Методичка по экологии1

Министерство образования Российской Федерации Уфимский государственный авиационный технический университет

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ЭКОЛОГИИ

2-е издание, переработанное и дополненное

Уфа 2002

Авторы: Н.А. Амирханова, В.А. Белоногов, Л.С. Матвейчук, Н.Х. Минченкова, Р.Р. Невьянцева, Р.Х. Нуриева, В.И. Попов, В.В. Саяпова, И.С. Сабуров

УДК 504 (07) ББК 20.1 (я7)

Л 12

Л12 Лабораторные работы по экологии: Учеб. пособие /Н.А.Амирханова, В.В.Белоногов, Л.С.Беляева и др.; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – 2-е изд. перераб. и доп. - Уфа, 2002. – 187 с.

ISBN 5-86911-383-0.

Книга представляет собой руководство к лабораторным работам по курсу "Экология" для технических университетов. Она может быть использована преподавателями как руководство к лабораторным работам для нехимических вузов, колледжей.

В книге описаны экспериментальные работы по курсу Экология: по качеству окружающей среды; очистке и утилизации: сточных вод, газов, твердых отходов; основам экологических биотехнологий, круговороту веществ в биосфере. В каждой главе приведены теоретическая часть, контрольные вопросы.

Предназначено для преподавателей и студентов нехимических вузов, колледжей как руководство при проведении лабораторных работ.

Табл. 31. Ил. 42. Библиогр.: 23.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научный редактор д-р техн. наук Н.А. Амирханова

Рецензенты: Кафедра физической химии Казанского государственного

3.3.ТВЕРДЫЕ ОТХОДЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И ИХ

3.4.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА

4.4.ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И КРУГОВОРОТ

4.5.1.Постановка задачи по имитационному моделированию

4.5.4.Решение экспериментальных задач по исследованию

5.2.ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ

5.2.1.Загрязнение атмосферы различными выбросами

5.3.4.Анализ газовых смесей методом газоадсорбционной

6.2.4.Получение металлов методом «бактериального

ВВЕДЕНИЕ

Экология - наука, изучающая совокупность и характер связей между живыми организмами и окружающей средой. Человеческая цивилизация зависит от окружающей среды: не только от энергетических и материальных ресурсов, но и круговорота воздуха, воды, важнейших элементов - азота, фосфора и т.д. Экология корнями вышла из биологии, оформилась в интегрированную дисциплину, связывающую физические, химические, биологические явления.

Задачи экологии как науки - исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природные системы и биосферу в целом. Задачи экологии применительно к деятельности инженера:

1)оптимизация технологических, инженерных и проектноконструкторских решений, исходящих из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека;

2)прогнозирование и оценка возможности отрицательных последствий технологических процессов на предприятиях для окружающей среды.

Таким образом, инженерная экология - система инженерно-техни- ческих мероприятий, направленных на сохранение качества среды при функционировании предприятий. Для разработки экологического мышления будущего инженера необходимо знание экологии и рационального природопользования.

Воздействие человека на природу с каждым годом возрастает и становится соизмеримым с действием природных факторов. Часть вредных веществ включается в круговорот, и большая часть накапливается в биосфере. Знание качества окружающей среды (атмосферы, гидросферы, литосферы) необходимо для разработки замкнутых ресурсосберегающих технологических процессов с наименьшим ущербом для окружающей среды.

Таким образом определить возможность устойчивого существования и развития биосферы можно лишь при знании качества окружающей среды.

В процессе природопользования человек изменяет окружающую среду загрязняя атмосферу, гидросферу, литосферу. Поэтому необходимо знание современных методов очистки сточных вод, очистки и утилизации отходящих газов, отделения и утилизации твердых отходов. Рассмотрение круговорота веществ и элементов позволяет понять истину рационального природопользования. Так как антропогенное воздействие на природу может быть снижено применением биотехнологий, интересно рассмотрение основных видов экологических биотехнологий для очистки гидросферы, литосферы.

Настоящее руководство к лабораторным работам по экологии создано коллективом преподавателей кафедры химии УГАТУ под руководством профессора Н.А. Амирхановой, включает 6 лабораторных работ. Целью

данного пособия является привитие навыков и знаний по экологии, экологизация технологий, т. е. рассмотрение технологических процессов, доводящих до минимума и исключающих отходы и выбросы в окружающую среду на всех промышленных предприятиях.

В теоретической части каждой лабораторной работы рассматриваются существующие методы очистки, приводится их сравнительная оценка, рассматриваются физико-химические явления, лежащие в основе процессов очистки; виды загрязнений. В экспериментальной части приводятся опыты, при проведении которых студент может наглядно убедиться в возможности предлагаемого метода очистки. Каждая работа завершается контрольными вопросами, позволяющими выявить основные опорные понятия каждой темы.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

1. Перед приходом на занятия ознакомиться с темой занятия по методическому руководству, учебникам, лекциям.

2. Перед проведением опытов прочитать описание, выяснить непонятные вопросы у преподавателя.

3. Соблюдать все необходимые меры предосторожности, указанные в специальной инструкции по технике безопасности.

Рабочее место содержать в чистоте и порядке, не загромождать ненужными предметами. Перед уходом из лаборатории привести рабочее место в порядок, выключить воду, электроприборы.

Методические руководства и книги во время выполнения работы оберегать от попадания воды, химических реактивов.

При пользовании реактивами необходимо держать их закрытыми и открывать только во время употребления, закрывая склянки не путать пробки.

Не уносить реактивы общего пользования на свои рабочие места, сухие реактивы брать шпателем.

Неизрасходованные реактивы не сливать обратно в склянки.

Без разрешения преподавателя не проводить опыты, не предусмотренные в руководстве.

Не бросать в раковину бумагу, битое стекло, соблюдать меры предосторожности.

Все опыты с ядовитыми веществами проводить в вытяжном шкафу. При нагревании растворов в пробирке пользоваться держателем, помещать пробирку так, чтобы ее отверстие было направлено в сторону от работающего соседа.

Не наклоняться над нагреваемой жидкостью во избежание попадания брызг в лицо.

Нюхать какие либо вещества можно, направляя к себе пары или газы легким движением руки.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКОЛОГИИ

Экология - наука, которая изучает живые организмы, характерные связи между организмами и связь их с окружающей средой.

Биосфера - часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Создателем теории биосферы является академик В.И. Вернадский (1926 г.).

В масштабах земного шара жизнь развивается в тонком слое воздуха, воды и почвы. Биосфера включает в себя часть атмосферы (примерно до озонного слоя), всю гидросферу и часть литосферы - кору выветривания (2-3 км вглубь земли). Толщина биосферы не превышает 20 км.

Атмосфера - газообразная внешняя оболочка Земли. Верхнюю границу атмосферы условно проводят на высоте 2000 м. Атмосфера имеет слоистое строение: тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера, термосфера, экзосфера.

Гидросфера - водная оболочка Земли, которая включает моря и океаны (Мировой океан), воды суши, водяной пар атмосферы, подземные воды и льды.

Литосфера - твердая оболочка Земли. Верхняя граница литосферы - атмосфера и гидросфера, нижняя - мантия, которая соприкасается с

ядром Земли. Мощность земной коры 30-70 км (5-20 км под океанами). Она состоит из осадочных горных пород.

Ноосфера - этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы. Современное понятие ноосферы - это земное, планетарное и космическое пространство, которое преобразуется и управляется человеческим разумом, гарантирующим всестороннее, прогрессивное развитие человечества.

Окружающая среда - совокупность факторов живой и неживой природы, прямо или косвенно воздействующих на организм.

Экологические факторы - факторы живой и неживой природы. Абиотические факторы - физико-химические факторы (температура,

освещенность, химический состав, влажность и т.п.), факторы неживой природы: климатические, почвенные (эдафогенные), орографические (рельеф), химические (химический состав, кислотность и т.п.).

Биотические факторы - факторы живой природы. Это фитогенные (растительные организмы), зоогенные (животные), микробогенные (вирусы, бактерии, простейшие).

Антропогенные факторы - деятельность человека: прямое влияние на организмы и их группировки и косвенное влияние посредством изменения среды обитания.

В природе действует закон лимитирующего фактора (закон толерантности): у каждого организма в отношении к различным экологическим факторам существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум (Ю. Либих, В. Шелфорд).

Экосистема - любая живущая совместно система организмов и среда их обитания, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

Примеры экосистем: капля воды, муравейник, лес, озеро, болото, океан, квартира, город, аквариум, кабина космонавтов, Башкортостан, Европа, биосфера в целом. Экосистемы бывают наземные (лес, луг, степь) и водные (озеро, река, море). По А. Тэнсли: экосистемы - безразмерные устойчивые системы живых и неживых компонентов, в которых совершается внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.

Биогеоценоз - наземная экосистема, имеющая четкие границы. Учение о биогеоценозе создал академик В.Н. Сукачев (1880-1967 гг). Составные части биогеоценоза: экотоп и биоценоз.

Экотоп (биотоп) - неорганическая составляющая окружающей среды. Это понятие включает в себя не только вещества, но и физико-химические факторы.

Биоценоз - совокупность всех живых организмов, обитающих в данном биотопе.

Гомеостаз - состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы. В естественных экосистемах гомеостаз поддерживается тем, что они открыты, т.е. постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. В антропогенных (созданных человеком) экосистемах для поддержания гомеостаза необходимо постоянное вмешательство (управление) людей.

Трофическая цепь (цепь питания) - цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим. Различаются три основных трофических уровня: 1) продуценты, 2) консументы, 3) биоредуценты.

Продуценты продуцируют органическое вещество, используя энергию солнца или химических реакций и простые неорганические соединения. Продуценты - автотрофы. Они делятся на гелиоавтотрофы (используют энергию солнца) и хемоавтотрофы (используют энергию окисления серы, железа и других элементов).

Консументы - организмы, которые питаются живым органическим веществом (фитофаги - травоядные; зоофаги - хищники; паразиты, симбиотрофы - микроорганизмы).

Биоредуценты - организмы, которые разрушают органическое вещество и возвращают минеральные элементы в круговорот. В составе редуцентов имеются сапротрофы, грибы и бактерии.

Сапротрофы (детритофаги) - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом (орлы, гиены).

Продуктивность экосистем - создание и расходование органического вещества (биомассы) в процессе жизнедеятельности сообщества. Рассматривается как скорость образования органического вещества

т/ед.времени, или в единицах энергии или биомассы на единицу площади (т/га, кг/м2, кДж/м2 и т.п.).