42

М іністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра екології

харчових продуктів

і виробництв

Конспект лекцій

з курсу

“ЕКОЛОГІЯ ЗА ПРОФЕСІЙНИМ СПРЯМУВАННЯМ“

для студентів напряму підготовки 6.050702

денної і заочної форм навчання

ЗАТВЕРДЖЕННО

Методичною радою

ОНАХТ

Протокол № ____

від «___»_________ 201_р.

Одеса ОНАХТ 2012

Методичні вказівки до лекцій з курсу “Екологія за професійним спрямуванням” для студентів напряму підготовки 6.050702 / Укл. Р. І. Шевченко - Одеса ОНАХТ , 2011. – 44 с.

Укладач Р.І. Шевченко, канд. техн. наук, доцент

Відповідальна за випуск завідувач кафедри екології

харчових продуктів і виробництв

Г.В. Крусір, д-р техн. наук, доцент

ЗМІСТ

ВСТУП………………………………………………………………………..4

Лекція 1. Основні поняття і закони екології…………………………...5

1.Екологія як наука ……………………………………………..………..…5

2. Структура сучасної екології ………………………………..…………...6

3. Основні закони екології ……………………………………………........7

4. Екологічна криза………………………………………………………….8

Лекція 2 . Техносфера планети Земля.....................................................9

1. Функціонування техносфери, взаємозв’язок промислового

підприємства з навколишнім середовищем………………………….…9

2. Принципи наукового природокористування…………..……………...11

3. Антропогенні та техногенні процеси в біосфері. Поняття про ноосферу……………………………………………………..……………...12

Лекція 3. Джерела та масштаби забруднення атмосфери,

гідросфери та літосфери...........................................................................13

1. Джерела викидів на промислових підприємствах …..…………….....13

2. Контроль і нормування забруднень атмосферного повітря, наслі-

дки негативного впливу на атмосферу зміни її характеристик…….19

3. Джерела і обсяги водопостачання. Якість і кругообіг води. ………...20

4. Джерела забруднення гідросфери, стічні води. …………………….....21

5. Особливості накопичення твердих відходів. Класифікація

відходів…………………………………………………………………..….24

Лекція 4-5. Інженерний захист навколишнього середовища….…..25

1. Методи і засоби очищення газо- та пилових відходів.

Класифікація ГОУ (газоочисних установок). ……………………………25

2. Методи і споруди очищення промислових стічних вод. …….……….31

Лекція 6. Екологізація економіки і перехід до сталого розвитку…..35

1. Концепція стратегії національної екологічної політики України……36

2. Аналіз попередніх досліджень екологізації в Україні………………..38

3. Здобутки екологізації економіки та розвиток цього напрямку………38

Рекомендована література…………………………………………….......43

ВСТУП

Дані методичні вказівки містять лекції з курсу «Екологія за професійним спрямуванням». Зазначено рекомендовані літературні джерела і інформаційні ресурси.

Дисципліна «Екологія за професійним спрямуванням» є дисципліною загальноосвітнього циклу, який формує екологічний світогляд бакалавра і фахівця харчової промисловості. Студенти повинні розуміти важливість збереження якості навколишнього середовища для сьогоднішнього і майбутнього поколінь людей, усвідомлювати нерозривність проблем розвитку науки і техніки, і збереження навколишнього середовища за умови раціонального використання природних ресурсів.

Дисципліна «Екологія за професійним спрямуванням» ґрунтується на знаннях, отриманих при вивченні дисципліни «Фізика», «Неорганічна хімія», «Органічна хімія», «Аналітична хімія», «Гідравліка», «Вентиляція».

Метою вивчення дисципліни є здобуття необхідних знань в галузі охорони навколишнього середовища для наступної роботи на промислових підприємствах і наукових організаціях.

Основні завдання вивчення дисципліни:

знайомство з основними поняттями екології, вченням В. І. Вернадського про біосферу; основними нормативами природоохоронних документів; розкриття фізичної сутності і механізму кругообігу речовин у біосфері; освоєння санітарно-гігієнічних аспектів стану компонентів біосфери (атмосфери, гідросфери, літосфери); ознайомлення з принципами раціонального природокористування.

У результаті вивчення дисципліни студента повинні: знати основні положення екології, які формують екологічне і природоохоронне мислення, розуміння того, що природа - організована відповідно до законів фізики, хімії і біології система - біосфера, що складається з підсистем – біогеоценозів, усі компоненти яких тісно взаємозалежні; основні санітарно - гігієнічні показаники забруднення біосфери; джерела і види забруднення атмосферного повітря, гідросфери, літосферу.

Лекція №1. Основні поняття і закони екології

1.Екологія як наука

2. Структура сучасної екології

3. Основні закони екології

4. Екологічна криза

Термін екологія був спочатку запропонований німецьким ученим Геккелем (Haeckel) в 1869 р. і був складений відповідно до традиції того часу з 2-х грецьких слів: - oikos - будинок, певне місце; - logos - учення.

Проте в XIX столітті термін практично не використовувався. І лише в самому кінці століття - в 1895р. Вармінг (Warming) - учений з Данії, повторно ввів термін "екологія" в ужиток. Геккель розумів під екологією науку про взаємини живих організмів і довкілля, що в широкому розумінні і є місцем проживання всього живого на Землі.

За класичним визначенням, екологія - це розділ біології, що вивчає взаємодію біосистем різних рівнів організації з довкіллям.

Останнім часом екологія виділилася в самостійну науку, яка розглядає комплекс взаємин живих організмів в їх природному місці існування з врахуванням впливу на них людської діяльності, тобто зроблений акцент на роль людини.

Екологія, як і будь-яка наука, характеризується наявністю власного об'єкта, предмета, завдань і методів (об'єкт – це частина навколишнього світу, яка вивчається даною наукою; предмет науки – це найбільш головні істотні сторони її об'єкта).

Об'єктом екології є біологічні системи надорганізменного рівня: популяції, співтовариства, екосистеми (Ю. Одум, 1986

Предметом екології є взаємини організмів і надорганізменних систем з оточуючим їх органічним і неорганічним середовищем.

З предмета екології витікає і безліч завдань, що стоять перед сучасною екологією:

– вивчення структури просторово-часових об'єднань організмів (популяцій, співтовариств, екосистем, біосфери);

– вивчення кругообігу речовин і потоків енергії в надорганізменних системах;

–вивчення закономірностей функціонування екосистем і біосфери в цілому;

– вивчення реакції надорганізменних систем на дію всіляких екологічних чинників;

– моделювання біологічних явищ для екологічного прогнозування;

– створення теоретичної основи охорони природи;

– наукове обгрунтування виробничих та соціально-економічних програм.

При вивченні надорганізменних систем екологія використовує всю різноманітність методів як біологічних, так і небіологічних наук. Проте специфічним методом екології є кількісний аналіз структури і функціонування надорганізменних систем. Сучасна екологія – це один з найбільш точних, найбільш математизованих розділів біології.

Структура сучасної екології: екологія ділиться на фундаментальну і прикладну.

Фундаментальна екологія вивчає найбільш загальні екологічні закономірності, а прикладна – використовує отримані знання для забезпечення стійкого розвитку суспільства. Основу екології складає біоекологія як розділ загальної біології. Врятувати людину – це, перш за все, зберегти природу. І тут лише біологи можуть навести необхідні аргументи, що доводять правомірність висловленої тези.

Біоекологія тісно пов'язана з ландшафтною екологією, наприклад:

– екологією водних ландшафтів (гідробіологією) – океанів, річок, озер, водосховищ, каналів;

– екологією наземних ландшафтів – лісів, степів, пустель, високогорій.

Окремо виділяються розділи фундаментальної екології, пов'язані з існуванням і діяльністю людини:

– екологія людини – вивчає людину як біологічний вид, вступаючий у всілякі екологічні взаємодії;

– соціальна екологія – вивчає взаємодію суспільства та довкілля;

– глобальна екологія – вивчає найбільш масштабні проблеми екології людини і соціальної екології.

Прикладна екологія включає: промислову екологію, сільськогосподарську екологію, екологію міста (населених пунктів), медичну екологію, екологію адміністративних районів, екологічне право, екологію катастроф і багато інших розділів. Прикладна екологія тісно пов'язана з охороною природи і довкілля.

Екологічні знання повинні служити основою раціонального природокористування. На їх основі базується створення і розвиток мережі територій, що охороняються: заказників, заповідників і національних парків, а також охорона окремих пам'ятників природи. Раціональне використання природних ресурсів є основою стійкого розвитку людства.

Як і будь-яка наука, екологія виявляє закономірності протікання процесів, що вивчаються, і формулює їх у вигляді коротких логічних і перевірених практикою положень–законів.

Основні закони екології:

Закон незамінності біосфери: біосфера - це єдина система, що забезпечує стійкість місця існування при будь-яких виникаючих збуреннях. Немає жодних підстав сподіватися на побудову штучних співтовариств, що забезпечують стабілізацію довкілля в такому ж ступені, що і природні співтовариства.

Закон біогенної міграції атомів (В.І.Вернадського): міграція хімічних елементів на земній поверхні і в біосфері в цілому здійснюється при безпосередній участі живої речовини -- біогенної міграції.

Закон физико-хімічної єдності живої речовини: загальнобіосферний закон - жива речовина фізико-хімічно єдина; при всьому різноманітті живих організмів вони настільки фізико-хімічно схожі, що шкідливе для одних не байдуже для інших (наприклад, забрудники).

Принцип Реді: живе походить лише від живого, між живою і неживою речовиною існує непрохідний кордон, хоча і є постійна взаємодія.

Закон єдності «організм - середовище»: життя розвивається в результаті постійного обміну речовиною і інформацією на базі потоку енергії в сукупній єдності середовища і організмів, що населяють її.

Закон однонаправленості потоку енергії: енергія, що отримується співтовариством і засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їх біомасою передається консументам, а потім редуцентам з падінням потоку на кожному трофічному рівні; оскільки в зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) надходить мізерна кількість спочатку залученої енергії (максимум 0,35%) говорити про «кругообіг енергії» не можна; існує лише кругообіг речовин, підтриманий потоком енергії.

Закон незворотності еволюції Л. Долло: організм (популяція, вид) не може повернутися до колишнього стану, вже здійсненого у ряді його предків, навіть повернувшись в середовище їх проживання.

Закон (правило) 10 відсотків Р. Ліндемана: середньомаксимальний перехід з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший 10% енергій (або речовини в енергетичному виразі), як правило, не веде до несприятливих наслідків для екосистеми і трофічного рівня, що втрачає енергію.

Закон толерантності ( Шелфорда): лімітуючим чинником процвітання організму (вигляду) може бути як мінімум, так і максимум екологічної дії, діапазон між якими визначає величину витривалості (толерантності) організму до даного чинника.

Закон оптимуму: будь-який екологічний чинник має певні межі позитивного впливу на живі організми· Закон оптимуму: будь-який екологічний фактор має визначені межі позитивного впливу на живі організми.

Закон обмежуючого чинника (закон мінімуму Ю. Лібіха): найбільш значний той чинник, який більше всього відхиляється від оптимальних для організму значень; від нього залежить в даний момент виживання особин; речовиною, присутньою в мінімумі, управляється зростання.

Закон (принцип) виключення Гаузе: два види не можуть існувати в одній і тій же місцевості, якщо їх екологічні потреби ідентичні, тобто якщо вони займають одну і ту ж екологічну нішу.

«Закони» екології Б. Коммонера: 1) все пов'язано зі всім; 2) все повинно кудись діватися; 3) природа «знає» краще; 4) ніщо не дається дарма.

Масштаби екологічної кризи, її наслідки. Причини виникнення екологічної кризи і шляхи її розв’язання. Проблеми промисловості , транспорту, енергетики, землекористування.

Природа – цілісна система з великою кількістю збалансованих зв’язків. Порушення їх приводить до змін у природі, кругообігу речовин і енергії. Саме це й почало відбуватися в другій половині XX століття. В умовах науково-технічного прогресу людина одержала могутню зброю впливу на природу, за допомогою якго їй вдалось втягнути в процес виробництва майже всю приповерхневу оболонку планети і вийти в космос. Ми вторглися в мікро-і макросвіт, в найтонкіші зв’язки і механізми біосфери. Але вторгаючись в них, людина викликає негативні зміни в природі.

Екологічні диспропорції , різні порушення почались давно, ще на зорі розвитку людства. В епоху землеробства люди почали викорчовувати ліси, щоб отримати орну землю. Це поклало початок виникнення багатьох пустель, тому що зникли з лісами центри накопичення вологи. З віками це все прийняло незворотний характер. Особливо швидко негативні явища почали виявлятися у другій половині ХХ століття після другої світової війни. Людина і науково-технічний прогрес так наступили на природу, що вступили з нею в протиріччя і в повній мірі виявилась екологічна криза.

Екологічна криза – це напружений стан взаємовідносин між людством і природою, який характеризується невідповідністю розвитку виробничих сил і виробничих відносин в суспільстві ресурсно – економічним можливостям біосфери.

Причини екологічної кризи: - всесвітнє озброєння;

- швидке зростання населення (за ХХ століття з 1,5 до 6 млрд чоловік);

- урбанізація; - швидкий ріст населення міст, утворення мегаполісів;

- зростання об’ємів промислової продукції;

- зростання електроспоживання; - зростання видобутку мінеральних копалень;

- зростання кількості відходів при виплавлюванні металів;

- збільшення виробництва штучних полімерних матеріалів;

- зростання використання мінеральних добрив і ядохімікатів;

- зростання кількості експлуатованих автомобілів;

- закислення ґрунтів, водойм; - забруднення гідросфери нафтою та нафтопродуктами; - скидання стічних вод в річки, які проходять крізь території інших країн; - трансграничне перенесення викидів в атмосфері; - парниковий ефект; - руйнування озонового шару; - зникнення рідкісних рослин і тварин; - теплові і радіаційні забруднення атмосфери та інше.

Можливі шляхи виходу з екологічної кризи:

• рух за всесвітнє роззброєння;

• упорядкування природокористування, тобто раціональне використання природних ресурсів;

• охорона, захист і примноження природних багатств;

• інженерний захист навколишнього середовища на промислових підприємствах;

• утворення мало і безвідходних технологій; - створення екологічно заборонених зон ( заповідних );

• відновлення порушених екологічних об’єктів ( екологічна реконструкція ) та інше.

Питання для самоперевірки:

1. Екологія, предмет екології.

2. Взаємозвязок екології з іншими науками.

3. Основні закони екології.

4. Екологічна криза.

5. Шляхи виходу з екологічної кризи.

Література: [1 – 5].

Лекція 2. Техносфера планети Земля

1. Функціонування техносфери, взаємозв’язок промислового підприємства з навколишнім середовищем.

2. Принципи наукового природокористування.

3. Антропогенні та техногенні процеси в біосфері. Поняття про ноосферу.

Охорона довкілля і раціональне використання природних ресурсів – одна з самих актуальних і глобальних проблем сучасності. Протиріччя масштабів між техногенною діяльністю людини і природою торкаються самих основ існування цивілізації. Забруднюється атмосферне повітря неорганічними і органічними речовинами, які впливають на стан здоров’я людини. Забруднюються ріки, озера, моря і з ними морепродукти, такі необхідні для збалансованого харчування людини. Погіршується якість питної води. Забруднюються ґрунти і продукти харчування, які на них ростуть. Виснажуються надра. Несприятливий вплив на життєву діяльність людини призводить шум, вібрація, інфразвуки, електромагнітні поля і іонізуючі випромінювання. Це становить вплив довкілля на людину. З іншого боку всі ці види забруднень в навколишнє середовище вносить сама людина, тобто має місце як антропогенне, так і техногенне забруднення довкілля.

Із середини ХХ століття, з розвитком природоохоронного мислення, коли людина з екологічних і соціальних позицій усвідомила наслідки свого впливу на природне середовище, змінилося саме поняття охорони природи і розділилося на наступні поняття.

Захист природи (ЗП) – заходи щодо попередження втрат, які можуть бути нанесені об’єкту живої природи і неживої небажаним впливом людини чи стихійними процесами (цунамі, селі, землетруси, тайфуни, зсуви і т.д.)

Охорона природи (ОП) – система заходів, спрямована на раціональне використання, збереження і відновлення природних ресурсів і попередження негативного впливу суспільства на природу.

Охорона навколишнього середовища (ОНС) – система державних і суспільних заходів, забезпечуючих збереження природного середовища, придатного для життєдіяльності нинішнього і майбутнього поколінь.

Охорона біосфери (ОБ) – система заходів на національному і міжнародному рівнях, спрямованих на усунення небажаного техногенного чи стихійного впливу на функціонально взаємозалежні блоки біосфери (атмосферу, гідросферу, літосферу, ґрунт, вітасферу).

Е лектроенергія і теплопостачання

В ода

С ировина

С онячна радіація

Повітря

П ромислове підприємство

Енерговідходи

Тепловідходи

Продукція

Електромагнітні поля і хвилі

Шум. Вібрація. Інфразвук

С киди в гідросферу (стічні води)

Світлові випромінювання

В икиди в атмосферу

Гази і пари

Тверді відходи в літосфері

Іонізуючі випромінювання

Пил і аерозолі

Рис. 1 – Схема взаємодії промислового підприємства з навколишнім середовищем

У 70-х роках ХХ століття з’явилося нове формулювання науки про охорону природи як науки про охорону біосфери – це комплекс наукових дисциплін, завданням яких є:

- аналіз і дослідження взаємодії суспільства і природи;

- вивчення причин і наслідків антропогенного технологічного і стихійного впливу на екосистеми біосфери;

- розробка конструктивних заходів їхньої охорони і способів регулювання з метою забезпечення сприятливих умов для життя людини і нормального функціонування біосфери.

Природні екосистеми і біогеоценози складні за своїми структурно функціональними характеристиками. Тому при їхньому господарському використанні завжди слід прагнути до того, щоб по можливості не порушувати історично і біогеохімічно сформованих взаємозв’язків між їх компонентами і природним середовищем, підтримувати стійкість і потенційну здатність до саморегуляції цих природних утворень.

Усвідомивши ці поняття і положення, студенту необхідно усвідомити мету природоохоронних заходів, спрямованих на збереження існування екосистем, їх нормального, стійкого функціонування, тобто гомеостазу, а також на збереження екзистенційного потенціалу, тобто потенціалу функціонанування, існування. Екосистеми мають наступні межі такої екзистенції, які слід знати і враховувати при господарському впливі:

- межа антрополерантності - стійкості до небажаного антропогенного впливу, наприклад, ущільнення ґрунту, рекреаційного пресу, впливу пестицидів, шумового забруднення і т. д.;

- межа стохетолерантності, тобто стійкості проти негативного стихійного впливу, наприклад, дії на лісові екосистеми ураганних вітрів, сніжних лавин, блискавок і інших несприятливих явищ і процесів;

- межа здатності до регенерації, тобто здатності до відновлення природних шляхом;

- межа гемеостатичності – здатність до саморегуляції.

Крім перерахованих принципів збереження екосистем слід засвоїти і принцип природоохоронної діяльності, котрі являють собою наступні:

- вишукування нових, екологічно захищених джерел задоволення потреб суспільства (сировини, енергії, продовольства, освоєння нових земель, родючість ґрунтів, опріснення вод і т. д. );

- використання відходів виробництва і споживання ( очищення викидів, стічних вод, газів, створення замкнутих циклів виробництва і мало- і безвідхідних технологій, комплексне використання сировини);

-збереження динамічної рівноваги в природі, у її компонентах.

Таким чином, екологічно обґрунтоване рішення природокористування повинно полягати в досягненні максимально можливої біопродуктивності екосистеми і біогеоценозів, мінімальному порушенні їхньої здатності до саморегуляції, збільшенні їхньої стійкості проти негативного стихійного, антропогенного і техногенного впливу, підтримки їхньої здатності до самовідновлення.

Поступово,у міру розумового розвитку, виник новий етап розвитку біосфери – необіотичний ( з античних часів ). Поява нообіосфери обумовлена всебічним впливом на біосферу (рис. 2).

Рис.2 – Антропогенний вплив на різних етапах розвитку нообіосфери

Схема на рис. 2 характеризує антропогенний вплив на різних етапах розвитку нообіосфери. Важливо зрозуміти, що в останньому періоді еволюції (1945 – 2000 р. ) виникла якісно нова загроза планетарної соціоекосистеми в атомно-космічний етап її розвитку. Приблизно за 50 років глобально-екологічний вплив проявився більш масштабно, чим за весь історичний період розвитку суспільства. Це стало причиною розвитку нового техногенного етапу, який називають ноосферою.

Термін «ноосфера» ввів французький філософ Е.Ле-Руа (1927), який слухав лекції В.І. Вернадського в Сорбонні (Париж) і був прихильником його біогеохімічних концепцій щодо еволюції біосфери.

В.І. Вернадський вклав у цей термін не тільки біогеохімічне, але і соціальне поняття. Під ноосферою (сферою розуму) він розумів такого роду стан біосфери, у якому повинен проявитися розум і робота людини, яка направляється нею, як нова небувала на планеті геологічна сила. «Перед вченими, - писав В.І. Вернадський, - постануть у найближчому майбутньому небувалі для них завдання свідомого напрямку організованості ноосфери»

Питання для самоперевірки

1. Вплив промисловості на стан навколишнього середовища.

2. Межі екзистенції.

3. Ноосфера.

Література: [ 1 – 5 ]

Лекція 3. Джерела і масштаби забруднення атмосфери, гідросфери та літосфери