Экология и инженерная охрана природы

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000кг воды. По расчетам О.П. Добродеева, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3,5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере, по данным А.П.Виноградова, составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Классификация загрязнений или ущерб от загрязнения окружающей среды. Контроль и управление качеством окружающей среды. Нормативно правовые основы охраны окружающей среды

Основным документом является закон об охране окружающей народной среды, принятый 19 декабря 1991 года и состоящий из 15 разделов и 94 статей.

Раздел I.

Общие положения

Статья 1: Задачи природоохранительного законодательства Российской Федерации.

Задачами природоохранительного законодательства Российской Федерации являются регулирование отношений в сфере взаимодействия общества и природы, с целью сохранения природных богатств и естественной среды обитания человека, предотвращения экологически вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, оздоровления и улучшения качества окружающей природной среды, укрепления законности и правопорядка в интересах настоящего и будущих поколений людей.

Статья 3: Основные принципы охраны окружающей природной среды

При осуществлении хозяйственной, управленческой и иной деятельности, оказывающей отрицательное воздействие на состояние окружающей природной среды, Советы народных депутатов, другие государственные органы, предприятия, учреждения, организации, а также граждане Российской Федерации, иностранные юридические лица и граждане, лица без гражданства обязаны руководствоваться следующими основными принципами:

* приоритетом охраны жизни и здоровья человека, обеспечения благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха населения;

* научно обоснованным сочетанием экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду;

* рациональным использованием природных ресурсов с учетом законов природы, потенциальных возможностей окружающей природной среды, необходимости воспроизводства природных ресурсов и недопущения необратимых последствий для окружающей природной среды и здоровья человека;

* соблюдением требований природоохранительного законодательства, неотвратимостью наступления ответственности за их нарушения;

* гласностью в работе и тесной связью с общественными организациями и населением в решении природоохранительных задач;

* международным сотрудничеством в охране окружающей природной среды.

Статья 4: Объекты охраны окружающей природной среды

1. Охране от загрязнения, порчи, повреждения, истощения, разрушения на территории Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации подлежат: естественные экологические системы, озоновый слой атмосферы; земля, ее недра, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, леса и иная растительность, животный мир, микроорганизмы, генетический фонд, природные ландшафты.

2. Особой охране подлежат государственные природные заповедники, природные заказники, национальные природные парки, памятники природы, редкие или находящиеся под угрозой исчезновения виды растений и животных и места их обитания.

Раздел II.

Право граждан на здоровую и благоприятную окружающую среду

Каждый гражданин имеет право на охрану здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей природной среды, вызванного хозяйственной или иной деятельностью, аварий, катастроф, стихийных бедствий.

Это право обеспечивается:

* планированием и нормированием качества окружающей природной среды, мерами по предотвращению экологически вредной деятельности и оздоровлению окружающей природной среды, предупреждению и ликвидации последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;

* социальным и государственным страхованием граждан, образованием государственных и общественных резервных и иных фондов помощи, организацией медицинского обслуживания населения;

* предоставлением каждому реальных возможностей для проживания в условиях благоприятной для жизни и здоровья окружающей природной среды;

* возмещением в судебном или административном порядке вреда, причиненного здоровью граждан в результате загрязнения окружающей природной среды и иных вредных воздействий на нее, в том числе последствий аварий и катастроф; государственным контролем за состоянием окружающей природной среды и соблюдением природоохранительного законодательства, привлечением к ответственности лиц, виновных в нарушении требований обеспечения экологической безопасности населения.

Раздел III.

Экономический механизм охраны окружающей природной среды

Статья 15: Задачи экономического механизма охраны окружающей природной среды.

Экономический механизм охраны окружающей природной среды имеет своими задачами:

* планирование и финансирование природоохранных мероприятий;

* установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду и размещение отходов;

* установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду, размещение отходов и другие виды вредного воздействия;

* предоставление предприятиям, учреждениям и организациям, а также гражданам налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении ими малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды;

* возмещение в установленном порядке вреда, причиненного окружающей природной среде и здоровью человека.

Статья 24: Экономическое стимулирование охраны окружающей природной среды.

1. В Российской Федерации осуществляется стимулирование рационального природопользования и охраны окружающей природной среды путем:

* установления налоговых и иных льгот, предоставляемых государственным и другим предприятиям, учреждениям и организациям, в том числе природоохранительным, при внедрении малоотходных и безотходных технологий и производств, использовании вторичных ресурсов, осуществлении другой деятельности, обеспечивающей природоохранительный эффект;

* освобождения от налогообложения экологических фондов;

* передачи части средств экологических фондов на договорных условиях под процентные займы предприятиям, учреждениям, организациям и гражданам для реализации мер по гарантированному снижению выбросов и сбросов загрязняющих веществ;

* установления повышенных норм амортизации основных производственных природоохранительных фондов;

* применения поощрительных цен и надбавок на экологически чистую продукцию;

* введения специального налогообложения экологически вредной продукции, а также продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий;

* применения льготного кредитования предприятий, учреждений, организаций независимо от форм собственности, эффективно осуществляющих охрану окружающей природной среды.

2. Законодательством Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации могут быть установлены другие виды экономического стимулирования охраны окружающей природной среды.

Раздел IV.

Нормирование качества окружающей природной среды

Нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия на окружающую природную среду, гарантирующих экологическую безопасность населения и сохранение генетического фонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

* Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ:

1. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воды, почвы, устанавливаются для оценки состояния окружающей природной среды в интересах охраны здоровья человека, сохранения генетического фонда, охраны растительного и животного мира.

2. С учетом природно - климатических особенностей, а также повышенной социальной ценности отдельных территорий (заповедников, заказников, национальных парков, курортных и рекреационных зон) для них устанавливаются более строгие нормативы предельно допустимых вредных воздействий на природную среду.

* Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ:

1. Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов вредных веществ, а также вредных микроорганизмов и других биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воды, почвы, устанавливаются с учетом производственных мощностей объекта, данных о наличии мутагенного эффекта и иных вредных последствий по каждому источнику загрязнения, согласно действующим нормативам предельно допустимых концентраций вредных веществ в окружающей природной среде.

2. Нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды (по химическим веществам), санитарно - эпидемиологического надзора (по микроорганизмам и биологическим веществам).

* Нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий:

1. Нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий устанавливаются на уровне, обеспечивающем сохранение здоровья и трудоспособности людей, охрану растительного и животного мира, благоприятную для жизни окружающую природную среду.

2. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

* Нормативы предельно допустимого уровня радиационного воздействия:

1. Нормативы предельно допустимого уровня безопасного содержания радиоактивных веществ в окружающей природной среде и продуктах питания, предельно допустимого уровня радиационного облучения населения устанавливаются в величинах, не представляющих опасности для здоровья и генетического фонда человека. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

2. Для постоянного контроля за уровнем радиации население обеспечивается радиометрическими приборами. Порядок обеспечения и перечень указанных приборов определяются Правительством Российской Федерации.

* Предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве:

1. Предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, охрану здоровья, сохранение генетического фонда человека, растительного и животного мира.

2. Указанные нормативы утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора по представлению органов государственной агрохимической службы Российской Федерации с учетом международных стандартов.

* Нормативы предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания:

1. Нормативы предельно допустимых остаточных количеств вредных химических веществ в продуктах питания устанавливаются путем определения минимально допустимой дозы, безвредной для здоровья человека, по каждому используемому химическому веществу и при их суммарном воздействии.

2. Указанные нормативы утверждаются государственными органами Российской Федерации санитарно - эпидемиологического надзора по согласованию с государственной агрохимической службой Российской Федерации.

1. В стандартах на новую технику, технологии, материалы, вещества и другую продукцию, способную оказать вредное воздействие на окружающую природную среду, устанавливаются экологические требования для предупреждения вреда окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека.

2. Экологические требования к продукции производства и потребления должны обеспечивать соблюдение нормативов предельно допустимых воздействий на окружающую природную среду в процессе производства, хранения, транспортировки и использования продукции.

3. Указанные требования и методы их обоснования утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды, санитарно - эпидемиологического надзора.

При формировании территориально - производственных комплексов, развитии промышленности, сельского хозяйства, строительстве и реконструкции городов, других населенных пунктов устанавливаются предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду с учетом потенциальных ее возможностей, необходимости рационального использования территориальных и природных ресурсов с целью обеспечения наиболее благоприятных условий жизни населению, недопущения разрушения естественных экологических систем и необратимых изменений в окружающей природной среде.

Нормативы санитарных и защитных зон, санитарно - защитных зон устанавливаются для охраны водоемов и иных источников водоснабжения, курортных, лечебно - оздоровительных зон, населенных пунктов и других территорий от загрязнения и других вредных воздействий.

Раздел V.

Государственная экологическая экспертиза

Статья 35: Цели и принципы государственной экологической экспертизы.

1. Государственная экологическая экспертиза проводится с целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности экологической безопасности общества.

2. Государственная экологическая экспертиза осуществляется на принципах обязательности ее проведения, научной обоснованности и законности ее выводов, независимости, вневедомственности в организации и проведении, широкой гласности и участия общественности.

Статья 36: Обязательность государственной экологической экспертизы

1. Государственная экологическая экспертиза является обязательной мерой охраны окружающей природной среды, предшествующей принятию хозяйственного решения, осуществление которого может оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду.

2. Финансирование и осуществление работ по всем проектам и программам производится только при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.

3. Порядок проведения государственной экологической экспертизы объектов федерального, республиканского или местного значения регулируется законодательством Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации.

Статья 37: Объекты государственной экологической экспертизы.

Государственной экологической экспертизе подлежат все предплановые, предпроектные и проектные материалы по объектам и мероприятиям, намечаемым к реализации на территории Российской Федерации, независимо от их сметной стоимости и принадлежности, а также экологические обоснования лицензий и сертификатов.

Раздел VIII.

Чрезвычайные экологические ситуации

Статья 58: Зоны чрезвычайной экологической ситуации.

1. Зонами чрезвычайной экологической ситуации объявляются участки территории Российской Федерации, где в результате хозяйственной и иной деятельности происходят устойчивые отрицательные изменения в окружающей природной среде, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.

2. Зоны чрезвычайной экологической ситуации объявляются постановлениями Верховного Совета Российской Федерации либо указами Президента Российской Федерации по представлению специально уполномоченных на то государственных органов Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды на основании заключения государственной экологической экспертизы.

3. В зоне чрезвычайной экологической ситуации прекращается деятельность, отрицательно влияющая на окружающую природную среду, приостанавливается работа предприятий, учреждений, организаций, цехов, агрегатов, оборудования, оказывающих неблагоприятное влияние на здоровье человека, его генетический фонд и окружающую природную среду, ограничиваются отдельные виды природопользования, проводятся оперативные меры по восстановлению и воспроизводству природных ресурсов.

4. Финансирование мероприятий по оздоровлению зон чрезвычайной экологической ситуации производится, в первую очередь, за счет средств министерств и ведомств, предприятий, учреждений, организаций - непосредственных виновников деградации природной среды, аварий или катастроф, а также за счет целевых средств федерального и республиканского бюджетов.

Статья 59: Зоны экологического бедствия

1. Зонами экологического бедствия объявляются участки территории Российской Федерации, где в результате хозяйственной либо иной деятельности произошли глубокие необратимые изменения окружающей природной среды, повлекшие за собой существенное ухудшение здоровья населения, нарушение природного равновесия, разрушение естественных экологических систем, деградацию флоры и фауны.

2. Зоны экологического бедствия объявляются в том же порядке, что и зоны чрезвычайной экологической ситуации.

В зоне экологического бедствия прекращается деятельность хозяйственных объектов, кроме связанных с обслуживанием проживающего на территории зоны населения, запрещается строительство, реконструкция новых хозяйственных объектов, существенно ограничиваются все виды природопользования, принимаются оперативные меры по восстановлению и воспроизводству природных ресурсов и оздоровлению окружающей природной среды.

3. Финансирование мероприятий по оздоровлению зон экологического бедствия производится в порядке, установленном частью четвертой статьи 58 настоящего Закона.

Раздел IX.

Особо охраняемые территории и объекты

* Природно - заповедный фонд Российской Федерации

* Государственные природные заповедники

* Государственные природные заказники

* Национальные природные парки

* Памятники природы

* Охрана редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных

* Охрана природы курортных и лечебно - оздоровительных зон

* Охрана зеленых зон

Раздел Х.

Экологический контроль

Статья 68: Задачи экологического контроля.

1. Экологический контроль ставит своими задачами: наблюдение за состоянием окружающей природной среды и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности; проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды, соблюдения требований природоохранительного законодательства и нормативов качества окружающей природной среды.

2. Система экологического контроля состоит из государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды, государственного, производственного, общественного контроля.

Раздел XI.

Образ экологического воспитания, научные исследования

Статья 73: Всеобщность, комплексность и непрерывность экологического воспитания и образования.

В целях повышения экологической культуры общества и профессиональной подготовки специалистов устанавливается система всеобщего, комплексного и непрерывного экологического воспитания и образования, охватывающая весь процесс дошкольного, школьного воспитания и образования, профессиональной подготовки специалистов в средних и высших учебных заведениях, повышения их квалификации с использованием при этом средств массовой информации.

Статья 74: Обязательность преподавания экологических знаний в учебных заведениях.

1. Овладение минимумом экологических знаний, необходимых для формирования экологической культуры граждан, во всех дошкольных, средних и высших учебных заведениях, независимо от их профиля, обеспечивается обязательным преподаванием основ экологических знаний.

2. В соответствии с профилем в специальных средних и высших учебных заведениях предусматривается преподавание специальных курсов по охране окружающей природной среды и рациональному природопользованию.

Раздел XIII.

Ответственность за экологические правонарушения

Виды ответственности за экологические правонарушения:

За экологические правонарушения, то есть виновные, противоправные деяния, нарушающие природоохранительное законодательство и причиняющие вред окружающей природной среде и здоровью человека, должностные лица и граждане несут дисциплинарную, административную либо уголовную, гражданско - правовую, материальную, а предприятия, учреждения, организации - административную и гражданско - правовую ответственность в соответствии с настоящим Законом, иными законодательными актами Российской Федерации и республик в составе Российской Федерации.

Раздел XV. Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды

Статья 92: Принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей природной среды.

Российская Федерация исходит в своей политике в области охраны окружающей природной среды из необходимости обеспечения всеобщей экологической безопасности и развития международного природоохранного сотрудничества в интересах настоящего и будущего поколений и руководствуется следующими принципами:

* каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприятных экологических условиях;

* каждое государство имеет право на использование окружающей природной среды и природных ресурсов для целей развития и обеспечения нужд своих граждан;

* экологическое благополучие одного государства не может обеспечиваться за счет других государств или без учета их интересов;

* хозяйственная деятельность, осуществляемая на территории государства, не должна наносить ущерб окружающей природной среде как в пределах, так и за пределами его юрисдикции;

* недопустимы любые виды хозяйственной и иной деятельности, экологические последствия которой непредсказуемы;

* должен быть установлен контроль на глобальном, региональном и национальном уровнях за состоянием и изменениями окружающей природной среды и природных ресурсов на основе международно признанных критериев и параметров;

* должен быть обеспечен свободный и беспрепятственный международный обмен научно - технической информацией по проблемам окружающей природной среды и передовых природосберегающих технологий;

* государства должны оказывать друг другу помощь в чрезвычайных экологических ситуациях;

* все споры, связанные с проблемами окружающей природной среды, должны разрешаться только мирными средствами.

Понятие об эффекте суммации и фоновой концентрации

Если в воздухе присутствует одно загрязняющее вещество, то должно соблюдаться условие: C_iПДК_i где C_i и ПДК_i соответственно - концентрация и предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества.

Эффект суммации - это однонаправленное неблагоприятное влияние на организм нескольких разных веществ.

Однонаправленное в том смысле, что вызывает одни и те же заболевания. В таком случае говорят, что вещества входят в одну группу суммации. Существует несколько десятков групп суммации, в одну из которых, напрмер, входит фенол и ацетон, а в другую аммиак, диоксид азота и диоксид серы. В том случае, когда в воздухе присутствуют несколько веществ, входящих в одну группу суммации, неравенство преображается к виду:

,

где n - количество веществ в группе суммации.

Фоновая концентрация (С_Ф) - это концентрация загрязняющего вещества, без учёта вклада исследуемого источника или группы источников загрязнения.

С учётом фоновой концентрации неравенство преобразуется к виду:

В том случае, если мы имеем несколько источников выброса, которые загрязняют атмосферу одним и тем же веществом, то на территории предприятия должно соблюдаться следующее соотношение:

,

где N - количество источников выброса, С_i - концентрация выброса i-го источника.

Неравенство для населённого пункта имеет вид:

,

где С_maxi - максимальная концентрация i-го источника.

Расчёт предельно допустимого выброса вредного вещества в атмосферу

Концентрация загрязняющего вещества распространяется по факелу выброса, причём наибольшее значения концентрации достигается на оси факела выброса (оси ).

Нарисуем график зависимости концентрации загрязняющего вещества по оси факела выброса от расстояния до источника выброса.



- максимальная приземная концентрация. Расчёт предельно допустимого выброса состоит из нескольких частей и первая часть - расчёт максимальной преземной концентрации.

(грамм/секунда) - мощность выброса или количество вредного вещества, выбрасываемого в единицу времени.

- безразмерный коэффициент, зависящий от скорости оседания вредного вещества.

и - коэффициенты, зависящие от условий выхода газа воздушной смеси из устья источника, рассчитываются по специальным формулам и имеют сложную размерность.

- безразмерный коэффициент, зависящий от рельефа местности.

(метр) - высота источника выброса.

- разность между температурой выброса газа и температурой окружающего воздуха.

(кубический метр/секунда) - объёмный расход газовоздушной смеси.

, где

(метр) - диаметр устья источника.

(метр/секунда) - линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Второй этап расчёта определяется опасностью расстояния от источника выброса.

Опасное расстояние - это такое расстояние от источника выброса по оси факела выброса, на котором достигается максимальная приземная концентрация.

3) Расчёт предельно допустимого выброса (ПДВ).

ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы по каждому выбрасываемому веществу и мощность выброса всегда должна быть .

ПДВ - это такое количество вредного вещества, которое можно выбросить в единицу времени так, чтобы с учётом эффекта суммации, фоновой концентрации и рассеивания, максимальная приземная концентрация не превышала бы ПДК.

В том случае, если , то для горячих выбросов:

,

а для холодных выбросов:

.

Пусть , при той же мощности, в результате получим график, идущий ниже первого.

Таким образом, чем больше высота источника выброса при заданной мощности, тем меньше максимально предельная концентрация.

Минимальная высота источника выброса при заданной мощности выброса - это такая высота, при которой максимальная приземная концентрация равна ПДК ().

Контроль и управление качеством воды в водных объектах

Если показатели состава и свойств воды изменились под прямым или косвенным влиянием деятельности человека и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования, то такой водный объект называется загрязненным.

Понятие загрязнённости воды не абсолютно. Оно относится к вполне определённой зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования.

Водоохранным называется комплекс мероприятий, обеспечивающий соблюдение норм качества воды в местах водопользования. Существуют пять аспектов водоохранных мероприятий: юридический, экономический, технический, организационный, экологический.

Для воды основным нормативным показателем является также ПДК.

ПДК - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на здоровье человека и ограничение любого из видов водопользования. Состав и свойства воды должны соответствовать нормативам не только в местах водопользования, но и в так называемом створе водопользования, но и в так называемом створе водопользования или расчётном створе, который, для проточных водоёмов расположен на 1 километр выше по течению от пункта водопользования. А для непроточных в - в 1 километре по обе стороны от пункта водопользования.

Для воды существует три типа ПДК:

1) ПДК_ХП - хозяйственно-питьевое.

2) ПДК_КБ - культурно-бытовое.

3) ПДК_РХ - рыбо-хояйственное

Практически во всех нормативных таблицах ПДК_ХП и ПДК_КБ равны. Жестче всех нормативов ПДК_РХ.

Для водных объектов всегда учитывается эффект суммации или фоновой концентрации. Существуют дополнительные требования к составу и свойствам воды. Ограничения накладываются на следующие показатели:

1) Количество взвешенных веществ

2) Количество плавающих примесей

3) Запахи

4) Привкусы

5) Температура

6) Окраска

7) Количество растворённого кислорода

8) Кислотность или показатель pH

9) Количество возбудителей заболеваний

Кроме экологических существуют технологические ограничения на сброс сточных вод. По технологическим причинам, запрещается сбрасывать следующие типы сточных вод:

1) Воды, которые с помощью рациональной технологии могут быть использованы в системах оборотного водоснабжения.

2) Воды, содержащие цепные примеси, которые подлежат утилизации на данном или других предприятиях.

3) Воды, содержащие вредные вещества, в количествах, превышающих нормативы технологических потерь.

4) Воды, содержащие вредные вещества, для которых не установлено нормативов ПДК.

5) Воды, которые с учётом их состава и местных условий могут быть использованы для топлива в сельском хозяйстве.

Определение условий спуска сточных вод в водные объекты

Чтобы гарантировать качество воды в месте водопользования и в створе водопользования, для каждого источника сброса по каждому загрязняющему веществу устанавливается предельно допустимый сброс или ПДС.

ПДС - это масса вредного вещества, которую можно сбросить в единицу времени так, чтобы с учётом эффекта суммации, фоновой концентрации и разбавления концентрации вредного вещества в контрольном пункте не превышала бы ПДК.

Для определения условий спуска сточных вод воспользуемся уравнением смешения сточных вод с природными водами:

,

где

и (кубический метр/секунда) - соответственно расход сточных вод и объёмный расход воды в водотоке.

и (килограмм/метр кубический) - концентрация вредных примесей в сточных водах и водах водотока.

(килограмм/метр кубический) - концентрация вредных примесей перед,,, водопользования.

- безразмерный коэффициент смешения, зависящий от скорости течения реки, извилистости реки, глубины русла реки и оттого, куда выпускают сточные воды - у берега или в фарватер реки. Учтём, что , а .

Возможны два варианта:

1) Рассматриваются строящиеся предприятия, для которых по проекту известно количество сточных вод. Необходимо определить допустимую концентрацию стока, т.е. определить, какие очистные сооружения необходимы.

2) Предприятия уже существуют и очистные сооружения уже построены.

Контроль загрязнения почв

В числе загрязнителей почв - различные промышленные и бытовые отходы. Основной нормативный показатель - ПДК. Размерность ПДК для почвы - г/кг. Сейчас для почвы установлено несколько десятков ПДК, в основном по ядохимикатам и ионам тяжёлых металлов. Различные загрязнители поглощаются из почвы растениями, а затем передаются по трофическим цепям от одного организма к другому и в конце концов попадают в пищу человека. Поэтому, кроме ПДК нормируются допустимые остаточные количества вредных веществ в продуктах питания. Кроме ПДК в номенклатуру санитарного состояния почв входят следующие показатели:

1) Общее количество аммонийного азота.

2) Общее количество нитратного азота

3) Общее количество хлоридов

4) Общее количество пестицидов

5) Общее количество ионов тяжёлых металлов

6) Общее количество нефти и нефтепродуктов

7) Общее количество канцерогенных веществ

8) Общее количество удобрений

9) Кислотность или показатель рН

10) Количество бактерий по из типам

Экологический мониторинг

Чтобы по возможности исключить неблагоприятное влияние человека на природу необходимо:

1) Вести текущий учёт изменений в окружающей среде

2) Научиться прогнозировать развитие этих изменений

Кроме этого, необходимо знать, какая именно среда оптимальна для жизни человека. Исходным здесь является понятие качества среды, т.е. совокупности параметров, всецело удовлетворяющих как экологической ниши человека, так и научно-техническому развитию общества. Для того, чтобы иметь информацию об изменениях в окружающей среде, надо иметь точку отсчёта, т.е. исходное состояние среды без антропогенного воздействия. Кроме этого, необходимо найти критические или наиболее чувствительные звенья в экосистемах, которые быстрее и точнее всего характеризуют состояние этих систем, а также найти показатель, соответствующий наиболее сильным воздействующим факторам и указывающий на источник такого воздействия. Все эти мероприятия входят в систему экологического мониторинга.

Мониторинг - это система наблюдений за изменениями в состоянии окружающей среды, которая позволяет прогнозировать развитие этих изменений.

Экологический мониторинг состоит из нескольких частей:

I звено:

Глобальный мониторинг, в пределах всей биосферы на основе международного сотрудничества.

Объектами глобального мониторинга являются:

1) Атмосфера,

2) Озоновый экран

3) Гидросфера

4) Растительные и почвенные покровы

5) Животный мир на Земле.

Характеризуемые показатели для глобального мониторинга:

1) Радиационный баланс

2) Тепловой баланс

3) Газовый состав атмосферы и запыление

4) Загрязнение больших рек и водоёмов

5) Круговорот воды на континентах

6) Глобальные характеристики состояния растительности, почв и животного мира

7) Глобальные балансы углекислого газа и кислорода

8) Крупномасштабные круговороты веществ

II звено:

Национальный мониторинг.

III звено:

Региональный мониторинг.

Объекты двух звеньев:

1) Природные экосистемы

2) Агрономические системы

3) Лесные экосистемы

4) Исчезающие виды животных и растений

Характеризуемые показатели для этих двух звеньев:

1) Функциональная структура экосистем и её нарушения

2) Популяционное состояние растений и животных

3) Урожайность сельскохозяйственных культур

4) Продуктивность лесонасаждений

IV звено:

Локальный мониторинг в пределах отдельного населённого пункта, отдельного предприятия, отдельной популяции живых организмов.

Объектами локального мониторинга являются:

1) Приземный слой воздуха

2) Поверхностные и грунтовые воды

3) Промышленные и бытовые выбросы и сбросы

4) Радиоактивное излучение

5) Отдельные популяции живых организмов

Характеризуемые показатели:

1) Концентрации токсичных веществ

2) Уровни физического и биологического воздействия

Моделирование в экологии

Любая экологическая система очень сложна, поэтому изучение процессов, протекающих в ней на самой системе требует существенных затрат времени и средств. Получить полную информацию о системе практически невозможно. В подобных случаях процессы и явления, происходящие в системах, стараются изучать на специально созданных искусственных объектах, которые в той или иной мере отражают свой свойство исходных систем.

Моделирование - это воспроизведение характеристик некоторого объекта на другом объекте, специально созданного для его изучения.

Любая модель проще реального объекта. Она отражает не все его свойства и характеристики, а только те, которые интересны нам в данном исследовании.

Перед тем, как использовать модель для изучения объекта необходимо доказать её подобие или адекватность реальному объекту. Существует много статистических методов такого доказательства.

Рассмотрим конкретные типы такого моделирования:

1) Физическое моделирование - это создание уменьшенных копий реальных объектов и систем. Примером физической модели в экологии является аквариум. Основным недостатком такого типа модели является то, что при обратно масштабном переходе, т.е. при увеличении размеров, некоторые закономерности, которые соблюдались на модели, соблюдаться перестают.

2) Концептуальное моделирование - это создание блок-схем, взаимодействие подсистемы процессов в пределах более сложных систем. Примером являются круговороты веществ.

3) Графическое моделирование - это изображение зависимости между переменными в одной из систем координат, чаще всего в прямоугольной декартовой системе. Примером являются графики изменений численности популяций.

4) Математическое моделирование - заключается в формализации поведения систем на основе математических выражений.

Существуют два принципиально разных подхода к математическому моделированию:

1) Формализация заведомо известных процессов, специфика и закономерности которых определены нами на основе наблюдений и экспериментов. Полученные закономерности изображаются в виде графических моделей, а затем, используя методы корреллеционного и регрессионного анализа, получают математические модели. Именно таким методом были получены формулы для расчёта предельно допустимого выброса. Математические модели, в данном случае, представляют собой системы алгебраических уравнений, чаще всего полиномов.

Нужно получить зависимость у(х).

У

Провели эксперимент, и для некоторых значений «х» получили экспериментальные точки.

Метод наименьших квадратов для получения модели. Согласно этому методу, кривая выбирается так, чтобы

была минимальной, где - количество экспериментальных точек, - экспериментальное значение в точке , - значение модельной теоретической функции в точке .

Допустим, в качестве функции мы выбрали линейную , тогда нам нужно определить значения параметров и .

Чтобы функция имела минимум, необходимо, чтобы произведение по параметрам равнялось нулю.

2) Второй подход заключается в выдвижении некоторой гипотезы о поведении системы и подбора математических выражений, описывающих некоторые физические законы, которые удовлетворяют этой гипотезе. Математические модели такого типа чаще всего представляют собой системы дифференциальных уравнений, полных или частных производных или системы интегральных уравнений, которые чаще всего решаются численно, но иногда аналитически, допустим с помощью преобразований Лапласа.

Природные ресурсы и их рациональное использование. Природные ресурсы и их классификация

Природные ресурсы - это те средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Существует несколько классификаций природных ресурсов. Одна из них - по назначению.

По назначению ресурсы делятся на четыре группы:

1) Пищевые

2) Энергетические

3) Сырьевые

4) Экологические

Наиболее интересна классификация ресурсов по исчерпаемости. По исчерпаемости ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

К неисчерпаемым ресурсам относятся три группы ресурсов:

1) Космические

2) Климатические

3) Водные

Космические ресурсы - это солнечное излучение, энергия приливов и отливов и т.д.

Климатические ресурсы - это атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки и т.д.

Водные ресурсы - это все запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на невозобновимые, относительно возобновимые, и возобновимые.

Невозобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость расходования которых на много порядков больше скорости возобновления (например, полезные ископаемые).

Относительно возобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость расходования которых на один-два порядка выше скорости возобновления.

Здесь выделяется два типа ресурсов - это почвы и лесные ресурсы.

Возобновимые ресурсы - это ресурсы, скорость возобновления которых близка к скорости расходования (например, животный мир, большинство растительности, некоторые минеральные ресурсы).

Энергетические ресурсы

Энергетические ресурсы делятся на возобновимые и невозобновимые.

К невозобновимым относятся уголь, нефть, газ, торф, ядерное топливо, легкие элементы, которые могут быть использованы в термоядерном синтезе: водород, гелий, литий, дейтерий.

К возобновимым энергетическим ресурсам относятся энергия прямых солнечных лучей, энергия фотосинтеза, мускульная энергия, гидроэнергия, ветровая энергия, геотермальная энергия, энергия приливов и отливов, энергия волн, энергия процессов выпадения осадков и их испарения. Основным направлением энергетики должна быть замена невозобновимых ресурсов на возобновимые, однако, в настоящее время, больше всего энергии (60%) производится на тепловых электростанциях, причём, большая часть тепловых электростанций работает на наиболее экологически опасном топливе - угле.

Достоинства тепловых электростанций:

Недостатки тепловых электростанций:

Вторыми по уровню производства энергии идут гидроэлектростанции (чуть меньше 20% производимой энергии). Доля гидроэнергетики в общем производстве падает, хотя в настоящее время это наиболее дешевая энергия.

Достоинства гидроэлектростанций:

Недостатки гидроэлектростанций:

На третьем месте по производству энергии идут атомные электростанции (более 15% всей энергии). Доля атомной энергетики в настоящее время растёт, хотя существенно медленнее, чем 15-20 лет назад.

Достоинства атомных электростанций:

1) Очень высокая энергоёмкость топлива

2) Возможность строительства вблизи потребителя энергии

Недостатки атомных электростанций:

1) Необходимость утилизации или захоронения отработанного ядерного топлива

2) Экологические последствия аварий на атомных электростанциях непоправимы

3) Срок службы атомных реакторов составляет 25-40 лет, после чего их также надо останавливать и утилизировать

Общие инженерные принципы природопользования

I принцип: Системный подход к проблемам природопользования и окружающей среды.

Природа, как объект деятельности человека, представляет собой чрезвычайно сложную систему. В общем случае, под системой понимается множество элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом в совокупности образующих определённую целостность, единство. Любая система связана с окружающей средой, любую систему можно представить как элемент системы более высокого уровня или как совокупность систем более низкого уровня.

Биологическая система - это выполняющая некоторую функцию структура, которая взаимодействует с окружающей средой и другими системами как единое целое, состоит из подсистем более низкого уровня, непрерывно приспособительно перестраивает свою деятельность по каналам обратной связи и проявляет свойство самоорганизации.

Системный подход предусматривает комплексную оценку воздействия промышленно-технической деятельности общества на природу с обязательным прогнозированием реакции природы на это воздействие.

II принцип:

Принцип оптимизации биосферы.

При оптимизации биосферы главным вопросом является выявление комплексных критериев оптимизации. В общем случае, оптимизация как функция управления должна стремиться к тому, чтобы научно-техническое развитие не вывело биосферу за рамки экологической ниши человека.

III принцип:

Оптимизация природопользования.

Оптимизация природопользования - это принятие наиболее целесообразных решений при использовании ресурсов и природных систем.

IV принцип:

Темпы роста производства должны быть выше, чем темпы роста добычи сырья.

V принцип:

Гармонизация отношений природы и техники.

Эта проблема решается путём создания так называемых геотехнических или природно-технических систем.

Геотехническая система - это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают с одной стороны - высокие производительные и прочие целевые показатели, а с другой стороны поддерживают в зоне своего влияния благоприятную экологическую обстановку.

И то и другое воздействие является раскачивающее дестабилизирующим, т.е. обратная связь положительна. Для компенсации в геотехническую систему вводят блок управления. Блок управления по каналам мониторинга собирает информацию о производстве и природной среде, а затем по каналам отрицательной обратной связи осуществляет стабилизирующее воздействие.

VI принцип: Экологизация производства.

Экологизация производства - это уподобление производственных процессов, т.е. ресурсных циклов, естественным замкнутым круговоротом веществ.

Это достигается за счёт внедрения малоотходных энергосберегающих и ресурсосберегающих производств.

Создание ресурсосберегающих и энергосберегающих производств

Существуют следующие пути создания таких производств:

1) Комплексная переработка сырья

2) Разработка новых эффективных технологических процессов

3) Применение нетрадиционных видов энергии

4) Создание бессточных и замкнутых систем водоснабжения

Для оценки эффективности оборотных систем водоснабжения используются следующие параметры:

Процент оборота воды:

Коэффициент использования воды:

5) Рекуперация отходов - это улавливание и переработка цепных веществ, находящихся в отходах

Ресурсный цикл как антропогенный круговорот веществ

Ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений в вещества или группы веществ на всех этапах использования их человеком.

Примерная тема ресурсного цикла:

В отличие от естественно замкнутых круговоротов веществ, на каждом этапе ресурсного цикла существуют потери.

Загрязнение окружающей среды - это природные ресурсы, оказавшиеся не на своём месте.

Основные направления охраны окружающей природной среды от промышленных выбросов. Очистка газов от пыли

Многие современные технологические процессы связаны с дроблением или измельчением твёрдых веществ или с перевозкой сыпучих материалов. Во всех этих случаях образуются пылевые частицы. В связи с тем, что суммарная площадь поверхности пылевых частиц существенно больше, чем исходная площадь поверхности исходного материала, пылевые частицы чрезвычайно химически и биологически активны и, следовательно, чрезвычайно вредны. Пылевые частицы имеют разную форму, однако, их размер принято характеризовать параметром, называемым «седиментационный диаметр». Это диаметр частицы, имеющей форму шара, скорость осаждения и плотность которой равна скорости осаждения и плотности исходной частицы.

Работа пылеулавливающих аппаратов основана на следующих механизмах осаждения частиц:

1) Гравитационное осаждение под действием силы тяжести

2) Инерционное осаждение

3) Центробежное осаждение

4) Диффузионное осаждение

5) Электрическое осаждение

Гравитационные аппараты

В этих аппаратах пыль осаждается под действием силы тяжести. Простейшим гравитационным аппаратом является пылеосадительная камера.

Гравитационные аппараты имеют следующие преимущества:

1) Простота конструкции

2) Низкая стоимость

3) Малые эксплуатационные расходы

4) Малая скорость движения газа через аппарат и, следовательно малый необходимый перепад давления между входом и выходом аппарата и малые энергетические расходы

5) Возможность улавливания твёрдых абразивных частиц

Недостатки гравитационных аппаратов:

1) Большие габариты

2) Малая эффективность очистки

Инерционные пылеуловители

Эффективность очистки может быть повышена, а габариты аппаратов уменьшены, если вдобавок к эффекту гравитационного осаждения придать частицам дополнительный импульс движения вниз. Действие инерционных аппаратов основано на резком изменении направления движения газопылевого потока. При этом, более тяжёлые пылевые частицы вследствие большей инерции будут сохранять первоначальные направления движения, а существенно более лёгкие молекулы газа будут резко изменять направление движения и выходить из аппарата.

Существенно более сложным инерционным аппаратом является жалюзийный пылеотделитель:

Центробежные пылеулавливающие аппараты

Центробежные пылеуловители или циклоны - это пылеулавливающие системы, в которых твёрдые частицы удаляются из закрученного газового потока под действием центробежных сил.

В связи с тем, что центробежная сила, действующая на пылевые частицы больше чем гравитационная сила или сила инерции. Габариты центробежных аппаратов меньше, а эффективность выше, чем у гравитационных или инерционных аппаратов. Однако, для центробежных аппаратов требуется большая скорость движения газопылевой смеси и, следовательно, большой перепад давлений между входом и выходом аппарата и большие энергетические расходы. Если в газе присутствуют твёрдые абразивные частицы, то перед центробежным аппаратом необходимо ставить гравитационный или инерционный аппарат.

Газ поступает на очистку через трубу 1, по касательной к внутренней поверхности корпуса 2 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 3. Под действием центробежных сил пылевые частицы отбрасываются к стенкам корпуса, тормозятся и образуют на стенках пылевой слой 5, который постепенно стекает в бункер. Отделение частиц пыли от газа происходит в герметичном бункере при повороте газового потока на 180⁰. Очищенный газ выходит через трубу 4.