МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАСПИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА ИМ. Ш.ЕСЕНОВА
ФАКУЛЬТЕТ НЕФТЬ И ГАЗ
КАФЕДРА: «ЭКОЛОГИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
МУСАЕВА Ж.К.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Методические указания для выполнения практико-семинарских работ дисциплины (для студентов специальности 5В060800 – Экология)
Актау, 2016
Методическое указание
«Биологическая экология»:
Одобрена на заседании кафедры ЭХТ (протокол от 04.11.2015г. № 3);
| Заведующий кафедрой ЭХТ | А.К. Серикбаева | |||
| (подпись) | (И.О. Фамилия) |
Составлена:
| доцент | Ж.К. Мусаева | |||
| (должность) | (подпись) | (И.О. Фамилия) |
ВВЕДЕНИЕ
Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. При этом в экологии используются три подхода при изучении биологических объектов разной степени сложности – это отдельные организмы (аутэкология), целые популяции (демэкология) и взаимоотношения сообщества живых организмов с окружающей средой. Изучая непосредственно живые организмы, прослеживается связь с биологическим направлением.
Основой современной экологии является биологическая экология. Студенту по специальности 5В060800 – «Экология» знания биологических основ экологии очень важны, поскольку при решении задач по сохранению природных экосистем, восстановлению нарушенных объектов и охране биологических ресурсов планеты необходимо опираться на основные законы, принципы и инновационные зеленые направления. На сегодняшний день применение новейших технологий на основе химических, технических, физико-химических и других подходов приводит к вторичному загрязнению, дополнительным затратам человеческих ресурсов и денежных средств. Поэтому биологические направления считаются экологически чистыми, безопасными и наиболее дешевыми.
Цель изучения курса:
- фундаментальные знания об основных закономерностях взаимодействия живых организмов и природной среды, принципах функционирования экологических систем и биосферы в целом.
Задачи:
1. Знать общие закономерности взаимодействия живых организмов и среды обитания; распределения живых организмов в пространстве и во времени, изменения и регуляции численности организмов, потока энергии через живые системы и круговорота веществ, функционирования экологических систем и биосферы в целом; принципы рационального природопользования.
2. Уметь анализировать протекание экологических процессов, связанных с антропогенным воздействием на окружающую среду; выявлять их причины и определять пути устранения.
3. Уметь использовать полученные знания о закономерностях взаимодействия живых организмов и окружающей среды в практической деятельности.
4. Приобрести навыки анализа экологических процессов и постановки конкретных задач и приоритетов в природоохранной деятельности; знания закономерностей развития биосферы и условий сохранения экологического равновесия; навыки использования материалов исследований и результатов экспериментов для решения экологических задач.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
Название темы: Оценка качества питьевой воды
Общие сведения:
Вода – один из важнейших компонентов биосферы и необходимый фактор существования живых организмов. В настоящее время антропогенное воздействие на гидросферу значительно возросло. Открытые водоемы и подземные водоисточники относятся к объектам Государственного санитарного надзора. Требования к качеству воды регламентируются соответствующими нормативными документами.
В соответствии с нормативными требованиями качество питьевой воды оценивают по трем показателям: бактериологическому, содержанию токсических веществ и органолептическим свойствам.
Основные источники загрязнения водоемов – бытовые сточные воды и стоки промышленных предприятий. Поверхностный сток (ливневые воды) – непостоянный по времени, количеству и качеству фактор загрязнения водоемов. Загрязнение водоемов происходит также в результате работы водного транспорта и лесосплава.
Различают водоиспользование двух категорий:
1. к первой категории относится использование водного объекта в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности;
2. ко второй категории относится использование водного объекта для купания, спорта и отдыха населения, а также использование водных объектов, находящихся в черте населенных мест.
В качестве гигиенических нормативов принимают предельно допустимые концентрации (ПДК) – максимально допустимые концентрации, при которых содержащиеся в воде вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния на организм человека в течение всей жизни и не ухудшают гигиенические условия водопользования. ПДК вредных веществ в водных объектах первой и второй категорий водопользования приведены в табл. 1.
В соответствии с действующей классификацией химические вещества по степени опасности подразделяют на четыре класса: 1-й класс – чрезвычайно опасные; 2-й класс – высокоопасные; 3-й класс – опасные; 4-й класс – умеренно опасные.
В основу классификации положены показатели, характеризующие степень опасности для человека веществ, загрязняющих воду, в зависимости от их общей токсичности, кумулятивности, способности вызывать отдаленные побочные действия.
Если в воде присутствуют несколько веществ 1-го и 2-го классов опасности, сумма отношений концентраций (С1, С2, …. Сn) каждого из веществ в водном объекте к соответствующим значениям ПДК не должна превышать единицы:
| С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 +…+ Сn / ПДКn ≤ 1 | (1.) |
Порядок выполнения задания.
1. Ознакомиться с методикой
2. Выбрать вариант (табл. 1 из плана семинарских занятий – 7 пункт УМКД)
3. Дать классификацию нормативных требований к питьевой воде.
4. Дать классификацию категорий водопользования.
5. Перечислить лимитирующие показатели вредности.
6. Привести гигиенические нормативы для вредных веществ, содержащихся в пробах питьевой воды по варианту.
7. Сравнить фактические значения концентраций вредных веществ по варианту (табл. 2. из плана семинарских занятий – 7 пункт УМКД) с нормативными (табл. 1. из плана семинарских занятий – 7 пункт УМКД)
8. При наличии веществ 1-го и 2-го классов опасности провести оценку качества питьевой воды по формуле (3.1.).
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА:
Исходные данные:
| Вариант | Вредное вещество | Фактическая концентрация, мг/л |
| 1. | 2. | 3. |
| № --- | Бор Ацетон Алюминий Сероуглерод Бериллий Бутилен Хлор активный | 0,5 0,0001 0,4 0,3 0,0001 0,15 2,0 |
Цель работы: дать оценку качеству питьевой воды по данным варианта.
Ход работы:
В соответствии с нормативными требованиями качество питьевой воды оценивают по трем показателям: бактериологическому, содержанию токсических веществ и органолептическим свойствам.
Основные источники загрязнения водоемов – бытовые сточные воды и стоки промышленных предприятий. Поверхностный сток (ливневые воды) – непостоянный по времени, количеству и качеству фактор загрязнения водоемов. Загрязнение водоемов происходит также в результате работы водного транспорта и лесосплава.
Различают водоиспользование двух категорий: к первой категории относится использование водного объекта в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второй категории относится использование водного объекта для купания, спорта и отдыха населения, а также использование водных объектов, находящихся в черте населенных мест. В качестве гигиенических нормативов принимают предельно допустимые концентрации (ПДК) – максимально допустимые концентрации, при которых содержащиеся в воде вещества не оказывают прямого или опосредованного влияния на организм человека в течение всей жизни и не ухудшают гигиенические условия водопользования.
В соответствии с действующей классификацией химические вещества по степени опасности подразделяют на четыре класса: 1-й класс – чрезвычайно опасные; 2-й класс – высокоопасные; 3-й класс – опасные; 4-й класс – умеренно опасные.
По таблице 1.«ПДК веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения» находим данные ПДК, ЛПВ и классы опасности веществ, которые даны в варианте (см. табл. 2) - эти таблицы представлены в 7 пункте УМКД – в плане семинарских занятий и заполняем по данным данную таблицу:
| Вариант | Вредное вещество | Фактическая концентрация, мг/л | ЛПВ | ПДК, мг/л | Класс опасности | Данные для расчета |
| 1. | 2. | 3. | 4. | 5. | 6. | 7. |
| № --- | Бор Ацетон Алюминий Сероуглерод Бериллий Бутилен Хлор активный | 0,5 0,0001 0,4 0,3 0,0001 0,15 2,0 | С-т Общ. С-т. Орг. С-т. Орг. Общ. | 0,5 2,2 0,5 0,0002 0,2 Отсутствие |
Сравним фактические значения концентраций вредных веществ с нормативными:
Бор - не превышена ПДК; ацетон – концентрация в воде намного меньше ПДК; алюминий – концентрация меньше ПДК; сероуглерод – меньше ПДК; бериллий – меньше ПДК; бутилен – меньше ПДК; хлор активный – ПДК не установлена.
Из табл. 2. видно, что по данным варианта в воде находятся 7 веществ различных классов опасности., но только 3 из них относятся к 1-му и 2-му классам опасности.
Если в воде присутствуют несколько веществ 1-го и 2-го классов опасности, сумма отношений концентраций (С1, С2, …. Сn) каждого из веществ в водном объекте к соответствующим значениям ПДК не должна превышать единицы (согласно формуле 3.1.):
С1 / ПДК1 + С2 / ПДК2 +…+ Сn / ПДКn ≤ 1
0,5 /0,5 + 0,4/0,5 + 0,0001/0,0002 = 1 + 0,8 + 0,5 = 2,3
Вывод: По результатам расчета сумма отношений концентраций (С1, С2, …. Сn) веществ 1-го и 2-го классов опасности в водном объекте к соответствующим значениям ПДК превышает единицу и равна 2.3, следовательно, вода не относится к 1-ой категории водопользования и не является питьевой. Концентрации остальных веществ, находящихся в воде не превышают предельно допустимых значений. Вода относится ко 2-ой категории водопользования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник помощника санитарного врача и помощника эпидемиолога/Под ред. Д.П. Никитина, А.И. Зайченко. – 2-е изд. – М.: Медицина, 1990 - 512 с.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
Название темы: ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
Общие сведения:
В нормах радиационной безопасности НРБ-99 установлены:
1. Три категории облучаемых лиц:
категория А – персонал (профессиональные работники);
категория Б – профессиональные работники, не связанные с использованием источников ионизирующих излучений, но рабочие места которых расположены в зонах воздействия радиоактивных излучений;
категория В – население области, края, республики, страны.
2. Три группы критических органов:
1-я группа – все тело, половые органы, костный мозг;
2-я группа – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1-й и 3-й группам
3-я группа – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, стопы.
3. Основные дозовые пределы, допустимые для лиц категорий А, Б и В.
Основные дозовые пределы – предельно допустимые дозы (ПДД) облучения (для категории А) и пределы дозы (ПД) (для категории Б) за календарный год. ПДД и ПД измеряются в миллизивертах в год (мЗв/год). ПДД и ПД не включают в себя дозы естественного фона и дозы облучения, получаемые при медицинском обследовании и лечении (см. табл. 1. из плана семинарских работ – 7 пункт УМКД)
ПДД – наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы облучения за календарный год, которое при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызовет в состоянии здоровья персонала неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
ПД – основной дозовый предел, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не вызовет изменений здоровья, обнаруживаемых современными методами.
Методика оценки:
При проведении радиационного контроля и оценке соответствия параметров радиационной обстановки нормативам должны соблюдаться следующие соотношения:
Н ≤ ПДД, (1.)
где Н – максимальная эквивалентная доза излучения на данный критический орган, мЗв/год:
Н = D· k, (2.)
где D – поглощенная доза излучения, мЗв/год; k – коэффициент качества излучения (безразмерный коэффициент, на который следует умножить поглощенную дозу рассматриваемого излучения для получения эквивалентной дозы этого излучения);
Для категории В
Н ≤ ПД, (3.)
где Н рассчитывают по формуле (2.)
Значения коэффициента k приведены ниже.
| Вид излучения | k | |
| Рентгеновское и γ - излучение | ||
| Электроны и позитроны, β – излучение | ||
| Протоны с энергией < 10 МэВ | ||
| Нейтроны с энергией < 0,02 МэВ | ||
| Нейтроны с энергией 0,1 …10 МэВ | ||
| Α – излучение с энергией < 10 МэВ | ||
| Тяжелые ядра отдачи |
Порядок выполнения задания.
1. Выбрать вариант (табл. 2.).
2. Ознакомиться с методикой.
3. В соответствии с категорией облучаемых лиц, группой критических органов и режимов работы определить основные дозовые пределы (ПДД и ПД).
4. По формуле (2.) определить максимальную эквивалентную дозу излучения.
5. С помощью формул (1.) и (3.) сделать вывод о соответствии радиационной обстановки нормам радиационной безопасности.
6. Подписать отчет и сдать преподавателю.
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА
Исходные данные:
| Вариант | Категория облучаемых лиц | Облучение | ||
| Группа критических органов | Вид излучения | Поглощенная доза, мЗв/год | ||
| № | Б | Органы пищеварения | Рентгеновское излучение |
Цель работы: оценить радиационную обстановку согласно данным варианта на соответствие нормам радиационной безопасности.
Ход работы:
В нормах радиационной безопасности НРБ-99 установлены:
1. три категории облучаемых лиц: категория А – персонал (профессиональные работники); категория Б – профессиональные работники, не связанные с использованием источников ионизирующих излучений, но рабочие места которых расположены в зонах воздействия радиоактивных излучений; категория В – население области, края, республики, страны.
2. три группы критических органов: 1-я группа – все тело, половые органы, костный мозг; 2-я группа – мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезенка, желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), легкие, хрусталик глаза и другие органы, за исключением тех, которые относятся к 1-й и 3-й группам; 3-я группа – кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, стопы.
3. основные дозовые пределы, допустимые для лиц категорий А, Б и В.
Основные дозовые пределы – предельно допустимые дозы (ПДД) облучения (для категории А) и пределы дозы (ПД) (для категории Б) за календарный год. ПДД и ПД измеряются в миллизивертах в год (мЗв/год). ПДД и ПД не включают в себя дозы естественного фона и дозы облучения, получаемые при медицинском обследовании и лечении (см. табл. 1.)
При проведении радиационного контроля и оценке соответствия параметров радиационной обстановки нормативам должны соблюдаться следующие соотношения:
Н ≤ ПДД,
где Н – максимальная эквивалентная доза излучения на данный критический орган, мЗв/год.
Н = D· k,
Н = 10·1=10 мЗв/год,
где D – поглощенная доза излучения, мЗв/год; k – коэффициент качества излучения (безразмерный коэффициент, на который следует умножить поглощенную дозу рассматриваемого излучения для получения эквивалентной дозы этого излучения);
По данным варианта (табл. 2.) для группы критических органов - «пищеварение» и категории облученных лиц - «А» нахожу основной дозовый предел из табл. 1.
Таблица 1. Основные дозовые пределы, мЗв/год
| Категория облучаемых лиц | Группа критических органов | ||
| 1-я | 2-я | 3-я | |
| А | |||
| В |
ПДД = 150 мЗв/год,
Дозы облучения для персонала категории Б не должны превышать ¼ значений для персонала категории А, следовательно:
150 / 4 = 37,5 мЗв/год
Сравним рассчитанную максимальную эквивалентную дозу на органы пищеварения при рентгеновском излучении с ПДД на данный критический орган:
10<37,5
Вывод: В результате расчета определили, что максимальная эквивалентная доза на органы пищеварения при рентгеновском излучении не превышает установленную ПДД на данный критический орган, следовательно, радиационная обстановка соответствует нормам радиационной безопасности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Безопасность жизнедеятельности / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. Ред. С.В. Белова. – М.: Высшая школа, 1999. – 448 с.
2. Козлов В.Ф. Справочник по радиационной безопасности. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 352 с.
3. Охрана окружающей среды / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др.; Под ред. С.В. Белова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 1991. – 319 с.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
Название темы: РАСЧЕТ ИНДЕКСА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Цель работы: Научиться определять степень загрязненности атмосферного воздуха
Общие сведения:
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы – самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.
В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.
Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.
Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.
Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу – атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.
К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.
Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая и флюидная активность ЗемлиКрупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет. атмосферный воздух загрязнение антропогенный
Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:
1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т.углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960 гг.) содержание СО2увеличилось на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.
2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.
3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).
4. Производственная деятельность.
5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).
6. Выбросы предприятиями различных газов.
7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель – монооксид углерода.
8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.
9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).
10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.
В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.
Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в г. Алматы проводились на 5-ти стационарных постах (ПНЗ) расположенных в различных административных районах города. В февраля 2010 года в г. Алматы Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА5) составил 13,8. Средняя за месяц концентрация формальдегида и диоксида азота составила 3 ПДК, взвешенных веществ (пыли) – 1 ПДК, оксида углерода – 1 ПДК, фенола 1,2 ПДК. Содержание диоксида серы, оксида углерода и фенола находилось в пределах допустимой нормы. В сравнении с февралем 2009 года в январе т.г. в Алматы уровень загрязнения атмосферного воздуха существенно не изменился.
Задание к работе:
Внимательно изучите пример расчета и теоретический материал. Для успешной сдачи и учета (зарабатывания) баллов Вам необходимо с помощью интернет ресурса выбрать себе объект исследования (им может служить один из городов Казахстана), найти статистические данные за пять лет (экологический бюллетень) качества состояния атмосферного воздуха данного объекта.
Затем следует описать в теоретической главе объект исследования, а в главе расчетов определить ИЗА Вашего объекта исследования.
Таблица 1 - Рассчитать индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) и оценить степень загрязненности воздушной среды, используя следующие данные:
| Поллютант | Среднегодовая концентрация поллютанта, мг/м3 | ПДКс.с., мг/м3 | Класс опасности вещества |
| Оксид серы (IV) | 0.07 | 0.05 | |
| Оксид азота (IV) | 0.03 | 0.04 | |
| Оксид углерода(II) | |||
| Озон | 0.01 | 0.03 | |
| Взвешенные вещества | 0.17 | 0.15 |
Пример расчета:
ИЗА = 
(1)
= 
= 1,4+0,26+1,08+0,66+1,48=4,88,
значит, степень загрязненности воздушной среды – Низкая
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
Название работы: РАСЧЕТ ИНДЕКСА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМА
Цель работы – оценить экологическое состояние территории основываясь на коэффициентах и показателях
Общие сведения:
Экологическое состояние территории определяет качество природной среды – степень соответствия природных условий потребностям людей или животным организмам.
Участки территории считаются экологически неблагополучными, если в результате хозяйственной или иной деятельности происходят отрицательные изменения в окружающей среде, отражающиеся на здоровье населения.
Современная нормативная база оценки экологического состояния территории основывается на коэффициентах и показателях, применяемых при изучении ландшафтов.
Основной геохимической мерой качества окружающей среды является содержание химических элементов (С). Показателями абсолютной распространенности химического элемента являются кларк (К), местный кларк, фон (Сф).
Кларк (К)- среднее содержание химического элемента в какой либо геохимической системе (А.Е.Ферсман, 1934г.).
Местный кларк (С или Сi)- среднее содержание химического элемента в каком-либо объекте.
Фон (Сф)- среднее содержание химического элемента в пределах однородного участка, в удалении от явных аномалий (А.П. Соловов,1985 г.).
Одна из главных характеристик геохимической техногенной аномалии – ее интенсивность, которая определяется степенью накопления элемента (загрязнителя) по сравнению с природным фоном. Показателями уровня аномальности содержания элементов являются коэффициент концентрации (Кс) и кларк концентрации (Кк).
Коэффициент концентрации представляет собой отношение содержания химического элемента в исследуемом компоненте природной геохимической среды (в водах) к его фоновому содержанию в том же компоненте:
Кс= Сi / Сф, (15)
где Сi-содержание химического элемента в водах,
Сф- фоновое содержание элемента.
Так как техногенные аномалии имеют полиэлементный состав, для них рассчитывается СПЗ - суммарный показатель загрязнения (Zс), характеризующий эффект воздействия группы элементов. Рассчитывается показатель по формуле:
Zс=Σ Кс-(n-1) (16),
где n- число учитываемых аномальных элементов,
Кс – коэффициент концентрации, представляющий собой отношение содержания элемента в водах к его фоновому содержанию в них.
Суммарный показатель загрязнения (СПЗ) чаще всего рассчитывают для каждой точки наблюдения, что позволяет выявить структуру загрязнения изучаемой площади. Вместе с тем, для оценки аномальной площади в целом, можно рассчитывать величину Zс, используя средние значения.
Каждый из уровней величины СПЗ определяет конкретное эколого-геохимическое состояние территории:
§ минимальному уровню загрязнения соответствует удовлетворительное состояние (Zc<16),
§ низкому уровню загрязнения – напряженное состояние (Zc 16-32),,
§ среднему уровню загрязнения-критическое состояние (Zc 32-64),,
§ высокому уровню загрязнения – чрезвычайное (кризисное) состояние (Zc 64-128),,
§ очень высокому уровню загрязнения – экологического бедствия (катастрофическое) состояние (Zc >128),.
За нижний порог аномальности элемента предлагается принять содержания с коэффициентом концентрации равным 2.
На ряду с этим в практике эколого-геохимических работ используется коэффициент концентрации по ПДК (Кпдк), представляющим собой отношение содержания элемента в исследуемой воде к его ПДК в соответствующем водном объекте. Полученный результат дает наглядное представление во сколько раз наличие токсичного элемента в точке опробования больше (или меньше) установленной нормы.
В табл.1 приведены параметры уровней загрязнения вод с использованием перечисленных выше коэффициентов.
Таблица 1 -Критерии оценки загрязнения поверхностных вод питьевого назначения
| Экологическая обстановка | Уровень загрязнения | Токсичные элементы | |||
| Кс | КПДК | ||||
| Класс опасности | |||||
| 3,4 | |||||
| Относительно удовлетворительная | Допустимый (минимальный) | <4 | <1 | <1 | <1 |
| Напряженная | Умеренно опасный (низкий, слабый) | 4-8 | 1-1,5 | 1-2,5 | 1-5 |
| Критическая | Опасный (средний) | 8-16 | 1,5-2,0 | 2,5-5,0 | 5-10 |
| Чрезвычайная | Высокоопасный (высокий,сильный) | 16-32 | 2-3 | 5-10 | 10-15 |
| Экологического бедствия | Чрезвычайно опасный (очень высокий, очень сильный) | >32 | >3 | >10 | >15 |
Задание 1. Проведите оценку качества речных вод при помощи биологического критерия.
Фоновые концентрации некоторых компонентов вод часто превышают их нормативные ПДК, тогда для расчетов общего резерва самоочищающей способности водоприемников сточных вод используются интегральные критерии. Один из них – универсальный биологический критерий (Б).
Определяющими этот индекс показателями состава речной воды являются взвешенные вещества (ВВ), БПК, О2, процент насыщения воды кислородом.
В соответствии с результатами наблюдений значения входящих в этот индекс показателей разбиты на определенные интервалы, каждому из которых определен балл, в пределах от 0 до 30. В табл. 2 приведены интервалы и соответствующие им баллы.
Расчет величины критерия ведется по формуле
Б=Σ баллов/10, (условных единиц) (17)
Величина биологического критерия (Б) при расчете по формуле (1) может колебаться от 0 до 10, причем большее значение индекса соответствует более чистой воде.
Установлена следующая классификация загрязненности воды в зависимости от значения Б: 10 – чистая вода, 8 – небольшое загрязнение, 6 – вода загрязнена, 3 – сильное загрязнение и 0 – сточная вода.
Используя среднегодовые концентрации азота аммонийного, БПКи О2, приведенные в табл.2 рассчитать величину биологического критерия. Процент насыщения воды кислородом принять равным 78 %.
Используя данные таблицы 2 найти сумму баллов (Σ) и вычислить (Б) по формуле 1.
Оценить класс загрязнения речной воды.
Таблица 2 -Средние концентрации компонентов поверхностных вод бассейна реки
| Компонент, мг/л | ПДК,мг/л | Класс опасности | Лимитирующий признак | Сф, мг/дм3 | Варианты | ||||||
| х-п | р-х | ||||||||||
| NH4+ | 2,5 | 0,5 | 1,0 | 2,7 | 0,07 | 0,05 | 0,07 | 0,24 | |||
| NO2- | 3,0 | 0,08 | С.-т. | 1.5 | 2.0 | 15.2 | 13.2 | 0.23 | 0.4 | ||
| NO3- | Орг. | 20.0 | 1.0 | 12.0 | 12,3 | 0.12 | |||||
| ВВ | 0,25 | 11,7 | 8,4 | ||||||||
| БПК,мгО\л | 3,0 | 1,47 | 1,5 | 1,43 | 0,6 | 1,79 | 4,04 | ||||
| О2 | ≥4,0 | 2,19 | 6,12 | 0,51 | 0,51 | 3,86 | 11,04 | ||||
| Нефтепродукты | 0,1 | 0,05 | 0,15 | 0,08 | 0,24 | 0,35 | 0,1 | 3,1 | |||
| рН | 6-9 | 7,5 | 7,4 | 6,6 | 7,9 | 5,4 | 7,8 | ||||
| Cd | 0,001 | 0,005 | С.-т. | ||||||||
| As | 0,05 | С.-т. | |||||||||
| Feобщ | 0,3 | 0,05-0,1 | Орг. |
Таблица 3 - Бальная оценка степени загрязнения воды
| Взвешенные вещества | БПК | Аммонийный азот | Растворенный кислород | ||||||
| Концентрация, мг/л | Балл | Концентрация, мг/л | Балл | Концентрация, мг/л | Балл | Концентрация, мг/л | Балл | Концентрация насыще- ния,% | Балл |
| 0-10 | 0-2 | 0-0,2 | 90-100 | ||||||
| 10-20 | 2-4 | 0,3-0,5 | 8-9 | 80-90 | |||||
| 20-40 | 4-6 | 0,5-1,0 | 6-8 | 105-120 | |||||
| 40-80 | 6-10 | 1,0-2,0 | 4-6 | 60-80 | |||||
| 80-150 | 10-15 | 2,0-5,0 | 1-4 | >120 | |||||
| 150-300 | 15-25 | 5,0-10,0 | 0-1 | 40-60 | |||||
| >300 | 25-50 | >10,0 | - | - | 10-40 | ||||
| - | - | >50 | - | - | 0-10 |
Задание 2. Проведите оценку качество речных вод по критерию ИЗВ по среднегодовым значениям.
Наблюдения за загрязнением поверхностных вод проводились на 3-х водных объектах г. Алматы (реки Киши Алматы, Есентай, Улькен Алматы) на 8 гидрохимических створах. В феврале 2010 года поверхностные воды рек Киши Алматы, Улькен Алматы, Есентай по состоянию качества оцениваются как "умеренно-загрязненные" (3 класс, ИЗВ=1,06-1,33). Случаев высокого уровня загрязнения (ВЗ) поверхностных вод не наблюдалось. В сравнении с январем 2010 года в феврале т.г. загрязненности поверхностных вод рек Киши Алматы и Есентай возрос, Улькен Алматы изменился не значительно.
Индекс загрязнения воды, как правило, рассчитывают по шести-семи показателям, которые можно считать гидрохимическими; часть из них (концентрация растворенного кислорода, водородный показатель рН, биологическое потребление кислорода БПК5) является обязательной.
Для расчета ИЗВ используйте среднегодовые концентрации азота аммонийного, азота нитритного, азота нитратного, показателя рН, БПК, О2. Нормативы берутся из справочно-методической литературы. ИЗВ вычисляется по формуле
(18)
Ci -концентрация компонента (в ряде случаев - значение параметра);
N - число показателей, используемых для расчета индекса;
ПДКi - установленная величина для соответствующего типа водного объекта.
Оцените класс качества исследуемой воды по данным таблицы 4.
Таблица 4 -Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды
| Воды | Значения ИЗВ | Классы качества вод |
| Очень чистые | до 0,2 | |
| Чистые | 0,2-1,0 | |
| Умеренно загрязненные | 1,0-2,0 | |
| Загрязненные | 2,0-4,0 | |
| Грязные | 4,0-6,0 | |
| Очень грязные | 6,0-10,0 | |
| Чрезвычайно грязные | >10,0 |
Используя данные таблицы, рассчитать индекс загрязнения водоема (ИЗВ) и определить класс качества воды в данном пункте отбора проб:
Таблица 5 - Перечень ингредиентов содержащихся в очищенных сточных водах.
| Наименование ингредиентов | ПДК в воде водоема, мг/л | Фактическая концентрация мг/л |
| Кислород | ||
| Хлориды | 300, | 389,5 |
| Сульфаты | 71,4 | |
| БПК5 | 3,0 | 4,5 |
| Азот аммонийный | 0,5 | 0,56 |
| Нефтепродукты | 0,05 | 0,05 |
Пример расчета:
ИЗВ = (
)/6= 6,88/6=1,1, значит, вода в данном пункте отбора проб относится к III классу опасности и является умеренно загрязненной.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5
Название темы: БИОЦИДЫ: ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА
Цель работы: изучить характеристику и классификацию биоцидов
Задание: используя данные слайды, составить конспект с полным раскрытием текста по соответствующему плану:
План:
1. Характеристика биоидов, их назначение
2. Способы защиты материалов от биоповреждений
3. Классификация биоцидов
4. Требования к биоцидам
5. Классификация биоцидов по химическому составу
Слайд 1 Слайд 2
Слайд 3 Слайд 4
Контрольные вопросы:
1. Что такое биоциды?
2. Где можно применять биоциды?
3. Как подразделяются биоциды по химическому составу?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТ №6
Название темы: ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Цель работы: изучить основные воздействия тяжелых металлов на живые организмы
Задание: по представленному теоретическому материалу составить конспект (тезис) с применением схем и таблиц
Тяжелые металлы (Cd, Pb, Hg, Zn, Cu, Co, Cr, Ni и мн. др.), попадая в воду, могут существовать в виде токсичных растворимых солей и комплексных соединений, коллоидных частиц, осадков. В угле и нефти присутствуют все металлы. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения.
В почвах тяжелые металлы находятся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах
Главными источниками загрязнения воды тяжелыми металлами являются гальванические производства, предприятия горнорудной, черной и цветной металлургии, машиностроительные заводы и др.
Применение и получение. Тяжелые металлы получают во многих отраслях промышленности: горнодобывающей, металлургической (черной и цветной металлургии), химической, на предприятиях гальванического производства и др. Источники загрязнения: комбинаты по производству цемента, свинца, цинка, никеля и кобальта, кадмия, ртути, синтетических смол и волокон, пластмасс; предприятия металлообработки и машиностроения. Одним из важных источником их поступления в окружающую среду является добыча и переработка от предприятий теплоэнергетики (например, только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути). Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях.
Влияние на здоровье. Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия подразделяются на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы. Характер эффекта, оказываемого элементом на организм, зависит от его концентрации.
Типичные токсиканты (Cd, Pb, Hg) оказывают отрицательное действие на организмы при любой концентрации. Микроэлементы (Cu, Zn, Co, Mn, и др.) имеют область недостаточности, вызывающей отрицательный эффект, и область необходимых для жизни концентраций, при повышении которых снова возникает отрицательный эффект. Воздействие некоторых тяжелых металлов на живые организмы рассмотрено ниже.
Свинец при определенном уровне накопления способен поражать систему кроветворения, нервную систему, печень, почки. Хронические отравления свинцом известны с глубокой древности в форме «сатурнизма» - слабости, малокровия, кишечных колик, нервных расстройств. Широкое распространение свинца в современной техносфере (промышленные эмиссии, выхлопы автомобилей, краски, изделия и т.п.) и невозможность вторичного использования его значительной части создает многочисленные свинцовые аномалии в селитебной среде. Поступая в организм с водой, вдыхаемым воздухом или пищей, свинец образует соединения с органическими веществами.
Многие из этих соединений нейротропны и способны вызывать поражения нервной системы и головного мозга. Особенно опасны скрытые хронические отравления свинцом у детей, проявляющиеся в виде неврологических расстройств, нарушений психомоторики, внимания и т.п.
Ртуть из почвенных и водных аномалий проходит по трофическим цепям и попадает в организм человека с пищей или другим путем. При массированных разливах металлической ртути наиболее опасно вдыхание ее паров. Она сильнее всего накапливается в печени и почках, приводя к нарушениям обмена веществ и выделительной функции. Ртуть в результате деятельности микроорганизмов легко метилируется и связывается с сульфгидрильными группами белков. Эти соединения также нейротропны. Найдено, что повышенное содержание метилртути в теле беременных женщин приводит к явлениям церебрального паралича и задержке психомоторной активности у родившихся детей.
В середине 50-х годов у жителей рыбачьих поселков на берегу бухты Минамата в Японии возникло заболевание, выражавшееся в нарушениях органов чувств и поведения («болезнь Минамата»). Более 60 человек умерли. Из деревень исчезли кошки. Позднее было установлено, что первичной причиной болезни была метилртуть, попадавшая в морскую воду со стоками химической фабрики. Соединение накапливалось в морских организмах и рыбе, потребляемых жителями. Лишь в 1997 г. был снят карантин с бухты Минамата.
Кадмий по механизму внедрения в организм сходен с ртутью, но задерживается в органах намного дольше. Он вытесняет кальций и замещает цинк в составе биомолекул. Накапливаясь в печени и почках, кадмий вызывает почечную недостаточность и другие нарушения. В 40-60-х гг. сильное техногенное загрязнение кадмием воды и почвы рисовых полей в одном из районов Японии вызвало массовое заболевание местных жителей, выражавшееся в сочетании острого нефрита с размягчением и деформациями костей (болезнь «итай-итай»). У детей хроническое отравление кадмием вызывает нейропатии и энцефалопатии, сопровождающиеся, в частности, нарушениями речи.
Мышьяк является сильным ингибитором ряда ферментов в организме и способен вызывать острые отравления. Совокупность симптомов, обусловленных постепенным отравлением людей соединениями мышьяка в коксохимическом производстве Италии, получила в 60-х годах название болезни «чизолла». Хроническое действие малых доз соединений мышьяка способствует возникновению рака легких и кожи, так как мышьяк сильно повышает чувствительность слизистых к другим канцерогенам, а кожных покровов - к ультрафиолетовым лучам. Тератогенные эффекты мышьяка вызывают нарушения репродуктивной функции организма и проявляются в расщеплении нёба («волчья пасть»), микроофтальмии, недоразвитии мочеполовой системы.
Таллий, как и мышьяк, поражает периферическую нервную систему, что проявляется в нарушениях нервной трофики, мышечной слабости и изменении кожной чувствительности. Симптомы хронического отравления таллием выражаются в повышенной нервозности, нарушениях сна, быстрой утомляемости, суставных болях, выпадении волос.
Сходные патологические проявления наблюдаются при хроническом отравлении и другими тяжелыми металлами. Все они при определенном уровне накопления в организме обладают мутагенным (связанным с нарушением генетического кода) и эмбриотоксическим действием, а некоторые соединения свинца, кадмия, мышьяка и хрома - канцерогенным эффектом.
Цинк (Zn). Цинк является микроэлементом и водит в состав некоторых ферментов. Он содержится в крови (0,5 – 0,6), мягкий тканях (0,7 – 5,4), костях (10 – 18), волосах (16 – 22) ·10-3%, т. е. в основном, в костях и волосах. Находится в организме в динамическом равновесии, которое сдвигается в условиях повышенных концентраций в окружающей среде. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в интоксикации, ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астомоподобных явлениях.
ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – общесанитарный, третий класс опасности.
Влияние на окружающую среду. Атмосферный путь поступления в окружающую среду городов является ведущим. Однако уже на небольшом удалении, в частности, в зонах пригородного сельского хозяйства, относительная роль источников загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами может измениться и наибольшую опасность будут представлять сточные воды и отходы, накапливаемые на свалках и применяемые в качестве удобрений. Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы. Особенно опасны выбросы в воду ртути, поскольку в результате деятельности населяющих дно микроорганизмов происходит образованием растворимой в воде и токсичной метилртути. Тяжелые металлы в воде вызывают целый ряд негативных последствий: попадая в пищевые цепи и нарушая элементный состав биологических тканей, они оказывают тем самым прямое или косвенное токсическое воздействие на водные организмы. Далее тяжелые металлы по пищевым цепям попадают в организм человека. Являются опасными загрязнителями. Сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полуудаления цинка – до 500 лет, кадмия – до 1100 лет, меди – до 1500 лет, свинца – до нескольких тысяч лет.
Контрольные вопросы:
1.Что такое тяжелые металлы?
2. Какие болезни образуются в результате воздействия тяжелых металлов?
3. Что являются главными источниками загрязнения воды тяжелыми металлами?
4. Опишите механизм воздействия тяжелых металлов на живые организмы
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТ № 7
Название темы: ОХРАНА БИОРАЗНООБРАЗИЯ И МОРСКОЙ СРЕДЫ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Цель работы: Освоить экологические проблемы Каспийского моря
Задание: Используя данные слайды составить реферат на данную тему
Слайд 1 Слайд 2
Слайд 3 Слайд 4
Контрольные вопросы:
1. Опишите географическое положение Каспийского моря
2. Что добывают из Каспийского моря?
3. Опишите экологические проблемы Каспия
4. Какие рыбы и другая живность обитает в Каспии?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8
Название темы: ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ, МОНИТОРИНГ, АУДИТ, ЭКСПЕРТИЗА И ПАСПОРТИЗАЦИЯ
Цель работы:
1. Освоить специфику проведения экологического контроля
2. Изучить методы, виды и уровни экологического мониторинга
3. Изучить основные понятия по экологическому аудиту
4. Освоить технику проведения экологической экспертизы
5. Изучить структуру экологического паспорта и цель паспортизации производственных объектов
Задание:
Согласно пункта 7 учебно-методического комплекса данной дисциплины составить конспект в тетради на данную тему, отразив ключевые главы, описанные в плане.
План:
1. Определение экологического мониторинга, цель, задачи
2. Структура мониторинга окружающей среды. Методы мониторинга
3. Понятие контроля, цель и задачи
4. Понятие Экологической экспертизы, цель и задачи
5. Понятие Экологического аудита, цель и задачи
6. Сравнительные характеристики экологического управления от аудита
7. Описание экологического паспорта. Цель и структура паспорта
Контрольные вопросы:
1. Что такое экологический паспорт, для чего он нужен?
2. Для чего нужна экологическая сертификация?
3. Что такое экологический мониторинг? Его цель и задачи.
4. Какие уровни и блоки мониторинга существуют?
5. Что такое биоиндикация?
6.Что такое экологический контроль?
7. Что такое экологическая экспертиза?
8. Что такое экологический аудит?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №9
Название темы: ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ
Цель работы: освоить основные нормативы качества окружающей среды
Задание:
Согласно пункта 7 учебно-методического комплекса данной дисциплины составить презентацию на данную тему, отразив ключевые главы, описанные в плане.
План:
1. Общие сведения о нормировании
2. Определение ЛПВ разных сред – водной, воздушной и почвенной
3. Характеристика ПДК, ПДВ, ПДС, ПДУ
Контрольные вопросы:
1. Что такое экологическое нормирование?
2. Что такое ПДК?
3. Какие виды ПДК для воздушной и водной сред разработаны?
4. Чем отличается ПДК от ПДВ и ПДС?
5. Что такое ЛПВ?
6. Какие другие нормативы качества окружающей среды Вы знаете?
7. Предложите в своем конспекте таблицу с ПДК загрязняющих веществ для водной, воздушной, почвенной сред – 5-7 элементов или соединений
