Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет РЕФЕРАТ по дисциплине: Экология Тема: Биологические методы очистки Руководитель (оценка) (фамилия, инициалы) (подпись) (дата) Студент (группа) (фамилия, инициалы) (подпись) (дата) 2009
Биологические методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от разнообразных растворенных органических и некоторых неорганических (сероводород, аммиак и др.) соединений. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биологической очистки сточных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим
постоянный приток кислорода и температура в пределах 20 40 °С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1 3мм и более.
Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов. Аэробная очистка происходит как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. Очистка в природных условиях происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Поля орошения – это специально подготовленные для очистки сточных вод и агрокультурных целей площади. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений.
В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточные воды содержат в основном бактерии. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, в результате чего сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных йод, то они называются полями фильтрации.
Биологические пруды – это каскад прудов, состоящий из 3 5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает осветленная или биологически очищенная сточная вода. Такие пруды предназначены для биологической очистки сточных вод или доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Очистка в искусственных сооружениях поводится в аэротенках и на биофильтрах. Более широкое применение нашли аэротенки. Аэротенки – это железобетонные резервуары, представляющие
собой открытые бассейны, оборудованные устройствами для принудительной аэрации. Глубина аэротенка – 2 5м. Анаэробный метод очистки протекает без доступа воздуха. Его в основном используют для обезвреживания твердых осадков, которые образуются при механической, физико-химической и биологической очистке сточных вод. Эти твердые осадки сбраживаются анаэробными бактериями в специальных герметичных резервуарах, которые
называются метантенками В зависимости от конечного продукта брожение бывает спиртовое, молочнокислое, метановое и др. Для сбраживания осадков сточных вод используется метановое брожение. Почва и почвообразующие факторы Почва – это рыхлый поверхностный слой земной коры, обладающим плодородием. Почва непрерывно изменяется под влиянием климата, биологических факторов и деятельности человека. Главное качество почвы – плодородие, которое определяется способностью удовлетворять потребность человека
и других живых организмов в питательных веществах, воде и воздухе. Казахстан располагает большими земельными ресурсами. Природные черноземные земли расположены узкой полосой в северной и северо-западной части республики, где температурные условия и атмосферные осадки позволяют выращивать стабильные урожаи. Восточная и центральные части из-за часто повторяющихся засушливых лет считаются зоной рискованного
земледелия. Южная часть республики расположена в полупустынной и пустынной зонах, и земледелие здесь возможно только орошаемое. В последние годы прекратился прирост пашни, удобные и пригодные земли освоены, остались неудобные солонца, солончаки и пески. Несмотря на это, продолжается отвод сельскохозяйственных угодий на несельскохозяйственные нужды: под строительство дорог, промышленных предприятий, жилья и других объектов. Ежегодно на эти цели изымается 18 20 тыс. га
Виды негативного влияния на почву и меры борьбы с ними Понижение плодородия почвы и полная потеря его происходят в результате эрозии, засоления, заболачивания, загрязнения и прямою разрушения при производстве строительных, горнодобывающих и других работ. Эрозия – это процесс разрушения верхних, наиболее плодородных горизонтов почвы и грунта водой или ветром. 9/10 всех потерь пахотных земель приходится на ее долю.
В Казахстане эрозированные земли составляют около 18 20 тыс. га, и расположены в северных, западных и центральных степных районах. Эрозия в основном возникает по вине человека. Ей подвержены сухие, бестравные и безлесные земли. Напротив, лесистые местности являются накопителями влаги и противодействуют возникновению эрозии. Каждый гектар леса удерживает более 500 м3 воды. Различают два вида эрозии; ветровую и водную.
Ветровая эрозия протекает при сильном ветре (порядка 18 20 и более м/с). Местная ветровая эрозия может появляться и при скорости 5 6 м/с. При этом может выдуваться верхний горизонт мощностью до 15 20 см, а иногда и весь пахотный слой. Водная эрозия возникает при сильных ливнях, интенсивном таянии снега, разрушает почвенный покров, образуются овраги. Меры борьбы с эрозией почв осуществляются с применением следующих мероприятий: организационно-
хозяйственные мероприятия – дифференцированное использование земель, обработка посевов, внесение удобрений, применение разных типов севооборота, расположение почвозащитных многолетних насаждений, оросительных и осушительных систем, дорог, скотогонов и т.д.; агротехнические приемы, которые обеспечивают оптимальные условия пищевого, водного, воздушного и теплового режима почвы для роста, развития и формирования урожая возделываемых культур. К таким агротехническим приемам относятся: регулирование глубины вспашки, безотвальная
или плоскорезная обработка почвы, распашка на склонах на более 5°, применение лесомелиоративных и гидротехнических мероприятии. Засоление возникает при повышении содержания в почве легкорастворимых солей (карбоната натрия, хлоридов, сульфатов), обусловленное грунтовыми или поверхностными водами (первичное засоление), но часто вызванное неправильным орошением (вторичное засоление). Почвы считаются засоленными при содержании более 0,1 % по весу токсичных для растений солей.
Увеличение соли на орошаемых землях до 1% снижает урожай на 1/3, а до 2 3 % – ведет к гибели посевов. Причина возникновения засоления – орошение полей методом затопления или устройством арыков. При такой практике сначала вода большие фильтрует, соли вымываются вниз, урожайность повышается. Через несколько лет происходит обратный процесс: уровень грунтовых вод поднимается, уменьшается фильтрация, увеличивается испарение, и соли выносятся на поверхность почвы.
Опустынивание. В мире ежегодно теряется 50 60 тыс. км2 земли в результате опустынивания. Общая площадь пустынь достигла 20 млн. км . В результате опустынивания уменьшается биологическое разнообразие регионов, меняются погодные условия, сокращаются водные ресурсы, что приводит к нехватке продовольственных ресурсов. Главной мерой защиты земель от опустынивания является предотвращение выдувания почвы путем лесопосадок и создания искусственных однолетних пастбищ.
Заболачивание имеет место в районах, где количество атмосферных осадков превышает количество испаряющейся с поверхности почвы влаги, и тогда происходит заболачивание земель. На территории Казахстана болот нет, а заболоченные земли занимают незначительные площади. Для сельскохозяйственного использования заболоченных земель необходимо их осушение путем проведения дренажных работ в комплексе с другими агротехническими мероприятиями.
Истощение почвы. Это явление связано с перегрузкой пашни, изъятием питательных веществ из почвы в больших размерах. Почвы теряют органические вещества, ухудшается структура почвы, водный и воздушный режим, появляется уплотнение, ухудшаются биогенный и окислительно-восстановительный режим. Истощаются луга и пастбища в результате чрезмерного выпаса скота. Важным направлением борьбы с истощением является мелиорация, оросительные мероприятия.
Мелиорация – это совокупность организационных, хозяйственных, технических мероприятий, направленных на улучшения почв и их плодородия. Мелиорация бывает: – гидротехническая (орошение, осушение, промывка засоленных почв); – химическая (известкование, гипсование, внесение других химических мелиорантов); – агробиологическая ( агролесомелиорация и др.); – улучшение физических и структурных свойств почвы (пескование глинистых и глинование песчаных и торфяных почв).
Допустимые антропогенные нагрузки на окружающую среду Любая, возникшая за счет какого-либо воздействия нагрузка на экологические системы, способная вывести из нормального состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимая антропогенная нагрузка на окружающую среду – это нагрузка, которая не меняет качества окружающей среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушается существующая экологическая система
и не возникают неблагоприятные последствия в важнейших популяциях Если нагрузка превышает допустимую, то антропогенное воздействие причиняет ущерб популяциям, экосистемам или биосфере в целом. При определении допустимых нагрузок руководствуются следующими требованиями к показателям нормального функционирования экосистем: 1. Биомасса всех основных звеньев пищевых цепей должна быть высокой.
Это обеспечивает синтез большого количества кислорода и продуктов животного происхождения. 2. Высокой биомассе должна соответствовать высокая продуктивность. Это создает предпосылки для быстрой компенсации возможных потерь биомассы на отдельных уровнях в результате случайных или закономерных внешних воздействий. 3. Высокая стабильность биогеоценоза в широком диапазоне внешних условий.
4. Обмен вещества и энергии протекает с большой скоростью. Это обеспечивает максимальную скорость биологической самоочистки системы. 5. Способность к быстрой перестройке структуры сообществ и к быстрым эволюционным преобразованиям популяций. Это обеспечивает поддержание биогеоценоза в оптимальном состоянии при изменении условий среды. 6. Экосистемы делят на три категории: а) заповедные; б) естественные; в) зоны с сильно преобразованными
экосистемами. 7. Учитывают фоновые загрязнения биосферы. Определение антропогенной нагрузки имеет большое значение при проектировании и осуществлении хозяйственного развития, строительства городов, определении приоритетов в природоохранной деятельности, для определения последствий воздействия и мер, направленных на уменьшение таких воздействий. При экологическом нормировании допустимых антропогенных нагрузок нужно учитывать: –
Экологическое нормирование различных воздействий, конечной задачей которого является защита экосистем. С этой целью выработаны предельно допустимые концентрации для различных веществ. Реакцию экосистем на любое воздействие. Основным критерием здесь является отсутствие снижения продуктивности, стабильности и разнообразия экосистем. * Действие устойчивых загрязнителей, переход загрязняющих веществ из одной среды в другую, пути воздействия таких веществ на популяции и экосистемы.
Изучение пути загрязняющих веществ от источника его выброса до попадания в живой организм. * Структуру экосистем для определения влияния на нее нагрузок. Основы мониторинга окружающей среды. Мониторинг – это система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Цель мониторинга – выявление антропогенных загрязнений, выявление критических ситуаций, факторов воздействия и наиболее подверженных воздействию элементов биосферы.
В РК в 1994 году разработана концепция Единой государственной системы экологического мониторинга РК (ЕГСЭМ РК). Согласно этой концепции целью экологического мониторинга является информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью на территории РК. Система мониторинга оценивает состояние объектов окружающей среды в отношении воздействия на здоровье человека, экологического состояния окружающей среды, пригодности природных ресурсов для конкретных видов
использования. Основные задачи экологического мониторинга: 1. Сбор и обработка данных наблюдений 2. Организация и ведение специальных банков данных, характеризующих экологическую обстановку и состояние природных ресурсов на территории РК, отдельных ее регионов 3. Оценка и прогноз состояния окружающей среды и антропогенного воздействия на нее 4. Информационное обеспечение долгосрочного и оперативного управления состоянием окружающей среды.
Данная система состоит из трех уровней: локального, регионального и республиканского. Локальный уровень строится в соответствии с существующим административно-территориальным делением РК. Он выполняет следующие функции: * Вырабатывает информацию о состоянии объектов окружающей среды и источников воздействия на них * Вырабатывает информацию о реальных масштабах воздействия, в целях оперативного принятия управляющих действий * Осуществляет наблюдение за показателями, специфическими
для данного региона * Формирует обобщенную информацию для обеспечения банков данных регионального и республиканского уровней. Локальная система включает в себя станции и посты наблюдения Региональный уровень является основным системообразующим элементом и формируется по типу региональных эколого-информационных центров, создаваемых по территориальному расположению в наиболее крупном центре региона. В его состав входят следующие подразделения: *
Оперативно-аналитическое, которое осуществляет оперативный анализ информации об экологическом состоянии региона и путях решения региональных экологических проблем и обеспечивает информацией СМИ и местные администрации * Информационно-аналитический, собирает информацию локального уровня, создает банк данных, организует обмен информацией’ с другими центрами и республиканским центром * Научно-исследовательский, осуществляет и координирует научные исследования по региональным программам
Отдел обеспечения локальных станций, осуществляет научно-методологическое обеспечение, обучение персонала станций, обеспечение сертификации и метрологии приборов. Республиканский уровень отвечает за методологическое, организационное, информационное обеспечение в целом.