Связь экологии с другими науками

y">     Физические  факторы. Самоочищение речной воды происходит в результате разбавления ее чистой водой и свежими притоками. В связи с этим снижается концентрация органических веществ в воде, создаются неблагоприятные условия для размножения микробов. Оседание в воде нерастворимых органических и неорганических частиц, а вместе с ними и бактерий, губительное действие ультрафиолетовых лучей на микроорганизмы способствуют самоочищению водоема.

     Химические  факторы. Бактериостатическое и бактерицидное действие на микроорганизмы оказывают соли серебра, меди, галогенов (иод, бром и др.), NaCl, растворенные в воде, рН, а также окисление органических и неорганических веществ в водоеме.

     Биологические факторы. Огромная роль в самоочищении водоемов принадлежит биологическим факторам, действие которых обусловлено сложными взаимоотношениями гидробионтов. Гидробионты— растительные и животные организмы, приспособленные к жизни в водной среде. К ним относятся микробы, зеленые водоросли, простейшие, бактериофаги и др.

     Взаимоотношения водных обитателей могут складываться в виде симбиоза или антагонизма. В конечном результате эти взаимовлияния  приводят к самоочищению водоема.

     Загрязнение водоемов сточными водами, отходами промышленных предприятий обусловливает усиленное  размножение сапрофитных микробов, которые расщепляют сложные органические соединения до простых минеральных (СО2, МН_з) и делают их доступными для питания автотрофных организмов (нитрифицирующих, серо- и железобактерий, водорослей). Основная роль в удалении из водоемов растворимых веществ принадлежит микробам.

       Зеленые водоросли и некоторые бактерии — обитатели рек, озер, морей — вырабатывают антибиотические вещества, губительно действующие на попавших в водоемы микробов, среди которых могут быть возбудители инфекционных болезней человека или животных. Морская вода обладает вирулицидным действием на энтеро-вирусы. Отдельные виды морских бактерий обладают антагонистическими свойствами по отношению к стафилококку, кишечной палочке.

     Простейшие  поглощают из водоемов коллоиды, взвеси и микробов, в том числе и  патогенных. Одна инфузория за 1 ч  переваривает до 30000 микробов. Погибшие простейшие и водоросли в свою очередь служат пищей для сапрофитных  бактерий.

     Бактериофаги  вызывают лизис (растворение) гомологичных бактерий (например, дизентерийный  фаглизирует дизентерийную бактерию; сибиреязвенный фаг — возбудителя  сибирской язвы и т. д.) и способствуют очищению водоемов от патогенных микробов. Бактериофагов обычно обнаруживают в загрязненной речной и морской  воде вблизи населенных пунктов.

     Механизм  антимикробного действия перечисленных  гидробионтов неодинаков: от прямого  поглощения бактерий до их лизиса или  выделения в водоем антибиотических  веществ.

     В самоочищении водоема участвуют  все гидробионты, тем не менее  основная роль принадлежит водной микрофлоре, количественный и качественный состав которой меняется в зависимости  от содержания в воде органических веществ.

     Степень загрязненности водоема называется сапробностью и характеризует особенности водоема: определенная концентрация органических веществ, соответствующая стадия их минерализации, условия развития и состав микроорганизмов. Различают три основные зоны сапробности: полисапробная, мезосапробная, олигосапробная.

     Полисапробная зона (зона сильного загрязнения)—  вода загрязнена органическими веществами, число микроорганизмов достигает  нескольких миллионов в 1 мл, при  этом преобладают кишечные и анаэробные гнилостные бактерии, обусловливающие  процесс гниения и брожения.

     Мезосапробная зона (зона умеренного загрязнения) характеризуется  минерализацией органических веществ  с преобладанием окислительных  процессов и выраженной нитрификацией. Количество бактерий в 1 мл воды составляет сотни тысяч, причем содержание коли-бактерий значительно уменьшается.

     Олигосапробная  зона (зона чистой воды) обычно не содержит органических веществ. Количество бактерий в 1 мл воды составляет десятки, сотни, преобладают серо-и железобактерии.

     Таким образом, наличие определенного  количественного и качественного  состава микроорганизмов в различных  зонах санпробности характеризует  активность процесса самоочищения водоема. 
 

     3 .Уничтожение и переработка токсичных отходов. 

     В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в  промышленности, не используемые непосредственно  в местах своего образования и  которые могут быть реально или  потенциально использованы как сырье  в других отраслях хозяйства или  в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки  сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления - непригодные для  дальнейшего использования по прямому  назначению и списанные в установленном  порядке машины, инструменты, бытовые  изделия.

     Существует  четыре класса опасности:

     1. Чрезвычайно опасные. Отходы, содержащие  ртуть и ее соединения, в том  числе сулему (HgCl2), хромовокислый  и цианистый калий, соединения  сурьмы, в том числе SbCl3 - треххлорную  сурьму, бенз-а-пирен и др.

     2. Высоко-опасные. Отходы, содержащие  хлористую медь, содержащие сульфат  меди, щавелевокислую медь, трехокисную  сурьму, соединения свинца.

       3. Умеренно-опасные. Отходы, оксиды свинца (PbO, PbO2, Pb3O4), хлорид никеля, четыреххлористый углерод.

     4. Малоопасные. Отходы, содержащие  сульфат магния, фосфаты, соединения  цинка, отходы обогащения полезных  ископаемых флотационным способом  с применением аминов.

     Принадлежность  к группам определяется по классификатору промышленных отходов, расчетным путем, если известны гигиенические параметры  вещества (например, ПДК) и экспериментальным  путем. Отходы всех классов делятся  на твердые, пастообразные, жидкие, пылевидные или газообразные. Твердые отходы: пришедшая в негодность тара из металлов, дерева, картона, пластмасс, обтирочные материалы, отработанные фильтроматериалы, обрезки полимерных труб, кабельной  продукции. Пастообразные: шламы, смолы, осадки с фильтров и отстойников  от очистки емкостей теплообменников. Жидкие: сточные воды, содержащие органические и неорганические, не подлежащие приему на биоочистку ввиду высокой токсичности. Пылевидные (газообразные): сдувки от дыхательных  трубок емкостного оборудования, выбросы  из участков обезжиривания, окраски  продукции. По химической устойчивости отходы различаются: взрывоопасные, самовозгорающиеся, разлагающиеся с выделением ядовитых газов, устойчивые. Отходы могут быть растворимые и нерастворимые  в воде. По происхождению: органические, неорганические, смешанные отходы.

     В промышленно развитых странах доля расходов на реализацию экологичных  способов производства от стоимости  конечной продукции 30 - 50 %. В нашей  стране до сих пор экономика промышленного  производства недостаточно учитывает  или не учитывает совсем убытки от деградации природной среды, себестоимость  продукции определяется без учета  стоимости природы.

     Промотходы  зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями  веществ, обладающими различными химико-физическими  свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность . Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования .

     Наиболее  эффективными считаются термические  технологии, при которых основным является тепловое воздействие (нагревание или окисление при температурах порядка 1000):

     - сжигание в стационарной вращающейся  печи;

     - сжигание в передвижной вращающейся  печи;

     - уничтожение с помощью ИК-нагрева; 

     - уничтожение в высокоэффективном  электрическом реакторе;

     - окисление суперкритической водой; 

     - сжигание в условиях жидкостной  инжекции;

     - разрушение расплавленной солью; 

     - сжигание в кипящем слое ;

     - пиролиз в плазменной дуге;

     - стеклование.  
 
 

     Жидкофазное окисление.

     Жидкофазное окисление токсичных отходов  производства используется для обезвреживания жидких отходов и осадков сточных  вод. Суть его заключается в окислении  кислородом органических и элементоорганических примесей сточных вод при температуре 150 - 350° С и при давлении 2 - 28 МПа.

     Интенсивность окисления в жидкой фазе способствует высокая концентрация растворенного  в воде кислорода, значительно возрастающая при высоком давлении. В зависимости  от давления, температуры, количества примесей и кислорода, продолжительности  процесса органические вещества окисляются с образованием органических кислот (в основном CH3COOH и HCOOH) или с образованием CO2, H2O и N2.

     Элементоорганические  соединения в щелочной среде окисляются с образованием водных растворов  хлоридов, бромидов, фосфатов, нитратов и оксидов металлов, а при окислении  азотосодержащих веществ, помимо нитратов, образуется значительное количество аммонийного  азота.

     Для жидкоплазменного окисления требуется  меньше энергетических затрат, чем  другие методы, но является более дорогостоящим, кроме этого к недостаткам  метода относится высокая коррозионность процесса, образование накипи на поверхности  нагрева, неполное окисление некоторых  веществ, невозможность окисления  сточных вод с высокой теплотой сгорания.

     Применение  метода целесообразно при первичной  переработке отходов. 

     Гетерогенный  катализ.

     Метод применим для обезвреживания газообразных и жидких отходов. Существуют три  разновидности гетерогенного катализа промышленных отходов.

     Термокаталитическое окисление можно использовать для  обезвреживания газообразных отходов  с низким содержанием горючих  примесей. Процесс окисления на катализаторах  осуществляется при температурах меньших, чем температура самовоспламенения  горючих составляющих газа. В зависимости  от природы примесей и активности катализаторов окисление происходит при температуре 250 - 400° С и  в установках различных размеров.

     В термокаталитических реакторах  успешно окисляются CO, H2, углеводороды (УВ), NH3, фенолы, альдегиды, кетоны, пары смол, канцерогенные и др. соединения с образованием CO2, H2O, N2. Степень окисления  вредных веществ 98 - 99.9 %. Для увеличения удельной поверхности катализации  используется пористые керамические устройства из Al2O3 и оксидов других металлов, тоже обладающих каталитической активностью.

     Современные промышленные катализаторы глубокого  окисления при температуре до 600 - 800° С не следует применять  при большом содержании пыли и  водяных паров. Неприменим метод  и для переработки отходов, содержащих высококипящие и высокомолекулярные соединения, вследствие неполноты окисления  и забивания поверхности катализаторов. Нельзя применять термокаталитическое  окисление при наличии в отходах  даже в небольших количествах P, Pb, As, Hg, S, галогенов и их соединений, так как это приводит к дезактивации и разрушению катализаторов.

     Термокаталитическое восстановление используется для обезвреживания газообразных отходов, включающих в  себя нитрозные газы - содержащие NOX.

     Профазное каталитическое окисление применимо  для перевода органических примесей сточных вод в парогазовую  фазу с последующим окислением кислородом. При содержании в сточных водах  неорганических и нелетучих веществ  возможно дополнение данного процесса огневым методом или другими  видами обезвреживания отходов.

     В целом методы гетерогенного катализа нецелесообразно использовать в  качестве самостоятельного способа  обезвреживания токсичных отходов, а только как отдельную ступень  в общем, технологическом цикле.