Тема 1. Экология и окружающая природная среда.

Экологические системы.

Популяционно-видовой уровень – это совокупность особей одного вида, объединенных общей территорией и генофондом.

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических свойств, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал. Виды отличаются друг от друга по многим признакам:

1. Морфологический критерий базируется на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида.

2. Генетический критерий – это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размер и форма, это главный видовой признак.

3. Физиологический критерий – это сходство всех процессов жизнедеятельности и, прежде всего сходство размножения.

4. Географический критерий – определенный ареал, занимаемый видом в природе.

5. Экологический критерий – совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

Совокупность особей одного вида, распространённая на определённой территории называется популяцией, например, стадо оленей или берёзовая роща. Основными характеристиками популяции являются:

1. Плотность определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема.

2. Численность различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов. Падение численности ниже критической может привести к исчезновению популяции.

3. Возрастной состав зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости.

4. Характер распределения особей популяции в пространстве может быть равномерным, случайным или скученным.

Биоценоз включает все популяции разных видов, характеризующиеся определенными отношениями как между собой, так и с неорганической средой на определенной территории, называемой биотопом.

Биогеоценоз (наземная экосистема) – выделённый участок земной поверхности со своим природным набором живых существ (биоценоз) и др. компонентов: приземный слой атмосферы, почва, солнечная энергия (озеро, поляна, участок леса - биотоп). Очень крупные экосистемы называются биомами.

Биом - совокупность видов растений и животных, составляющих население одной природной зоны и характеризующаяся определенным типом структуры сообщества, выражающая комплекс адаптации к условиям среды. Существуют следующие основные типы биомов: тундра, хвойный лес, лиственный лес, влажный тропический лес, степь и пустыня.

Экосистемы подразделяются по степени антропогенного воздействия на естественные (сохранившиеся в неприкосновенности), модифицированные (изменившиеся от деятельности человека) и трансформированные (преобразованные человеком). Экосистема состоит из 4-х основных элементов.

1.Неживая (абиотическая) среда обитания – вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

2.Продуценты (производители) – живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. К ним относятся автотрофные организмы, производящие пищу, т.е. первичные органические вещества, в процессе фото- или хемосинтеза. Такую работу выполняют, главным образом, зелёные растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, а высвободившийся кислород используется при дыхании.

3.Консументы – потребители растительной и животной продукции - гетеротрофные организмы, главным образом животные, поедающие другие организмы.

В зависимости от источников питания различают несколько групп консументов:

1.Фитофаги – растительноядные, это консументы первого порядка. К ним относятся животные, питающиеся растениями (от тли и кузнечика до лошади и коровы).

2.Зоофаги – хищные организмы, питающиеся животными. К ним относятся и мелкие и крупные животные, растения - хищники. Консументы второго порядка питаются исключительно фитофагами, а третьего порядка – плотоядными животными.

3.Паразиты – консументы четвертого порядка.

4.Симбиотрофы – микроорганизмы, питающиеся корневыми выделениями растений (нити грибов, микроорганизмы, живущие в пищеварительном тракте животных - фитофагов).

5.Эврифаги – всеядные организмы со смешанным типом питания, питаются как растениями, так и животными.

6.Детритофаги – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных (выполняют функцию очищения экосистем).

4.Редуценты (разрушители) – гетеротрофные организмы, которые завершают работу детритофагов, они разлагают остатки отмерших существ (растительные остатки или трупы животных превращаются снова в исходное сырьё (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К ним относятся грибы, бактерии, беспозвоночные (например, черви).

Детритофаги и редуценты по типу питания выделяют в особые группы организмов – сапрофаги (питаются мертвыми органическими останками животных) и сапрофиты (питаются остатками растений и животных).

Взаимосвязи организмов в экосистемах весьма многообразны. Наиболее важное значение имеют пищевые или трофические взаимосвязи: один организм поедается другим, тот третьим и т.д. Ряд таких звеньев называется пищевой или трофической цепью.

Пищевые цепи – последовательность организмов разных трофических уровней, в которых каждое предыдущее звено служит пищей для последующего. В природе они взаимосвязаны и образуют сложную пищевую сеть.

Основу любой пищевой цепи составляют автотрофные организмы, или продуценты – преимущественно зеленые растения. Следующие звенья в цепи питания занимают гетеротрофные организмы – консументы. Начиная со звена продуцентов, имеются два основных пути использования энергии. Во-первых, она используется травоядными животными (фитофагами), во-вторых, ее потребляют сапрофаги в виде уже отмерших тканей (например, при разложении прошлогодней травы). Сапрофаги получают необходимую энергию, разлагая мертвое органическое вещество. В соответствии с этим существует два вида пищевых цепей: цепи поедания и цепи разложения. Пищевые сети в микробных сообществах отличаются тем, что бактерии, как правило, не поедают друг друга, а потребляют продукты жизнедеятельности своих соседей.

Большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется животными на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-10% энергии расходуется на построение тела животного, т.е. его биомассы.

Биомасса растений составляет первый трофический уровень, биомасса 2-го трофического уровня (фитофаги) в 20-50 раз меньше, поскольку растительноядные съедают около 10% биомассы растений, из которых на дыхание и с экскрементами теряется 90% энергии. Биомасса плотоядных, по тем же причинам, в 10 и более раз меньше, чем растительноядных (правило 10%).

Соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами можно представить в виде пирамиды. Уровень экологической пирамиды составляет звено пищевой цепи. Основанием экологической пирамиды служит первый трофический уровень – продуценты. Без них экосистема съела бы сама себя и прекратила бы свое существование. В наземных экосистемах с повышением трофического уровня запас биомассы уменьшается, а в некоторых водных экосистемах запас биомассы увеличивается при переходе от продуцентов (водорослей) к консументам. Поэтому в водных экосистемах экологическая пирамида оказывается перевернутой, т.к. биомасса консументов выше, чем продуцентов. Перевернутая пирамида наблюдается не во все сезоны года. Летом, в период массового развития планктона, его биомасса может быть выше биомассы 2-го и 3-го трофических уровней.

 

Продуценты

Консументы 1-го порядка

Консументы 2-го порядка

 

а) экологическая пирамида наземных экосистем б) водных экосистем

 

В ряде глубоководных и подземных экосистем практически нет звена продуцентов – их продукция поступает от поверхностных экосистем.

Количество звеньев (трофических уровней) в наземных экосистемах может достигать четырех (растение – фитофаг - мелкий хищник - крупный хищник), в водных – шести (фитопланктон – растительный зоопланктон – плотоядный зоопланктон – мелкие рыбы – средние рыбы – крупные рыбы).

Производительность экосистемы измеряется массой органического вещества, созданного экосистемой за единицу времени на единицу площади, и называется биологической продуктивностью (т/км² в год).

Экосистема живет и развивается как единое целое. В природе менее устойчивые экосистемы со временем сменяются на более устойчивые. Их смена определяется тремя факторами:

1) упорядоченным процессом развития экосистемы - установлением в ней стабильных взаимоотношений между видами;

2) изменением климатических условий;

3) изменением физической среды под влиянием жизнедеятельности организмов, составляющих экосистему.

Последовательная смена одних экосистем другими на определенном участке земной поверхности под воздействием природных или антропогенных факторов называется сукцессией. Сукцессии подразделяют на первичные и вторичные.

Первичные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где условия существования поначалу не являются благоприятными. Примером первичной сукцессии является зарастание песчаных дюн или лавовых потоков.

Вторичные сукцессии происходят на участке, уже занятом хорошо развитым сообществом (под влиянием внутренних факторов - жизнедеятельности организмов), или освободившемся после разрушения сообщества под воздействием внешних причин (стихийных бедствий - пожаров, наводнений или в результате деятельности человека). Примером вторичной сукцессии под влиянием внутренних факторов может служить процесс зарастания озера (под воздействием жизнедеятельности населяющих его организмов озеро медленно наполняется мертвым органическим веществом, постепенно в озере уменьшается глубина, и в конце концов оно превращается в болото, а затем и в сушу). Сукцессию можно наблюдать и на городских улицах, например, мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах. Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называется климаксом, а экосистема – климаксовой.

Внезапное резкое увеличение численности одних видов происходит за счет гибели других, при этом возникают экологические нарушения. Экологические нарушения возникают при вторжении в экосистему новых видов (кролик в Австралии) или при непродуманном воздействии человека на природу (сброс биогенов в водоем).

На формирование экосистем влияют абиотические и биотические факторы. К абиотическим факторам в первую очередь относят факторы неорганической природы: свет, температура, влажность, давление, агрегатное состояние самой среды, химический состав, концентрация веществ в ней, а также физические поля, радиация, суточные и сезонные изменения в природе. Биотические факторы – это прямые или опосредованные воздействия других организмов, населяющих среду обитания данного организма. Все биотические факторы обусловлены внутривидовыми и межвидовыми взаимодействиями. К биотическим факторам среды относятся и питательные вещества, т.е. элементы или их соединения, необходимые для жизнедеятельности организмов, их роста и размножения. Элементы, постоянно присутствующие в живых организмах и выполняющие там определенные функции, называются биогенными элементами. Часть их них требуется в больших количествах и входит в организм в больших количествах – это макробиогенные элементы. Элементы, требующиеся в небольшом количестве и входящие в организм в небольших концентрациях – микробиогенные.

Биотические факторы включают определенные типы отношений между живыми организмами:

1. Нейтрализм, при котором совместно обитающие на одной территории популяции не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно, например, белки и лоси в одном лесу не контактируют друг с другом.

2. Симбиоз - форма взаимоотношений, при котором оба вида или один из них извлекает пользу от другого. Положительные симбиотические взаимоотношения представлены в природе самыми разнообразными формами.

Тип взаимоотношений, при котором один из двух совместно обитающих видов извлекает пользу из совместного существования, не причиняя вреда другому виду, называется комменсализмом. Например, в открытом океане крупных морских животных - акул, дельфинов, черепах - часто сопровождают небольшие рыбы-лоцманы. Лоцманы кормятся остатками пищи животных, которых сопровождают, а также их паразитами. Близость к крупным хищникам защищает лоцманов от нападения. Такие отношения межу видами принято называть нахлебничеством. Нахлебничество принимает разные формы. Например, гиены подбирают остатки недоеденной львами добычи.

Зачастую тела других организмов или их местообитания служат убежищем. Эта форма взаимоотношений получила название квартирантства. Например, мальки рыб прячутся под зонтиками крупных медуз, где находятся под защитой щупалец.

Следующим видом симбиоза является протокооперация - когда совместное существование выгодно обоим видам, но необязательно для них (сосуществование актинии и рака-отшельника).

Наиболее сильная взаимосвязь между организмами возникает при мутуализме, когда оба вида не только извлекают пользу из совместного существования, но и не могут жить самостоятельно. Примером мутуализма являются отношения микроорганизмов, обитающих в желудке жвачных копытных животных. Жвачные питаются растительной пищей, однако у них нет ферментов, расщепляющих целлюлозу. Микроорганизмы вырабатывают такие ферменты, переводя целлюлозу в простые сахара, при этом получают в желудке пищу и условия для размножения. Без микроорганизмов-симбионтов крупные животные могут погибнуть от голода.

3. Антибиоз, при котором обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательное влияние.

Хищничество - при котором представители одного вида ловят и поедают представителей другого вида. Частным случаем хищничества служит каннибализм - поедание особей своего вида, чаще всего молоди.

Другим видом антибиоза является паразитизм - когда один из видов использует другой в качестве источника пищи, места обитания, защиты от врагов и т.д. Переход к паразитизму резко увеличивает возможность вида выжить в борьбе за существование. К числу постоянных паразитов относятся простейшие (дизентерийная амеба), плоские черви (сосальщики, цепни), круглые черви (аскарида, трихина и многие другие), членистоногие (вши, блохи, чесоточный клещ). Паразиты могут поселяться в крови, в тканях и полостях тела. Поскольку при постоянном паразитизме организм хозяина - единственное местообитание для паразита, с гибелью хозяина погибает и паразит. У человека могут паразитировать около 500 видов, практически во всех частях тела.

Когда у двух близких видов наблюдаются сходные потребности (в пище, местах обитания и т.п.) возникает еще один биотический фактор - конкуренция. Различают три основных типа конкуренции: взаимное конкурентное подавление, конкуренция из-за ресурсов и аменсализм - когда одна из популяций подавляет другую.

Животные в экосистемах редко конкурируют, поскольку разные виды адаптированы к питанию неодинаковой пищей и в разных местах или в разное время, то есть занимают различные экологические ниши.

Экологическая ниша – совокупность всех факторов природной среды, в пределах которой возможно существование вида (местообитание, взаимоотношения с другими видами, конкуренция за пищу, наличие врагов и т.д.).

Тема 2. Атмосферный воздух.

Планировка санитарно-защитной зоны.

Для снижения вредного влияния загрязнённого воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем высокие и под их защитой – детские и лечебные учреждения; озеленение, ССЗ вокруг заводов размером от 50 м и более.

Предприятия, выделяющие в окружающую среду вредные и неприятно пахнущие вещества необходимо отделять от жилой застройки СЗЗ, которая определяется как территория между источником выделения производственных вредностей (физических, химических, биологических) и границей, где влияние этих веществ не превышает 5% от соответствующих гигиенических нормативов.

Размеры СЗЗ определяются мощностью предприятия, условиями осуществления технологического процесса, характером и количеством выделяющихся в окружающую среду веществ. По совокупности этих показателей предприятия разделены на пять классов, для которых установлены следующие значения ширины санитарно-защитных зон:

Класс I II III IV V

Ширина СЗЗ, м 1000 500 300 100 50

Предприятия I-III классов запрещено располагать среди жилой застройки даже при соблюдении необходимых размеров СЗЗ.

СЗЗ нельзя рассматривать как резервную территорию предприятия и использовать ее для расширения промышленной площадки. Вместе с тем в ней допустимо размещение объектов более низкого класса вредности, чем основное производство, для которого установлена санитарно-защитная зона, а также пожарных депо, гаражей, складов, стоянок транспорта и т.п.

Санитарно-защитные зоны подлежат озеленению газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. При прохождении промышленных выбросов через озелененную зону концентрация содержащихся в них пыли и газов должна уменьшиться не менее чем вдвое.

Тема 3. Гидросфера.

Методы очистки воды.

Методы очистки сточных вод обычно классифицируют по характеру основных процессов, на которых они основаны. По этому признаку их подразделяют на механические, химические, физико-химические и биологические или биохимические.

1. Использование физических методов приводит лишь к изменению формы, размеров, агрегатного состояния и других физических свойств. При этом в последних не исчезают прежние и не возникают какие-либо новые вещества. Физические методы обеспечивают выделение из сточных вод до 95-99% взвешенных веществ и снижают органические загрязнения на 20-25%. Их разделяют на методы процеживания, отстаивания, центрифугирования и фильтрации. В качестве основного оборудования в них применяют различные модификации решеток, сит, отстойников, центрифуг, гидроциклонов и фильтров.

2. Химические методы применяют для удаления из сточных вод растворимых загрязнителей, используя различные реагенты. При взаимодействии с примесями последние образуют безвредные соединения или малорастворимые осадки, в состав которых переходят элементы вредных веществ. Таким образом, изменяются не только физические, но и химические свойства подвергаемых очистке систем. Основными методами химической очистки являются нейтрализация, окисление и восстановление.

Ι.Нейтрализация.

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процессах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН=6,5-8,5. Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы и абсорбцией кислых газов щелочными водами. Выбор метода нейтрализации зависит от объема и концентрации сточных вод, наличия и стоимости реагентов.

1. Нейтрализация смешением. Этот метод применяют, если на предприятии имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими компонентами. Кислые и щелочные воды смешивают в специальной емкости с мешалкой и без неё. В последнем случае перемешивание ведут воздухом.

2. Нейтрализация путем добавления реагентов. Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, КОН, Na₂CO₃, СаСО₃, цемент и гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са(ОН)₂ 5—10%. Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. При этом учитывают, будет ли в процессе образовываться осадок или нет.

3. Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы. В этом случае для нейтрализации кислых вод проводят фильтрование их через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола). Процесс ведут в фильтрах-нейтрализаторах, которые могут быть горизонтальными или вертикальными.

4. Нейтрализация кислыми газами. Для нейтрализации щелочных сточных вод используют отходящие газы, содержащие СО₂, SO₂, NO₂, N₂O₃. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку самих газов от вредных компонентов.

ΙΙ.Окисление.

Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорат кальция, пероксид водорода, кислород воздуха, озон и др. В процессе окисления токсичные загрязнения, содержащиеся в сточных водах, в результате химических реакций переходят вменее токсичные, которые удаляют из воды.

1. Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, фенолов, цианидов и др.

2. Окисление пероксидом водорода. Пероксид водорода является бесцветной жидкостью, в любых соотношениях смешивается с водой. Он может быть использован для окисления нитритов, цианидов, серо- и железосодержащих отходов и активных красителей.

В кислой среде пероксид водорода переводит соли двухвалентного железа в соли трехвалентного, азотистую кислоту — в азотную, сульфиды — в сульфаты. Цианиды в цианаты окисляются в щелочной среде (рН=9—12).

3. Окисление кислородом воздуха. Кислород воздуха используют при очистке воды от железа для окисления соединений двухвалентного железа в трехвалентное с последующим отделением от воды гидроксида железа. Образующийся гидроксид железа отстаивают в контактном резервуаре, а затем отфильтровывают.

Кислородом воздуха окисляют также сульфидные стоки целлюлозных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.

4. Окисление озоном позволяет одновременно обеспечить обесцвечивание воды, устранение привкусов, запахов и обеззараживание. Озонированием можно очищать сточные воды от фенолов, нефтепродуктов, сероводорода, соединений: мышьяка, ПАВ, цианидов, красителей, канцерогенных ароматических углеводородов, пестицидов и др. При обработке воды озоном происходит разложение органических веществ и обеззараживание воды; бактерии погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором.

При введении озона в воду идут два основных процесса — окисление и дезинфекция. Кроме того, происходит значительное обогащение воды растворенным кислородом.

Процесс очистки сточных вод значительно сокращается при совместном использовании ультразвука и озона, ультрафиолетового облучения и озона. Так, ультрафиолетовое облучение ускоряет окисление в 10²—10⁴ раз.

ΙΙΙ.Очистка восстановлением. Методы восстановительной очистки сточных вод применяют в тех случаях, когда они содержат легко восстанавливаемые вещества. Эти методы широко используют для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка.

а)в процессе очистки неорганические соединения ртути восстанавливают до металлической ртути, которую отделяют от воды отстаиванием или фильтрованием. Органические соединения ртути сначала окисляют с разрушением соединения, затем катионы ртути восстанавливают до металлической ртути. Для восстановления ртути и ее соединений предложено применять сульфид железа, железный порошок, сероводород и др.

б)наиболее распространенным способом удаления мышьяка из сточных вод является осаждение его в виде труднорастворимых соединений. При больших концентрациях мышьяка (до 110 г/л) метод очистки основан на восстановлении мышьяковой кислоты до мышьяковистой диоксидом серы.

в)метод очистки сточных вод от веществ, содержащих шестивалентный хром, основан на восстановлении его до трехвалентного с последующим осаждением в виде гидроксида в щелочной среде. В качестве восстановителей используются активный уголь, сульфат железа, водород, диоксид серы.

3. Физико-химические методы основаны на явлениях химического характера, получающих развитие под влиянием изменения термодинамических параметров (давление, объем, температура), эти способы очистки базируются на совокупности явлений, пограничных между физическими и химическими. Физико-химические методы пригодны для осаждения токсичных металлов и их солей, удаления масел и суспендированных веществ, осветления стоков. Выбор конкретного способа определяется свойствами и количеством стоков (коагуляция и флокуляция).

4. Биохимические способы очистки в настоящее время нашли широкое применение для очистки как хозяйственно-бытовых, так и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и неорганических веществ, которые используются микроорганизмами в качестве питательных веществ и источников энергии и при этом подвергаются окислению с образованием воды и СО₂ при аэробной и восстановительным процессам с образованием метана при анаэробной очистке. В процессе питания микроорганизмов происходит прирост их массы. В сообщество микроорганизмов входит множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных микроорганизмов (микроводорослей, грибов и дрожжей). Основная роль в сообществе принадлежит бактериям, число родов которых может достигать 5-10, а видов - несколько десятков и даже сотен. Масса микроорганизмов создает так называемый активный ил с концентрацией до 2-5 г/л сточных вод.

Возможность биохимического окисления определяется по отношению, называемому биохимическим показателем. (БПКполн/ХПК)•100,%.

БПК_ПОЛН — потребление кислорода до начала процессов нитрификации, т.е. окисления нитритов до нитратов.

ХПК — величина, характеризующая общее количество органических и неорганических восстановителей, реагирующих со всеми окислителями, находящимися в сточной воде. Если это отношение равно 50%, то вещества будут поддаваться биохимическому окислению.

Известны два вида процессов с участием микроорганизмов: окислительные (аэробные) в присутствии кислорода, наиболее распространенные в очистке сточных вод. Аэробный метод очистки основан на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20-40 градусов. При аэробном методе очистки микроорганизмы культивируются в виде активного ила или биопленки.

Восстановительные (анаэробные) методы протекают в отсутствие кислорода и используются для сбраживания осадков.

Аэробные процессы биохимической очистки могут протекать в природных условиях и в искусственных сооружениях.

1.В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах.

а)Поля орошения. Это специально подготовленные земельные участки, используемые одновременно для очищения сточных вод и агрокультурных целей. Очистка сточных вод в этих условиях идет под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием жизнедеятельности растений.

В процессе биологической очистки сточные воды проходят через фильтрующий слой почвы, в котором задерживаются взвешенные и коллоидные частицы, образуя в порах грунта пленку. Затем образовавшаяся пленка адсорбирует коллоидные частицы и растворенные в сточных водах вещества. Проникающий из воздуха в поры кислород окисляет органические вещества, превращая их в минеральные соединения.

Серьезной проблемой использования полей орошения может явиться загрязнение почвы и заражение растений патогенными бактериями и яйцами гельминтов.

б) Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то их называют полями фильтрации. Недостатки - большая площадь, возможность загрязнения подземных вод и воздуха газообразные продуктами разложения /запах - на 200 м/.

в)Биологические пруды - представляют собой каскад прудов, состоящий из 3—5 ступеней, через которые с небольшой скоростью протекает сточная вода. Пруды имеют небольшую глубину (0,5-1 м), хорошо прогреваются солнцем и заселены водными организмами. Бактерии используют для окисления загрязнений кислород, выделяемый водорослями в процессе фотосинтеза, а также кислород из воздуха. Водоросли, в свою очередь, потребляют СО₂, фосфаты и аммонийный азот, выделяемые при разложении органических веществ.

К недостаткам этих сооружений следует отнести низкую окислительную способность, сезонность работы, потребность в больших территориях, затрудненность очистки, трудно подобрать состав микроорганизмов, поддерживать их концентрацию на нужном уровне, микроорганизмы часто гибнут.

2.Искусственными сооружениями являются аэротенки и биофильтры при аэробной очистке и метатенки при анаэробной. В искусственных сооружениях процессы очистки протекают с большей скоростью, чем в естественных условиях.

1.Очистка в биофильтрах. Биофильтры - сооружения, в корпусе которых размещается кусковая насадка (загрузка) и предусмотрены распределительные устройства для сточной воды и воздуха. В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой загрузки, покрытый пленкой из микроорганизмов (биопленкой). Биопленка представляет собой слизистые образования толщиной от 2 мм и более. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и простейших.

Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их как источники питания и энергии. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная (омертвевшая) биопленка смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. В качестве загрузки используют различные материалы с высокой пористостью, малой плотностью и большой удельной поверхностью: щебень, гравий и шлак.

2.Очистка в аэротенках. Аэротенки представляют собой резервуары, в которых сточная вода смешивается с комплексом развивающихся микроорганизмов, образующих легко оседающие хлопья -активный ил, и насыщается воздухом или кислородом с помощью различных систем аэрации. Аэрация обеспечивает эффективное смешение сточных вод с активным илом, подачу в иловую смесь кислорода и поддержание ила во взвешенном состоянии. В процессе окисления органического вещества увеличивается биомасса микроорганизмов и образуется избыточный активный ил. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии.

3.Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод. Для очистки сточных вод используют метановое брожение, которое состоит из двух фаз: кислой и щелочной. В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, сероводород, диоксид углерода и водород. Изэтих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Процесс брожения проводят в метантенках - герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженного осадка.

К недостаткам относится медленный рост анаэробных, особенно метановых, бактерий.

Эрозионные процессы.

Эрозионные процессы - это явления, ведущие к разрушению горных пород и почв, равным образом обусловливаются как природными факторами геологического характера, ведущими к изменению поверхности Земли, так и антропогенными нагрузками на окружающую среду.

Известно, что земная кора находится под влиянием внутренних и внешних сил. Первые приводят к образованию крупных форм рельефа — гор, вулканов, плоскогорий, глубоких впадин, в результате поднятия и опускания земной коры, вулканической деятельности. Вторые вызывают разрушение горных пород и образование осадочных материалов вторичного происхождения.

Все факторы внешнего воздействия проявляются либо на границе атмосферы и литосферы, либо гидросферы и литосферы.

1.В первом случае наиболее разрушительными являются колебания температуры, атмосферные осадки, замерзание воды, ветер, объединяемые в группу атмосферных агентов. Их совокупность обусловливает выветривание горных пород. В зависимости от того, какие именно атмосферные агенты являются основными, каков при этом характер изменения горных пород, различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

а)Физическое выветривание разрушает горные породы без изменения их минерального состава. Оно происходит за счет быстрой смены температур, действия льда, образующегося при замерзании воды, и ветра.

б)Химическое выветривание имеет место при взаимодействии минералов и пород с водой и содержащимися в них веществами, с диоксидом углерода и кислородом воздуха. При этом происходит растворение минералов и изменение химического состава пород.

в)Биологическое выветривание развивается под воздействием растительных и животных организмов, микробов, продуктов жизнедеятельности живых существ и разложения последних после отмирания.

2.Во втором случае разрушение осуществляется движущимися потоками воды (водная эрозия). В данном виде эрозии основной разрушительной силой являются моря, потоки дождевых, талых и речных вод, грязекаменные потоки и ледники.

Водную эрозию подразделяют на горизонтальную (плоскостную) и вертикальную (глубинную).

а)Горизонтальная эрозия проявляется в том, что выпадающие осадки или талые воды, стекая по уклону, захватывают и сносят вниз верхний слой почвы.

б)При вертикальной эрозии образуются овраги — вытянутые и разветвленные углубления, врезанные в рыхлую породу. Их образованию способствуют пересеченный рельеф местности, ливневый характер выпадающих осадков, быстрое снеготаяние, наличие легко размываемых пород.

Для борьбы с эрозией почв необходим комплекс мер:

- землеустроительных (распределение угодий по степени их устойчивости к эрозионным процессам);

- агротехнических (почвозащитные севообороты, контурная система выращивания сельскохозяйственных культур, при которой задерживается сток, химические средства борьбы и т. д.);

- лесомелио