Разнообразие биологических сообществ. Основные пути и методы очистки сточных вод. Виды техногенных ресурсных циклов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»»

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Индивидуальное домашнее задание

по курсу: «Экология»

Выполнил

студент гр. АЭС1-С11

Сущенко Д.Е.

Проверил

Доцент каф. экологии, к.х.н.

Мельникова Т.В.

2012

Содержание

Вопроса 1. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и превращениях энергии

Вопрос 2. Что такое среда обитания организма

Вопрос 3. Какие существуют показатели оценки видового биоразнообразия биологических сообществ

Вопрос 4. Почему в городах появляются новые инфекционные заболевания

Вопрос 5. Основные пути и методы очистки сточных вод

Вопрос 6. Виды техногенных ресурсных циклов

Вопроса 1. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и превращениях энергии

Структура:

* аэробиосфера - нижняя часть атмосферы;

* гидробиосфера - вся гидросфера;

* литобиосфера - верхние горизонты литосферы.

Границы биосферы:

верхняя - около 20 км (нижняя граница озонового слоя)

нижняя - дно Марианской впадины (11022 м) и глубина литосферы около 6000 м (температура 100 0).

В.И. Вернадский: « ..на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Живое вещество составляет по массе 0.01-0.02 % от косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,25 млрд т сухого вещества. Живое вещество осуществляет гигантскую геохимическую работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом масштабе времени.

Все химические элементы в биосфере циркулируют по характерным путям - биогеохимическим циклам(круговоротам).

В каждом цикле различают два фонда: резервный и обменный.

Резервный фонд - большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;

обменный фонд - меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

В биосфере выделяют круговорот газообразных веществ, с резервным фондом в гидро- или атмосфере; и осадочный цикл с резервным фондом в земле. Наличие большие резервных фондов в виде атмосферы или океана (круговороты углерода, кислорода, азота) способствует быстрой саморегуляции соответствующих биогеохимических циклов при различных местных нарушениях. Такие круговороты «хорошо забуферены» - их способность адаптироваться к изменениям велика, для них характерна саморегуляция по принципу обратной связи.

Характерная особенность осадочных циклов - основная масса вещества малоподвижна и малоактивна, состередоточена в земной коре. Поэтому круговорот таких элементов, фосфор и железо, значительно менее самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при небольших местных помехах.

Вопрос 2. Что такое среда обитания организма

Среда обитания организма -- это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни -- сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

СРЕДА ОБИТАНИЯ

Среду обитания можно определить как совокупность всех внешних факторов и условий, воздействующих на отдельный организм или на определенное сообщество организмов. Таким образом, это сложное понятие подразумевает, что вычленить отдельные факторы в окружении организма очень трудно, а порой и невозможно. Говоря экологическим языком, каждое животное или растение связано со своим особым местообитанием, описание которого - это, прежде всего констатация условий, в которых это животное или растение существует. Ради удобства все условия могут быть подразделены на физические (климатические), химические и биологические.

Климат. Эколог уделяет особое внимание климату, однако стандартные данные, предоставляемые метеорологическими станциями, его, как правило, не устраивают. Ведь для эколога в первую очередь важны те условия, в которых протекает реальная жизнь конкретных животных или растений, например микроклимат, характерный для лесной подстилки, прибрежной полосы озера или сердцевины гниющего бревна. Эколог также должен учитывать изменения климата в пространстве и времени. Ему необходимо исследовать множество климатических градиентов на местности. Некоторые из них - например, зависящие от географической широты или высоты над уровнем моря, - совершенно очевидны. Другие - например, связанные с глубиной пруда, высотой ярусов в лесу или с переходом от лесного массива к лугу, - необходимо специально изучать. Изменения климата во времени могут включать такие явления, как циклическая динамика различных показателей в течение суток, нерегулярные колебания от одного дня к другому, а также многолетние климатические циклы и перемены, связанные с процессами геологического характера.

Оценка климатических условий экологом имеет три уровня, каждому из которых соответствует своя методика изучения; это климат географический, климат конкретного местообитания ("экоклимат") и климат непосредственного окружения организма ("микроклимат"). Географический климат, сведения о котором собирают метеорологические станции, служит не только стандартом, с которым сопоставляются данные более специальных исследований, но и основой для анализа крупномасштабного распространения тех или иных организмов. Однако сама по себе информация о географическом климате лишена смысла без дополнительных сведений о климатических условиях в конкретных местах обитания. Например, из сообщения метеостанции о наблюдавшихся заморозках неясно, где они, собственно говоря, были - на открытой местности, где располагались приборы, или же в лесу, где обитают интересующие эколога животные или растения. Порой температура и влажность резко различаются даже в соседних биотопах. Аналогичным образом очень большое значение имеет стратификация физических условий, наблюдаемая в почве, водоеме или в лесу. Иногда для того, чтобы разобраться в поведении того или иного животного, экологу надо знать условия температуры и влажности под покровом листвы, на поверхностной пленке воды или в мякоти плода, в ходе, проделанном личинкой насекомого.

Химическая среда. Химическому составу среды особое внимание обычно уделяют исследователи, имеющие дело с водными организмами. Свойства растворенных веществ и их концентрация, конечно, важны сами по себе как условия, обеспечивающие питание (прежде всего растений), но они оказывают и другие воздействия. Например, соленость может влиять на удельный вес организмов и осмотическое давление внутри клеток. Важны для организмов также реакция среды (кислая или щелочная) и состав и содержание растворенных газов. В наземной среде химические особенности почвы и почвенной влаги оказывают существенное воздействие на растительность, а через нее и на животных.

Биотическая среда. Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. Исследовать растения или животные в "чистых культурах", вне связей с другими живыми существами, можно только в лаборатории. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, и их отношения друг к другу как к компонентам окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва того или иного типа формируется в значительной мере под влиянием леса. Подобно этому, температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся в результате климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих здесь организмов.

Лимитирующие факторы. При анализе распределения отдельных организмов или целых сообществ экологи нередко обращаются к т.н. лимитирующим факторам. Исчерпывающее описание определенной среды не только невозможно, но и не нужно, поскольку распределение животных и растений (как по географическим зонам, так и по отдельным местообитаниям) может определяться всего одним фактором, например экстремальными (для данных организмов) температурами, слишком низкой (или слишком высокой) соленостью или недостатком пищи. Однако выделить такие лимитирующие факторы бывает нелегко, а попытки установить прямую связь между распределением организмов и каким-либо внешним фактором далеко не всегда удачны. Например, лабораторные опыты показывают, что некоторые животные, обитающие в солоноватых и морских водах, способны выносить изменения солености в широких пределах, а их кажущаяся приуроченность к узкому диапазону значений этого фактора определяется просто наличием в соответствующих местах подходящей пищи.

Вопрос 3. Какие существуют показатели оценки видового биоразнообразия биологических сообществ

биологический очистка сточный инфекционный

Выделяется три уровня биологического разнообразия: генетическое, видовое и экосистемное. Генетическое разнообразие отражает изменчивость организмов и популяций внутри вида. Оно определяет способность популяции адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды (см. Генофонд). Видовое разнообразие отражает число видов живых организмов и нередко рассматривается как синоним биологическое разнообразие. Биологический вид рассматривается как основная единица для учета Биологическое разнообразие. Видовое разнообразие обычно оценивается по отдельным группам организмов: указывается количество видов сосудистых растений (цветковых, голосеменных, папоротников, плаунов, хвощей), мхов, лишайников, грибов, водорослей, насекомых, птиц, млекопитающих, бактерий и т. д. Экосистемное разнообразие оценивается набором экосистем разного типа в пределах крупных территориальных единиц.

Биологическое разнообразие сообществ может оцениваться по соотношению различных структурно-функциональных элементов. В качестве таких элементов могут выступать экологические или эколого-ценотические группы видов, а также видовые популяции с разными свойствами. В этом случае речь идет о структурном, или функциональном разнообразии.

Для оценки биологического разнообразия используются показатели видового разнообразия, которые были предложены в работах Р. У штекера, и стали традиционными в экологии.

Альфа-разнообразие - богатство видами конкретных сообществ. В качестве показателей альфа-разнообразия чаще всего используются: видовое богатство - общее число видов в сообществе и видовая насыщенность - среднее число видов на единицу площади (от 1 м2 до 1 га). Бета-разнообразие - изменчивость альфа-разнообразия при переходе от одного типа сообщества к др. Бета-разнообразие оценивается индексами сходства и гетерогенности. Напр., индекс Уиттекера рассчитывается по соотношению видового богатства и средней видовой насыщенности в пределах анализируемого типа фитоценоза. В качестве другой характеристики бета-разнообразия можно использовать число типов экосистем в пределах крупных территориальных единиц. Для выделения типов сообществ (синтаксо-нов) используются различных подходы (физиономический, доминантный, флористический). Гамма-разнообразие оценивается по общему числу видов на исследуемой территории. Этот показатель принято относить к крупным территориям, соответствующим ландшафту или его части.

Вопрос 4. Почему в городах появляются новые инфекционные заболевания

По недавно уточненным оценкам специалистов, ВИЧ в человеческой популяции появился в 19 веке, но количество заболевших значительно возросло во время распространения гомосексуализма и внутривенной наркомании среди населения планеты во второй половине 20 века. Разновидность коронавируса, получившая название «атипичной пневмонии», возникла вскоре после начала массового разведения некоторых экзотических животных и употребления в пищу их мяса, в результате чего довольно редкий вирус получил возможность приспособиться к человеку. Общими моментами для этих случаев являются появление повышенной адаптивности вирусов животных к людям, которая происходит из-за смены поведения последних, растущей коммуникабельности и плотности населения. Те же причины и у появления новых штаммов вируса гриппа. Они усугубляются еще и огромными масштабами производства птицы в мире: в одном Китае в год на прилавки поступает до 15 миллиардов цыплят. Для предотвращения этих процессов необходим целый комплекс мер, который нужно сопровождать мониторингом причин массовой заболеваемости животных и птиц. Исследования нужны и на уровне генома возбудителей этих болезней для того, чтобы отследить их эволюцию.

Вопрос 5. Основные пути и методы очистки сточных вод

Сточные воды подвергают очистке различными способами: механической, химической, механохимической, физико-химической и биохимической (или биологической).

Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод взвешенных веществ и частично загрязнений, находящихся в коллоидном состоянии. Для механической очистки используют решетки, песколовки, отстойники, жироловки, нефтеловушки, маслоотделители, гидроциклоны, фильтры и другие сооружения. Решетки служат для улавливания крупных загрязнений (тряпья, мочалы, бумаги и др.), песколовки - для улавливания нерастворенных минеральных примесей (песка, шлака, боя стекла и др.), отстойники - для очистки сточных вод от взвешенных веществ.

Под действием силы тяжести частицы, удельный вес которых больше удельного веса воды, выпадают на дно сооружений, образуя осадок. В то же время частицы, удельный вес которых меньше удельного веса воды (жиры, масла, нефть), всплывают на поверхность. Осадок и всплывшие загрязнения удаляют из сооружений и направляют на обработку.

Решетки, песколовки и отстойники являются непременными составными частями комплекса сооружений, применяемых для очистки бытовых сточных вод.

Для очистки производственных сточных вод от большого количества жиров, нефти и масел используют жироловки, нефтеловушки и маслоотделители. Эти сооружения аналогичны отстойникам, но имеют оборудование для удаления большого количества всплывающих загрязнений. Одновременно они служат и для очистки воды от оседающих веществ.

Для очистки производственных сточных вод от взвешенных веществ, имеющих большой удельный вес (минеральные загрязнения), могут применяться гидроциклоны. Корпус их имеет цилиндроконическую форму. Вода подводится к корпусу аппарата по касательной с большими скоростями. Выделение взвесей происходит под действием центробежной силы. Для очистки производственных сточных вод от мелкодисперсных взвешенных веществ используют тканевые, сетчатые или песчаные фильтры.

Химическая очистка заключается в выделении из сточных вод загрязнений путем проведения реакций между ними и вводимыми в воду реагентами. Такими реакциями являются реакции окисления и восстановления, реакции образования соединений, выпадающих в осадок, и реакции, сопровождающиеся газовыделением. Химическая очистка применяется для очистки только некоторых производственных сточных вод.

Механохимическую очистку применяют для выделения из сточных вод нерастворенных загрязнений. Сущность ее состоит в том, что в воду добавляют коагулянты, которые способствуют удалению из нее загрязнений в процессе ее механической очистки.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относятся сорбция, экстракция, эвапорация, коагуляция, флотация, электролиз, ионный обмен, кристаллизация и др.

Биохимическая (биологическая) очистка заключается в окислении остающихся в воде после механической очистки органических загрязнений с помощью микроорганизмов, способных в процессе своей жизнедеятельности осуществлять минерализацию органических веществ.

Биохимическая очистка сточных вод может происходить в условиях, близких к естественным (поля орошения поля фильтрации и биологические пруды), и в искусственно созданных условиях (биологические фильтры и аэротенки).

Поля орошения, биоплато и поля фильтрации представляют собой специально подготовленные и спланированные земельные участки, которые периодически заливаются сточными водами. В верхнем слое земли или щебня развивается микробиальная жизнь. Образующаяся на частицах земли, щебня биологическая пленка из микроорганизмов адсорбирует и минерализует органические вещества. Кислород, необходимый для жизнедеятельности микроорганизмов, проникает в почву из воздуха или через корни растений, например, камыша, тростника. Поля орошения используются одновременно для очистки сточных вод и для агрикультурных целей (для выращивания сельскохозяйственных культур) и разделяются на коммунальные и сельскохозяйственные поля орошения. Поля фильтрации служат только для очистки сточных вод. В биологических прудах очистка сточных вод осуществляется также микроорганизмами-минерализаторами, а кислород, необходимый для их жизнедеятельности, поступает из воздуха через поверхность воды в водоеме.

Очистка сточных вод на полях орошения, биоплато и полях фильтрации происходит довольно медленно. Значительно интенсивнее осуществляется она на биологических фильтрах и в аэротенках.

Для обеззараживания (дезинфекции) сточных вод их подвергают обработке хлорной известью или хлором.

Для контакта хлорной извести или хлора с водой сооружают контактные резервуары, конструкция которых аналогична конструкции отстойников.

Обработка осадка, образующегося в процессе очистки сточных вод, заключается в сбраживании (перегнивании), обезвоживании и сушке. Сбраживание - биохимический процесс разложения твердой фазы осадка под действием анаэробных микроорганизмов без доступа кислорода. В процессе сбраживания разлагается до 30-40% органических веществ. Осадок теряет способность загнивать. При малых расходах сточных вод - до 10000м3/сутки - сооружения для сбраживания осадка совмещаются с отстойниками. К таким совмещенным сооружениям относятся септики и двухъярусные отстойники. При значительных расходах сточных вод - более 10000 м3/ сутки - для сбраживания осадка применяют самостоятельные сооружения - метантенки. Обезвоживают осадок или на иловых площадках, или механическим способом на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах или центрифугах. В ряде случаев осадок подвергают термической сушке.

Осадки бытовых и производственных сточных вод в некоторых отраслях промышленности являются хорошим удобрением и используются в сельском хозяйстве.

Вопрос 6. Виды техногенных ресурсных циклов

Классификация ТРЦ. В основу классификации видов ТРЦ положены основные этапы жизненного цикла продукции (ЖЦП). Под ЖЦП понимают временной период с момента обоснования проведения исследований, связанных с созданием продукции, до перевода ее в отходы потребления в результате утраты ею потребительских свойств из-за физического или морального износа, а также после определенного срока хранения.

В соответствии с таким пониманием ЖЦП это время можно разделить на четыре основных этапа: выявление природного ресурса, изготовление продукции, эксплуатация продукции или ее потребление, оперирование со вторичными материальными ресурсами, т.е. отходами производства и потребления.

Исходя из того, каким образом поступают с отходами производства, можно выделить три вида ТРЦ: сквозной, оборотный и циркуляционный.

Оборотный техногенный ресурсный цикл

В этом цикле выполняется улавливание веществ, участвующих в технологическом процессе и обычно попадающих в отходы, для их повторного использования в данном технологическом процессе. Здесь оборот веществ следует рассматривать как оборот непосредственного сырья и технологических сред, в качестве которых наиболее часто используют воду и атмосферный воздух. Поскольку объемы технологических сред значительно превышают объем сырья, то в первую очередь следует обеспечивать оборот первых.

Наиболее типичным примером такого цикла является оборотное водоснабжение, т.е. повторное использование большей части воды (после ее очистки и кондиционирования или без таковых) без поступления ее в природные циклы.

Если в биогеохимических циклах круговорот энергии не превышает 0,24%, то для ТРЦ это значение гораздо больше, и можно условно говорить о круговороте энергии в ОТРЦ. В целом оборотные энергетические ресурсы (ОЭР) -- это определенный запас энергии в отходах производства в виде химически связанной теплоты, физической теплоты и потенциальной энергии избыточного давления. В соответствии с этим выделяют три направления использования ОЭР:

* топливное -- применение горючих ОЭР непосредственно в качестве топлива;

* тепловое -- применение физического тепла непосредственно или в специальных установках для выработки электроэнергии или холода;

* силовое -- применение избыточного давления в турбинах, объединенных с компрессорами, насосами, вентиляторными установками и т.п., или для выработки электроэнергии.

Следует отметить, что может быть и комбинированное использование ОЭР в различных установках.

Экологизация ОТРЦ может быть осуществлена и методами, характерными для СТРЦ, но наиболее перспективен переход к циркуляционным ТРЦ

Циркуляционный техногенный ресурсный цикл

Этот цикл объединяет процессы, совершаемые как бы по спирали в некоторой последовательности, при этом определенный участок спирали представляет собой жизненный цикл продукции, включая ее производство, потребление и переработку отходов производства и потребления во вторичное сырье, которое затем полностью или частично запускается в жизненный цикл, но другой продукции.

Преимущества ЦТРЦ:

* концентрация многих полезных компонентов во вторичных материальных ресурсах (BMP), представляющих совокупность отходов производства и потребления, во много раз выше, чем в первичном природном сырье, что позволяет эффективно их перерабатывать в комплексное вторичное сырье;

* BMP, как правило, образуются на урбанизированных территориях, обеспеченных транспортными магистралями и предприятиями, способными осуществлять их эффективную переработку.

Широкая переработка BMP, с одной стороны, улучшает экологическую обстановку в регионе, а с другой -- позволяет сберечь для будущих поколений запасы природных ресурсов, особенно невозобновляемых, и предотвратить разрушение природных ландшафтов, обладающих естественным саморазвитием.

Поскольку ЦТРЦ замкнуты не полностью, т.е. имеют место потери вещества, то для повышения их экологичности могут быть использованы методы, характерные для СТРЦ.

Такой подход к ТРЦ более полно раскрывает суть современных экологических проблем. Во-первых, идеи о системном многоуровневом характере служат важнейшим методологическим ориентиром при разработке моделей для прогнозирования рационального природопользования. Во-вторых, ЦТРЦ является основой для оптимального регулирования отношений в системе «природа-общество», а также для прогнозирования тенденций развития биосферы.

Твердые отходы, возникающие непосредственно при производственной деятельности человека, всегда можно рассматривать как потенциальное вторичное сырье. Поэтому на первом этапе их принято делить на отходы производства и отходы потребления.

Отходами производства следует считать остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции и полностью или частично утратившие свои потребительские свойства, а также продукты физико-химической переработки сырья, получение которых не являлось целью производственного процесса и которые в дальнейшем могут быть использованы как готовая продукция после соответствующей обработки или как сырье для переработки.

Отходами потребления считаются различного рода изделия, комплектующие детали и материалы, которые по тем или иным причинам непригодны для дальнейшего использования. Эти отходы можно разделить на промышленные и бытовые. К промышленным относятся, например, металлолом, вышедшее из строя оборудование, изделия технического назначения из резины, пластмасс, стекла и др. Бытовыми отходами являются пищевые отходы, изношенные изделия бытового назначения (одежда, обувь и пр.), использованные изделия различного рода (упаковки, стеклянная и иные виды тары) и др.

Все виды твердых отходов производства и потребления по возможности использования можно разделить, с одной стороны, на вторичные материальные ресурсы, которые уже перерабатываются или переработка которых планируется, и, с другой -- на отходы, которые на данном этапе развития экономики перерабатывать нецелесообразно и которые неизбежно образуют безвозвратные потери.

Дальнейшую классификацию твердых отходов производят, исходя из их влияния на окружающую среду, и прежде всего по медицинскому аспекту, который включает санитарно-гигиенические и экологические нормативы.

С помощью санитарно-гигиенических нормативов определяются показатели качества окружающей среды. В эту группу входят ПДК вредных веществ в составе твердых отходов, допустимые уровни биологического и радиационного воздействия.

Экологические нормативы устанавливают требования к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность. К ним относятся предельно допустимые количества накопленных твердых отходов на территории предприятия, а также технологические правила, содержащие экологические требования.

Литература

Акимова Т.А., Кузьмин A.П., Хаскин В.В., Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001

ИГНАТОВ В.Г., КОКИН А.В., Экология и экономика природопользования г. РОСТОВ-НА-ДОНУ 2003

Ласкорин Б.Н., Громов Б.В., Цыганков А.Г. и др. Безотходная технология в промышленности. - М.:Стройиздат, 1986.

Николайкин Н.И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. -- 3-е изд., стереотип. -- М.: Дрофа, 2004

Петров К. М. Общая геоэкология. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. СПб, 2004

Снакин В.В. "Словарь-справочник по экологии" (Под редакцией академика Яншина А. Л. Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (99-04-62081) и Фонда им. В. И. Вернадского

Хозин Г.С., Лесков Л.В, В.Е. Ермолаева, В.В. Казютинский, В.Н. Кантемиров, Московский космический клуб, ЦНИИМАШ, 1995.

Размещено на Allbest.ru