Большой круговорот веществ. Эндрогенные и экзогенные процессы. Загрязнение атмосферы. Очистка сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Большой круговорот веществ. Эндогенные и экзогенные процессы

Круговорот веществ - многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. В зависимости от движущей силы внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты.

Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе)- круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.

К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Эти процессы происходят под влиянием внутренней энергии Земли.

Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. Эти процессы протекают под влиянием внешней энергии Солнца.

Эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые - к их сглаживанию.

Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные. В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая, поднимаясь на поверхность и застывая, образует магматические породы.

Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

Биологический круговорот - круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического малый биологический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части:

1. Резервный фонд - это часть вещества, не связанная с живыми организмами;

2. Обменный фонд - значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением.

В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

1. Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота);

2. Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа).

Круговороты газового типа более совершенны, так как обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции.

Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коры в «недоступном» живым организмам виде. Такие круговороты легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды. Так, например, биологический круговорот интенсивнее протекает во влажных тропических лесах, чем в тундре.

С появлением человека возник антропогенный круговорот - круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нём можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей.

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, антропогенный - нет. Не замкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды - основным причинам всех экологических проблем человечества.

Экзогенные процессы - геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в самых верхних частях земной коры (выветривание, эрозия, деятельность ледников и др.); обусловлены главным образом энергией солнечной радиации, силой тяжести и жизнедеятельностью организмов.

Эрозия (от лат. erosio - разъедание) - разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Часто, особенно в зарубежной литературе, под эрозией понимают любую разрушительную деятельность геологических сил, таких, как морской прибой, ледники, гравитация; в таком случае эрозия выступает синонимом денудации. Для них, однако, существуют и специальные термины: абразия (волновая эрозия), экзарация (ледниковая эрозия), гравитационные процессы, солифлюкция и т. д. Такой же термин (дефляция) используется параллельно с понятием ветровая эрозия, но последнее гораздо более распространено.

По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную. Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа. По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.

Работа ледников - рельефообразующая деятельность горных и покровных ледников, состоящая в захвате частиц горных пород движущимся ледником, переносе и отложении их при таянии льда.

Эндогенные процессы - геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твердой Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические процессы, магматизм, метаморфизм, сейсмическая активность.

Тектонические процессы - образование разломов и складок.

Магматизм - термин, объединяющий эффузивные (вулканизм) и интрузивные (плутонизм) процессы в развитии складчатых и платформенных областей. Под магматизмом понимают совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные.

Магматизм является проявлением глубинной активности Земли; он тесно связан с ее развитием, тепловой историей и тектонической эволюцией.

Выделяют магматизм:

1. геосинклинальный

2. платформенный

3. океанический

4. магматизм областей активизации

По глубине проявления:

1. абиссальный

2. гипабиссальный

3. поверхностный

По составу магмы:

1. ультраосновной

2. основной

3. кислый

4. щелочной

В современную геологическую эпоху магматизм особенно развит в пределах Тихоокеанского геосинклинального пояса, срединно-океанических хребтов, рифовых зон Африки и Средиземноморья и др. С магматизмом связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых.

Сейсмическая активность - это количественная мера сейсмического режима, определяемая средним числом очагов землетрясений в некотором диапазоне энергетической величины, которые возникают на рассматриваемой территории за определенное время наблюдения.

2. Типы связей между организмами в экосистемах

Понятие экосистемы является ключевым для каждого, кто пожелает узнать и понять, как устроен мир. Экосистемы являются своего рода «кирпичиками», из которых слагается одна большая общая живая система -- биосфера.

Экосистема представляет собой совокупность живых организмов (биоценоз) и среды их обитания (климат, почва, водная среда), в которой осуществляется круговорот веществ.

Термин «экосистема» был предложен английским ботаником Артуром Тенсли в 1935 г. Тенсли считал, что экосистемы представляют собой основные природные единицы на Земле. Это не только комплекс живых организмов, но и сочетание физических факторов. Всюду, где мы наблюдаем отчетливое единство растений, животных, микроорганизмов, объединенных отдельным участком окружающей среды, мы имеем пример экосистемы.

Понятие «экосистема» можно применить к объектам разной сложности и размера. Экосистемой может быть отдельная кочка на болоте и все болото, лужа, озеро и океан, луг, лес и Земля в целом. Таким образом, каждая конкретная экосистема характеризуется определенными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» обладает признаком без размерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы отграничивают друг от друга элементами абиотической среды, например, рельефом, видовым разнообразием, почвенными условиями и т.п. Термин «экосистема» применяется и по отношению к искусственным образованиям, например, экосистема парка, сельскохозяйственная экосистема.

Экосистемы по размерам можно разделить на микро экосистемы (экосистема гниющего пня или дерева в лесу, прибрежные заросли водных растений), мезо экосистемы (болото, сосновый лес) и макро экосистемы f океан, море, пустыня.

Для естественной экосистемы характерны три признака:

· экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

· в рамках экосистемы осуществляется полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

· экосистема сохраняет устойчивость в течение определенного времени.

Жизнь организмов в экосистеме зависит не только от абиотических факторов, но и от того, в какие взаимодействия организмы вступают друг с другом. Живущие рядом организмы находятся в различных территориальных и пищевых взаимоотношениях. Среди огромного разнообразия взаимосвязей живых существ выделяют несколько типов отношений, которые имеют много общего у организмов разных систематических групп. К таким типам взаимоотношений относятся конкуренция, хищничество, симбиоз.

Взаимосвязи обычно классифицируются по «интересам», на базе которых организмы строят свои отношения.

Самый распространенный тип связей базируется на интересах питания. Такие связи носят название пищевых или трофических (греч. трофо - питание). В данный тип связей выделяется питание одного организма другим или продуктами его жизнедеятельности (например, экскрементами), питание сходной пищей (например, мертвым органическим веществом). Этим типом связей объединяются растения и насекомые, опыляющие их цветки. На базе трофических связей возникают цепи питания.

Связи, основанные на использовании местообитаний, носят название топических (греч. топос - место). Например, топические связи возникают между животными и растениями, которые предоставляют им убежище или местообитание (насекомые, прячущиеся в расщелинах коры деревьев или живущие в гнездах птиц, растения, поселяющиеся на стволах деревьев (но не паразиты). Не только трофическими, но и топическими отношениями связаны паразиты с организмами, на которых они паразитируют.

Следующий тип связей носит название форических (лат. форас - наружу, вон). Они возникают в том случае, если одни организмы участвуют в распространении других или их зачатков (семян, плодов, спор). Животными это распространение может осуществляться как на наружных покровах, так и в пищеварительном тракте.

Выделяют также тип связей, которые носят название фабрических (лат. фабрикатио - изготовление). Для них характерно использование одними организмами других или продуктов их жизнедеятельности, частей (например, растений, перьевого покрова, шерсти, пуха) для постройки гнезд, убежищ и т. п.

Параллельно с развитием понятия «экосистема» в первой половине 20 в. в экологии сформировалось учение о биогеоценозах. Термин биогеоценоз (от греч. bios -- жизнь, ge -- земля, koinos -- общий) предложил советский ученый Владимир Николаевич Сукачёв (1880--1967).

Биогеоценоз -- это совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши, которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Важной особенностью биогеоценоза является то, что он связан с определенным участком земной поверхности. Биогеоценоз -- это один из вариантов наземной экосистемы.

Биогеоценоз включает живую часть, или биоценоз -- совокупность живых организмов, и неживую, абиотическую часть, которую слагают климатические факторы данной территории, почва и условия увлажнения (биотоп) (рис. 2.5).

Биогеоценоз и экосистема -- понятия сходные, но не одинаковые. Каждый биогеоценоз является экосистемой. Но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу.

В чем отличие биогеоценоза от экосистемы? Прежде всего, любой биогеоценоз выделяется только на суше. На море, в океане и вообще в водной среде биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества -- фитоценоза. Образно говоря, биогеоценоз существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет фитоценоза, нет и биогеоценоза. Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» тождественны только для таких природных образований, как лес, луг, болото, поле. Лесной биогеоценоз = лесная экосистема; луговой биогеоценоз = луговая экосистема и т.п. Для природных образований, меньших или больших по объему, нежели фитоценоз, либо там, где фитоценоз выделить нельзя, применяется только понятие «экосистема». Например, кочка на болоте -- экосистема, но не биогеоценоз. Текущий ручей -- экосистема, но не биогеоценоз. Точно так же только экосистемами являются море, тундра, влажный тропический лес и т.п. В тундре, тропическом лесу можно выделить не один фитоценоз, а множество. Это совокупность фитоценозов, представляющих более крупное образование, нежели биогеоценоз.

Экосистема может быть пространственно и мельче, и крупнее биогеоценоза. Таким образом, экосистема -- образование более общее, без ранговое.

Биогеоценоз же ограничен границами растительного сообщества -- фитоценоза и обозначает конкретный природный объект, занимающий определенное пространство на суше и отделенный пространственными границами от таких же объектов.

Живые организмы и факторы окружающей среды неразрывно связаны друг с другом и образуют в совокупности единое целое, которое называется экосистемой. Организмы в экосистемах вступают в различные территориальные и пищевые взаимоотношения, что определяет структуру и целостность экосистем. Экосистема суши, ограниченная рамками фитоценоза, называется биогеоценозом.

3. Антропогенное загрязнение атмосферы. Кислотные осадки

Атмосферный воздух, представляющий собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, - важнейшая жизнеобеспечивающая среда для всего живого на Земле. Но он воздействует не только на человека и живые организмы, но и на почвенно-растительный покров, гидросферу, геологическую среду, а также на различные техногенные объекты - здания, сооружения, памятники и др. Поэтому загрязнение атмосферы, под которым понимают попадание в нее физических и химических веществ и соединений, нарушающих ее газовый баланс, может крайне неблагоприятно сказываться на окружающей природной и техногенной среде.

Все источники загрязнения атмосферы подразделяют на естественные и антропогенные.

Естественное загрязнение атмосферы происходит в результате извержений вулканов, ветровой эрозии и пыльных бурь, попадания в нее космической пыли. Главную роль при этом играет вулканическая и флюидная активность Земли. Крупные извержения вулканов приводят к единовременному выбросу в атмосферу (причем не только в ее нижние, но и в более высокие слои) огромного количества газов и пепла. Воздушные потоки разносят их на очень большие расстояния. При этом влияние их сказывается иногда на протяжении нескольких лет.

В качестве примера такого рода в литературе часто приводится извержение вулкана Кракатау (вблизи о. Ява) в 1883 г., которое считают самым сильным за всю историю человечества. Согласно сообщениям, взрыв этого вулкана был слышен в Индийском океане на расстоянии 4800 км. На высоту почти 20 км было выброшено 75 млн. м³ мельчайших твердых частиц вулканического пепла. Неудивительно, что в течение нескольких следующих месяцев этот пепел опоясал весь земной шар, главным образом в средних широтах. Подобные катастрофические извержения случаются и в наши дни. К их числу относятся, например, извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах и вулкана Ходсон в Чили вначале 90-х гг. XX в.

Другим примером «поставщика» пыли может служить пустыня Сахара. Возникающие над ее поверхностью пылевые облака затем переносятся восточными и северо-восточными пассатами над всей Западной Африкой.

Антропогенное загрязнение атмосферы вызывается гораздо большим количеством разного рода источников и наносит ей значительно более ощутимый вред, причем такой, который намного превышает способность воздушного океана к самоочищению. В качестве главных источников загрязнения атмосферы выступают: тепловая энергетика, металлургическая, химическая и нефтехимическая, целлюлозно-бумажная промышленность, строительная индустрия и автомобильный транспорт.

Человеческая деятельность приводит к тому, что загрязняющие вещества поступают в атмосферу в основном в двух видах - взвешенных частиц (аэрозолей) и различных газообразных веществ.

Аэрозольное загрязнение - это загрязнение атмосферы крупно- и мелкодисперсными твердыми (пыль) и жидкими (капельки) частицами, не относящимися к постоянному составу атмосферы или резко превышающими их фоновые концентрации. Общее количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу Земли в течение года, оценивают в 1 млрд. т; по расчетам разных авторов, они составляют от 10 до 50 % суммарного содержания подобных взвесей в атмосферном воздухе.

Аэрозоли в атмосфере способствуют образованию тумана и смога. Туман сам по себе не опасен для человеческого организма, но становится таковым, если в него попадают токсичные примеси. Что же касается смога (от англ. smoke - дым), то он может крайне отрицательно влиять на здоровье и самочувствие людей. Это относится и к влажному, так называемому лондонскому смогу(дымному туману), который наиболее характерен для умеренных широт, возникает обычно в осенне-зимнее время и довольно часто бывает в крупных городах Западной Европы и Северной Америки. В еще большей мере это относится к сухому фотохимическому, так называемому лос-анджелесскому, смогу, который образуется в летнее время в условиях сильной солнечной радиации. В результате фотохимических реакций он обладает повышенной токсичностью.

Еще один крупный источник аэрозолей преимущественно антропогенного происхождения - лесные пожары, порождающие дымные облака, простирающиеся порой на тысячи километров.

Еще большую опасность для человека и других живых организмов представляет поступление в атмосферу газообразных веществ, на которые приходится 97 % всех антропогенных выбросов в эту геосферу. Речь идет, прежде всего, о химических соединениях серы, азота, хлора и углерода.

Оксиды серы образуются главным образом в процессе работы тепловых электростанций и металлургических заводов, которые сжигают уголь, нефть и мазут (в угле содержание серы колеблется от 0,5 до 6 %, а в нефти и мазуте - от 0,5 до 3 %). Оксиды азота образуются при сжигании тех же видов топлива, но в этом случае основным его источником служит сам воздух. Общий объем поступлений сернистого газа, или диоксида серы (S0₂), в атмосферу Земли в разных источниках обычно оценивается от 100 млн. до 150 млн. т. в год, оксида азота - около 100 млн. т.

С попаданием в атмосферу соединений серы, а также азота непосредственно связана становящаяся все более актуальной проблема так называемых кислотных (кислых) дождей. Механизм их образования очень прост. Диоксид серы и оксиды азота в воздухе соединяются с парами воды, концентрируясь в первую очередь у основания облаков. Затем вместе с дождями (туманами) они выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуя высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетающе действуют на их фауну и флору, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни - от рыб до микроорганизмов.

Большой вред они наносят и различным конструкционным материалам, ускоряя коррозию металлов, разрушение исторических и архитектурных памятников.

Главные регионы распространения кислотных осадков в мире - США, зарубежная Европа, Россия. Но в последнее время они отмечены также в промышленных районах Японии, Китая, Бразилии, Индии, некоторых других стран. Статистика свидетельствует о том, что в первую десятку городов по уровню концентрации диоксида серы входят Тегеран, Рио-де-Жанейро, Стамбул, Москва, Пекин, Катовице, Тяньцзинь, Мехико, Каир и Сеул. А в первую десятку по степени концентрации оксидов азота попадают Милан, Мехико, София, Пекин, Кордова, Сан-Паулу, Сантьяго, Катовице, Нью-Йорк и Лондон.

С распространением кислотных осадков связано характерное географическое явление, которое обычно называют трансграничностъю. Оно проявляется в том, что расстояние между районами образования кислотных осадков и районами их выпадения может достигать многих сотен и даже тысяч километров. Например, главный виновник кислотных дождей в южной части Скандинавии - промышленные районы Великобритании, Бельгии, Нидерландов, ФРГ. В канадские провинции Онтарио и Квебек такие дожди переносятся из соседних районов США.

Несмотря на столь негативное воздействие соединений серы, и азота на окружающую среду, пожалуй, еще больше внимания ученых, политических деятелей и широкой общественности привлекают последствия попадания в атмосферу различных соединений углерода. При этом прежде всего имеется в виду диоксид углерода, или углекислый газ (СО₂), который образуется при сжигании всех видов минерального топлива, но также оксид углерода, или угарный газ (СО), образующийся при неполном сгорании топлива и работе двигателей внутреннего сгорания, и метан (СН₄), поступающий в атмосферу в результате сжигания биомассы, утечки из нефтяных и газовых скважин и по другим причинам. В количественном отношении среди них резко преобладает диоксид углерода. Он во многом и определяет общее поступление углерода в атмосферу. В отличие от довольно ядовитого оксида углерода (угарного газа) диоксид углерода (углекислый газ) сам по себе не ядовит, но с его накоплением в воздухе связана опасность возникновения парникового эффекта. Поэтому углекислый газ, как и метан, принято относить к числу так называемых парниковых газов.

Характеризуя газообразные вещества, поступающие в атмосферу в результате человеческой деятельности, необходимо упомянуть также хлорфторуглеродные соединения (ХФУ, фреоны), имеющие чисто антропогенное происхождение. Эту группу газов широко используют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, в виде растворителей, распылителей, стерилизаторов, моющих средств и др. Хотя было известно и парниковое действие хлорфторуглеродов, их производство продолжало довольно быстро расти, достигнув уже 1,5 млн. т. Оно и продолжало бы расти, если бы не было обнаружено отрицательное воздействие фреонов на озоновый экран Земли.

Наконец, нельзя не упомянуть и о радиоактивном загрязнении атмосферы. Хотя надземные атомные взрывы давно уже запрещены, все-таки до 1980-х гг. их было произведено (в основном США и Советским Союзом) более 500, в результате чего радиационный фон планеты повысился на 2 %. Но и в наши дни радиационное заражение воздуха может происходить при добыче и переработке урана, при работе разного рода атомных объектов, не говоря уже об авариях на них (пример - Чернобыльская АЭС).

Меры по борьбе с загрязнением и тем более заражением атмосферы начали предпринимать уже давно. Сначала для борьбы с кислотными осадками на ТЭС стали сооружать высокие и сверхвысокие дымовые трубы. Однако опыт показал, что таким способом можно защитить от вредных веществ лишь более или менее дальнее окружение ТЭС. Например, труба высотой 100 м увеличивает радиус рассеивания до 20 км, труба высотой в 250 м - до 75 км. Но за этими пределами кислотные осадки все равно выпадают. Поэтому в наши дни ученые и инженеры пришли к единодушному выводу: главный путь предупреждения загрязнения атмосферы должен заключаться в постепенном сокращении самих вредных выбросов, ликвидации их источников. Отсюда вытекают гораздо более высокие требования к топливу, запрет на использование высокосернистых угля и нефти и многие другие радикальные меры с акцентом на совершенствование существующих и внедрение новых, прогрессивных технологий. Эти меры нашли отражение и в международных соглашениях.

Охрана атмосферы от загрязнения очень актуальна и для России. В нашей стране максимум такого загрязнения был зарегистрирован в 1970-е гг. Затем в результате осуществления некоторых охранных мер оно стало снижаться. В еще большей степени это относится к постсоветской России, где такое уменьшение загрязнений произошло главным образом по причине сильного спада промышленного производства и связанного с ним сокращения выбросов диоксида углерода. Но при этом нужно учитывать, что в связи с ростом автомобильного парка возросло поступление в атмосферу оксида углерода и диоксида серы. В конце 1990-х гг. в 185 городах России с населением в 60 млн. человек средняя за год концентрация хотя бы одного из загрязнителей атмосферы превышала ПДК. Поэтому в последнее время в дождь, снег или дождь со снегом, имеющие повышенную кислотность. Кислотные осадки возникают главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа). Растворяясь в атмосферной влаге, эти оксиды образуют слабые растворы серной и азотной кислот и выпадают в виде кислотных дождей. Относительная кислотность раствора выражается индексом рН (кислотность определяется наличием свободных ионов водорода Н+; рН - это показатель концентрации ионов водорода). При рН раствор представляет собой сильную кислоту (как электролит в аккумуляторной батарее); рН = 7 означает нейтральную реакцию (чистая вода), а рН = 14 - это сильная щелочь (щелок). Поскольку рН измеряется в логарифмической шкале, водная среда с рН = 4 в десять раз более кислая, чем среда с рН = 5, и в сто раз более кислая, чем среда с рН = 6. Обычная незагрязненная дождевая вода имеет рН = 5,65. Кислотными называются дожди с рН менее 5,65. На значительных территориях на востоке США, юго-востоке Канады и западе Европы среднегодовые значения рН атмосферных осадков колеблются от 4,0 до 4,5. В восточных районах США кислотность атмосферных осадков приблизительно на 65% определяется присутствием серной кислоты (H2SO4), на 30% -азотной кислоты (HNO3)ина5% -соляной кислоты (HCl). Главным и источниками оксидов серы (SO2иSO3),обусловливающих образование серной кислоты, являются тепловые электростанции, работающие на нефти и угле, а также металлургические заводы. Оксид азота (NO) и диоксид азота(NO2), из которых образуется азотная кислота, поступают в атмосферу примерно в равных количествах от тепловых электростанций, работающих на нефтепродуктах и угле, и с выхлопными газами автомобильных двигателей. Сравнительно небольшое количество соляной кислоты в атмосферных осадках образуется в результате аккумуляции газообразного хлора от различных природных и промышленных источников. Кислотные дожди могут также выпадать при поступлении в атмосферу серной кислоты и азотсодержащих газов (диоксида азота NO2 и аммиака NH3) от естественных источников (например, при извержении вулканов).

Разные природные обстановки различным образом реагируют на повышение кислотности. Кислотные осадки могут привести к изменениям химических свойств почвы и воды. Там, где вода в реках и озерах стал довольно кислой (рНменее5), например, в горах Адирондак (шт. Нью-Йорк, США) или южных районах Норвегии и Швеции, исчезает рыба. При нарушении трофических цепей сокращается число видов водных животных, водорослей и бактерий. В городах кислотные осадки ускоряют процессы разрушения сооружений из мрамора и бетона, памятников и скульптур.

4. Виды 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, мочала, 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

круговорот магматизм атмосфера кислотный

Список использованных источников

1. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир, 1993.

2. Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986.

3. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-

4. справочник. - М.: Просвещение, 1992. - 320 с.

5. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высш. шк., 1988. - 272 с.

6. Рузалин Г.И. "Концепция современного естествознания" М.1997г.

7. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В., Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001.- 343с.

8. Вронский В.А. Кислотные дожди: экологический аспект//Биология в школе.- 2006.- №3.- с. 3-6

9. Исаев А.А. Экологическая климатология.- 2-е изд. испр. и доп.- М.: Научный мир, 2003.- 470с.

10. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник.- Издание 2-е перераб. и доп.- М.: Альфа -М; Инфра -М, 2004.- 622с.

11. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

12. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда, человек: Учебное пособие.- М.: Гранд: Фаир - пресс, 2000.- 316с.

13. Откуда берутся «кислотные дожди»//Вокруг света.- 2005.- №6.- с. 70

Размещено на Allbest.ru