–PAGE_BREAK–
5.Глобальный круговорот углерода и азота.
Круговорот углерода:
В биологическом круговороте углерода участвуют только органические соединения и диоксид углерода; фотосинтез и дыхание полностью комплементарны. Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, а в процессе дыхания углерод, содержащийся в органических соединениях, превращается в диоксид углерода.
В круговороте СО2 атмосферный фонд очень невелик (0,035% атм.), в сравнении с запасами углерода в океанах, в ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. Полагают, что до наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы.
В основе этого баланса лежит регулирующая деятельность зеленых растений и поглощающая способность карбонатной системы моря. Низкое содержание СО2, также как высокие концентрации О2 служат лимитирующими факторами для фотосинтеза: для большинства растений характерно увеличение интенсивности фотосинтеза, если в эксперименте увеличивается содержание CО2 или понижается содержание О2. Таким образом, зеленые растения оказываются весьма чувствительным регулятором содержания этих газов.
Фотосинтезирующий «зеленый пояс» Земли и карбонатная система моря поддерживают постоянный уровень содержания СО2 в атмосфере. Но в последнем столетии стремительно возрастающее потребление горючих ископаемых вместе с уменьшением поглотительной способности «зеленого пояса» начинает превосходить возможности природного контроля, так что содержание СО2 в атмосфере, сейчас постепенно возрастает. Если концентрация вдвое превысит доиндустриальный уровень, что может случиться к середине будущего века, вероятно потепление климата Земли: температура в среднем повысится на 1,5 — 4,5 °С, и это наряду с подъемом уровня моря (в результате таяния полярных шапок) и изменением распределения осадков может погубить сельское хозяйство.
Основным источником поступления «парникового газа» СО2 считается сжигание горючих ископаемых, однако свой вклад вносят также развитие сельского хозяйства и сведение лесов. Может показаться удивительным, что сельское хозяйство в конечном счете приводит к потере СО2 из почвы (то есть вносит в атмосферу больше, чем забирает оттуда), но дело в том, что фиксация СО2 сельскохозяйственными культурами, многие из которых активны лишь часть года, не компенсирует количества СО2, высвобождающееся из почвы, особенно в результате частой вспашки. Леса — важные накопители углерода, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в лесном гумусе — в 4 раза больше углерода, чем в атмосфере. Сведение леса, разумеется, может высвободить углерод, накопленный в древесине, особенно если она немедленно сжигается. Уничтожение леса, особенно при последующем использовании этих земель для сельского хозяйства или строительства городов, приводит к окислению гумуса.
Круговорот азота— Воздух, на 78,08% состоящий из азота, представляет собой крупнейший «резервуар» и одновременно «предохранительный клапан» системы. Азот постоянно поступает в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий и постоянно возвращается в круговорот в результате деятельности азотфиксирующих бактерий или водорослей (биологическая фиксация азота), а также действию электрических разрядов — молний и других физических процессов, в которых происходит фиксация азота.
Путь прохождения азота через экосистему отличается от пути углерода и кислорода в нескольких важных аспектах. Во-первых, большинство организмов не могут ассимилировать азот из огромного его фонда (3,85*1021 г N2), имеющегося в атмосфере. Во-вторых, азот не принимает непосредственного участия в высвобождении химической энергии при дыхании: главная его роль сводится к тому, что он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, которые создают структуру биологических систем и регулируют их функционирование. В-третьих, биологическое разложение азотсодержащих органических соединений до неорганических форм слагается из нескольких стадий, и некоторые из этих стадий могут осуществляться только специализированными бактериями. В-четвертых, большая часть биохимических превращений, участвующих в разложении азотсодержащих соединений, происходит в почве, где доступность азота растениям облегчается растворимостью его неорганических соединений.
Наиболее важные процессы в круговороте азота — это распад органических азотсодержащих соединений в результате аммонификации и нитрификации, восстановление нитратов и нитритов до молекулярного азота (N2) в результате денитрификации и его высвобождение в атмосферу, а также процесс биологической ассимиляции атмосферного азота путем его фиксации.
В органических соединениях азот обычно представлен амино – или какой-либо родственной группой, входящей в состав той или иной органической молекулы. У животных выведение из организма избыточного азота происходит путем отщепления аминов от органических соединений и выделения их в сравнительно неизменной форме, главным образом, в виде аммиака (NН3) или мочевины СО(NH2)2. Почвенные микроорганизмы легко превращают мочевину в аммиак путем гидролиза:
СО(NH2)2 + H2O ® 2 (NН3) + CO2
Некоторые специализированные, и повсеместно встречающиеся бактерии могут высвобождать химическую энергию, содержащуюся в аминогруппе, в результате ряда реакций нитрификации, для которых необходим кислород. Nitrosomonas превращает ион аммония в нитрит; Nitrobacter завершает процесс нитрификации, окисляя нитрит до нитрата. В форме нитратов азот усваивается зелеными растениями.
Денитрификация, в процессе которой нитраты превращаются в азот, происходит в несколько этапов:
NO3- ® NО2- ® N2O ® N2
причем на каждом из этих этапов выделяется кислород. (Бактерия Pseudomonas добывает с помощью этого процесса необходимый для дыхания кислород при отсутствии в почве свободного кислорода).
Следует обсудить энергетические взаимоотношения между компонентами круговорота азота, необходимые для функционирования этого круговорота. Ступенчатый процесс разложения белков до нитратов сам служит источником энергии для организмов, осуществляющих это разложение, а обратный процесс требует других источников энергии, таких, как органическое вещество или солнечный свет. Фиксация азота требует особенно больших затрат энергии, так как много энергии идет на разрыв тройной связи в молекуле азота N2, чтобы с добавлением водорода из воды превратить ее в две молекулы аммиака (NН3). Бактерии в клубеньках бобовых расходуют на биофиксацию 1 газота около 10 гглюкозы (примерно 40 ккал), полученной растением в фотосинтезе, то есть эффективность составляет около 10%.
Для фиксации азота необходимы специализированные биохимические механизмы, отсутствующие, по-видимому, у высших растений; лишь прокариоты, самые примитивные организмы, такие как сине-зеленые водоросли, бактерия Azotobacter и др., могут превращать биологически бесполезный газообразный азот в формы, необходимые для построения и поддержания живой протоплазмы. Когда эти микроорганизмы образуют взаимно выгодные ассоциации с высшими растениями, фиксация азота значительно усиливается. Растение предоставляет бактериям подходящее местообитание (т.е. корневые клубеньки, листья), защищает микробов от излишка кислорода, который мешает фиксации, и поставляет им необходимую высококачественную энергию — глюкозу. За это растение получает легкоусваиваемый фиксированный азот.
6. Экологические проблемы Тульской области.
Региональные экологические проблемы области обусловлены, прежде всего тем, что на сравнительно небольшой ее территории сконцентрировано большое число предприятий машиностроения, химической и металлургической промышленности, несколько мощных тепловых электростанций.
Среди всех областей центра России Тульская область по концентрации промышленных и энергетических предприятий на 1 м2 площади уступает только Московской. Три города — Тула, Новомосковск и Щекино — уверенно лидируют в скорбной шеренге 99 российских городов с неблагополучной экологической обстановкой.
Большое влияние на экологическую обстановку в Тульской области оказывают выбросы предприятий соседних областей, особенно Московской. К этому необходимо добавить, что регионы Восточной Европы (включая Тульскую область) получают до 40 % атмосферных загрязнений из Западной Европы. Экологическая ситуация в области крайне обострилась в результате радиационного загрязнения ее территории после аварии на Чернобыльской АЭС.
Атмосферный воздух:Чистый воздух уже становится дефицитным ресурсом во многих индустриальных в расчете на 1 км2 территории Тульская область превосходит Московскую в 1,7 раза, а Калужскую и Орловскую — более чем в 10 раз. На одного жителя области в 2000 г в областях России, где загрязнение атмосферы представляет реальную опасность для жизни и здоровья человека.
По выбросам вредных веществ в атмосферу. приходилось около 182 кг вредных веществ, выброщенных в атмосферу.
В атмосферный воздух выбрасывается 188 различных наименований вредных веществ.
Основными источниками загрязнения атмосферы области являются выбросы промышленных предприятий, процессы испарения и сжигания топлива.
Водные ресурсы: Основным потребителем воды в Тульской области является промышленность (74 %); население потребляет 23 % воды и сельское хозяйство — 3 %.
Главными пользователями водных ресурсов в области являются предприятия г. Тулы и Новомосковска. Несмотря на сокращение производства предприятий, поверхностные воды сильно загрязнены. Загрязнение промышленными и бытовыми отходами рек Воронка, Шат, Упа, Тулица, Мышега, Бешка, Сежа, верховьев Дона достигло такой степени, что об их самовосстановлении практически уже не может быть и речи. Во многих из них предельно допустимые концентрации (ПДК) для меди и никеля превышены в 10-50 раз, для лития и никеля — в 5-10 раз, для таллия и ртути — в 2 раза.
Естественным источником регионального хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения являются подземные воды. В Тульской области разведано 77 месторождений пресных подземных вод, в эксплуатации с 1999 г. находится 40 месторождений.
Население области обеспечивается только подземной водой. Речная вода в населенных пунктах для питьевых целей не используется.
Почвы:Основной категорией земельного фонда области являются сельскохозяйственные земли — около 1 845 тыс. га, или 71,8 % от ее общей территории. Одним из негативных процессов для почв области является эрозия. Проявление ее в значительной степени зависит от степени и характера хозяйственного освоения и использования земель.
В результате открытых разработок полезных ископаемых из сельскохозяйственного оборота изымаются огромные площади плодородных земель. Особое место в сбережении земельных богатств области занимает рекультивация, т. е. восстановление полей, находящихся под горными выработками.
Проведение рекультивационных работ в области осуществляется крайне медленно. В настоящее время насчитывается 27 брошенных карьеров, под которыми занято около 700 га.
Население:Демографическая ситуация. Условия существования людей на территории области оставляют желать лучшего.
Число постоянных жителей области с каждым годом уменьшается. За период с 1995 по 2000 гг. это сокращение составило более 65 тыс. человек, или 3,6 %. Это произошло за счет увеличения смертности (общей и младенческой), а также снижения рождаемости населения. Смертность превышает рождаемость в три раза.
Загрязнение грунтовых вод:Проходя через неотработанные отходы, вода образует ядовитый фильтрат, в состав которого входят остатки разлагающейся органики, различные красители, моющие средства, соли тяжелых металлов: железа, ртути, свинца и др.
Исследования последних лет показали, что, несмотря на высокую напряженность экологической обстановки в Тульской области, ее можно стабилизировать и затем улучшить при увеличении затрат на природоохранные мероприятия. Большая работа в этом плане проводится администрацией области совместно с комитетом природных ресурсов Тульской области.
С 1993 г. в Тульской области действует федеральная целевая «Программа оздоровления экологической обстановки и охраны здоровья населения Тульской области», продленная распоряжением Правительства РФ до 2005 г. Основной целью Программы является отработка экономических, организационных и правовых механизмов экологического оздоровления территории Тульской области и охрана здоровья населения.
7.Концепция устойчивого развития:
В докладе, представленном Комиссией в ООН, понятие устойчивого развития определяется следующим образом: «Устойчивое развитие — это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности». К определению был дан следующий комментарий: «Устойчивое и долгосрочное развитие представляет собой не неизменное состояние гармонии, а скорее процесс изменений, в котором масштабы эксплуатации ресурсов, направление капиталовложений, ориентация технического развития и институциональные изменения согласуются с нынешними и будущими потребностями».
Принципы устойчивого развития
Повестка дня на XXI век — план действий
В 1992 году на первом Всемирном Саммите земли под эгидой Комиссии ООН по окружающей среде и развитию обсуждались проблемы устойчивого развития Планеты. Главами государств 179 стран мира была принята Повестка дня на XXI век, которая является беспрецедентным глобальным планом действий в интересах устойчивого развития и представляет собой крупнейшее достижение в плане обеспечения комплексного рассмотрения экологических, экономических и социальных проблем на основе единой стратегии. Повестка дня на XXI век содержит свыше 2500 рекомендаций, включая подробные предложения относительно методов преодоления неэффективных структур потребления, борьбы с нищетой, охраны атмосферы, океанов и биологического разнообразия и поощрения устойчивого сельского хозяйства.
Предложения, изложенные в Повестке дня на XXI век, были дополнены и доработаны на нескольких крупных конференциях ООН по проблемам народонаселения, социального развития, городов и продовольственной безопасности, в частности во время Всемирного саммита по устойчивому развитию в Йоханнесбурге в 2002 году.
Устойчивое развитие предполагает повышение качества жизни всего населения планеты без увеличения масштабов использования природных ресурсов до степени, превышающей возможности Земли как экологической системы. Усилия по формированию устойчивого образа жизни предполагают комплексный подход к деятельности в трех ключевых областях:
Экономический рост и справедливость — применение комплексного подхода к стимулированию долгосрочного экономического роста.
Сохранение природных ресурсов и охрана окружающей среды – поиск экономически приемлемых решений проблемы сокращения потребления ресурсов, прекращения загрязнения окружающей среды и сохранения природной среды обитания.
Социальное развитие – удовлетворение потребностей людей в рабочих местах, продовольствии, образовании, энергии, медицинской помощи, воде и санитарии; бережное отношение к богатому культурному и социальному разнообразию и соблюдение прав трудящихся; обеспечение возможностей всех членов общества участвовать в принятии решений, влияющих на их дальнейшую судьбу.
8 Основные промышленные методы очистки отходящих газов от вредных и ценных компонентов
Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей.
В настоящее время разработано и опробовано в промышленности большое количество различных методов очистки газов от технических загрязнений: NOx, SO2, H2S, NH3, оксида углерода, различных органических и неорганических веществ. Основные методы очистки:
Абсорбционный метод.
Абсорбция представляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидком растворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во втором случае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используют для абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяя загрязнитель в чистом виде. Схемы с однократным использованием поглотителя применяют в тех случаях, когда абсорбция приводит непосредственно к получению готового продукта или полупродукта. В качестве примеров можно назвать:
получение минеральных кислот (абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция оксидов азота в производстве азотной кислоты);
получение солей (абсорбция оксидов азота щелочными растворами с получением нитрит-нитратных щелоков, абсорбция водными растворами извести или известняка с получением сульфата кальция);
других веществ (абсорбция NH3 водой для получения аммиачной воды и др.).
Адсорбционный метод.
Адсорбционный метод являются одним из самых распространенных средств защиты воздушного бассейна от загрязнений. Только в США введены и успешно эксплуатируются десятки тысяч адсорбционных систем. Основными промышленными адсорбентами являются активированные угли, сложные оксиды и импрегнированные сорбенты. Активированный уголь (АУ) нейтрален по отношению к полярным и неполярным молекулам адсорбируемых соединений. Он менее селективен, чем многие другие сорбенты, и является одним из немногих, пригодных для работы во влажных газовых потоках. Активированный уголь используют, в частности, для очистки газов от дурно пахнущих веществ, рекуперации растворителей и т.д.
Оксидные адсорбенты (ОА) обладают более высокой селективностью по отношению к полярным молекулам в силу собственного неоднородного распределения электрического потенциала. Их недостатком является снижение эффективности в присутствии влаги. К классу ОА относят силикагели, синтетические цеолиты, оксид алюминия.
загрязнителей.
Адсорбционные методы являются одним из самых распространенных в промышленности способов очистки газов. Их применение позволяет вернуть в производство ряд ценных соединений. При концентрациях примесей в газах более 2-5 мг/м³, очистка оказывается даже рентабельной. Основной недостаток адсорбционного метода заключается в большой энергоемкости стадий десорбции и последующего разделения, что значительно осложняет его применение для многокомпонентных смесей.
Термическое дожигание.
Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750-1200 °C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.
Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.
Термокаталитические методы.
Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей.
9. Нормирование качества окружающей среды. Плата за загрязнение окружающей среды.
Впервые о нормировании как одном из средств охраны окружающей природной среды было сказано в Законе РСФСР «Об охране окружающей природной среды 1991 г. (раздел IV). Раздел назывался «Нормирование качества окружающей природной среды».
В Федеральном законе «Об охране окружающей среды» 2001 года в главе V (ст. 21) также речь идет о нормировании.
Что же следует понимать под нормированием качества окружающей природной среды?
Во-первых, это деятельность, осуществляемая в целях государственного регулирования хозяйственной, научно-производственной, рекреационной и иной разновидности деятельности, которая является гарантом сохранения благоприятной окружающей природной среды и обеспечения экологической безопасности. Здесь имеются в виду охрана жизни и здоровья населения, предотвращение возникновения чрезвычайных экологических ситуаций, зон экологического бедствия и других. Нормирование – это, конечно же одна из функций управления качеством окружающей природной среды.
Во-вторых, установление нормативов качества окружающей природной среды преследует цель предельно допустимого воздействия на данную среду указанных нами видов деятельности и с обязательным учетом современных достижений науки и техники, а также международных правил и стандартов в этой сфере человеческой деятельности (ст. 19 Федерального закона).
На ряду с этим в данном случае большую роль играют требования, предъявляемые к субъектам хозяйственной и иных видов деятельности (глава VII Закона «Об охране окружающей среды»), а также лимиты или ограничения, устанавливаемые при использовании природных ресурсов. Эти лимиты предусмотрены, прежде всего, в ресурсовых кодексах различных федеральных законах, а также подзаконных актах.
Нормирование качества окружающей природной среды в основе своей должно иметь государственный экологический мониторинг, прогнозирование, планирование, экологическую экспертизу, экологический контроль, что позволяет правильно оценивать степень воздействия на окружающую природную среду.
Кроме того, необходимо учитывать уровень экологического мировоззрения населения тех или иных регионов страны и непременно учитывать гласность сведений о состоянии этой среды.
Совершенно очевидно, что нормирование качества окружающей природной среды является и основой всей природоохранной деятельности, ибо это нормирование дисциплинирует субъектов экологических отношений. Оно способно исключить анархию в данных отношениях, а также создает условие для добровольного прогнозирования будущего природной среды.
продолжение
–PAGE_BREAK–