Этапы развития экологии

     В настоящее время широкое применение получил химический способ борьбы с  так называемыми вредными представителями  фауны. При этом происходит как прямое, когда целенаправленно истребляется какой-то вид, так и косвенное  воздействие, когда погибают виды, для которых это воздействие не предполагалось. В свое время для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур применялся препарат ДДТ, который кроме вредителей уничтожал и полезных насекомых, например пчел. Детальные исследования препарата показали, что при его применении в растениях накапливаются высокотоксичные вещества, которые попадают через пищу в организм человека. Сейчас он нигде в сельском хозяйстве не применяется.

     Но  появились новые ядохимикаты, используемые повсеместно. Это пестициды —  сильно действующие отравляющие вещества. Они включают в себя: инсектициды (средства для уничтожения вредных насекомых), родентициды (для борьбы с грызунами), бактерициды (для уничтожения бактерий, вызывающих болезни у культурных растений), гербициды (для истребления сорняков), фунгициды (для борьбы с возбудителями грибковых болезней).

     Пример  прямого воздействия на животный мир — переселение отдельных  видов в новые места обитания.

     Косвенное влияние на фауну происходит в  основном из-за изменения, а иногда и уничтожения мест обитания: уменьшается численность отдельных видов, а некоторые полностью исчезают. Широкое распространение антропогенных ландшафтов способствует и переходу многих животных к синантропному образу жизни, т.е. они тем или иным образом приспосабливаются к новым местам и условиям обитания (черная и серая крысы, комнатная муха, черный и рыжий тараканы, галка, домашний воробей, городская и деревенская ласточки, грач и пр.).

     Рассмотрев  данный вопрос, мы выяснили, что с развитием человеческой цивилизации, научно – технического прогресса, без сомнения, идёт и сокращение численности многих видов животных сегодня. Воздействие человека на животных осуществляется двояким путем: прямым – непосредственным преследованием и истреблением, или расселением, и косвенным – изменением условий жизни. 

     5 Круговорот азота. Роль микроорганизмов в поддержании круговорота азота: аммонифицирующие бактерии, нитрифицирующие бактерии.

     Круговорот азота – биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы – редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии [6, http://ru.wikipedia.org]. 

     Круговорот  важнейшего элемента живого вещества — азота — охватывает все составные  части геосферы и является одним  из основных биогеохимических циклов, обеспечивающих поддержание жизни на нашей планете.

     Азот  — один из наиболее распространенных элементов на Земле. Его запасы в  атмосфере нашей планеты составляют 4*10¹⁵ т. (78,09% — по объему; 65,6% — по массе).

     Азот  поступает на земную поверхность вместе с другими газами при извержениях (около 30 т., из них 8 т. на суше, 22 т. за счет подводного вулканизма), при процессах ионизации атмосферы. Соединения азота, синтезированные при ионизации атмосферы, попадают на Землю с осадками в количестве 22 млн. т. азота (над сушей) и 82 т. (над океаном) в год.

     Некоторые количества связанного азота в почвах могут дать микроскопические сине-зеленые  водоросли, которые являются фотосинтезирующими микроорганизмами.

     Азот, накопившийся в почве, принимает  участие в биологическом круговороте. Ежегодно в биологическом круговороте на суше участвуют 2,3*10⁹ т. азота (в пересчете на реальный растительный покров). Он входит в состав живого вещества и является основой растительной и в конечном итоге животной массы[5, c. 241]. Большая часть азота растений представлена белковыми веществами.

     Азот  является составной частью таких  жизненно важных веществ, как нуклеиновые  кислоты, хлорофилл, некоторых ростовых веществ (гетероауксин) и витаминов  группы В.

     Круговорот  азота в природе складывается из трёх основных процессов:      

     1) фиксация азота атмосферы;

     2)нитрификация-окисление  азота; 

     3) денитрификация (гниение) - восстановление  азота. Азот атмосферы фиксируют  только свободноживущие азотофиксаторы (азотобактер) и микробы – симбионты – клубеньковые бактерии. Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Эти микроорганизмы синтезируют сложные органические соединения. Значение: обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию.

     Аммонифицирующие  микроорганизмы (иначе гнилостные микроорганизмы, гнилостная микрофлора) широко распространены в почве, воздухе, воде, животных и  растительных организмах. Поэтому любой  подходящий субстрат быстро подвергается гниению. Наиболее глубокий распад белка с образованием безазотистых и азотистых соединений (индол, скатол, NH₃, H₂S) идет при участии спорообразующих бактерий рода Bacillus, и семейства Enterobacteriaceae.

     Умеренное, контролируемое иммунитетом организма бактериальное гниение белков также является необходимой частью пищеварения и происходит в толстом кишечнике человека и животных. Их активаторами являются Proteus, Escherichia, Morganella, Klebsiella, Pseudomonas. По мнению И. И. Мечникова, постоянно образующиеся в кишечнике продукты гниения (скатол, индол и др.), вызывают хроническую интоксикацию и являются одной из причин преждевременного старения. Чрезмерно интенсивное гниение в толстом кишечнике является причиной гнилостной диспепсии, диареи и дисбактериоза толстого кишечника.

     Нитрифицирующие бактерии,  превращающие аммиак и аммонийные соли в нитраты; аэробны, грамотрицательны, подвижны (имеют жгутики); обитают в почве и водоёмах. Выделены и описаны в 1890 русским микробиологом С. Н. Виноградским (их открытие позволило ему создать учение о хемосинтезе). Превращение NH₃ в нитраты — нитрификация — осуществляется в две стадии. Сначала нитритные бактерии (Nitrosomonas) окисляют NH₃ до нитрита:   .

     Во  второй стадии нитратные бактерии (Nitrobacter) окисляют нитрит до нитрата:   .

     Таким образом, между этими двумя группами существуют метабиотические отношения: бактерии, окисляющие NH₃, обеспечивают субстратом бактерий, окисляющих нитрит.

     Итак, изучив данный вопрос, мы выяснили, что  движение азота представляет собой отличительный от круговорота других биогенов процесс, так как включает в себя газообразную и минеральную фазу. Круговорот азота охватывает все области биосферы. Хотя его запасы практически неисчерпаемы, однако высшие растения могут усваивать азот лишь после того, как он образует легкорастворимые соли с водородом и кислородом. Так же, что круговорот азота в природе складывается из трёх основных процессов (фиксация азота атмосферы, нитрификация и денитрификация / гниение). Так же мы рассмотрели понятия аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий. 

     6 Очистка промышленных выбросов от паров и газов.

     В настоящее время с ростом и  бурным развитием промышленности большое  внимание уделяется ее экологической  обоснованности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов. газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выхлопах, очень многочисленна Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы:

1. Абсорбция жидкостями;
2. Адсорбция твердыми поглотителями;
3. Каталитическая очистка.

     В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном[2, c. 163].

     Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H₂SO₄), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

     Абсорбционные методы служат для технологической  и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка –непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно. Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

     Адсорбционные методы применяют для различных  технологических целей — разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

     Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов — твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью S_уд (S_уд — отношение поверхности к массе, м²/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, — это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1. Глубокая очистка газов от токсичных примесей;
2. Сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

     Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

     Недостатки  большинства адсорбционных установок — периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов.

     Каталитические  методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых  катализаторов, т. е. на закономерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

     Недостаток многих процессов каталитической очистки — образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.