Контрольная работа по "Экологии". 25

Оглавление

6. Основные законы  действия экологических факторов……………………….2

32. Очистные сооружения. Методы очистки сточных вод……………………..5

60. Основные отряды насекомых (прямокрылые, таракановые, стрекозы), их краткая характеристика и практическое значение……………………………15

73. Сравнительно - анатомическая характеристика органов выделительной системы Позвоночных животных………………………………………………18

Литература……………………………………………………………………….20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Основные законы действия экологических факторов.

Основные  законы экологии:

     Как и любая наука, экология выявляет закономерности протекания изучаемых  процессов и формулирует их в  виде кратких логических и проверенных  практикой положений — законов.

     Основные  законы экологии:

• Закон незаменимости биосферы: биосфера — это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.
• Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества — биогенная миграция.
• Закон физико-химического единства живого вещества: общебиосферный закон — живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично для других (например, загрязнители).
• Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.
• Закон единства «организм – среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.
• Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговороте энергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.
• Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.
• Закон (правило) 10 процентов Р. Линдемана: среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% энергии (или вещества в энергетическом выражений), как правило, не ведет к неблагоприятным последствиям для экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.
• Закон толерантности (В. Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
• Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
• Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю. Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от него зависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимуме управляется рост.
• Закон (принцип) исключения Гаузе: два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

«Законы»  экологии Б. Коммонера:

• 1) все связано со всем;
• 2) все должно куда-то деваться;
• 3) природа «знает» лучше;
• 4) ничто не дается даром.

     Из  закона всеобщей связи («все связано  со всем») вытекает несколько следствий:

     Закон больших чисел – совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады  бактерий в почве, воде, в телах  живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального  существования всего живого. Или  другой пример: случайное поведение  большого числа молекул в некотором  объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.

     Принцип Ле Шателье (Брауна)– при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции.

     Закон оптимальности – любая система  функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для  нее пространственно-временных пределах.

     Любые системные изменения в природе  оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека – от состояния  индивидуума до сложных общественных отношений.

     Из  закона сохранения массы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение:

     Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная  или общественная система может  развиваться только за счет использования  материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно  изолированное саморазвитие невозможно.

     Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может  быть растянуто во времени. Этот закон  исключает принципиальную возможность  безотходного производства и потребления  в современном обществе. Материя  не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

     Утверждение «ничто не дается даром» означает, что  любое новое приобретение в эволюции экосистемы обязательно сопровождается утратой какой-то части прежнего достояния и возникновением новых, все более сложных проблем. К  примеру, с появлением многоклеточных организмов (грибов, растений, животных) и выходом их на сушу во много  раз увеличилось биоразнообразие  планеты, началось освоение экологических  ниш и формирование биосферы Земли. Но вместе с «многоклеточностью»к живым существам пришли старость и болезни, в том числе инфекции, злокачественные опухоли, паразитизм.

      Таким образом, круг задач современной  экологии очень широкий и охватывает практически все вопросы, которые  затрагивают взаимоотношения человеческого  общества и естественной среды, а  также проблемы гармонизации этих отношений. Из сугубо биологической науки, которой  была экология всего каких-то 30 - 40 лет  тому, сегодня она стала многогранной комплексной наукой, главной целью  которой есть разработка научных  основ спасения человечества и среды его существование — биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы. Ныне экологическим воспитанием охватываются все слои населения на планете. Познание законов гармонизации, красоты и рациональность природы поможет человечеству найти верные пути выхода из экологического кризиса. Изменяя и в дальнейшем естественные условия (общество не может жить иначе), люди будут вынуждены делать это обдуманно, взвешенно, предусматривая далекую перспективу и опираясь на знание основных экологических законов. 
 
 
 
 
 
 

32. Очистные сооружения. Методы очистки сточных вод.

     При проектировании очистных сооружений разрабатываются  такие технические решения, которые  уменьшают отрицательное воздействие  очистных сооружений на окружающую среду. К числу таких решений относятся:

     – применение оборудования и технологических процессов, обеспечивающих надежную работу сооружений и малую вероятность их остановки;

     – использование в аэрационных сооружениях мелкопузырчатых пневмоаэраторов, работающих в режиме «мягкой» аэрации, что сокращает количество аэрозольных выбросов;

– соблюдение санитарно-гигиенических и водоохранных требований

     Для складирования обезвоженного осадка предусматривается открытая площадка, рассчитанная на 4–5 месячное хранение кека при высоте слоя 1,5–2 м. Ее площадь: . Размеры в плане 10,5х21,5 м

     Методы  очистки сточных вод:

     Очистка сточных вод – обработка сточных  вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ.

     Методы  очистки сточных вод можно  разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки называется комбенированным.

     Механическая  очистка сточных  вод

     К механическим способам очистки сточных  вод можно отнести фильтрование, осаждение, и флотацию стоков.

     Метод осаждения может использоваться, например, для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Фильтрация сточных вод при помощи данного метода можно организовать двумя различными способами: либо под действием силы тяжести – при отстаивании сточных вод, или же под действием центробежной силы. Установки, очищающие сточные воды такими способами, как правило, могут удалять нерастворимые взвеси размером более нескольких долей миллиметра. При фильтрации сточных вод нередко используют многоступенчатые отстойники. При этом частично очищенная на первой ступени сточная вода под напором подается в следующие отстойники.

     Другим  методом очистки производственных сточных вод и загрязненных вод  другого происхождения от крупнодисперсных субстанций является метод флотации. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных пузырьков. Как результат флотации, образуются пенные образования, содержащие загрязнители воды, которые, затем, удаляются особыми скребками. Пузырьки воздуха для флотации могут быть получены механическими способами – при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими способами.

     Пожалуй, самым широко используемым в настоящее  время методом очистки сточных  воды от крупнодисперсных агентов является процесс фильтрации стоков через  пористые материалы или сетки  с нужным пространственным рейтингом  фильтрации. Очистка сточных вод  с использованием указанных процессов  важна, если необходимо использование  оборотной воды.

     Очистка сточных вод процеживанием  и отстаиванием

     Процеживание. Важной и обязательной мерой очистки и подготовки воды для последующей очистки является удаление из сточных вод крупных загрязнений. Для этого в составе всех очистных сооружений проектируются решетки. Они выполняются из ряда металлических стержней, расположенных параллельно друг другу и создающих плоскость с прозорами, через которую процеживается вода.

     Размер  решеток определяется из условия  обеспечения в прозорах решеток оптимальной скорости 0,8–1,0 м/с при максимальном расходе сточных вод.

     Для удаления более мелких взвешенных веществ, а также ценных продуктов, применяют  сита, которые могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Сито барабанного типа представляет собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5–1,0 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от подвода воды снаружи или внутрь. Задерживаемые примеси смываются с сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от диаметра барабана и его длины, а также от свойств примесей. Сита применяют в текстильной, целлюлозно-бумажной и кожевенной промышленности.

     Отстаивание. Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

     Как правило, сточные воды содержат взвешенные частицы различной формы и  размера. Такие воды представляют собой  полидисперсные гетерогенные агрегативно-неустойчивые системы. В процессе осаждения размер, плотность и форма частиц, а  также физические свойства системы  изменяются. Кроме того, при слиянии  различных по химическому составу  сточных вод могут образовываться твердые вещества, в том числе  и коагулянты. Эти явления также  оказывают влияние на форму и  размеры частиц. Все это усложняет  установление действительных закономерностей  процесса осаждения.

     Песколовки. Их применяют для предварительного выделения минеральных и органических загрязнений (0,20–0,25 мм) из сточных вод. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25–1,00 м. Скорость движения воды в них не превышает 0.3 м/с. Разновидностью горизонтальных песколовок являются песколовки с круговым движением воды в виде круглого резервуара конической формы с периферийным лотком для протекания сточной воды. Осадок собирается в коническом днище, откуда его направляют на переработку или в отвал. Применяются при расходах до 7000 м³/сут. Вертикальные песколовки имеют прямоугольную или круглую форму, в них сточные воды движутся с вертикальным восходящим потоком со скоростью 0.05 м/с.

     Конструкцию песколовки выбирают в зависимости  от количества сточных вод, концентрации взвешенных веществ. Наиболее часто  используют горизонтальные песколовки.

     Отстойники. Различают отстойники: горизонтальные, вертикальные, радиальные, тонкослойные (трубчатые, пластинчатые).

     Горизонтальные  отстойники. Они представляют собой прямоугольные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделения Вода движется с одного конца отстойника к другому.

     Осветлители. Их применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

     Воду  с коагулянтом подают в нижнюю часть осветлителя. Хлопья коагулянта и увлекаемые им частицы взвеси поднимаются  восходящим потоком воды до тех пор, пока скорость выпадения их не станет равной скорости восходящего потока – сечение 1–1. Выше этого сечения  образуется слой взвешенного осадка, через который фильтруется осветленная  вода. При этом наблюдается процесс  прилипания частиц взвеси к хлопьям  коагулянта. Осадок удаляется в осадкоуплотнитель, а осветленная вода поступает в желоб, из которого ее направляют на дальнейшую очистку.

Очистка сточных вод фильтрованием

     Фильтрование  применяют для выделения из сточных  вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перегородкой или вакуума после перегородки.

     Фильтрование  через фильтрующие  перегородки. Выбор перегородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра.

     Фильтровальные  перегородки, задерживающие частицы, должны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, достаточной механической прочностью и гибкостью, химической стойкостью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования.

     Для фильтрования используют различные  по конструкции фильтры. Основные требования к ним: высокая эффективность  выделения примесей и максимальная скорость фильтрования.

     Процесс фильтрования состоит из трех стадий: 1) перенос частиц на поверхность  вещества, образующего слой; 2) прикрепление к поверхности и 3) отрыв от поверхности.

     По  характеру механизма задерживания взвешенных частиц различают два  вида фильтрования: 1) фильтрование через  пленку (осадок) загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки; 2) фильтрование без образования пленки загрязнений. В первом случае задерживаются  частицы, размер которых больше пор  материала, а затем образуется слой загрязнений, который является также  фильтрующим материалом. Во втором случае фильтрование происходит в толще  слоя загрузки, где частицы загрязнений  удерживаются на зернах фильтрующего материала адгезионными силами.

     Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в открытых фильтрах равна 1 -2 м, в закрытых – 0,5–1,0 м. Напор воды в закрытых фильтрах создается насосами.

     Медленные фильтры используют для фильтрования некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой. Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25 мг/дм» принимают скорость фильтрования 0,2–0.3 м/ч; при 25–30 мг/дм – 0,1–0,2 м/ч. Достоинством фильтров является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая стоимость и сложная очистка от осадка.

     Скоростные  фильтры могут быть двух типов: однослойные и многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того же материала, у многослойных – из различных материалов.

     Сточную воду в фильтр подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий  материал и дренаж и удаляется  из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят промывку подачей  промывных вод снизу вверх. Дренажное  устройство выполняют из пористо-бетонных сборных плит. На нем размещают  фильтрующий материал (в 2–4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая  высота слоя загрузки равняется 1,5–2 м. Скорость фильтрования принимается равной 12–20 м/ч.

     В многослойных скоростных фильтрах фильтрующий слой состоит из зерен разных материалов, например, из слоя антрацита и песка. Верхние слои имеют зерна большего размера, чем нижние. Конструкция этих фильтров мало отличается от конструкции однослойных. Они имеют более высокую производительность и большую продолжительность фильтрования.

     Выбор тина фильтра для очистки сточных  вод зависит от количества фильтруемых  вод, концентрации загрязнений и  степени их дисперсности, физико-химических свойств твердой и жидкой фаз и от требуемой степени очистки.

     Промывку  фильтров, как правило, производят очищенной  водой (фильтратом), подавая ее снизу  вверх. При этом зерна загрузки переходят  во взвешенное состояние и освобождаются  от прилипших частиц загрязнений. Может  быть произведена водо-воздушная  промывка, при которой сначала  зернистый слой продувают воздухом для разрыхления, а затем подают воду. Интенсивность подачи воздуха  изменяется в пределах 18–22 дм³ /(м²с), а воды – 6–7 дм³(м²с). Возможна и трехэтапная промывка. Сначала слой продувают воздухом, а затем смесью воздух-вода; на последнем этапе – водой. Продолжительность промывки 5–7 мин

     Химический  метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%

     При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

     Физико-химические методы очистки сточных вод с  применением коагулянтов

     Эффективность реагентного способа очистки воды, в частности с использованием коагулянтов, можно повысить, установив долее строгий контроль за расходом реагентов в зависимости от количества загрязнений, присутствующих в сточных водах, и физико-химических характеристик этих загрязнений, в первую очередь от их заряда, характеризуемого x потенциалом. Внедрение автоматизированного контроля за расходом реагентов позволит повысить не только степень очистки воды, но и снизить расход реагентов.

     Очистка производственных сточных вод реагентным способом включает несколько стадий, основными из которых являются:

     1) Приготовление и дозирование  реагентов;

     2) Смешение реагентов с водой;

     3) Хлопьеобразование;

     4) Отделение хлопьевидных примесей  от воды.

     Перемешивание сточных  вод с реагентами

     Приготовленный  раствор через дозирующее устройство и смеситель вводят в воду. Перемешивание  воды с реагентами целесообразно  осуществлять в две стадии, причем первую стадию проводить в режиме, приближающемся к режиму идеального смешения, а вторую – в режиме идеального вытеснения по жидкой фазе. Это обусловлено тем, что на первой стадии должно быть обеспечено равномерное  распределение реагента по всему  объему очищаемых сточных вод, а  на второй – создание условий, исключающих  распад образовавшихся агломератов  частиц загрязнений. Первый режим можно  осуществить, например, а аппарате с интенсивно вращающейся мешалкой, а второй – в слое взвешенного осадка.

     Эффективность мгновенного перемешивания заключается  в изменении степени дисперсности продуктов гидролиза коагулянтов, абсорбирующихся на поверхности  частиц загрязнений. При более интенсивном  перемешивании увеличивается вероятность  сорбции на поверхности частиц загрязнений мелких частиц продуктов гидролиза коагулянтов, что приводит к экономии коагулянта и одновременному увеличению прочности связи частиц в микрохлопьях.

     При выборе режима смешения коагулянта необходимо учитывать состав и физико-химические свойства сточных вод, а также  вводимых реагентов. Важность определения  оптимальных параметров режима смешения обусловлена также большой ролью  ортокинетической стадии коагуляции в процессах агрегации частиц загрязнений. Вероятность столкновений между коагулирующими частицами возрастает с увеличением интенсивности перемешивания. Однако при достижении определенного скоростного градиента образующиеся хлопья начинают разрушаться. Для применяемых коагулянтов значение скоростного градиента составляет примерно 20–70 с^-1. В направлении интенсификации перемешивания воды с реагентами развивается и разработка смесителей.

     Быстрое перемешивание реагентов с водой  может быть достигнуто в смесителях с псевдоожиженной насадкой и предварительной электрообработкой смеси.

     Электромагнитные  смесители целесообразно применять прежде всего при контактировании воды с растворами электролитов, например с растворами кислот, щелочей, солей. Однако возможно перемешивание не электропроводимых реагентов, например полиакриламида с водой, в электромагнитных смесителях с псевдоожиженной или магнитоожиженной насадкой.

     Наиболее  просты в аппаратурном оформлении смесители, содержащие камеру электрообработки, в которой установлены два или несколько электродов. В результате воздействия электрического поля на растворы электролитов происходит эффективное смешение воды с коагулянтом, что позволяет существенно сократить время перемешивания, а также расход реагентов на очистку стоков. Электролиз проводят, как правило, в режимах без заметного выделения газов (кислорода и водорода)

     Другим  простейшим вариантом электромагнитного  перемешивания является использование  генераторов магнитного поля, устанавливаемых  на участке трубы, где одновременно подают воду и раствор коагулянта (электролита). Такие смесители весьма просты и их легко установить практически на любом участке технологической линии. Кроме того, смесители с использованием постоянных магнитов могут быть установлены в помещениях любой категории.

     Высокая интенсивность очистки достигается  в электромагнитных смесителях с  магнитоожиженной насадкой, состоящей из ферромагнитных частиц.

     В тех случаях, когда недопустимо  загрязнение очищаемой воды примесями  железа, вместо смесителей с магнитоожиженной насадкой можно применить электромагнитные смесители типа статора асинхронного двигателя с использованием в качестве насадки многоосетевого ротора с подвижными элементами.

     Отделение взвешенных частиц от воды

     Очистка воды от взвешенных коагулированных  частиц является многостадийным процессом, включающим, по крайней мере, образование  агрегатов и отделение их от воды. Процесс начинается с образования  агрегатов частиц, затем происходит их распад, переход агрегатов в  осадок, выпадение агрегатов частиц из осадка снова в жидкую фазу, выпадение  монодисперсных частиц из жидкости в  осадок, минуя стадию агрегатообразования. Процесс отделения агрегатов частиц от воды называется отстаиванием.

     В последнее время для очистки  сточных вод все чаще используют флотацию. Преимущество ее – достаточно высокая эффективность извлечения примесей из воды. процесс флотации зависит как от свойств частиц, так и от их размера, а также от ряда физико-химических свойств осветляемых токсидисперсных суспензий, включая и сточные воды. все это приводит к определенным трудностям внедрения флотационного способа очистки вод.

     Использование реагентов при флотации позволяет  в ряде случаев добиться высоких  показателей очистки. В практике флотационного разделения суспензий  известно достаточно много способов насыщения жидкости пузырьками газов (воздуха). Однако для очистки сточных  вод наибольший интерес представляет способ напорной флотации с образованием пузырьков газа в жидкости при  снижении давления, электронный способ аэрирования сточных вод, способ подачи сжатого воздуха через фильтры (пневматический), электролитический способ.