биологических структурах;  

5)  радиоактивное,связанное с превышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.

Биологическое и микробиологическое загряз­нение возникает случайно или в результате хозяйственной деятельности человека.     

Все эти различные по происхождению и характе­ру воздействия факторы имеют один объединяющий их признак: они являются помехами в экологических системах и популяциях и ведут к одному и тому же результату — снижению продуктивности популяции, затем экосистемы в целом, а далее — к их распаду.     

Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиций теории помех, его можно классифи­цировать следующим образом:      

— ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждых ес­тественным биогеоценозам;       

— параметрическое загрязнение, связанное с из­менением качественных параметров окружающей среды;      

—           биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;       

—           стациально-деструкционное загрязнение, представляющее собой изменение ландшафтов и эко­логических систем в процессе природопользования.

Последствия загрязнения среды кратко можно обозначить следующим  образом:      

1.   Загрязнение среды есть процесс нежелатель­ных потерь вещества, энергии, труда и средств, приложенных человеком к добыче и заготовке сырья и материалов, превращающихся  в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.      

2.   Загрязнение имеет следствием необратимое разрушение как отдельных экологических систем, так и биосферы в целом, включая воздействие на физико-химические параметры среды.      

3.   Вследствие загрязнения теряются плодород­ные земли, снижается продуктивность экологических систем и биосферы в целом.      

4.   Загрязнение прямо или косвенно ведет к ухуд­шению физического и морального состояния человека как главной производительной силы общества.      

5.   Защита окружающей среды от загрязнения — одна из ключевых задач в общей проблеме оптимиза­ции природопользования, сохранения качества среды для настоящего и будущих поколений людей.     

Воздействие человека на биосферу на всех этапах его взаимодействия с природой служило источником помех. Первоначально оно сводилось к воздействию человека как биологического вида; затем наступил период сверхинтенсивной охоты без изменения экосис­тем, сменившийся   изменением экосистем через естественно идущие процессы — пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т.п. На следующем этапе изменение экосистем интенсифицировалось путем рас­пашки и широкой   вырубки лесов. Наконец, современный период характеризуется глобальным из­менением всех экологических компонентов биосферы в целом.      Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным формам:      

1)  изменение структуры земной поверхности (рас­пашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения режи­ма поверхностных вод и т.д.);

2)  изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископае­мых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и водные объекты, изменение влагооборота);

3)  изменение энергетического, в частности, тепло­вого баланса отдельных районов земного шара и всей планеты;  

4)  изменения, вносимые в биоту в результате истребления некоторых видов, создание новых пород животных  и  сортов растений, перемещение их на новые места обитания.     

В настоящее время человек эксплуатирует более 55% суши, использует около 13% речных вод, сводит леса в среднем до 18 млн.га в год. В результате застройки, горных работ, опустынивания и засоления теряется от 50 до 70 тыс.км2 земель в год, при этом 15% всей мировой суши уже деградировало из-за вмешательства человека. При строительных и горных работах перемещается более 4 тыс.км3 породы в год, извлекается из недр Земли ежегодно 100 млрд.т руды, сжигается 7 млрд.т услов­ного топлива, выплавляется более 800 млн.т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн.т минеральных  удобрений и более 4 млн.т ядохимика­тов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. В настоящее время в практике используется до 500 тыс. химичес­ких соединений, из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. токсич­ны.

Несовершенство современной технологии не поз­воляет полностью перерабатывать минеральное сырье. Большая его часть возвращается в природу в виде отходов. Готовая продукция составляет всего лишь 1 - 2% от используемого сырья, а все остальное идет в отходы, что свидетельствует о неразумном подходе к природным  ресурсам. Ежегодно в биосферу поступает более 30 млрд.т отходов: бытовых и промышленных-жидких, твердых и газообразных, загрязняющих ат­мосферу, гидросферу и литосферу.

4. Кислотные дожди.

Сера — это важный биофильный элемент. В живот­ных тканях  она находится в составе белков и аминокислот, а в растительных — в составе эфирных масел.     

Основным природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в атмосферу поступа­ют диоксид серы, сероводород и элементная сера общим количеством 4 - 16 млн.т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород является продуктом жизнеде­ятельности бактерий-хемосинтетиков, обитающих на суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя его концентрация состав­ляет 2,65 мг SO4/1 г Н20. В составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды) неор­ганическая сера встречается в земной коре.     

В атмосфере соединения серы претерпевают целый ряд превращений (см рисунок ниже). Сероводород последо­вательно, в ряд ступеней, окисляется до диоксида серы, который, в свою очередь, тоже окисляется до серного ангидрида в результате фотохимического и радикального механизмов его взаимодействия с ком­понентами атмосферы, причем эти  процессы существенно ускоряются в присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа, алюми­ния, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время существова­ния атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.

Атмосферный цикл соединений серы.

		Вывод из атмосферы

Триоксид серы легко взаимодействует с частица­ми атмосферной  влаги и образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в атмосферной влаге, серная кисло­та частично переходит в соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция. Образование сульфатов происходит и в процессе окис­ления на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в ат­мосфере не более 5 дней.     

Значительная часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками. Таким образом, из атмосферы сера снова попадает в гидросферу и в почву. Дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем  поверхностные воды, ее рН составляет 5,6. В естественном цикле подобным путем обеспечивается необходимое подкисление почвы и почвенных раство­ров, позволяющее трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений рас­творимую форму.      Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в атмосферу имело антропогенное происхождение, из них 95% приходилось на диоксид серы. Таким обра­зом, поступление серы из природных источников было превышено более чем в два раза. Сернистый ангидрид в промышленности   образутся при сжигании угля и нефти и при обжиге сульфидных руд меди, никеля, свинца, цинка. Соединения серы содержатся и в вы­бросах автотранспорта.     

В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют частицы серной  кислоты и сульфатов. Со временем доля SO2 в воздухе уменьшается, одновременно растет доля серы в виде  серной кислоты и сульфатов. Количество серной кислоты в атмосфере достигает максимума спустя 10 часов после выброса, а сульфатов — через 30 - 40 часов.    

В северном полушарии выбросы SO2 оцениваются в 136 млн.т в год, в южном — 10 млн.т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь — одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный от­рицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а через нее — флоре и фауне. Этим же путем загрязняются водоемы. Под воздействием кислотных дождей закисляются почвы, что приводит к нарушению ионообменных процессов и буферных свойств почвы. Помимо этого в закисленной почве облегчается переход металлов из почвы в раство­ренную форму, доступную для растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать токсичные для них и большинства живых организмов металлы — цинк, железо, марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве сероводорода, токсичного для растений и микро­организмов.

5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.

Для оценки загрязнения воздушного бассейна необходимо расчитать фактор опасности загрязнения, который рассчитывается по формуле:

,

где

j — фактор опасности загрязнения,

Ci — физическая концентрация загрязняющего вещества (мл г/м3),

ПДК — предельно допустимая концентрация вещества; верхний предел лимитирующий факторы среды, при которых их содержание не выходит за допустимые пределы экологической ниши человека, т.е. концентрация, которую может человек переносить без ущерба для здоровья. Значения ПДК утверждаются законодательно.

Если j больше 1, то существует опасность загрязнения воздушного бассейна.

Если j меньше либо равно 1, то фактическая концентрация загрязняющих веществ не превышает установленных нормативов.

Для специально охраняемых территорий j не должно превышать 0.8.

Т.к. на организм действует не одно, а несколько веществ, то говорят об эффекте суммации:

При оценки опасности загрязнения следует учитывать фоновую концентрацию — это загрязняющие вещества от других источников:

,

где

Сфi — фоновая концентрация.

Одним из факторов, который влияет на загрязнение воздушного бассейна, является перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.

На рассеивание влияют скорость и направление ветра, температурная стратификация атмосферы, температура воздуха в момент выброса, осадки и др. факторы.

Наиболее важная характеристика атмосферы — устойчивость. Устойчивость — это способность препятствовать вертикальным движениям и сдерживать турбулентность. В этом случае загрязняющие вещества, выброшенные вблизи поверхности, будут задерживаться в местах выброса.

Устойчивость зависит от изменений температуры воздуха с высотой — температурной стратификацией.

Выделяют три типа состояния атмосферы:

1)  Безразличная — изменение тимпературы на 10 на каждые 100 м.

2)  Неустойчивая — падает более чем на 10 на каждые 100 м.

3)  Устойчивая — менее чем на 10 на каждые 100 м. Это состояние наименее благоприятное для интенсивного рассеивания.

При оценки рассеивания загрязняющих веществ температурная стратификация учмтывается с помощью коэффициента А, который изменяется от 140 до 250 для различных районов.

На распространение оказывает влияние температура атмосферы в момент выброса, tГВС.

По этому признаку все выбросы делят на “холодные” и “горячие”.

“Холодные” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы приблизительно равна нулю, .

“Горячие” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы больше нуля, .

На распространение загрязняющих веществ влияет скорость ветра. “Опасная” скорость ветра определяется конкретным источником, чем меньше скорость ветра, тем она опасней.

Каждый источник выброса характеризуется определенными параметрами:

1)  Объем газовоздушной смеси — V [m3/c]:

,

где

D — диаметр источника [m].

2)  Скорость выхода смеси — W [m/c].

3)  Температура смеси — t [0C].

4)  Интенсивность выброса смеси — M [г/с].

5)  Высота источника — H [m].

6)  Диаметр устья источника — D [m].

“Опасная” скорость ветра, Um, определяется через безразмерную величину , причем для “горячих” и “холодных” источников по разным формулам.

Для “горячих” выбросов:

.

В соответствии с  определяют Um:

Um=0,5 м/с, при ;

Um= м/с, при ;

Um= м/с, при , где

.

Для “холодных” выбросов:

.

В соответствии с  определяют Um:

Um=0,5 м/с, при ;

Um= м/с, при ;

Um= м/с, при .

Для определения фактора опасности загрязнения j необходимо определить максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое Cmax:

 , где

A — коэффициент температурной стратификации;

M — интенсивность выброса;

F — безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе, который определяется как:

F=1, для газообразных примесей

F=2, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки 90%

F=2,5, для мелкодисперсных аэрозолей при степени очистки от 90% до 75%

F=3, при отсутствии очистки или степени очистки менее 75%;

H — высота источника;

V — объем газовоздушной смеси;

 — разность температур;

m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси, которые расчитываются следующим образом:

m при f<100   ,

при f100 ;

n=1 при ,

 при ,

 при .

Для оценки опасности загрязнения необходимо рассчитать Cmax, максимальную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое, для каждого загрязняющиго вещества и сопоставить их с соответствующими ПДК:

.

Для двух источников рассчитывают Cmax для каждого из источников.

Если опасность загрязнения j больше единицы, то необходимо рассчитать ПДВ (предельно допустимый выброс):

, где

 изменяется от единицы до четырех, в зависимости от местности, где произошел выброс.

Если компоненты обладают эффектом суммации, то следует определить опасность загрязнения с учетом этого эффекта.

Для этого необходимо определить расстояние Xmax от источника, на котором будет образовываться Cmax:

, где

F — коэффициент осаждения;

H — высота источника;

d — параметр, учитывающий условия выброса:

.

В точке Xmax2 Cmax будет увеличиваться на некоторую величину от первого источника. Установить эту величину можно с помощью коэффициента S, его определяют по графику в соответствии с величиной , для Xmax1, где a — расстояние между источниками. Тогда опасность загрязнения для Xmax1 пересчитывается по следующей формуле:

, где C2=S2*Cmax2.

Как уже было сказано ранее S2 определяется по графику.

Для Xmax2: C1=S1*Cmax1, где S1 определяют по графику исходя из параметра  и соответственно .

6. Подготовка воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

При расположении промышленных предприятий в го­родах или вблизи них, а также при решении о совместной очистке сточных вод группы предприятий промышленной зоны и близлежащего жилого массива загрязненные производственные воды могут сбрасываться в городскую водоотводящую сеть. Очистка смеси бытовых и производст­венных сточных вод  в этом случае осуществляется на единых очистных сооружениях. В связи с тем что в сточ­ных водах промышленных предприятий могут содержать­ся специфические загрязнения, их спуск в городскую водоотводящую сеть ограничен комплексом требований, установленных “Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунк­тов” (М., ЛКХ, 1987).    

Выпускаемые в водоотводящую сеть производствен­ные сточные воды не должны: превышать расходы сточных вод и содержание взве­шенных, всплывающих веществ, установленные для кон­кретного промышленного предприятия; нарушать работу сетей и сооружений; содержать вещества, которые способны засорять тру­бы водоотводящих сетей или отлагаться на стенках труб: оказывать разрушающее действие на материал труб и элементы очистных сооружений; содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные образовывать взрывоопас­ные смеси в водоотводящих сетях и очистных сооруже­ниях; содержать вредные вещества в концентрациях, пре­пятствующих  биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем (с учетом эффективности очистки); иметь температуру выше 40°С; иметь рН за пределами 6,5 - 9; содержать опасные бактериальные загрязняющие ве­щества; иметь ХПК, превышающую БПКполн более чем в 1,5 раза.   

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5