Экосистема

                                                    Содержание

                                    1. Что подразумевается под термином «экосистема»

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой в неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему.

Экосистема - основная функциональная единица в экологии, поскольку в нее входят и организмы, и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Если мы хотим, чтобы наше общество перешло к целостному решению проблем, возникающих на уровне биомов и биосферы, то должны прежде всего изучать экосистемный уровень организации.

Экосистемы представляют собой открытые системы, поэтому важной составной частью концепции являются среда на выходе и среда на входе.

Структура экосистемы

С точки зрения трофической структуры (от греч. trophe — питание) экосистему можно разделить на два яруса: 1) верхний автотрофный (самостоятельно питающийся) ярус, или «зеленый пояс», включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений, и 2) нижний гетеротрофный (питаемый другими) ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование,. трансформация и разложение сложных соединений. С биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделять следующие компоненты: 1) неорганические вещества (С, N, C02 и др.), включающиеся в круговороты; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т. д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы; 4) продуцентов, автотрофных организмов, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ; 5) макроконсумен-тов, или фаготрофов (от греч. phagos—пожиратель),—гетеротрофных организмов, в основном животных, питающихся другими' организмами или частицами органического вещества; 6) микро-консументов, сапротрофов (от греч. sapros — гнилой), деструкто' ров, или осмотрофов (от греч. osmos—толчок, давление),—гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов. В результате деятельности сапротрофов высвобождаются неорганические элементы питания, пригодные для продуцентов; кроме того, сапротрофы поставляют пищу макроконсументам и часто выделяют гормоноподобные вещества,. ингибирующие или стимулирующие функционирование других, биотических компонентов экосистемы.

При изучении больших сложных экосистем, таких, как озера а леса, экологи используют два подхода: 1) холистический (от греч. holos—целый), который предполагает измерение поступлений и выхода энергии и различных веществ, оценку совокупных и эмерджентных свойств целого (см. гл. 1, разд. 3), а- затем в. случае необходимости — изучение его составных частей; 2) мерологический (от греч. meros—часть), при котором сначала изучаются свойства основных частей, а затем эти сведения экстраполируются на систему в целом. В последнее время экологи все чаще пользуются двумя дополнительными подходами, включающими экспериментальные методы и методы моделирования.

2. Каковы критерии оценки относительной опасности распространения в ОС различных загрязнений.

К критериям оценки относительной опасности распространения в ОС различных загрязнений относят предельно допустимую концентрацию (ПДК), предельно допустимый выброс (ПДВ) и стресс-индекс. А также предельно допустимые экологические нагрузки (ПДЭН), максимально допустимый уровень (МДУ), кризисные экологические ситуации (КЭС) и др.

ПДК устанавливается главными санитарными инспекциями в законодательном порядке или рекомендуется соответствующими организациями, комиссиями на основе результатов сложных экспериментов, а также ведомостей, полученных во время или после разных аварий, катастроф и т.д.

ПДК в разных странах часто отличается, хотя и незначительно.

ПДК полютанта – это такое его содержание в окружающей среде, которое не снижает дееспособности и самочувствия человека, не вредит его здоровью в условиях постоянного контакта, а также не вызывает негативных последствий у следующего поколения.

При определении ПДК учитывают не только уровень воздействия загрязнителей на здоровье человека, но и их действие на живые организмы. Результаты опытов показывают, что любые дозы, превышающие  привычный фон, уже вредны.

ГКВ – это количество вредных веществ, которое не должно превышаться во время выкида в воздух за единицу времени, чтобы концентрация загрязнителей воздуха на границе санитарной зоны не была выше чем ПДК.

Стресс-индекс учитывает объем вредных веществ, поступающих в окружающую среду т.е.степень контакта с человеком, степень их вредного воздействия на природу, человека  и объекты его хозяйственной деятельности.

На распространение загрязнений влияет также географическое положение региона, его окружающая среда и природные условия. Ландшафт, погода, местоположение, окружающие объекты – эти и другие факторы отвечают за скорость распространения и концентрацию веществ в воздухе.

3. Химические методы отчистки  от газо- и парообразных выбросов в атмосферу.

Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей характеризуются рядом особенностей: во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и очень низка.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

Метод абсорбции

Этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемых абсорбентом) с образованием раствора. Поглощаемую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры и давления. Если растворимость газов при 0° С и парциальном давлении 101,3 кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называются хорошо растворимыми.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, целесообразно применить в качестве поглотительной жидкости воду, т. к. растворимость их в воде составляет сотни граммов на 1 кг воды. При поглощении же из газов сернистого ангидрида или хлора расход воды будет значительным, т. к. растворимость их составляет сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др. Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа (или регенерация растворителя) производится либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либи использованием обоих приемов одновременно. В зависимости от конкретных задач применяются абсорбенты различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку, размещенную в полости вертикальной колонны. В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Ролинга, кольца с перфорированными стенками и др. материалы.

Метод хемосорбции

Основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений.

Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода путем применения мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов. При мышьяково-щелочном методе извлекаемый из отходящего газа сероводород связывается окси-сульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе.      

Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных выбросов, называются мокрыми методами. Преимущество абсорбционных методов заключается в возможности экономической очистки большого количества газов и осуществления непрерывных технических процессов.

Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит в конечном итоге к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере.

Метод адсорбции

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической пористостью селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией. Наиболее широко в качестве адсорбента используется активированный уголь. Он применяется для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Некоторые адсорбенты иногда пропитываются соответствующими реактивами, повышающими эффективность адсорбции, т. к. на поверхности адсорбента происходит хемосорбция. В качестве таких реактивов могут быть использованы растворы, которые за счет химических реакций превращают вредную примесь в безвредную.

Конструктивно адсорбенты выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа.

Выбор конструкции определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорбенты, как правило, находят применение при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые — при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч мУч.

Фильтрация газа происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наибольшее распространение получили адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента.

Установка периодического действия (с неподвижным слоем адсорбента) отличается конструктивной простотой, но имеет низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Процесс очистки в таких аппаратах носит периодический характер, т.е. отработанный, потерявший активность поглотитель время от времени заменяют либо регенерируют. Существенным недостатком таких аппаратов являются большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента. Движение адсорбента в плотном слое под действием силы тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха обеспечивает непрерывность работы установки. Такие методы позволяют более полно, чем при проведении процесса с неподвижным слоем адсорбента, использовать адсорбционную способность сорбента, организовать процесс десорбции, а также упростить условия эксплуатации оборудования. В качестве недостатка этих методов следует отметить значительные потери адсорбента за счет ударов частиц друг о друга и стирания о спинки аппарата.

Каталитический метод

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавленным в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном (поверхностном химическом) взаимодействии катализатора с реагирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.

Методы подбора катализаторов отличаются большим разнообразием, но все они базируются в основном на эмпирических или полуэмпирических способах. Об активности катализаторов судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по скорости каталитических процессов, при которых обеспечивается требуемая степень превращения. В большинстве случаев катализаторами могут быть металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца и т. д.). Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечивать максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль.