Міністерство освіти Російської Федерації
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР)
Контрольна робота
з дисципліни «Екологія»
(Навчальний посібник «Екологія»,
автори Смирнов Г.В., Карташов А.Г.,
Зінов'єв Г.Г., Воскресенський В.В., 2003р.)
Виконав:
2004р
Завдання до контрольної роботи.
Варіант № 8.
1. Який зв'язок між потоком енергії і потоком елементів живлення в кожній екосистемі? У чому відмінність між потоком енергії і потоком поживних речовин?
2. Абіотичні та біотичні фактори середовища. Привести приклади.
3. Виконати практичні роботи № 1 і № 3.
4. Житловий комплекс скидає в річку 60 млн. літрів стічних вод на день, які змішуються з чистою водою в річці в співвідношенні 1:30. БПК стічних вод становить 150 мг / л. Яке БПК буде мати вода у зоні забруднення? Чи зможуть у цій воді мешкати п'явки і німфи равнокрилих бабки?
5. Чому високу чисельність людства вважають однією з важливих причин загрози екологічної кризи?
6. Назвіть джерела надходження в атмосферу речовин, що руйнують озоновий шар.
7. Порівняння за показниками зростаючої і зрілої екосистем.
8. Забруднення біосфери від АЕС.
1 Яка зв'язок між потоком енергії і потоком елементів живлення в кожній екосистемі? У чому відмінність між потоком енергії і потоком поживних речовин?
У кожній екосистемі формуються певні рівні, які характеризуються різною інтенсивністю протікання потоків речовин і енергії. Зелені рослини утворюють перший трофічний рівень, фітофаги - другий, зоофагі - третій. При передачі енергії з одного трофічного рівня на наступний, відбувається її втрата, тому ланцюг харчування не може бути довгою, швидше за все вона складається з 4 - 6 ланок.
У будь-якій ланцюга харчування не вся їжа витрачається на зростання особини, тобто на накопичення біомаси. Частина її використовується на задоволення енергетичних витрат організму: на подих, рух, розмноження, підтримання температури тіла. При цьому біомаса однієї ланки не може бути перероблена наступним ланкою повністю. В іншому випадку зникли би ресурси для розвитку живої матерії. Звичайно чим більше маса початкової ланки, тим більше вона і в наступних ланках, проте в кожному наступному ланці харчового ланцюга відбувається зменшення біомаси по відношенню до попереднього. Те ж саме відбувається з чисельністю особин і запасом енергії.
Графічним відображенням функціональної організованості екосистеми є екологічні піраміди біомас, чисельності особин і енергій. Піраміда чисельності особин показує кількість окремих організмів по трофічних ланцюгах, причому чисельність особин при русі від продуцентів до консументам різного порядку значно зменшується. Піраміда біомас показує співвідношення різних організмів по харчових ланцюгах в даній екосистемі, причому параметри продуцентів, як правило, вище, ніж консументів різного порядку (звідси і форма піраміди). Піраміда енергій дає величини потоків енергії через послідовні трофічні рівні.
Піраміди відбивають дві фундаментальні характеристики будь-якої екосистеми: висота піраміди пропорційна числу містяться в біоценозі трофічних рівнів (довжині харчового ланцюга), а форма, точніше, нахил сторін, виражає ефективність перетворення енергії при переході з одного трофічного рівня на інший.
З трьох типів екологічних пірамід піраміда енергій дає найбільш повне уявлення про функціональну організованості співтовариства, тому що кількість і маса організмів залежать не від кількості фіксованого енергії в даний момент на попередньому рівні, а від швидкості продукування їжі. Піраміда енергій відображає картину швидкостей проходження маси їжі через харчовий ланцюг.
Наприклад, сонячна енергія, отримана рослиною, лише частково використовується в процесі фотосинтезу вуглеводів. Фіксована у вуглеводах енергія являє собою валову продукцію біогеоценозу. Вуглеводи йдуть на побудову протоплазми (вмісту живої клітини і багатьох неклітинних утворень) і зростання рослин, причому частина їх енергії, що витрачається на дихання.
Певний обсяг створених продуцентами речовин служить кормом фітофагів, інші речовини зрештою відмирають і переробляються редуцентами. Корм, асимільований фітофагами, лише частково використовується для утворення їх біомаси. В основному він витрачається на забезпечення енергією процесів дихання і в деякій мірі виводиться з організму у вигляді виділень (екскретів) і екскрементів.
Консументи другого порядку (хижаки) не нищить всю біомасу своїх жертв, але з тієї кількості її, яке вони знищують, лише частина використовується на створення біомаси їх власного трофічного рівня. Інша ж частина в основному витрачається на енергію дихання, а також виділяється з екскрету і екскрементами.
Аналіз цієї простої схеми ланцюга живлення, таким чином, показує, що потік енергії, який виражається кількістю асимільованого по ланцюгу харчування речовини, на кожному трофічному рівні зменшується, тобто наскрізний потік енергії поступово гаситься.
З одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший, більш високий її рівень, в середньому близько 10% надійшла на попередній рівень екологічної піраміди енергії.
Правило піраміди універсально й об'єктивно відображає кругообіг речовин і потік енергії в біосфері. У масштабі всієї біосфери це правило ніколи не порушується (деякі відхилення спостерігаються лише на незначних ділянках, наприклад, при спалахах масового розмноження шкідників, коли повністю знищується рослинність і на якийсь обмеженій території тимчасово руйнується ланцюг харчування, - у цьому випадку в рух приходить все співтовариство тварин і рослин, пов'язаних між собою харчовими відносинами).
2 Абіотичні та біотичні фактори середовища
За природою джерел і характеру дії фактори середовища поділяють на абіотичні та біотичні.
Абіотичні фактори - фактори неорганічної (неживої) природи. Це світло, температура, вологість, тиск та інші кліматичні та геофізичні фактори; природа самого середовища - повітряної, водної, грунтової; хімічний склад середовища, концентрації речовин у ній. До абіотичних факторів відносять також фізичні поля (гравітаційне, магнітне, електромагнітне), іонізуючу і проникаючу радіацію, рух середовищ (акустичні коливання, хвилі, вітер, течії, припливи), добові та сезонні зміни в природі. Багато абіотичні фактори можуть бути охарактеризовані кількісно і піддаються об'єктивному вимірюванню.
Біотичні фактори - це прямі або опосередковані впливу інших організмів, що населяють середовище проживання даного організму. Всі біотичні фактори обумовлені внутрішньовидовими (внутрішньопопуляційні) і міжвидовими (міжпопуляційних) взаємодіями. Внутрішньовидові чинники - це контакти між членами сім'ї, групи, стада, популяції одного виду - відносини статей, розмноження, догляд за потомством, взаємодопомогу і захист або, навпаки, виникнення внутрішньовидової конкуренції, відносин домінування і підпорядкування, ієрархії в стаді або в популяції. Міжвидові фактори - контакти між особинами і популяціями різних видів, різноманітні харчові зв'язку, поїдання одних організмів іншими, відносини симбіозу і «співпраці» або хижака і жертви, бациллоносительство і вірулентність, міжвидова конкуренція, паразитизм і т.п. Взаємовідносини між організмами складніше абіотичних впливів. Більшість з них не має скалярних значень. Тому вони важче піддаються прямому вимірюванню. Тільки для деяких біотичних факторів, що відносяться до харчових зв'язків і чисельності популяцій, можливі кількісні оцінки на підставі експериментів.
3 Практичні роботи
3.1 Розрахунок рівня забруднення атмосферного повітря точковими джерелами викидів
Підприємство: «КАЛІБР».
1) Характеристики підприємства:
Таблиця 3.1.1
2) Визначення максимальної концентрації шкідливих речовин в атмосфері:
з опису роботи випливає, що А = 200, F = 1, Г = 1.
Т = 115-24,7 = 90,3 0 С;
V 1 = 0,785 ∙ 1,6 2 ∙ 7 = 14,067 м 3 / с;
r = 1000 ∙ 7 лютого ∙ 1,6 ∙ 21 -2 ∙ 90,3 -1 = 1,969; r <100;
q = 0,65 ∙ (14,067 ∙ 90,3 / 21) 1 / 3 = 2,551; q> 2; n = 1;
m = (0,67 +0,1 ∙ 1,969 1 / 2 +0,34 ∙ 1,969 1 / 3) -1 = 0,809;
C max = 200 ∙ M ∙ 1 ∙ 0,809 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 21 -2 ∙ (14,067 ∙ 90,3) -1 / 3 = 0,034 ∙ M;
C max (ацетон) = 0,034 ∙ 2,2 = 0,0748 мг / м 3;
C max (діоксид сірки) = 0,034 ∙ 1,6 = 0,0544 мг / м 3;
C max (зола) = 0,034 ∙ 4,1 = 0,1394 мг / м 3;
C max (фенол) = 0,034 ∙ 1,0 = 0,034 мг / м 3.
3) Визначення відстані від джерела викидів, на якому досягається максимальна концентрація забруднюючої речовини:
так як r <100; q> 2, то
k = 7 ∙ 2,551 1 / 2 ∙ (1 +0,28 ∙ 1,969 1 / 3) = 15,104;
x max = 0,25 ∙ (5-1) ∙ 15,104 ∙ 21 = 317,183 м; x max ≈ 317,2 м.
4) Визначення метеорологічних умов, при яких може бути досягнута максимальна концентрація забруднюючої речовини в повітрі:
так як r <100; q> 2, то
U max = 2,551 ∙ (1 +0,12 ∙ 1,969 1 / 2) = 2,9805 м / c; U max ≈ 3 м / c.
5) Визначення концентрації забруднюючої речовини в атмосфері на заданій відстані 500 м від джерела викидів:
α = 500/317, 183 = 1,576; 1 <α <8;
S 1 = 1,13 ∙ (0,13 ∙ 1,576 2 +1) -1 = 0,854;
C 500 (ацетон) = 0,854 ∙ 0,0748 = 0,06 мг / м 3;
C 500 (діоксид сірки) = 0,854 ∙ 0,0544 = 0,05 мг / м 3;
C 500 (зола) = 0,854 ∙ 0,1394 = 0,1 мг / м 3;
C 500 (фенол) = 0,854 ∙ 0,034 = 0,029 мг / м 3.
Визначимо відношення концентрації речовин до їх ГДК с.с.:
ацетон: З 500 / ГДК с.с. = 0,06 / 0,35 = 0,2;
діоксид сірки З 500 / ГДК с.с. = 0,05 / 0,05 = 1;
зола З 500 / ГДК с.с. = 0,1 / 0,5 = 0,2;
фенол З 500 / ГДК с.с. = 0,029 / 0,003 = 9,7.
Отримані при розрахунках результати зведені в таблицю:
Таблиця 3.1.2
Висновки:
Аналіз отриманих результатів показав, що на відстані 500 м від джерела викидів рівень забруднення приземного шару атмосфери підприємством «КАЛІБР» складає по ацетону 0,2 ГДК СС, по діоксиду сірки 1 ГДК СС, по золі 0,2 ГДК СС, по фенолу 9, 7 ГДК СС.
Для поліпшення екологічної ситуації на прилеглій території можна рекомендувати підприємству «КАЛІБР» виконання технічних заходів щодо поліпшення роботи системи очищення газоаерозольних викидів, зміна технологічних процесів з метою зменшення викидів діоксиду сірки і особливо фенолу.
3.2 Визначення меж санітарно-захисної зони підприємства
Підприємство: «КАЛІБР».
1) Характеристики підприємства:
Таблиця 3.2.1
Визначаємо відстань до ділянки місцевості, де концентрація забруднюючої речовини дорівнює 1 ГДК СС:
х (ацетон) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,0748 / 0,35-1) 1 / 2 =?
x (діоксид сірки) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,0544 / 0,05-1) 1 / 2 = 420,847 м;
x (зола) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,1394 / 0,5-1) 1 / 2 =?
x (фенол) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,034 / 0,003-1) 1 / 2 = 3018,932 м.
З порівняння чисельних значень величин х для забруднюючих речовин, що викидаються підприємством «КАЛІБР», слід, що найбільше значення величини х відноситься до фенолу. Отже, остаточні розміри санітарно-захисної зони підприємства «КАЛІБР» будуть визначатися викидами фенолу.
Розраховується співвідношення Р / Р 0 для кожного з восьми румбів рози вітрів:
Р ю / Р о = 9 / 12, 5 = 0,75;
Р ю-в / Р о = 10/12, 5 = 0,80;
Р в / Р о = 8 / 12, 5 = 0,64;
Р с-в / Р о = 8 / 12, 5 = 0,64;
Р с / Р о = 37/12, 5 = 2,96;
Р з-з / Р о = 16/12, 5 = 1,28;
Р з / Р о = 6 / 12, 5 = 0,48;
Р ю-з / Р о = 6 / 12, 5 = 0,48.
Визначимо відстані від джерела викидів до межі СЗЗ по діоксиду сірки для кожного румба:
L ю (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,75 = 315,6 м;
L ю-у (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,80 = 336,7 м;
L в (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,64 = 269,3 м;
L з-в (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,64 = 269,3 м;
L з (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 2,96 = 1245,7 м;
L з-з "(діоксид сірки) = 420,847 ∙ 1,28 = 538,7 м;
L з (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,48 = 202,0 м;
L ю-з "(діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,48 = 202,0 м.
Визначимо відстані від джерела викидів до межі СЗЗ по фенолу для кожного румба:
L ю (фенол) = 3018,932 ∙ 0,75 = 2264,2 м;
L ю-у (фенол) = 3018,932 ∙ 0,80 = 2415,1 м;
L в (фенол) = 3018,932 ∙ 0,64 = 1932,1 м;
L з-в (фенол) = 3018,932 ∙ 0,64 = 1932,1 м;
L з (фенол) = 3018,932 ∙ 2,96 = 8936,0 м;
L з-з "(фенол) = 3018,932 ∙ 1,28 = 3864,2 м;
L з (фенол) = 3018,932 ∙ 0,48 = 1449,1 м;
L ю-з "(фенол) = 3018,932 ∙ 0,48 = 1449,1 м.
Отримані при розрахунках результати зведені в таблицю:
Таблиця 3.2.2
Креслення санітарно-захисної зони підприємства «КАЛІБР» в масштабі 1:100000
з
с-з
з-в
з у
ю-з
ю-у
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР)
Контрольна робота
з дисципліни «Екологія»
(Навчальний посібник «Екологія»,
автори Смирнов Г.В., Карташов А.Г.,
Зінов'єв Г.Г., Воскресенський В.В., 2003р.)
Виконав:
2004р
Завдання до контрольної роботи.
Варіант № 8.
1. Який зв'язок між потоком енергії і потоком елементів живлення в кожній екосистемі? У чому відмінність між потоком енергії і потоком поживних речовин?
2. Абіотичні та біотичні фактори середовища. Привести приклади.
3. Виконати практичні роботи № 1 і № 3.
4. Житловий комплекс скидає в річку 60 млн. літрів стічних вод на день, які змішуються з чистою водою в річці в співвідношенні 1:30. БПК стічних вод становить 150 мг / л. Яке БПК буде мати вода у зоні забруднення? Чи зможуть у цій воді мешкати п'явки і німфи равнокрилих бабки?
5. Чому високу чисельність людства вважають однією з важливих причин загрози екологічної кризи?
6. Назвіть джерела надходження в атмосферу речовин, що руйнують озоновий шар.
7. Порівняння за показниками зростаючої і зрілої екосистем.
8. Забруднення біосфери від АЕС.
1 Яка зв'язок між потоком енергії і потоком елементів живлення в кожній екосистемі? У чому відмінність між потоком енергії і потоком поживних речовин?
У кожній екосистемі формуються певні рівні, які характеризуються різною інтенсивністю протікання потоків речовин і енергії. Зелені рослини утворюють перший трофічний рівень, фітофаги - другий, зоофагі - третій. При передачі енергії з одного трофічного рівня на наступний, відбувається її втрата, тому ланцюг харчування не може бути довгою, швидше за все вона складається з 4 - 6 ланок.
У будь-якій ланцюга харчування не вся їжа витрачається на зростання особини, тобто на накопичення біомаси. Частина її використовується на задоволення енергетичних витрат організму: на подих, рух, розмноження, підтримання температури тіла. При цьому біомаса однієї ланки не може бути перероблена наступним ланкою повністю. В іншому випадку зникли би ресурси для розвитку живої матерії. Звичайно чим більше маса початкової ланки, тим більше вона і в наступних ланках, проте в кожному наступному ланці харчового ланцюга відбувається зменшення біомаси по відношенню до попереднього. Те ж саме відбувається з чисельністю особин і запасом енергії.
Графічним відображенням функціональної організованості екосистеми є екологічні піраміди біомас, чисельності особин і енергій. Піраміда чисельності особин показує кількість окремих організмів по трофічних ланцюгах, причому чисельність особин при русі від продуцентів до консументам різного порядку значно зменшується. Піраміда біомас показує співвідношення різних організмів по харчових ланцюгах в даній екосистемі, причому параметри продуцентів, як правило, вище, ніж консументів різного порядку (звідси і форма піраміди). Піраміда енергій дає величини потоків енергії через послідовні трофічні рівні.
Піраміди відбивають дві фундаментальні характеристики будь-якої екосистеми: висота піраміди пропорційна числу містяться в біоценозі трофічних рівнів (довжині харчового ланцюга), а форма, точніше, нахил сторін, виражає ефективність перетворення енергії при переході з одного трофічного рівня на інший.
З трьох типів екологічних пірамід піраміда енергій дає найбільш повне уявлення про функціональну організованості співтовариства, тому що кількість і маса організмів залежать не від кількості фіксованого енергії в даний момент на попередньому рівні, а від швидкості продукування їжі. Піраміда енергій відображає картину швидкостей проходження маси їжі через харчовий ланцюг.
Наприклад, сонячна енергія, отримана рослиною, лише частково використовується в процесі фотосинтезу вуглеводів. Фіксована у вуглеводах енергія являє собою валову продукцію біогеоценозу. Вуглеводи йдуть на побудову протоплазми (вмісту живої клітини і багатьох неклітинних утворень) і зростання рослин, причому частина їх енергії, що витрачається на дихання.
Певний обсяг створених продуцентами речовин служить кормом фітофагів, інші речовини зрештою відмирають і переробляються редуцентами. Корм, асимільований фітофагами, лише частково використовується для утворення їх біомаси. В основному він витрачається на забезпечення енергією процесів дихання і в деякій мірі виводиться з організму у вигляді виділень (екскретів) і екскрементів.
Консументи другого порядку (хижаки) не нищить всю біомасу своїх жертв, але з тієї кількості її, яке вони знищують, лише частина використовується на створення біомаси їх власного трофічного рівня. Інша ж частина в основному витрачається на енергію дихання, а також виділяється з екскрету і екскрементами.
Аналіз цієї простої схеми ланцюга живлення, таким чином, показує, що потік енергії, який виражається кількістю асимільованого по ланцюгу харчування речовини, на кожному трофічному рівні зменшується, тобто наскрізний потік енергії поступово гаситься.
З одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інший, більш високий її рівень, в середньому близько 10% надійшла на попередній рівень екологічної піраміди енергії.
Правило піраміди універсально й об'єктивно відображає кругообіг речовин і потік енергії в біосфері. У масштабі всієї біосфери це правило ніколи не порушується (деякі відхилення спостерігаються лише на незначних ділянках, наприклад, при спалахах масового розмноження шкідників, коли повністю знищується рослинність і на якийсь обмеженій території тимчасово руйнується ланцюг харчування, - у цьому випадку в рух приходить все співтовариство тварин і рослин, пов'язаних між собою харчовими відносинами).
2 Абіотичні та біотичні фактори середовища
За природою джерел і характеру дії фактори середовища поділяють на абіотичні та біотичні.
Абіотичні фактори - фактори неорганічної (неживої) природи. Це світло, температура, вологість, тиск та інші кліматичні та геофізичні фактори; природа самого середовища - повітряної, водної, грунтової; хімічний склад середовища, концентрації речовин у ній. До абіотичних факторів відносять також фізичні поля (гравітаційне, магнітне, електромагнітне), іонізуючу і проникаючу радіацію, рух середовищ (акустичні коливання, хвилі, вітер, течії, припливи), добові та сезонні зміни в природі. Багато абіотичні фактори можуть бути охарактеризовані кількісно і піддаються об'єктивному вимірюванню.
Біотичні фактори - це прямі або опосередковані впливу інших організмів, що населяють середовище проживання даного організму. Всі біотичні фактори обумовлені внутрішньовидовими (внутрішньопопуляційні) і міжвидовими (міжпопуляційних) взаємодіями. Внутрішньовидові чинники - це контакти між членами сім'ї, групи, стада, популяції одного виду - відносини статей, розмноження, догляд за потомством, взаємодопомогу і захист або, навпаки, виникнення внутрішньовидової конкуренції, відносин домінування і підпорядкування, ієрархії в стаді або в популяції. Міжвидові фактори - контакти між особинами і популяціями різних видів, різноманітні харчові зв'язку, поїдання одних організмів іншими, відносини симбіозу і «співпраці» або хижака і жертви, бациллоносительство і вірулентність, міжвидова конкуренція, паразитизм і т.п. Взаємовідносини між організмами складніше абіотичних впливів. Більшість з них не має скалярних значень. Тому вони важче піддаються прямому вимірюванню. Тільки для деяких біотичних факторів, що відносяться до харчових зв'язків і чисельності популяцій, можливі кількісні оцінки на підставі експериментів.
3 Практичні роботи
3.1 Розрахунок рівня забруднення атмосферного повітря точковими джерелами викидів
Підприємство: «КАЛІБР».
1) Характеристики підприємства:
Таблиця 3.1.1
| № ва-ри-ан-та | Умовна назва підприємства, забруднююча речовина | Висота труби, м | Діаметр устя труби, м | Темпера-тура ГВП, 0 С | Викид забруднюючих-ного речовини, г / с | ГДК сс, мг / м 3 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 8 | «КАЛІБР» ацетон діоксид сірки зола фенол | 21 | 1,6 | 115 | 2,2 1,6 4,1 1,0 | 0,35 0,05 0,5 0,003 |
з опису роботи випливає, що А = 200, F = 1, Г = 1.
Т = 115-24,7 = 90,3 0 С;
V 1 = 0,785 ∙ 1,6 2 ∙ 7 = 14,067 м 3 / с;
r = 1000 ∙ 7 лютого ∙ 1,6 ∙ 21 -2 ∙ 90,3 -1 = 1,969; r <100;
q = 0,65 ∙ (14,067 ∙ 90,3 / 21) 1 / 3 = 2,551; q> 2; n = 1;
m = (0,67 +0,1 ∙ 1,969 1 / 2 +0,34 ∙ 1,969 1 / 3) -1 = 0,809;
C max = 200 ∙ M ∙ 1 ∙ 0,809 ∙ 1 ∙ 1 ∙ 21 -2 ∙ (14,067 ∙ 90,3) -1 / 3 = 0,034 ∙ M;
C max (ацетон) = 0,034 ∙ 2,2 = 0,0748 мг / м 3;
C max (діоксид сірки) = 0,034 ∙ 1,6 = 0,0544 мг / м 3;
C max (зола) = 0,034 ∙ 4,1 = 0,1394 мг / м 3;
C max (фенол) = 0,034 ∙ 1,0 = 0,034 мг / м 3.
3) Визначення відстані від джерела викидів, на якому досягається максимальна концентрація забруднюючої речовини:
так як r <100; q> 2, то
k = 7 ∙ 2,551 1 / 2 ∙ (1 +0,28 ∙ 1,969 1 / 3) = 15,104;
x max = 0,25 ∙ (5-1) ∙ 15,104 ∙ 21 = 317,183 м; x max ≈ 317,2 м.
4) Визначення метеорологічних умов, при яких може бути досягнута максимальна концентрація забруднюючої речовини в повітрі:
так як r <100; q> 2, то
U max = 2,551 ∙ (1 +0,12 ∙ 1,969 1 / 2) = 2,9805 м / c; U max ≈ 3 м / c.
5) Визначення концентрації забруднюючої речовини в атмосфері на заданій відстані 500 м від джерела викидів:
α = 500/317, 183 = 1,576; 1 <α <8;
S 1 = 1,13 ∙ (0,13 ∙ 1,576 2 +1) -1 = 0,854;
C 500 (ацетон) = 0,854 ∙ 0,0748 = 0,06 мг / м 3;
C 500 (діоксид сірки) = 0,854 ∙ 0,0544 = 0,05 мг / м 3;
C 500 (зола) = 0,854 ∙ 0,1394 = 0,1 мг / м 3;
C 500 (фенол) = 0,854 ∙ 0,034 = 0,029 мг / м 3.
Визначимо відношення концентрації речовин до їх ГДК с.с.:
ацетон: З 500 / ГДК с.с. = 0,06 / 0,35 = 0,2;
діоксид сірки З 500 / ГДК с.с. = 0,05 / 0,05 = 1;
зола З 500 / ГДК с.с. = 0,1 / 0,5 = 0,2;
фенол З 500 / ГДК с.с. = 0,029 / 0,003 = 9,7.
Отримані при розрахунках результати зведені в таблицю:
Таблиця 3.1.2
| Варіант 8. Підприємство «КАЛІБР» | |||||
| Забруднююча речовина | ГДК сс, мг / м 3 | М, м / с | C max, мг / м 3 | C 500, мг / м 3 | З 500 / ГДК С.С |
| ацетон | 0,35 | 2,2 | 0,0748 | 0,06 | 0,2 |
| діоксид сірки | 0,05 | 1,6 | 0,0544 | 0,05 | 1 |
| зола | 0,5 | 4,1 | 0,1394 | 0,1 | 0,2 |
| фенол | 0,003 | 1,0 | 0,034 | 0,029 | 9,7 |
| H = 21 м; D = 1,6 м; Т = 115 0 С; Т = 90,3 0 С; V 1 = 14,067; | |||||
| r = 1,969; q = 2,551; m = 0,809; n = 1; C max = 0,034 ∙ M; | |||||
| k = 15,104; x max ≈ 317,2 м; U max ≈ 3 м / c; α = 1,576; S 1 = 0,854; | |||||
Аналіз отриманих результатів показав, що на відстані 500 м від джерела викидів рівень забруднення приземного шару атмосфери підприємством «КАЛІБР» складає по ацетону 0,2 ГДК СС, по діоксиду сірки 1 ГДК СС, по золі 0,2 ГДК СС, по фенолу 9, 7 ГДК СС.
Для поліпшення екологічної ситуації на прилеглій території можна рекомендувати підприємству «КАЛІБР» виконання технічних заходів щодо поліпшення роботи системи очищення газоаерозольних викидів, зміна технологічних процесів з метою зменшення викидів діоксиду сірки і особливо фенолу.
3.2 Визначення меж санітарно-захисної зони підприємства
Підприємство: «КАЛІБР».
1) Характеристики підприємства:
Таблиця 3.2.1
| № ва-ри-ан-та | Умовна назва підприємства, забруднююча речовина | Висота труби, м | Діаметр устя труби, м | Темпера-тура ГВП, 0 С | Викид забруднюючих-ного речовини, г / с | ГДК сс, мг / м 3 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 8 | «КАЛІБР» ацетон діоксид сірки зола фенол | 21 | 1,6 | 115 | 2,2 1,6 4,1 1,0 | 0,35 0,05 0,5 0,003 |
х (ацетон) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,0748 / 0,35-1) 1 / 2 =?
x (діоксид сірки) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,0544 / 0,05-1) 1 / 2 = 420,847 м;
x (зола) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,1394 / 0,5-1) 1 / 2 =?
x (фенол) = 2,77 ∙ 317,183 ∙ (1,13 ∙ 0,034 / 0,003-1) 1 / 2 = 3018,932 м.
З порівняння чисельних значень величин х для забруднюючих речовин, що викидаються підприємством «КАЛІБР», слід, що найбільше значення величини х відноситься до фенолу. Отже, остаточні розміри санітарно-захисної зони підприємства «КАЛІБР» будуть визначатися викидами фенолу.
Розраховується співвідношення Р / Р 0 для кожного з восьми румбів рози вітрів:
Р ю / Р о = 9 / 12, 5 = 0,75;
Р ю-в / Р о = 10/12, 5 = 0,80;
Р в / Р о = 8 / 12, 5 = 0,64;
Р с-в / Р о = 8 / 12, 5 = 0,64;
Р с / Р о = 37/12, 5 = 2,96;
Р з-з / Р о = 16/12, 5 = 1,28;
Р з / Р о = 6 / 12, 5 = 0,48;
Р ю-з / Р о = 6 / 12, 5 = 0,48.
Визначимо відстані від джерела викидів до межі СЗЗ по діоксиду сірки для кожного румба:
L ю (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,75 = 315,6 м;
L ю-у (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,80 = 336,7 м;
L в (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,64 = 269,3 м;
L з-в (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,64 = 269,3 м;
L з (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 2,96 = 1245,7 м;
L з-з "(діоксид сірки) = 420,847 ∙ 1,28 = 538,7 м;
L з (діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,48 = 202,0 м;
L ю-з "(діоксид сірки) = 420,847 ∙ 0,48 = 202,0 м.
Визначимо відстані від джерела викидів до межі СЗЗ по фенолу для кожного румба:
L ю (фенол) = 3018,932 ∙ 0,75 = 2264,2 м;
L ю-у (фенол) = 3018,932 ∙ 0,80 = 2415,1 м;
L в (фенол) = 3018,932 ∙ 0,64 = 1932,1 м;
L з-в (фенол) = 3018,932 ∙ 0,64 = 1932,1 м;
L з (фенол) = 3018,932 ∙ 2,96 = 8936,0 м;
L з-з "(фенол) = 3018,932 ∙ 1,28 = 3864,2 м;
L з (фенол) = 3018,932 ∙ 0,48 = 1449,1 м;
L ю-з "(фенол) = 3018,932 ∙ 0,48 = 1449,1 м.
Отримані при розрахунках результати зведені в таблицю:
Таблиця 3.2.2
| Варіант 8. Підприємство «КАЛІБР» | ||||
| Характеристика | ацетон | діоксид сірки | зола | фенол |
| ГДК сс, мг / м 3 | 0,35 | 0,05 | 0,5 | 0,003 |
| C max, мг / м 3 | 0,0748 | 0,0544 | 0,1394 | 0,034 |
| x max, м | 317,183 | 317,183 | 317,183 | 317,183 |
| x, м | - | 420,847 | - | 3018,932 |
| L ю, м | - | 315,6 | - | 2264,2 |
| L ю-у, м | - | 336,7 | - | 2415,1 |
| L в, м | - | 269,3 | - | 1932,1 |
| L з-в, м | - | 269,3 | - | 1932,1 |
| L с, м | - | 1245,7 | - | 8936,0 |
| L з-з, м | - | 538,7 | - | 3864,2 |
| L з, м | - | 202,0 | - | 1449,1 |
| L ю-з, м | - | 202,0 | - | 1449,1 |
| Р ю / Р о = 0,75; Р ю-в / Р о = 0,80; Р в / Р о = 0,64; Р с-в / Р о = 0,64; | ||||
| Р с / Р о = 2,96; Р з-з / Р о = 1,28; Р з / Р о = 0,48; Р ю-з / Р о = 0,48. | ||||
с-з
з-в
з у
ю-з
ю-у
ю
Висновок: розміри санітарно-захисної зони підприємства «КАЛІБР» визначаються викидами фенолу, причому найбільша її величина 8936 м простягається в північному напрямку.
4 Житловий комплекс скидає в річку 60 млн. літрів стічних вод на день, які змішуються з чистою водою в річці в співвідношенні 1:30. БПК стічних вод становить 150 мг / л. Яке БПК буде мати вода у зоні забруднення? Чи зможуть у цій воді мешкати п'явки і німфи равнокрилих бабки?
Так як, забруднена вода змішується з чистою при співвідношенні 1:30, то
БПК суміші =
П'явки і німфи равнокрилих бабки є помірно толерантними видами живих істот, тому з більшою часткою ймовірності можна сказати, що вони зможуть жити в такій воді.
5 Чому високу чисельність людства вважають однією з важливих причин загрози екологічної кризи?
З розвитком технічного прогресу і демографічним зростанням людина стає єдиним істотою, відповідальним за деградацію біосфери.
Вплив сучасного індустріального суспільства на біосферу призводить, принаймні, до трьох основних типів необоротних змін в рівновазі природних екосистем:
1) скорочується різноманітність біоценозів у середовищах, які експлуатуються людиною;
2) порушено кругообіг речовин, тому що відходи людини більше не минерализуются деструкторами. Діяльність мікроорганізмів у воді, грунті гальмується різними токсичними, забруднюючими речовинами. З'явилися промислові відходи, які неможливо розкласти біологічним шляхом і які накопичуються в біосфері, порушуючи життєдіяльність екосистем;
3) приплив енергії за рахунок все зростаючого споживання вугілля, нафти і газу призводить до виснаження невідновлюваних природних ресурсів.
Одна з основних проблем, пов'язаних з демографічним вибухом, полягає в тому, що зростання числа жителів планети у геометричній прогресії не підкріплюється такими ж темпами зростання ресурсів харчування, тому що останні можуть збільшуватися тільки за лінійним законом через ліміт площі земель, придатних для ведення сільського господарства.
Проблема перенаселеності загострюється і тим, що для задоволення потреб все зростаючого населення доведеться істотно збільшити видобуток і переробку корисних копалин, виробництво промислової і сільськогосподарської продукції. підняти виробництво і споживання енергії, а це призведе до перевищення кліматичного межі і повного розбалансування біосфери. Одночасно це вимагало б подвоєння кожні 10 років споживання прісної води та органічних добрив. Але навіть якщо б раптом зростання населення сьогодні припинився, нині проживає число людей на планеті тривалий час існувати не зможе, оскільки воно надає дуже великий тиск на біосферу.
6 Назвіть джерела надходження в атмосферу речовин, що руйнують озоновий шар.
Основну частину ультрафіолетових променів поглинає шар озону, що знаходиться в стратосфері на висоті 20-25 км. Атмосфера прозора тільки для частини ультрафіолетового, інфрачервоного випромінювання, для видимого спектру та деяких радіохвиль.
З антропогенним впливом на атмосферу пов'язане руйнування озонового шару, який є захисним екраном від ультрафіолетового випромінювання. Основною причиною зменшення кількості озону вважається застосування людьми хлорфторвуглеців (фреонів). Вони широко використовуються в побуті та виробництві вигляді аерозолів, піноутворювачів, розчинників; застосовуються в холодильниках і кондиціонерах повітря як хладоагентов, при виробництві пористих пластмас, які спочатку розчиняють у хлорфторвуглецю при підвищеному тиску, а потім тиск знижують, від чого хлорфторвуглеці випаровуються в атмосферу і пластмаси спінюються. В електронній промисловості за допомогою хлорфторвуглеців проводять очищення мікросхем.
Існує і чимало інших джерел такого роду забруднювачів: хлорування та фторування води; неповне згоряння пластмас у процесі їх утилізації - при цьому утворюються поліхлорние біфеніли.
Всі ці речовини, потрапляючи в атмосферу, розкладаються в стратосфері з виділенням атомів хлору, який є каталізатором розкладання озону до кисню.
7 Порівняння за показниками зростаючої і зрілої екосистем
Різниця між зростаючими і зрілими системами можна представити у вигляді такої таблиці.
Таблиця 7.1
Необхідно звернути увагу на зворотну залежність між ентропією та інформацією, а також на те, що розвиток екосистем йде в напрямку підвищення їх стійкості, що досягається за рахунок збільшення різноманітності.
Одне і навіть двухвідовие співтовариства дуже нестабільні. Нестабільність означає, що можуть відбуватися великі коливання щільності популяцій. Ця обставина і детермінує еволюцію екосистеми до зрілого стану. На зрілої стадії збільшується регуляція за типом зворотного зв'язку, яка спрямована на підтримку стабільності системи.
Висока продуктивність дає низьку надійність - це ще одне формулювання основного закону екології, з якої випливає таке правило: «оптимальна ефективність завжди менша від максимальної». Різноманітність у відповідності з основним законом екології безпосередньо пов'язано зі стійкістю
Спрямованість еволюції спільноти веде до посилення симбіозу, збереженню біогенних речовин, підвищенню стабільності та змісту інформації. Загальна стратегія спрямована на досягнення такої великої та різноманітної органічної структури, яка тільки можлива в межах, встановлених доступним припливом енергії і переважаючими фізичними умовами існування (грунт, вода, клімат і т. п.),
У природі існують як би природні сили стратифікації, які ведуть до ускладнення екосистем і до створення все більшої різноманітності. Дії всупереч цим силам відкидають екосистеми тому.
8 Забруднення біосфери від АЕС
Радіоактивне забруднення природних середовищ обумовлено такими джерелами:
1) продуктами випробувань ядерної зброї, що проводилися в атмосфері і під землею;
2) плановими і аварійними викидами радіоактивних речовин у навколишнє середовище від підприємств атомної промисловості, АЕС;
3) викидами в атмосферу та скидами у водні системи радіоактивних речовин з діючих АЕС в процесі їх нормальної експлуатації;
4) принесеної радіоактивністю (тверді радіоактивні відходи та радіоактивні джерела).
У результаті роботи АЕС утворюються радіоактивні відходи, які частково надходять у навколишнє середовище, тому що системи очищення не дають 100% ефекту.
До газоподібним продуктів відносяться радіоактивні благородні гази - продукти поділу, продукти нейтронної активації, що містяться в повітрі і в охолоджуючої реактор воді чи газі.
До рідких відходів ставляться пульпи іонообмінних смол, фільтроматеріали, кубові залишки випарних апаратів, у які надходить забруднена радіонуклідами вода при експлуатації або ремонті реактора.
До твердих відходів АЕС відносяться: відходи, що виникають після затвердіння рідких концентрованих відходів; деталі обладнання реактора, зняті з експлуатації; використаний інструмент та прилади; витрачені матеріали.
Крім цього значний внесок у забруднення біосфери вносять заводи з переробки опроміненого ядерного палива, у викидах і скидах яких присутні довгоживучі радіонукліди та ізотопи трансуранових елементів.
Радіоактивні відходи, як правило, змішуються з великою кількістю хімічних відходів, які самі по собі представляють велику небезпеку для навколишнього середовища.
Таким чином, однією з основних проблем є поховання високорадіоактивних відходів, тому що для їх дезактивації необхідно час, що дорівнює 20 періодам напіврозпаду. До того ж досить надійних способів поховання поки ще не розроблено.
Висновок: розміри санітарно-захисної зони підприємства «КАЛІБР» визначаються викидами фенолу, причому найбільша її величина 8936 м простягається в північному напрямку.
4 Житловий комплекс скидає в річку 60 млн. літрів стічних вод на день, які змішуються з чистою водою в річці в співвідношенні 1:30. БПК стічних вод становить 150 мг / л. Яке БПК буде мати вода у зоні забруднення? Чи зможуть у цій воді мешкати п'явки і німфи равнокрилих бабки?
Так як, забруднена вода змішується з чистою при співвідношенні 1:30, то
БПК суміші =
П'явки і німфи равнокрилих бабки є помірно толерантними видами живих істот, тому з більшою часткою ймовірності можна сказати, що вони зможуть жити в такій воді.
5 Чому високу чисельність людства вважають однією з важливих причин загрози екологічної кризи?
З розвитком технічного прогресу і демографічним зростанням людина стає єдиним істотою, відповідальним за деградацію біосфери.
Вплив сучасного індустріального суспільства на біосферу призводить, принаймні, до трьох основних типів необоротних змін в рівновазі природних екосистем:
1) скорочується різноманітність біоценозів у середовищах, які експлуатуються людиною;
2) порушено кругообіг речовин, тому що відходи людини більше не минерализуются деструкторами. Діяльність мікроорганізмів у воді, грунті гальмується різними токсичними, забруднюючими речовинами. З'явилися промислові відходи, які неможливо розкласти біологічним шляхом і які накопичуються в біосфері, порушуючи життєдіяльність екосистем;
3) приплив енергії за рахунок все зростаючого споживання вугілля, нафти і газу призводить до виснаження невідновлюваних природних ресурсів.
Одна з основних проблем, пов'язаних з демографічним вибухом, полягає в тому, що зростання числа жителів планети у геометричній прогресії не підкріплюється такими ж темпами зростання ресурсів харчування, тому що останні можуть збільшуватися тільки за лінійним законом через ліміт площі земель, придатних для ведення сільського господарства.
Проблема перенаселеності загострюється і тим, що для задоволення потреб все зростаючого населення доведеться істотно збільшити видобуток і переробку корисних копалин, виробництво промислової і сільськогосподарської продукції. підняти виробництво і споживання енергії, а це призведе до перевищення кліматичного межі і повного розбалансування біосфери. Одночасно це вимагало б подвоєння кожні 10 років споживання прісної води та органічних добрив. Але навіть якщо б раптом зростання населення сьогодні припинився, нині проживає число людей на планеті тривалий час існувати не зможе, оскільки воно надає дуже великий тиск на біосферу.
6 Назвіть джерела надходження в атмосферу речовин, що руйнують озоновий шар.
Основну частину ультрафіолетових променів поглинає шар озону, що знаходиться в стратосфері на висоті 20-25 км. Атмосфера прозора тільки для частини ультрафіолетового, інфрачервоного випромінювання, для видимого спектру та деяких радіохвиль.
З антропогенним впливом на атмосферу пов'язане руйнування озонового шару, який є захисним екраном від ультрафіолетового випромінювання. Основною причиною зменшення кількості озону вважається застосування людьми хлорфторвуглеців (фреонів). Вони широко використовуються в побуті та виробництві вигляді аерозолів, піноутворювачів, розчинників; застосовуються в холодильниках і кондиціонерах повітря як хладоагентов, при виробництві пористих пластмас, які спочатку розчиняють у хлорфторвуглецю при підвищеному тиску, а потім тиск знижують, від чого хлорфторвуглеці випаровуються в атмосферу і пластмаси спінюються. В електронній промисловості за допомогою хлорфторвуглеців проводять очищення мікросхем.
Існує і чимало інших джерел такого роду забруднювачів: хлорування та фторування води; неповне згоряння пластмас у процесі їх утилізації - при цьому утворюються поліхлорние біфеніли.
Всі ці речовини, потрапляючи в атмосферу, розкладаються в стратосфері з виділенням атомів хлору, який є каталізатором розкладання озону до кисню.
7 Порівняння за показниками зростаючої і зрілої екосистем
Різниця між зростаючими і зрілими системами можна представити у вигляді такої таблиці.
Таблиця 7.1
| Показник | Зростаюча екосистема | Зріла екосистема |
| Урожай | високий | низький |
| Видове різноманіття | мало | велике |
| Структурну різноманітність | слабко організовано | добре організовано |
| Спеціалізація за нішами | широка | вузька |
| Розміри організму | невеликі | великі |
| Життєві цикли | короткі і прості | довгі та складні |
| Швидкість обміну біогенних речовин між організмом і середовищем | висока | низька |
| Тиск відбору | на швидке зростання | на регуляцію зворотного зв'язку |
| Внутрішній симбіоз | нерозвинений | розвинений |
| Збереження біогенних речовин | з втратами. | повне |
| Стабільність | низька | висока |
| Ентропія | висока | низька |
| Інформація | мало | багато |
Одне і навіть двухвідовие співтовариства дуже нестабільні. Нестабільність означає, що можуть відбуватися великі коливання щільності популяцій. Ця обставина і детермінує еволюцію екосистеми до зрілого стану. На зрілої стадії збільшується регуляція за типом зворотного зв'язку, яка спрямована на підтримку стабільності системи.
Висока продуктивність дає низьку надійність - це ще одне формулювання основного закону екології, з якої випливає таке правило: «оптимальна ефективність завжди менша від максимальної». Різноманітність у відповідності з основним законом екології безпосередньо пов'язано зі стійкістю
Спрямованість еволюції спільноти веде до посилення симбіозу, збереженню біогенних речовин, підвищенню стабільності та змісту інформації. Загальна стратегія спрямована на досягнення такої великої та різноманітної органічної структури, яка тільки можлива в межах, встановлених доступним припливом енергії і переважаючими фізичними умовами існування (грунт, вода, клімат і т. п.),
У природі існують як би природні сили стратифікації, які ведуть до ускладнення екосистем і до створення все більшої різноманітності. Дії всупереч цим силам відкидають екосистеми тому.
8 Забруднення біосфери від АЕС
Радіоактивне забруднення природних середовищ обумовлено такими джерелами:
1) продуктами випробувань ядерної зброї, що проводилися в атмосфері і під землею;
2) плановими і аварійними викидами радіоактивних речовин у навколишнє середовище від підприємств атомної промисловості, АЕС;
3) викидами в атмосферу та скидами у водні системи радіоактивних речовин з діючих АЕС в процесі їх нормальної експлуатації;
4) принесеної радіоактивністю (тверді радіоактивні відходи та радіоактивні джерела).
У результаті роботи АЕС утворюються радіоактивні відходи, які частково надходять у навколишнє середовище, тому що системи очищення не дають 100% ефекту.
До газоподібним продуктів відносяться радіоактивні благородні гази - продукти поділу, продукти нейтронної активації, що містяться в повітрі і в охолоджуючої реактор воді чи газі.
До рідких відходів ставляться пульпи іонообмінних смол, фільтроматеріали, кубові залишки випарних апаратів, у які надходить забруднена радіонуклідами вода при експлуатації або ремонті реактора.
До твердих відходів АЕС відносяться: відходи, що виникають після затвердіння рідких концентрованих відходів; деталі обладнання реактора, зняті з експлуатації; використаний інструмент та прилади; витрачені матеріали.
Крім цього значний внесок у забруднення біосфери вносять заводи з переробки опроміненого ядерного палива, у викидах і скидах яких присутні довгоживучі радіонукліди та ізотопи трансуранових елементів.
Радіоактивні відходи, як правило, змішуються з великою кількістю хімічних відходів, які самі по собі представляють велику небезпеку для навколишнього середовища.
Таким чином, однією з основних проблем є поховання високорадіоактивних відходів, тому що для їх дезактивації необхідно час, що дорівнює 20 періодам напіврозпаду. До того ж досить надійних способів поховання поки ще не розроблено.