«ЭКОЛОГИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальностей 250401.65 Лесоинженерное дело, 250403.65 Технология деревообработки всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт–Петербургский государственный лесотехнический университет

имени С. М. Кирова»

Кафедра воспроизводства лесных ресурсов

ЭКОЛОГИЯ

Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальностей 250401.65 «Лесоинженерное дело», 250403.65 «Технология деревообработки» всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 УДК 574 ББК 28.1 Э40 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой воспроизводства лесных ресурсов Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом сельскохозяйственного факультета Сыктывкарского лесного института Составитель:

кандидат биологических наук, доцент Е. И. Паршина Отв. редактор:

профессор, доктор биологических наук Е. В. Юркина Экология [Электронный ресурс] : учеб.-метод. комплекс по дисциЭ40 плине для студ. спец. 250401.65 «Лесоинженерное дело», 250403. «Технология деревообработки» всех форм обучения : самост. учеб.

электрон. изд. / Сыкт. лесн. ин-т ; сост.: Е. И. Паршина. – Электрон.

дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2012. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com.

– Загл. с экрана.

В издании помещены материалы для освоения дисциплины «Экология». Приведены рабочая программа курса, сборник описаний лабораторных работ, методические указания по различным видам работ.

УДК ББК 28. Самостоятельное учебное электронное издание Составитель: Паршина Елена Ивановна

ЭКОЛОГИЯ

Электронный формат – pdf. Объем 6,2 уч.-изд. л.

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт–Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, [email protected], www.sli.komi.com Редакционно-издательский отдел СЛИ.

© СЛИ, © Паршина Е. И., составление,

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

2. СБОРНИК ОПИСАНИЙ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ

ДИСЦИПЛИНЫ

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕКУЩЕМУ И ПРОМЕЖУТОЧНОМУ

КОНТРОЛЮ

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРЕДИСЛОВИЕ

Окружающая человека природная среда составляет фундамент всей жизнедеятельности человека. Впервые В. И. Вернадский поставил вопрос о воздействии человеческого общества на окружающую среду и доказал, что по мощности воздействия на биосферу оно сопоставимо с геологическими процессами. Понадобилось немало времени, чтобы преодолеть господствующий технократический образ мышления, разрушить мнение о том, что при правильной организации хозяйства и высокопроизводительной техники можно решить все экономические, социальные вопросы. Ведь даже самая совершенная техника, если она вступает в противоречие с законами воспроизводства природы, неизбежно наносит ущерб здоровью человека, экономической системе. Для преодоления экологического кризиса и грядущих экологических катастроф необходимо перейти к новой идеологии, к экологизации экономики, всей науки, техники, а для этого необходим комплекс знаний о структуре, динамике окружающей среды, её закономерностях функционирования, необходимо уметь предвидеть и прогнозировать изменения состояния окружающей среды. На овладение этими знаниями и умениями и направлен курс изучения дисциплины «Экология».

УМК дисциплины (УМКД) является основным средством решения задачи оснащения учебного процесса учебно-методическими, справочными и другими материалами, которые позволяют улучшить качество подготовки студентов в процессе обучения в вузе. Настоящий учебно-методический комплекс по дисциплине «Экология» (УМКД) содержит сведения о содержании обучения по дисциплине «Экология», целях обучения, воспитания и развития студентов, формирования у них необходимых знаний, умений, навыков, последовательности изложения и наиболее целесообразных способах его усвоения студентами, методических рекомендациях по основным видам работ. Данное издание соответствует требованиям ГОС ВПО. Структура УМКД по экологии включает разделы:

• Рабочая программа дисциплины (раскрывает объем, последовательность изучения разделов и тем программы курса, дидактические единицы дисциплины, формы (виды) контроля знаний).

• Сборник описаний лабораторных работ • Методические указания по самостоятельному изучению дисциплины • Методические указания по текущему и промежуточному контролю (данный компонент реализует функции контрольного блока для проверки хода и результатов теоретического и практического усвоения учебного материала по дисциплине, включают банк тестовых заданий для самопроверки знаний по разделам курса, вопросы к зачету).

• Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (включает основные и дополнительные источники, программное обеспечение и Интернет-ресурсы, справочно-терминологическую информацию (глоссарий) к изучаемым темам).

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения: познание законов функционирования и взаимосвязей в окружающей природной среде как основы дальнейшего существования человека.

получение знаний о взаимосвязях в природе, как совокупности факторов, обеспечивающих существование всех живых организмов;

рассмотрение вопросов функционирования надорганизменных систем; выявление причин глобальных экологических проблем;

получение знаний об экологическом законодательстве;

формирование нового экологического мышления, восприятие ответственности за будущее окружающей среды.

Студенты должны:

основные экологические понятия, экологические факторы и их влияние на живые организмы, виды, взаимоотношения организма и среды;

структуру, границы биосферы;

о причинах и последствиях глобальных экологических проблем; о современных проблемах охраны природы;

основы экологического права: виды ответственности за экологические правонарушения, основные нормативные акты в области охраны природы; формы международного сотрудничества;

о рациональном использовании и охране природных ресурсов; виды и влияние техногенного загрязнения на здоровье человека; основные физико–химические процессы воздействия промышленно–транспортного комплекса на окружающую среду;

об основных мероприятиях по охране природы; о нормировании качества окружающей среды;

иметь представление об основных эколого–экономических механизмах охраны природы.

объяснять причины и основные пути адаптации живых организмов к экологическим факторам и среде обитания, объяснять основные процессы устойчивости в природных системах;

использовать количественные показатели при обсуждении экологических проблем; различать виды загрязнения;

применять на практике полученные знания и умения; использовать знания по основам экологического законодательства;

описывать природные процессы в биосфере;

уметь сравнивать, анализировать; делать выводы, использовать различные источники для получения необходимой информации.

Для усвоения данной дисциплины студентам необходимо иметь базовые знания по биологии, географии, химии, физике.

ЕН.Ф. 05. Биосфера и человек: структура биосферы, экосистемы, взаимоотношения организма и среды, экология и здоровье человека: глобальные проблемы окружающей среды, экологические принципы использования природных ресурсов и охраны природы; основы экономики и природопользования; экозащитная техника и технологии, основы экологического права, профессиональная ответственность; международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.

Наименование разделов, тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий.

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. Сущность жизни и свойства живого. Уровни организации живой природы. Проблемы взаимоотношения «человек – природа». Эволюция человеческого общества в его отношении к природе, современный экологический кризис и экологические проблемы современности. Понятие, предмет, методы и задачи экологии. Системные исследования в экологии. Разделы экологии, связь с другими науками. История формирования экологических знаний. Экологизация наук (2 час).

Раздел 2. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК. Понятие о биосфере. Структура, состав, границы и эволюция биосферы. Учение В. И. Вернадского о биосфере, ноосфере: основные положения учения. Роль живого вещества биосферы. Структура, состав и значение основных сфер Земли. Биосфера и человек: техносфера (понятие и состав). Экосфера. Биогеохимические круговороты: понятие, общая схема круговоротов веществ (С, N, Р). Глобальные проблемы окружающей среды: истоки, сущность, последствия и пути решения. Экологические проблемы и ситуация в Республике Коми (3 часа).

Раздел 3. ОСНОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ. Понятие «экосистема» и «биогеоценоз». Экосистемы: классификация, структура и основные компоненты экосистемы:

продуценты, редуценты, консументы; авфтотрофы и гетеротрофы. Пищевые цепи и сети.

Виды пищевых цепей, трофические уровни. Правило 10 %. Поток энергии и формирование продуктивности. Трофические уровни, экологические пирамиды. Мировое распределение биологической продукции и экологические пирамиды. Динамика и гомеостаз экосистем.

Сукцессии: первичные и вторичные. Лесные экосистемы: значение, структура, особенности функционирования, динамика лесных экосистем (вторичные сукцессии). Агроэкосистемы:

пути повышения биологической продукции; отличие естественных экосистем от искусственных. Понятие биоценоза, состав и структура сообщества. Понятие экологической ниши.

Ярусность. Доминанты и эдификаторы. Понятие, свойства и структура популяций (возрастная, половая, этологическая). Типы роста численности популяций. Основные типы роста численности популяции. Типы взаимодействий популяций и емкость управление среды численностью популяций. Экологические факторы: понятие, классификация. Общие закономерности действия абиотических факторов; закон оптимума; закон минимума; закон толерантности; лимитирующие факторы, законы Либиха и Шелфорда. Адаптации живых организмов к действию абиотических факторов (свет, влажность, тепловой режим). Биотические факторы. Взаимодействие экологических факторов. Понятия «среда» и «условия обитания» живых организмов. Типы сред обитания, их основные специфические свойства и приспособления к ним живых организмов (наземно–воздушная, почвенная, живые организмы как среда). Взаимоотношения организма и среды (4 час).

Раздел 4. ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. Понятие и виды загрязнения, загрязняющие вещества. Источники и виды загрязнения атмо–, гидро–, литосферы. Прямое и косвенное воздействие на человека загрязнение биосферы. Распространение и трансформация загрязняющих веществ в ОС. Антропогенные нарушения круговоротов веществ. Воздействие промышленно–транспортных объектов на ОС. Окружающая среда и производство: технологические процессы переработки сырья как источник воздействия на ОС. Техногенное физическое загрязнение среды: понятие о шумах, шумы естественного и техногенного происхождения, биологическое действие шумов. Экология и здоровье человека: воздействие различных загрязнений на биоту и здоровье человека. Экозащитная техника и технологии: методы защиты биосферы (способы очистки сточных вод; газовых выбросов). Понятие малоотходных и безотходных технологий. Основные мероприятия по снижению загрязнения при эксплуатации, ремонте транспортных средств (путей), повышение топливной экономичности и экологичности транспорта конструктивными методами ( час).

Раздел 5. РЕСУРСЫ ТЕХНОСФЕРЫ: ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Природные ресурсы. Понятие и классификация. Ресурсы биосферы и техносферы. Природопользование: сущность, значение. Рациональное и нерациональное природопользование. Малоотходные и безотходные технологии. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы. Проблемы использования и воспроизводства водных, биологических, земельных, энергетических, минеральных ресурсов. Лесные ресурсы: комплексное использование растительного компонента лесных экосистем. Леса РК. Виды особо охраняемых территорий, их значение (ООПТ РФ, РК). Международная Красная книга. Охраняемые растения и животные РФ, РК (1 час).

Раздел 6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Экологический мониторинг: понятие, сущность.

Оценка качества окружающей среды: нормативы (стандарты) качества (понятие ПДК, ПДС, ПДВ, ПДУ). Нормирование промышленно–транспортного воздействия. Основы экономики природопользования: экономические и механизмы природопользования и охраны природы.

Экологический прогноз, паспортизация и аттестация. Система и методы оценки ПР.

Экономическое стимулирование, финансирование. Основные показатели затрат на природоохранные мероприятия. Эколого–экономическая оценка ущербов. Задачи лесопромышленного комплекса по рациональному использованию лесных ресурсов. Основные принципы и методы экологического лесопользования (2 час).

Раздел 7. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА. Основы экологического права:

понятие, система и история развития экологического права РФ. Нормативно–правовые акты по природопользованию и охране природы (Водный, Лесной, Земельный кодексы; Закон РФ «Об охране окружающей природной среды»). Конституционные основы экологического законодательства. Экологические правонарушения. Виды ответственности за экологические правонарушения. Профессиональная ответственность: правовые основы экологического лесопользования. Международное сотрудничество в области ООС: формы, принципы и необходимость международного сотрудничества в области ООС. Участие РФ в международном сотрудничестве (1 час).

Всего – 16 часов.

Лабораторная работа № 1–2. Тема: Количественная и качественная оценка воздействия ПТК на атмосферный воздух.

1. Выяснить механизмы образования загрязняющих веществ в процессе горения топлива.

2. Раскрыть технологические процессы воздействия промышленно–транспортного комплекса на окружающую среду (атмосферу).

3. Овладеть методикой расчета объемов загрязняющих веществ, образующихся при сжигании топлива.

4. Провести количественную оценку воздействия промышленно–транспортных объектов на атмосферу…………..………………………………………………………………4 часа Лабораторная работа № 3. Тема: Экосистемы: поток энергии и формирование продуктивности.

Изучить основные принципы передачи энергии в экосистемах и формирования биологической продукции.……………………………………………………………………..…2 часа Лабораторная работа № 4. Тема: Химическое загрязнение атмосферного воздуха при эксплуатации автомобильного транспорта.

1. Выяснить механизмы образования загрязняющих веществ в процессе работы ДВС.

2. Провести количественную оценку воздействия транспортных объектов на атмосферу.

………………………………………………………………………………………….2 часа Лабораторная работа № 5. Тема: Нормирование промышленно–транспортного воздействия.

Провести оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации угарного газа (СО))…………………………………………….…………………………………………....2 часа Лабораторная работа № 6. Тема: Физическое загрязнение атмосферного воздуха.

Экологическое картографирование шумового загрязнения.

1. Используя данные по сбору информации и таблиц, определить уровень шумового загрязнения на расстоянии 25, 50, 100, 200 и 300 м от участков магистральных улиц заданного района.

Лабораторная работа № 7. Тема: Экология и здоровье человека. Определение показателей физического развития, функционального состояния и адаптивных возможностей организма.

Провести оценку физического развития и функционального состояния организма………………………………………………………………………………………………4 часа Лабораторная работа № 8. Тема: Загрязнение гидросферы. Определение физических и химических свойств воды*.

Провести санитарную оценку состояния источника (ов) водоснабжения…………………………………………………………………………….....2 часа Лабораторная работа № 9 *(вариативность, при наличии дополнительного занятия). Тема: Оценка состояния окружающей среды.

1. Изучение и определение источников загрязнения.

2. Составление карто–схемы загрязнения участка…………………..2 часа Тема: Потоки вещества и энергии в лесных экосистемах (изучить основные принципы формирования биологической продукции, устойчивости лесных экосистем).

Тема: Агроценозы: условия существования и экологические проблемы использования сельского хозяйства (провести анализ почвы (механического и химического состава).

Примечание: 1)*на усмотрение преподавателя – выбор лабораторных работ зависит от наличия обеспечивающих средств, погодных условий, изученного теоретического материал. 2) 2 часа в течение изучения курса отводится промежуточным контрольным работам, поэтому количество часов на проведение лабораторных работ может изменяться.

Всего – 16 часов.

Самостоятельная работа и контроль успеваемости А) очная форма обучения конспекту и учебной литературе.

3. Изучение тем, не рассматриваемых на лекцион- ных занятиях Примечание: формы контроля успеваемости: АКР – аудиторная контрольная работа, ЛР – лабораторная работа; ДПР – выполнение домашних практических заданий, КР – контрольная работа.

Б) заочная форма обучения (ТД /ЛД)) конспекту и учебной литературе.

2. Изучение тем, не рассматриваемых на лекцион- 27 / ных занятиях А) очная зяйственной деятельности права А) заочная (ТД /ЛД)) организации ние среды проблемы использования мическая регламентация хозяйственной деятельности права

2. СБОРНИК ОПИСАНИЙ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Цель лабораторных работ – объединить теоретико–методологические знания и навыки студентов в ходе аудиторной самостоятельной работы, проходящей под контролем преподавателя.

Правила оформления, выполнения и сдачи лабораторных работ Перед проведением лабораторных работ каждый студент обязан пройти инструктаж по технике безопасности, ознакомиться с правилами и требованиями, предъявляемыми к выполнению лабораторных работ, и расписаться в журнале преподавателя о прохождении инструктажа. Без инструктажа студенты к выполнению лабораторных работ не допускаются.

1. Лабораторные работы проводяться самостоятельно под непосредственным руководством преподавателя на отдельном рабочем месте.

2. Перед началом работы студенту необходимо внимательно изучить методику работы, познакомиться с перечнем необходимого оборудования.

3. На лабораторном столе не должны присутствовать предметы, не имеющие отношения к работе.

4. При оформлении работы в рабочей тетради оформляется дата, номер лабораторной работы, название, цель, необходимое оборудование. При выполнении оформляется ход работы, вычисления, выводы. Недопустимо проводить вычисления и вести записи на отдельных листах, неправильные расчеты необходимо перечеркнуть и записать новые. Все записи должны производиться в последовательности, соответствующей методике.

5. После выполнения лабораторная работа подлежит сдаче преподавателю. Требования к каждой работе даны в лабораторном практикуме.

6. При оценке выполнения лабораторной работы учитывается:

– правильность выполнения;

– степень самостоятельности в выполнении;

– знание теоретического материала по выполненной работе и методики выполнения (в методических указаниях по каждой работе даны контрольные вопросы, ориентирующие студента на подготовку теоретического материала).

Лабораторная работа № 1–2. Количественная и качественная оценка воздействия Цель работы: расширение знаний о техногенном загрязнении окружающей среды, получение представления об основных механизмах и процессах образования загрязняющих веществ в технологических процессах.

Задача работы: овладеть методикой расчета массы веществ, участвующих и образующихся в процессе сжигания топлива.

Обеспечивающие средства: калькулятор, материалы учебных пособий (см. список рекомендуемой литературы).

5. Выяснить механизмы образования загрязняющих веществ в процессе горения топлива.

6. Раскрыть технологические процессы воздействия промышленно–транспортного комплекса на окружающую среду (атмосферу).

7. Овладеть методикой расчета объемов загрязняющих веществ, образующихся при сжигании топлива.

8. Провести количественную оценку воздействия промышленно–транспортных объектов на атмосферу.

Для определения количественных показателей образования и потребления веществ, участвующих в процессе получения энергии при сжигании топлива, используются уравнения материального баланса.

Основным источником теплоты при сгорании топлива является окисление содержащихся в топливе атомов углерода, водорода, серы, азота. Кроме данных компонентов, в топливе могут содержаться кислородсодержащие соединения (спирты, эфиры), тяжелые металлы (табл. Л.1.1).

Элементарный состав основных видов органического топлива Вид топлива Для расчетов материальных потоков используются реакции горения и стехиометрические соотношения основных компонентов:

Для определения массы веществ, участвующих и образующихся в процессе сжигания топлива, используют формулы:

где Мкисл, Мвозд, MT, М СО 2, M SO 2, M H 2 O, M N – масса веществ: кислорода, воздуха топлива, углекислого газа, двуокиси серы, воды и азота соответственно.

При правильном расчете количества участвующих и образующихся веществ в процессе горения топлива должно выполняться балансовое соотношение Величина выброса загрязняющих веществ зависит не только от вида топлива, но и от физико–химических механизмов, происходящих в тепловых машинах (так, с уменьшением количества кислорода в продуктах сгорания будет увеличиваться содержание СО и H2O и уменьшаться содержание H2O и CO2).

Загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами связано с содержанием в топливе минеральных негорючих компонентов, характеризующихся показателем зольности.

Зольность топлива (z, %) отражает долю минеральных примесей в единице веса: древесины – 0,6 %; торфа – 12,5 %; бурого угля – 34 %; сланцев – 50 %; мазута – 0,2 %. Объем загрязнения атмосферы твердыми частицами зависит от вида и объема сжигаемого топлива, способа сжигания, наличия и эффективности фильтров:

составляющая Твердые частицы включают нерастворимые в органическом растворителе вещества (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, соединения свинца) и растворимые (смолы фенол, альдегиды). В состав твердых частиц входят соединения серы и свинца. Сера, содержащаяся в топливе, окисляется до SO2, диоксид серы может окисляться до SO3, с парами воды приводит к образованию H2SO4 при температуре ниже 815 К.

Свинец в состав твердых частиц попадает атмосферу при использовании этилированных бензинов.

Количество образующихся при сжигании топлива шлаков и твердых частиц, выбрасываемых в атмосферу, определяется по формулам где z – зольность топлива, %.

Одним из наиболее массовых загрязнителей атмосферы являются окислы азота. Оксиды азота NOX представляют набор соединений: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Значительное количество оксида азота NO и диоксида азота NO2 образуется, прежде всего, в двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине и дизельном топливе.

Приблизительная оценка массы окислов азота, образующихся при сжигании различных видов топлива в разных отраслях, может быть получена по формуле где F – величина, показывающая количество окислов азота, образующихся при сжигании единицы массы топлива (эта величина различна для разных видов топлива и разных условий его сжигания; см. табл. Л1.2).

Вид топлива Отрасль промышленности Эмиссия окислов азота (F), т/1 т топлива дизельное топливо Расчет количества загрязняющих веществ, образующихся при работе автомобильного транспорта, проводится на основе данных о количестве сожженного топлива и количествах образующихся при этом веществ:

где Mi – количество образовавшего при работе транспорта i–го загрязняющего вещества; Gi – количество загрязняющего вещества i, образующегося при сжигании единицы массы топлива транспортом (табл. Л1.3).

Структура токсичных компонентов при сжигании 1 кг топлива Расчет суммарного количества загрязняющих веществ, образующихся на данной территории от всех источников загрязнения, осуществляется для каждого загрязнителя отдельно, учитывая его образование при сжигании всех видов топлива:

где Mi – суммарное количество загрязнителя i, образующегося на данной территории при сжигании N видов топлива; М i – количество загрязняющих веществ.

Для определения величины экологической нагрузки на данной территории используется формулы где Э i и Э i – экологические нагрузки загрязняющего вещества i на единицу площади душу населения соответственно (S – площадь территории, H – численность населения, Mi – количество загрязнителя i, образующегося при сжигании всех видов топлива на данной территории в единицу времени).

Знание основных физико–химических процессов при воздействии ПТО на окружающую среду, умение проводить расчет массы экологической нагрузки, способствует разработке и принятию новых и совершенствованию старых инженерных решений по защите окружающей среды.

1. Изучите механизмы образования загрязняющих веществ, содержание в атмосфере которых предполагается нормировать.

Заполните табл. Л1.4.

Примечание. В таблице дан пример заполнения.

2. Используя методику расчета загрязняющих веществ, определите:

А) Количество образующихся веществ в результате сжигания 1 тыс. т приведенных в табл. Л1.5 видов топлива (для проверки расчетов используйте формулу построения материального баланса). Работа проводится по вариантам:

Механизмы образования загрязняющих веществ и их влияние на окружающую среду и организм человека Монооксид углерода Диоксид углерода Углеводороды Твердые частицы (сажа) Оксиды азота Двуокись серы Свинец Бензапирен Диоксины Примечание. В расчетах учитывать, что уголь потребляется в энергетике, а бензин и мазут – в транспорте.

Б) Вид топлива, в результате сжигания которого:

1 вариант – выделяется наибольшее ко- 4 вариант – потребляется наибольшее количество углекислого газа. личество воздуха 2 вариант – потребляется наибольшее ко- 5 вариант – выделяется наибольшее количество кислорода личество паров воды 3 вариант – выделяется наибольшее ко- 6 вариант – потребляется наименьшее количество сернистого газа личество кислорода В) Суммарные количества СО2, SO2, NO2, твердых частиц, углеводородов и свинца, образующихся в городе за 1 год, при сжигании различных видов топлива (тыс. т/сут) (данные по вариантам приведены в табл. 5).

Г) Определить величины экологической нагрузки на территорию города, если:

1 вариант – S = 90 тыс. га, численность 5 млн чел.

2 вариант – S = 65 тыс. га, численность 1 млн чел.

3 вариант – S = 50 тыс. га, численность 100 тыс. чел.

4 вариант – S = 25 тыс. га, численность 10 тыс. чел.

5 вариант – S = 45 тыс. га, численность 150 тыс. чел.

6 вариант – S = 30 тыс. га, численность 100 млн чел.

1. Представить решение задач.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы.

3. Представить заполненную табл. 4, результаты количественной оценки в виде решения задач.

1. От каких факторов зависит величина выбросов загрязняющих веществ?

2. Какие вещества являются загрязнителями атмосферы?

3. Объясните механизм образования SO2, NOX, CO2 в процессе горения топлива.

4. С чем связано механическое загрязнение воздуха?

5. Раскройте понятия: загрязнение, энтропия, материальный баланс, зольность.

6. Чем представлена минеральная составляющая топлива?

Луканин, В. Н. Промышленно–транспортная экология [Текст] : учебник для вузов / В. Н. Луканин, Ю. В. Трофимов. – М. : Высш. шк., 2001. – 273 с.

Лабораторная работа № 3. Экосистемы: поток энергии и формирование продуктивности Цель работы: получить представление о потоке энергии и формировании продуктивности в экосистемах.

Задачи работы: расширение и закрепление понятий; развитие умений и навыков применять основные экологические принципы и законы при решении экологических задач.

Обеспечивающие средства: теоретическая часть пособия, лекционного материала, учебной литературы.

Задание: изучить основные принципы передачи энергии в экосистемах и формирования биологической продукции.

Экосистема представляет собой открытую неравновесную термодинамическую систему, постоянно обменивающуюся энергией и веществом с окружающей средой. Взаимоотношения организмов определяется взаимосвязанным потоком вещества и энергии. Вещественно–энергетический поток создает трофическую структуру экосистем. Биотический компонент включает представителей экологических групп–продуцентов, консументов, редуцентов.

Носитель энергии в экосистемах – пища – представляет собой совокупность неорганических и органических веществ. Важнейшим показателем автотрофного звена экосистем является первичная продукция, представляющая собой биомассу подземных и наземных органов, а также энергию и биогенные летучие вещества, произведенные автотрофной растительностью на единицу площади за единицу времени (выражается обычно в граммах биомассы на 1 м2 за год).

Вторичная продукция на каждом последующем уровне консументов составляет около 10 % предыдущей, очень редко достигая на уровне хищников 15–20 %. Обычно растительноядные животные потребляют около 10 % энергии, накопленной растениями, а плотоядные первого порядка – около 10 % энергии, содержащейся в биомассе растительноядных. Это значит, что эффективность плотоядных первого порядка по отношению к энергии, содержащейся в растениях, составляет 1 %, а по отношению к солнечной энергии – всего 1,001 %. В целом же вторичная продуктивность во много раз меньше первичной и эффективность ее колеблется от 1 до 10 % в зависимости как от особенностей поедаемого корма, так и от самих животных.

1. Используя приведенный ниже список организмов:

а) распределите живые организмы по принадлежности их к трофическим группам. Работа выполняется по вариантам:

1 вариант – еловый лес;

2 вариант – лиственный лес;

3 вариант – водоем;

4 вариант – сельскохозяйственные экосистемы;

5 вариант – тундры;

6 вариант – болота;

7 вариант – луговой экосистемы;

8 вариант – степной экосистемы.

Перечень организмов: ель, рдест, лемминги, водоросли, утка, лягушка, осот, песец, толстолобик, мышь, береза, скворец, божья коровка, дафния, дождевой червь, лось, сосна, ондатра, картофель, белокрыльник болотный, пшеница, сурок, ковыль, типчак, степной орел, ягель, линнея северная, корова, белка, жук–мертвоед, багульник, личинки мух, чайка, язь, ежа сборная, сом, лисица, хорь, окунь, ряска, заяц, кулик, волк, мятлик узколистный, пырей ползучий, клевер луговой, кувшинка, щука, полевка, тля, человек, овца, долгоносик.

б) Используя результат работы, составьте цепь питания (по соответствующему варианту) и определите трофические уровни данной цепи.

Ответьте на вопрос: какие организмы занимают первый трофический уровень в пастбищных пищевых цепях и почему?

2. Определите, какое количество энергии получат:

1 вариант – консументы первого порядка;

2 вариант – консументы второго порядка;

3 вариант – консументы третьего порядка;

4 вариант – консументы, занимающие пятый трофический уровень;

5 вариант – организмы, занимающие второй трофический уровень;

6 вариант – организмы, занимающие третий трофический уровень;

7 вариант – организмы, занимающие четвертый трофический уровень;

8 вариант – фитофаги, если зелеными растениями зафиксировано (в соответствии с вариантом) 15 (25, 30, 45, 10, 35, 20, 21) ккал солнечной энергии.

3. Используя приведенный ниже пример, составьте экологическую пирамиду цепи питания «люцерна теленок человек»:

1–3 вариант – биомассы; 4–6 вариант – численности; 7–8 вариант – энергии Определите, что отражает построенная пирамида.

Пример. Для поддержания своей жизнедеятельности 12–летнему ребенку весом 45 кг необходимо съесть 4,5 телят в год, для пропитания которых необходимо 2 · 107 растений люцерна, произрастающих на территории площадью 4 га. При этом телята при совокупной массе 1035 кг и накопленной в них энергии 1, 19 · 106 кал поедают 8 211 кг люцерны с энергией 1, 49 · 107 кал (в примере учтен годовой рацион ребенка, включающий только телятину, а рацион телят включает только растения люцерны, количество используемой растениями солнечной энергии составляет 6, 3 · 109 кал).

4. Используя данные табл. Л3.1, выясните:

а) для каких материковых экосистем характерен высокий уровень биомассы растений, чистой первичной продукции;

б) для каких морских экосистем характерен высокий уровень биомассы растений, чистой первичной продукции;

в) каким экосистемам (материковым или морским) принадлежит ведущая роль в образовании чистой первичной продукции (год);

г) каковы основные причины и закономерности в распределении (изменению количества первичной продукции среди материковых экосистем.

Биомасса (сухое вещество) и биологическая продуктивность 4. Определите чистую первичную продукцию, если зелеными растениями зафиксировано (в соответствии с вариантом) 3000 (1500, 2500, 150, 1200, 750, 4500, 3500) ккал/м энергии, а траты на «дыхание» составили 20 (15, 35, 15, 10, 10, 25, 15) %.

Используя данные табл. Л3.2:

А) рассчитайте численность, плотность особей в популяции;

Б) определите характер распределения популяции по территории;

В) определите возрастную структуру популяции, постройте возрастную пирамиду и модель биотического потенциала популяции за 10 последующих лет.

Примечание: тип пространственного распределения популяции определяется по отношению дисперсии (s2 или 2) к среднему числу особей на площадке:

Где m – плотность особей.

При 2 /m < 1 – распределение равномерное; 2 /m =1 – случайное; 2 /m >1 – групповое.

Журавль:

пострепродуктивные продуктивные) дуктивные При сдаче работы необходимо:

1) представить выводы, вычисления практической части работы;

– экологические понятия: редуценты, продуценты, консументы, пищевые цепи (сети), трофические уровни, типы пищевых цепей, биологическая продукция, экосистема;

– структурные элементы экосистемы;

– общие принципы переноса энергии по пищевым цепям;

– формирование и распределение биологической продукции.

1. Человек, выжигая пышный тропический лес, надеется получить на освободившейся территории высокие урожаи. Однако вскоре оказывается, что почвы на этих территориях абсолютно бесплодны. Объясните почему?

2. Каким организмам в водных экосистемах принадлежит роль в образовании органического вещества?

3. От каких факторов зависит продуктивность экосистем?

4. Назовите причины, приводящие к нарушению круговорота веществ в экосистемах (потока энергии).

1. Степановских, А. С. Экология [Текст] : учебник / А. С. Степановских. – Курган : Зауралье, 2000. – 704 с.

2. Чернова, Н. М. Экология [Текст] : учеб. пособие для студ. биол. спец. пед. ин–тов / Н. М. Чернова, А. М. Былова. – 2–е изд., перераб. – М. : Просвещение, 1988. – 272 с.

3. Шилов, И. А. Экология [Текст] : учеб. для биол. и мед. спец. вузов / И. А. Шилов. – М.

: Высш. шк., 1998. – 512 с.

Лабораторная работа № 4. Химическое загрязнение атмосферного воздуха при Цель работы: расширение знаний о химическом загрязнении окружающей среды, получение представления об основных механизмах и процессах образования загрязняющих веществ при эксплуатации автомобильного транспорта; ознакомление с методикой проведения оценки качества атмосферного воздуха.

Задачи работы: овладеть методикой расчета массы веществ, образующихся в процессе работы двигателя автомобильного транспорта (ДВС); провести оценку качества атмосферного воздуха по содержанию углекислого газа.

Обеспечивающие средства: калькулятор, материалы учебных пособий (см. список рекомендуемой литературы).

1. Выяснить механизмы образования загрязняющих веществ в процессе работы ДВС.

2. Провести количественную оценку воздействия транспортных объектов на атмосферу.

Общие теоретические сведения На каждом этапе жизненного цикла объекта транспорта происходит потребление энергии, материалов, выброс загрязняющих веществ. Основным процессом воздействия транспорта на окружающую среду является горение топлива в ДВС. Вещества, образующиеся при сжигании топлива в зависимости от механизма их образования, подразделяют:

1) углеродсодержащие вещества (углекислый газ, угарный газ, углеводороды);

2) вещества, выброс которых связан с примесями, присутствующими в воздухе и топливе, – это кварцевая пыль, аэрозоли, соединения серы, свинца, тяжелых металлов;

3) вещества, механизм образования которых непосредственно не связан с процессом сгорания (оксиды азота).

Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в результате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуются углекислый газ и водяные пары. Реакции окисления при этом имеют вид Но вследствие физико–механических процессов, происходящих в цилиндрах двигателя, состав отработавших газов включает более 200 веществ, из них к токсичным относят: оксид углерода, углеводороды, сажу, бенз()пирен, оксиды азота, соединения свинца.

Для определения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе вблизи автомагистралей и в отработавших газах ДВС используют различные методы: абсорбционный, хемилюминесцентный, электрохимический и др. Для расчетной оценки используют различные подходы (далее вариант 1,2), предусматривающие оценку:

– удельных выбросов и расхода топлива при разных скоростях движения и ездовых циклах одиночных АТС, составляющих транспортный поток;

– выбросов и расхода топлива транспортным потоком на отдельных участках дорожной сети (перегонах, перекрестках);

– концентрации компонентов автомобильных выбросов в приземном слое атмосферы на рассматриваемом участке улично–дорожной сети.

Примечание. В данной методике рассмотрены рекомендации по расчетам Д. И. Ушакова.

Расчет массы загрязняющих веществ от АТС, работа которых характеризуется небольшими пробегами и увеличенными простоями при работающем двигателе, определяется по формуле:

где mi – масса выбросов i–го загрязняющего вещества, кг; qi – величина удельного выброса i–го загрязняющего вещества при расходе 1 л топлива (табл. Л4.1); – плотность топлива, кг/л (табл. 8); Q – расход топлива, л.

Структура токсичных компонентов (qi) при сжигании 1 кг топлива Загрязняющее вещество Расчет массы загрязняющих веществ от разномарочного парка АТС проводится отдельно по каждой марке отдельно:

– Для легковых автомобилей (отечественных и импортных) и микроавтобусов зарубежного производства:

где H – базовая норма расхода топлива на пробег, л/100 км; L – пробег АТС, км; D – поправочный коэффициент.

– Для автобусов:

где Нот – норма расхода топлива на работу отопительной системы, л/ч (табл. Л4.2); Тот – время работы отопительной системы, ч.

Нормы расхода топлива на работу отопительной системы автобусов Модель, марка автобуса Норма расхода топлива на работу отопительной системы, л/ч – Для бортовых грузовых автомобилей:

где Hа/п – норма расхода топлива автопоездом, л/100 км; Нр – норма расхода топлива на единицу транспортной работы (бензин – 2 л, дизельное топливо – 1,3 л, СНГ – 2,5 л, СПГ ((сжиженный природный газ) – 2 м3), л/100 ткм; – объем транспортной работ, ткм; Нg – дополнительная норма расхода топлива на пробег автопоезда (бензин – 2 л, дизельное топливо – 1,3 л, СНГ – 2,5 л, СПГ – 2 м3), л/100 ткм; G – собственная масса прицепа (полуприцепа), т.

– Для автомобилей самосвалов и самосвальных прицепов:

где Hа/псам – норма расхода топлива самосвальным автопоездом, л/100 км; Нw – норма расхода топлива на единицу транспортной работы и дополнительную массу прицепа (полуприцепа) (бензин – 2 л, дизельное топливо – 1,3 л, СНГ – 2,5 л, СПГ – 2 м3), л/100 ткм; qпр – грузоподъемность (полу–)прицепа, т; Нz – нормы расхода топлива на езду с грузом при маневрировании в местах погрузки и разгрузки (жидкое топливо – 0,25 л, СПГ – 0,25 м3); Z – количество ездок с грузом.

– Специализированным АТС, выполняющим работу в период стоянки:

где Hs – норма расхода топлива специальным автомобилем, л/100 км (см. приложение, табл. 3); Нт – дополнительный расход топлива на работу специального оборудования, л/ч (см.

приложение, табл. 3); Т – время работы специального оборудования, ч.

Вариант 2. Следующая методика основана на использовании пробегового выброса АТС:

где gi – пробеговый выброс i–го вещества, г/км (см. приложение, табл. 4); Kтс – коэффициент, учитывающий состояние автомобиля на токсичность отработанных газов (табл.

Л4.3); Kг – коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ от условий движения автомобиля (табл. Л4.4).

Для учета различий в воздействии загрязняющих веществ вводится коэффициент агрессивности i–го вещества (Аi), характеризующий степень опасности для природных систем. С учетом Аi рассчитывается приведенная масса выбросов (М):

где n – количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в окружающую среду. Значение коэффициента Аi следует принимать из табл. Л4.5.

Отечественные грузовые Бензиновый (карбюраторный) 2,0 1,83 1,0 – Отечественные легковые Примечание. Для типов АТС, не указанных в таблице, коэффициент Kтс принимать равным 1,0.

овия движения (город), От 100 до 1000 тыс. чел. (включительно) 0,89 0,95 0,85 0,93 0,79 0,92 0, От 30 до 100 тыс. чел.(включительно) 0,74 0,83 0,70 0,80 0,69 0,82 0, Коэффициенты агрессивности загрязняющих вещества Значение коэффи– циента СО При поступлении в атмосферу NОх Неэтилирован- Этилирован- Дизельное 1. Используя материалы практической подготовки, определите количество выбросов угарного газа, углеводородов, диоксида азота в выхлопных газах автомобильного транспорта.

2. Сделайте вывод о характере загрязнения.

Примечание. В варианте использованы материалы практикума1.

Технология работы 1. Используя полученные данные (или исходные данные см. Л4.10), рассчитайте общий путь, пройденный выявленным числом автомобилей каждого типа за 1 ч, результаты оформите в табл. Л4.6.

Губарева, Л. И. Экология человека [Текст] : практикум для вузов / Л. И. Губарева, О. М.

Мизерева, Т. М. Чурилова. – М. : ВЛАДОС, 2003. – 112 с.

2. Определите общее количество сожженного топлива (Q) каждого вида (для расчета количества сожженного топлива можно использовать формулы из варианта 1, удельный расход топлива дан в табл. Л4.7.

автотранспорта топлива (Yi), л/км автотранспорта топлива (Yi), л/км Грузовые автомобили 0,29–0,33 Дизельные грузовые автомобили 0,31–0, 3. Рассчитайте объем выделившихся веществ (в л) по каждому виду топлива и всего, результаты занесите в табл. Л4.8 (для расчетов используйте данные эмпирического коэффициента, табл. Л4.9).

Бензин Дизельное топливо Всего Вид топлива Эмпирический коэффициент равен количеству выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

5. Постройте столбчатую диаграмму, отражающую динамику выбросов загрязняющих веществ. Сделайте вывод о характере загрязнения данного района (см. контрольные вопросы № 2,3,4,6).

Примечание: при отработке занятия использовать данные табл. Л4. Состав (количество за 1 ч):

Условия:

Относительная влажность воздуха, % 55 53 70 80 85 79 95 53 Примечание.

Для всех вариантов принять:

Работа транспорта в условиях города с населением 1 млн чел.:

– Магистральные улицы с многоэтажной застройкой.

– Наличие светофора.

– Покрытие: асфальт.

– Характер застройки: двусторонняя.

1. Представить расчеты в соответствии с технологией работы и общий вывод.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы. Ответы на вопросы 3, 6 представить в письменном виде.

1. Раскройте понятие загрязнение. Какие виды загрязнения выделяют? Приведите примеры.

2. Перечислите основные физико–химические процессы воздействия транспорта на окружающую среду.

3. От каких факторов зависит степень загрязнения атмосферы химическими веществами при эксплуатации АТС?

4. Какие вещества выделяются в атмосферу при работе двигателя АТС? Какие из них являются токсичными?

5. Приведите примеры воздействия химических веществ на организм человека.

6. Перечислите мероприятия, направленные на снижение загрязнения атмосферы при эксплуатации автомобильного транспорта.

1. Луканин, В. Н. Промышленно–транспортная экология [Текст] : учебник для вузов / В. Н. Луканин, Ю. В. Трофимов. – М. : Высш. шк., 2001. – 273 с.

2. Орлов, Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении [Текст] : учеб.

пособие для хим., хим.–тех., биол. вузов / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, И. Н. Лозановская.

– М. : Высш. шк., 2002. – 334 с.

Лабораторная работа № 5. Нормирование промышленно–транспортного воздействия Цель работы: получить представление о нормировании качества окружающей среды.

Задачи работы 1) Расширение и закрепление понятий; овладение методикой оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха.

2) Развитие умений и навыков, необходимых для проведения оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха.

Обеспечивающие средства: теоретическая часть пособия, лекционного материала, учебной литературы.

Задание: провести оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта на участке магистральной улицы (по концентрации угарного газа (СО)).

Нормирование промышленно–транспортного воздействия на окружающую среду представлено в виде:

1) санитарно–гигиенических и экологических нормативов;

2) экологических требований к объектам и технологиям транспортного комплекса.

Основной величиной экологического нормирования содержания химических веществ в компонентах природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК).

Для санитарной оценки воздушной среды используются несколько видов ПДК: 1) ПДК для рабочей зоны (ПДКр.з); 2) ПДК максимально разовая (ПДКм.р); 3) ПДК среднесуточная (ПДКс.с).

Для оценки концентрации окиси углерода (ССО) используется формула (Бегма и др.;

Шаповалов, 1990):

где Сф – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного происхождения, мг/м3 (при отсутствии данных принять за 0,5); N – суммарная интенсивность движения автотранспорта, авт./ч; Kт – коэффициент токсичности автотранспорта по выбросам СО; Kа – коэффициент, учитывающий аэрацию местности (табл. Л5.1); Kу – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от величины продольного уклона (табл. Л5.2); Kс – коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от скорости ветра (табл. Л5.3); Kв – то же в зависимости от относительной влажности воздуха (табл. Л5.4); Kп – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода у пересечений (табл. Л5.5).

Коэффициент, учитывающий аэрацию местности Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемках 0, Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные, эстакады, высо- 0, кие насыпи Коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от величины продольного уклона Коэффициент, учитывающий изменения концентрации Коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в зависимости от относительной влажности воздуха Коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха Коэффициент токсичности определяется как средневзвешенный для потока автомобилей по формуле где Рi – состав автотранспорта в долях единицы; KТi – коэффициент токсичности разных видов автотранспорта по выбросам СО (табл. Л5.6).

Коэффициент токсичности разных видов автотранспорта по выбросам СО При превышении уровня загрязнения атмосферы в 4–7 раз происходят функциональные сдвиги в состоянии здоровья; рост специфической и неспецифической заболеваемости отмечается при кратности превышения ПДК в 8–10 раз, острые хронические отравления – в 100 раз и при превышении в 500 раз летальный исход.

Технология работы 1. Используя данные по сбору информации или исходные данные лабораторной работы № 4 (или данные табл. Л4.10), определите концентрацию окиси углерода в атмосферном воздухе.

2. Проведите оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода.

3. Рассчитайте массу выделившихся веществ (m, г) и количество воздуха необходимое для разбавления выделившихся веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды по формуле где М – молекулярная масса; 22,4 – молярный объем газов, л/моль.

3. Сделайте вывод о характере загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода.

1. Представить результаты вычисление и вывод по работе.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы (вопросы № 2, 3, 4, 5 представить в письменном виде).

1. Раскройте понятия: качество среды, нормирование качества окружающей среды, ПДКр.з, ПДКм.р, ПДКс.с.

2. Охарактеризуйте нормативы (критерии) токсичности загрязняющих веществ.

3. Какова система наблюдений за ПДК в атмосфере?

4. Какие требования предъявляются к содержанию веществ в атмосфере, обладающих эффектом «суммации действия»?

5. Какова должна быть концентрация веществ атмосфере, если они не обладают эффектом «суммации действия»?

1. Калыгин, В. Г. Промышленная экология [Текст] : курс лекций / В. Г. Калыгин. – М. :

Изд–во МНЭПУ, 2000. – 240 с.

2. Луканин, В. Н. Промышленно–транспортная экология [Текст] : учебник для вузов / В. Н. Луканин, Ю. В. Трофимов. – М. : Высш. шк., 2001. – 273 с.

3. Орлов, Д. С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении [Текст] : учеб.

пособие для хим., хим.–тех., биол. вузов / Д. С. Орлов, Л. К. Садовникова, И. Н. Лозановская.

– М. : Высш. шк., 2002. – 334 с.

Лабораторная работа № 6. Физическое загрязнение атмосферного воздуха. Экологическое картографирование шумового загрязнения Цель работы: расширение знаний о физическом загрязнении атмосферного воздуха, факторах, определяющих его характер.

Задачи: овладеть методиками определения шумового загрязнения и создания шумовой карты.

Обеспечивающие средства: схематический план района города, таблицы данного методического пособия, чертежные принадлежности, калькулятор.

3. Используя данные по сбору информации и таблиц, определить уровень шумового загрязнения на расстоянии 25, 50, 100, 200 и 300 м от участков магистральных улиц заданного района.

4. Провести работу по созданию шумовой карты.

5. Сделать вывод об изменении уровня шума и факторах, влияющих на его изменения.

Экологическое картографирование – наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии среды обитания человека и других биологических видов, т. е. об экологической обстановке. Для показа размещения качественных и количественных характеристик состояния среды используют разнообразные способы картографического изображения: способ значков; линейных знаков; качественного фона; способ изолиний; ареалов; точечный способ; способ локализованных диаграмм; знаки движения и т. д.

К физическим факторам окружающей среды, являющимися предметами гигиенической регламентации, относятся: шумовое загрязнение, электромагнитные и радиационные поля.

Слышимые звуковые непериодические колебания с непрерывным спектром воспринимаются как шумы (под звуком понимаются волнообразно распространяющиеся колебаний частиц упругой среды – твердого тела, жидкости, газа). К источникам шума техногенного происхождения относятся все применяемые в современной технике механизмы, оборудование и транспорт; к источникам естественных шумов относят метеорологические, географические явления (ураганы, землетрясения, ветер в лесу). Техногенные шумы по физической природе классифицируются на механические; электромагнитные; аэродинамические; гидродинамические.

Вредное действие техногенных шумов проявляется в специфическом поражении слухового аппарата и неспецифических изменениях других органов (пищеварения, зрительного анализатора.) Вследствие высокой пространственной временной изменчивости картографирование данных факторов несколько осложняется. Поэтому они становятся предметами картографирования там, где существуют их устойчивые источники: вблизи автомагистралей, аэропортов, в районах радиоактивного загрязнения и т. д. Картографирование шумового загрязнения может проводиться либо на основе расчетных данных, либо с использованием того и другого метода. В первом случае уровень шума определяют, используя измерения при помощи шумомеров, во втором – на основе данных о величине автотранспортной нагрузки, структуры потока, дорожных условий, характеристике застройки. Расчетная методика предусматривает возможность определения приближенной характеристики шумового загрязнения как улично–дорожной сети так внутриквартальных пространств, в этом случае оправдано применение изолиний.

Уровень шума в децибелах (дБ) определяется для условных точек, расположенных на расстоянии 7,5 м от оси движения транспорта на высоте 1,2 м, по формуле LА = LА1 + Lхар. пот + Lдорож. усл + lхаракт. застр.

Величины: LА, LА1, Lхар. пот, Lдорож. усл, lхаракт. застр находятся по таблицам, приведенным ниже (табл. 25 – 31). Уровни звука на прилегающих к автомагистралям территориях за пределами 7,5–метровой зоны, рассчитываются по формуле где LА – расчетный уровень звука, создаваемый транспортным потоком в 7,5 м от магистрали на высоте 1,2 м, с учетом поправок; Lарасст – расчетное изменение эквивалентного уровня звука транспортных потоков с увеличением расстояния от автомагистрали до расчетной точки, (дБ), он состоит из суммы поправок:

– снижение уровня звука в идеальной неограниченной и непоглощающей среде за счет расхождения фронта звуковой волны с расстоянием;

– снижение уровня звука в атмосфере за счет поглощения и расстояния звука в воздухе вследствие инерции масс молекул воды в воздухе, а также действия метеорологических факторов реальной среды;

– изменение уровня звука в приземном слое атмосферы за счет взаимодействия звуковой волны с поверхностным покровом грунта.

1. Провести наблюдения за транспортными потоками, дорожными условиями характером застройки в заданных точках района города. Результаты оформить в табл. 24 (графа 2).

При выполнении работы возможно как вариант использовать исходные данные табл. 8 приложения.

2. Определить исходную величину расчетного эквивалентного уровня звука (дБ). Данная величина зависит от числа движения транспортных единиц, определяется по табл. Л6.2.

Результаты оформить в табл. Л6.1.

1. Интенсивность потока, авт./ч 2. Вид транспорта:

– с карбюраторным двигателем – с дизельным двигателем 3 Средняя скорость потока, км/ч 4. Дорожные условия:

– покрытие – разделительная полоса между проезжими частями (шириной, м) – продольный уклон – перекресток с регулируемым движением – пересечение в разных уровнях:

• потоки одинаковой интенсивности и состава • потоки различной интенсивности и состава 5. Характер застройки:

А) двусторонняя:

– ширина улицы между линиями застройки, м – расстояние между домами Б) односторонняя:

– расстояние между линией застройки и проезжей части, м – расстояние между домами Интенсивность, авт./ч 60 100 200 300 500 700 900 1000 1500 2000 3000 4000 5000 3. Определить поправку, отражающую особенности характера транспортных потоков (Lхар.пот). Она состоит из суммы двух поправочных параметров, которые учитывают: 1) особенность структуры транспортного потока (количество грузового и общественного транспорта в потоке, в т. ч. с карбюраторными и дизельными двигателями, количество трамваев в потоке), табл. Л6.3; 2) среднюю скорость потока (табл. Л6.4).

Средняя скорость потока: Поправка (более 50 % гру- Поправка (менее 50 % грузовозможные условия, км/ч зовых автомобилей) вых автомобилей) 5. Определить Lдорожн. усл – поправку, учитывающую дорожные условия. Она состоит из суммы поправочных параметров, которые учитывают (табл. Л6.5 – Л6.6):

- разделительную полосу между проезжими частями различной ширины, м;

- тип дорожного покрытия;

- продольный уклон улицы, %;

- тип перекрестка;

- характер потока (одинаковый интенсивности и состава, различной интенсивности и состава).

Тип дорожного покрытия проезжей Асфальто– Бетон Брусчатка Булыжный Пересечение в разных уровнях Потоки одинаковой интенсивности + При расчетах можно учитывать также снижение уровня шума зелеными насаждениями, так, например, хорошо развитые кустарниковые и древесные породы с густой кроной на участке шириной 30–40 снижают уровень шума на 17–23 дБ.

6. Определить поправку (Lхар.застр), учитывающую характер застройки (табл. Л6.7), которая в условиях города может быть:

– двусторонняя, при различной ширине улицы между линиями застройки с учетом изменения расстояния между домами;

– односторонняя, при различной ширине улицы между линиями застройки и краем проезжей части с учетом изменения расстояния между домами.

Тип застройки 7. Определить уровень шума (в децибелах, дБ) для условных точек, расположенных на расстоянии 7,5 м от оси движения, на высоте 1,2 м. Приближенные значения для использования при составлении карты шума даны в табл. Л6.8.

Изменение уровня шума с увеличением расстояния от автомагистрали Начальный уровень 8. Результаты расчетов оформить в табл. Л6.1, нанести уровни шума на план района города, используя способ изолиний для показа уровней шумового загрязнения в жилой застройке. Оформить карту шума.

9. По результатам работы сделать вывод об антропогенной нагрузке физического загрязнения (сравнить полученные значения с ПДУ), о факторах влияющих на изменение уровня шума, основных мероприятиях, направленных на снижении шумового загрязнения.

1. Представить результаты работы в виде шумовой карты, итогового вывода по работе.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы.

1. Что является предметом экологического картографирования?

2. Перечислите основные способы картографических изображений.

3. Приведите примеры физического загрязнения атмосферного воздуха.

4. Раскройте понятие «шум». Приведите примеры источников шума (естественного и техногенного).

5. Раскройте биологическое действие шумов.

6. Какие факторы оказывают влияние на уровень техногенного шума в городах?

1. Куклев, В. Ю. Физическая экология [Текст] : учеб. пособие / Ю. И. Куклев. – М. :

Высш. шк., 2001. – 357 с.

2. Лифчак, И. Ф. Инженерная защита и управление развитием окружающей среды [Текст] : учеб. пособ. для студ. высш. учеб. завед. / И. Ф. Лифчак. – М. : КолоС, 2001. – 3. Луканин, В. Н. Промышленно–транспортная экология [Текст] : учебник для вузов / В. Н. Луканин, Ю. В. Трофимов. – М. : Высш. шк., 2001. – 273 с.

Лабораторная работа № 7. Экология и здоровье человека. Определение показателей физического развития, функционального состояния и адаптивных возможностей Цель работы: знакомство с методами исследования физического развития, функционального состояния и адаптивных возможностей организма; оценка показателей здоровья;

расширение значений об адаптационных возможностях организма.

Задачи работы: овладение навыками антропометрии, исследования функционального состояния систем кровообращения и дыхания; развитие умений оценивать показатели здоровья, обосновывать профилактические мероприятия по охране и укреплению здоровья.

Обеспечивающие средства: медицинские весы, ростомер, сантиметровая лента, секундомер, тонометр, ступеньки высотой 50 см, калькулятор (либо предварительная подготовка).

Задание: провести оценку физического развития и функционального состояния организма.

Примечание. Использованы материалы практикума2.

Организм (от лат. organiso – устраиваю) – это целостная биологическая система отдельного живого существа. Организм обладает специфическими свойствами, которые и делают его самостоятельной единицей живой материи (обмен веществ, раздражимость, способность к самовоспроизведению и т. д.).

Являясь самостоятельной единицей живой материи, организм человека взаимодействует с абиотическими и биотическими факторами среды, отвечая на внешние и внутренние воздействия как единое целое. Адаптация целостного организма предполагает, что функциональные и структурные изменения происходят как на органном, так и клеточном уровне.

Адаптация на клеточном уровне сопряжена с активацией пластических и энергетических процессов. Основным механизмом клеточной адаптации является поддержание постоянства основного энергетического соединения – АТФ (увеличение продуктов энергообмена АТФ приводит к интенсивному биосинтезу – ДНК–РНК – белок, в результате увеличивается биомасса органа).

Адаптации, затрагивающие органный уровень начинаются с клеточного. Так, например, первичной ответной реакцией система крови на физическую нагрузку является изменение в количестве форменных элементов крови – увеличение числа тромбоцитов (у взрослых, которое является надежным инструментом повышения устойчивости к мышечной гипоксии.

Регуляция на уровне кровеносной системы осуществляется за счет увеличения сердечной производительности. Таким образом, управление процессами жизнедеятельности в организме строится по принципу системной иерархичности: элементарные процессы подчинены более сложным. Выделяют несколько уровней регуляции.

Экология человека [Текст] : практикум для вузов / сост. Л. И. Губарева, О. М. Мизерева, Т.

М. Чурилова. – М. : ВЛАДОС, 2003. – 112 с.

• Высший уровень обеспечивается центральной нервной системой (первый уровень).

• Второй уровень – вегетативной нервной системой. Она регулирует функции органов и их активность(например, усиливает или угнетает силу и частоту сердечных сокращений).

• Третий уровень осуществляется эндокринной системой посредством выделения в кровь гормонов (химически активных веществ, активизирующих или тормозящих работу ферментативных систем, и, соответственно, физиологических функций организма).

• Четвертый уровень регуляции осуществляется жидкими средствами: кровью и лимфой.

Для оценки влияния факторов окружающей среды на состояние здоровья человека используют различные показатели:

демографические (рождаемость, смертность, продолжительность жизни);

уровень заболеваемости;

физиологическое и физическое состояние организма.

Физической развитие является одним из важных показателей здоровья населения и оценивается в первую очередь по состоянию опорно–двигательной системы. Процесс снятия показателей (рост, масса, окружность грудной клетки) называют антропометрия, а сами показатели антропометрическими. Изучение физического развития проводят по двум методам:

методу стандартов (средних антропометрических данных) и методу индексов.

Антропометрические стандарты – это средние величины показателей физического развития, полученные путем статистической обработки измерений большого числа лиц (одного возраста, пола). Оценка физического развития по методу стандартов производится путем сравнения показателей (их численного значения) со средней величиной.

Определение роста желательно проводить в первой половине дня, в положении стоя (без обуви) на платформе ростомера. При этом руки должны быть опущены, а к ростомеру необходимо соприкасаться тремя точками: пятками, межлопаточной областью, ягодицами.

Край уха и нижний край глазницы должны находиться на одном уровне. Масса тела определяется путем взвешивания на медицинских весах (с точностью до 50 г). При взвешивании испытуемый должен стоять на середине площадки весов. Окружность грудной клетки (ОГК) измеряется сантиметровой лентой при максимальном вдохе, выдохе и спокойном дыхании.

Ленту необходимо располагать под углом лопатки, спереди – по нижнему краю околососковых кружков (у девушки на уровне края четвертого ребра). Разность между ОГК при максимальном вдохе и выдохе составляет экскурсию грудной клетки. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) измеряется при помощи спирометра, при этом испытуемый делает максимальный вдох и постепенно выдыхает воздух в спирометр. Перед использованием мундштук необходимо обработать спиртом. Измерения необходимо провести 3 раза и выбрать максимальный показатель. Сила сжатия кисти измеряется при помощи динамометра, который испытуемый сжимает по очереди правой и левой рукой (рука вытянута до уровня плеча).

Метод индексов применяется для оценки антропометрических данных и используется в том случае, когда нет подходящих стандартов (недостаточность данного метода в том, что не учитывает половозрастные различия). Индексы представляют собой арифметическое соотношение двух–трех показателей физического развития, принимаемых за норму (Весоростовой индекс (индекс Кетли), жизненный индекс, индекс пропорциональности развития грудной клетки (ИПРГК).

Для оценки функционального состояния и оценки резервных возможностей адаптационных систем и состояния здоровья используют различные пробы: пробы Маринэ, Штанге, тест максимального потребления кислорода (МПК), ортостатической пробы.

Организм человека обладает гомеостатическими адаптивными механизмами регуляции, которая характеризуется совокупностью физиологических сдвигов в системах органов, тканях, клетках. Так как в течение жизни индивид подвергается действию самых различных раздражителей, требующих адаптации, каждый человек должен знать и правильно оценивать возможности своего организма. Рост тренированности сопровождается повышением устойчивости к изменениям внутренней среды организма.

Технология работы 1. Для выполнения работы заполнить табл. Л7.1.

2. Определить физическое развитие организма с использованием антропометрических стандартов (определить степень соответствия уровня физического развития (УФР) среднестатистическим показателям):

Если частное составит до ±0,67, то показатель физического развития средний; более ±0,67, но не более ±2 – показатель оценивается как «выше и ниже среднего»; если частное превышает ±2 – высокий или низкий соответственно.

3. Определить физическое развитие организма с использованием метода индексов:

А) Весоростовой индекс (индекс Кетли) определяет, сколько массы тела должно приходиться на 1 см роста. Рассчитывается по формуле У мужчин на 1 см роста должно приходиться 350–400 г, у женщин – 325–375 г.

Б) Жизненный индекс (ЖИ) характеризует функциональные возможности дыхательного аппарата и рассчитывается по формуле Для мужчин ЖИ не менее 65–70 мл/кг, у женщин – не менее 55–60 мл/кг (для 16– лет: юноши – 55–63 мл/кг; девушки – 48–55 мл/кг).

В) Индекс пропорциональности развития грудной клетки (индекс Эрисмана) равен разности ОКГ минус рост (см), деленной на 2.

Для мужчин ИПРГК составляет 5,8 см, для женщин – 3,3 см, превышение или низкие показатели свидетельствуют о хорошем развитии или узкогрудии).

Г) Индекс крепости телосложения (Х) (индекс Пинье) выражает разность между ростом (Р) стоя и суммой массы тела (М) и окружности грудной клетки на выдохе:

Причем, чем меньше разность, тем выше показатель физического развития, крепости телосложения (при отсутствии избыточных жировых отложений):

• Телосложение крепкое – X меньше 10;

• Очень слабое – более 36.

4. Сделайте вывод о физическом развитии организма по каждому индексу и методу отдельно и общий вывод по большинству показателей (оценку физического развития определить по большинству одинаково выраженных; важное значение имеют ЖБЛ, сила правой кисти, ОКГ). Если масса тела и рост испытуемого оказываются высокими, а функциональные показатели низкими или ниже средних, к общей оценке добавляют «дисгармоничное развитие».

5. Исследовать функциональное состояние системы кровообращения с помощью ортостатической пробы (оценить быстроту восстановления частоты пульса и величины артериального давления).

А) Для этого многократно подсчитывать пульс (при возможности измерить артериальное давление) до получения стабильного результата в положении стоя и лежа. Затем провести те же измерения сразу после изменения положения тела и по истечении 1, 3, 5 и 10 мин (в целях экономии времени работать в группах или парах). Результаты оформите в табл. Л7.2.

Б) По результатам пробы постройте графики и оцените быстроту восстановления частоты пульса и артериального давления («хорошей» переносимостью пробы считается учащение пульса не более чем на 11 ударов, «удовлетворительной» – на 12–18 ударов, «неудовлетворительной» – на 19 и более ударов. Частота пульса достигает первоначального значения через 2 мин. Сделайте вывод о функциональном состоянии системы кровообращения.

6. Определить функциональное состояние сердечно–сосудистой системы (ССС) с помощью проба Маринэ.

А) Для этого измерить величину артериального давления и подсчитать пульс в состоянии покоя. После этого выполнить 20 глубоких приседаний (ноги на ширине плеч, руки вытянуты вперед) в течение 30 с. После выполнения нагрузки, вплоть до полного восстановления измерить все показатели (показатели пульса, АД, время восстановления зафиксировать в тетради).

Б) По результатам исследования построите графики и определите насколько участился пульс по сравнению с исходным (%). Сделайте вывод с учетом того, что у здоровых людей состояние ССС оценивается как «хорошее» при учащении пульса не более, чем на 50–75 % и «неудовлетворительно» – более чем на 75 %. При здоровой реакции на физическую нагрузку систолическое (верхнее) артериальное давление возрастает на 25–40 мм рт. ст., а диастолическое (нижнее) остается на прежнем уровне (или изменяется в пределах 5–10 мм рт. ст.). Восстановление пульса длится от 1 до 3 мин, а артериального давления – от 3 до 4 мин.

7. Определите функциональное состояние дыхания с помощью пробы Штанге.

А) Для этого необходимо подсчитать частоту пульса в состоянии покоя. Затем в положении сидя после глубокого вдоха и выдоха сделать вдох глубиной 80% максимального и закрыв руками рот и зажав нос пальцами, задержать дыхание на возможно долгое время (в конце вдоха включить секундомер). Сразу после окончания задержки дыхания определите частоту пульса (и желательно дыхания). Результаты занесите в тетрадь.

Б) Сделайте вывод о функциональном состоянии системы дыхания: здоровые нетренированные люди способны задерживать дыхание на 30–55 с, а тренированные на 60–90 с. У хорошо тренированных людей дыхание не должно учащаться.

8. Оцените состояние здоровья и резервных возможностей адаптационных систем с помощью теста МПК (максимального потребления кислорода) – метода «степ–теста» (восхождения на ступеньку высотой 50 см).

А) Для этого у испытуемого необходимо определить массу тела. Затем по команде экспериментатора испытуемый совершает восхождение на ступеньку в среднем темпе (20 восхождений в минуту) в течение 4–х минут. После эксперимента определяют:

• мощность работы по формуле где N – мощность работы, кгм/мин; Р – масса тела, кг; h – высота скамейки, м; n – число циклов; K – коэффициент, учитывающий величину работы при спуске (юноши и девушки возрастом от 17 лет – 1,5).

По формуле Добельна рассчитать величину МПК (л/мин):

где А – коэффициент поправки к формуле (табл. 34); Н – пульс на 5–й минуте (уд./мин);

П – возрастно–половой коэффициент и K – возрастной коэффициент (табл. Л7.3).

Затем рассчитать относительную величину МПК (на кг массы тела) по формуле где Р – масса тела, кг.

Б) Сравните полученные данные с данными оценочной табл. Л7.1 определите уровень физической работоспособности. Сделайте вывод об адаптивных возможностях и состоянии здоровья испытуемого.

Возраст, годы 1. Представить вычисления. Результаты, выводы в соответствии с технологией выполнения.

2. Уметь отвечать на контрольные вопросы.

1. Перечислите показатели здоровья населения;

2. В чем заключается сущность метода стандартов и индексов?

2. Какие системы организма относятся к ведущим адаптационным системам? Как изменяется их состояние при нарушении адаптации?

3. Назовите уровни регуляции процессов жизнедеятельности в организме;

4. Что является функциональной морфологической основой повышения жизнеспособности организма при систематической мышечной деятельности и как следствие, основой адаптации организма к мышечной деятельности?

1. Акимова, Т. А. Экология [Текст] : учебник / Т. А. Акимова, В. В. Хаскин. – М. :

Юристъ, 2001. – 566 с.

Лабораторная работа № 8. Загрязнение гидросферы. Определение физических и Цель работы: изучение физических и химических свойств воды, ознакомление с методами исследования физических и химических свойств воды.

Задачи работы: овладение навыками исследования свойств и характера загрязнения воды.

Обеспечивающие средства: термометр, широкогорлые колбы емкостью 150–200 мл, часовые стекла, прибор Снеллена, мутномер системы Бейлиса, фильтры, цилиндре Несслера, стандарты: платиново–кобальтовая шкала; спиртовки, беззольный фильтр, фарфоровые чашки, сушильный шкаф, хлористый кальций или серная кислота, аналитические весы, универсальные индикаторы (3НВ), стандартная шкала (по Алямовскому), 0,05 %–й раствор метилового оранжевого, 0,1 N раствор соляной кислоты, 10 % раствора азотнокислого серебра, раствор серной кислоты (1:3), бюретки со стеклянным краном, нагревательный прибор, раствор марганцовокислого калия (для приготовления 0,01 N раствора 0,32 г марганцовокислого калия вносят в мерную колбу (1000 мл) растворяют в дистиллированной воде и доводят объем раствора дистиллятом до метки), 0,01 N раствор щавелевой кислоты (к 150 мл дистиллята осторожно (по стенкам сосуда) добавляют 50 мл концентрированной серной кислоты), раствор роданистого аммония (или роданистого калия), персульфат аммония.

Задание: провести санитарную оценку состояния источника(ов) водоснабжения.

Общие теоретические сведения Здоровье населения во многом зависит от качества используемой воды. Под загрязнением природных вод понимается любое изменение их состава, свойств, которые могут оказывать негативное влияние на здоровье человека. Основными источниками загрязнения вод являются: 1) сточные воды промышленных предприятий; 2) сточные воды коммунального хозяйства; 3) стоки животноводческих ферм, систем орошения, стоки с полей; 4) атмосферные осадки; 5) сточные воды с судов. Качество поверхностных вод нормировано для хозяйственно–питьевого, культурно–бытового и рыбохозяйственного водопользования. Самые высокие требования предъявляются к питьевой воде (ГОСТ 2874–73). Основные показатели пригодности воды определяются ГОСТом по органолептическим показателям и безвредности химического состава.

Органолептические показатели – свойства, определяемые при помощи органов чувств:

а) Прозрачность воды. Мутность воды вызывается взвешенными в ней веществами минерального или органического происхождения. Прозрачность определяется при помощи прибора Снеллена в хорошо освещаемом помещении, не на прямом свету, на расстоянии 1 м от окна. Прибор представляет собой стеклянный цилиндр с плоским дном, цилиндр гранулирован по высоте на сантиметры, начиная от дна. Высота градуированной части составляет см. В нижней части цилиндра имеется кран для слива воды, на который надевают резиновую трубку, зажатую пружинным зажимом (зажимом Мора). Цилиндр укрепляют в специальном штативе. Прозрачность определяют путем чтения специального шрифта через столб воды, находящейся в цилиндре. Цилиндр помещают на высоте 4 см от шрифта.

б) Цветность воды обусловлена содержание химических веществ природного и антропогенного происхождения (так, коллоидные соединения железа придают зеленоватый и желтовато–бурый оттенки. Цветность определяется путем сравнения с растворами, окраска которых приближается к окраске природных вод. В качестве стандарта используют платиново– кобальтовую шкалу.

в) Запах воды обусловлен разложением органики, присутствием микроорганизмов, продуктами реакций, поступлением веществ техногенного характера. Характер запаха искусственного происхождения называют по соответствующему веществу (фенольный, хлорный и т. п.). При определении запаха исследуемой воды должны соблюдаться условия: а) воздух в помещении, где производится определение, волосы, одежда руки наблюдателя не должны иметь никакого запаха; б) нельзя одному и тому же лицу длительное время подряд производить определение запаха. Интенсивность оценивают по пятибалльной системе при температуре 20–60°, причем для питьевой воды она не должна превышать двух баллов.

г) Вкус воды придается растворенными в ней минеральными соединениями, продуктами распада органики, сточными водами, флорой и фауной в период ее развития. Различают четыре вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый. Остальные виды вкусовых ощущений называют привкусами, характеризуя их по соответствующим признакам: рыбный, металлический и т.п. Качество вкуса и привкуса определяется в сырой воде, если вода была отобрана в сомнительных в санитарном отношении источников ее кипятят и охлаждают до комнатной температуры.

Химический анализ воды заключается в определении показателей загрязнения органическими и химическими веществами а) Окисляемость воды характеризует степень загрязнения органикой и легко окисляющихся неорганических соединений (Fe+2, нитритов, сероводорода, сульфитов). Оценивается окисляемость по количеству миллиграмм кислорода, израсходованного на окисление органических веществ в 1 л воды. Для оценки степени загрязнения органическими примесями используют показатель биохимической потребности в кислороде (БПК). БПК показывает, какое количество кислорода (мг/л) расходуется аэробными организмами на окисление органики. Предельно допустимая окисляемость зимой 15–20 мг/л и летом 20–30 мг/л кислорода.

б) Жесткость – содержание в воде хлоридов, сульфатов некарбонатная жесткость), гидрокарбонатов кальция и магния( карбонатная жесткость). Величина жесткости выражается в градусах жесткости (или миллиграмм–эквивалентах). За 1 градус принимают одну весовую часть окиси кальция CaO или эквивалентные количества окиси магния MgO на частей воды, что соответствует 10 мг CaO на 1 л воды или 7,2 мг MgO (для перевода 1 мг = 1 экв/л в градусы численную величину миллиграмм–эквивалента на 1 л умножают на 2,8. Для питьевой воды жесткость не должна превышать 7,0 мэкв/л.

в) Кислотность обусловлена присутствием свободной угольной и других кислот или гидролитически кислых солей.

г) Щелочность зависит от присутствия свободных щелочей и гидролитически щелочных солей и выражается в миллиграмм–эквивалентах, что соответствует количеству миллилитров 0,1 N, растворяя соляной кислоты, израсходованной на титрирование 100 мл испытуемой воды.

д) Сухой остаток характеризует количество нелетучих веществ. Химический состав воды зависти от характера и состава поступающих в природные воды сточных вод. Питьевая вода не должна иметь сухой остаток более 1 мг/л.

Общие требования к составу и свойствам водных объектов, используемых для хозяйственно–питьевых и культурно–бытовых целей согласно СаНПиН 2.1.4.559–96 представлены в приложении, табл. 7.

Для полного химического анализа пробы воды отбирают в бутыли емкостью 5 л, для сокращенного анализа емкостью 2 л. Бутыли должны быть чисто вымыты и ополоснуты дистиллированной водой. С целью определения пригодности воды для централизированного водоснабжения, пробы отбирают в той точке и на той глубине, которые намечены для забора воды. Из грунтовых колодцев и родников желательно производит две выемки: одну рано утром, до расходования воды, и вторую вечером. При отсутствии батометра пробы берут бутылью, бутыль вставляют в тяжелую оправу или подвешивают к ней груз. К пробке привязывают шнур (с небольшой глубины можно использовать шест). Поместив бутыль на намеченной глубине, пользуясь шнуром, прикрепленным к пробке, вынимают пробку. Во всех случаях бутыль ополаскивают не менее двух раз водой, подлежащей исследованию, бутыль заполняют водой до верха, после чего верхний слой сливают с таким расчетом чтобы под пробкой остался только небольшой слой воздуха.

При отборе проб составляют сопроводительный документ, содержащий следующие сведения: 1) наименование источника и его местоположение; 2) дату выемки (число, месяц, год, час); 3) место и точку выемки (расстояние от берега, глубина (от поверхности и дна); 4) при отборе проб из колодцев, скважин, открытых водоемов указывают метеорологические условия (в день отбора и предшествующие 10 дней); 5) цель исследования, особые условия;

6) подпись лица, производившего отбор. В случае невозможности проведения анализа в день отбора пробы хранят в холодильнике (предохраняют от замерзания, нагревания), предельный срок хранения – 72 часа (для чистой воды), 48 для малозагрязненной и 12 для загрязненной воды.

1. Определить физические свойства воды. При определении физических свойств заполнять табл. Л8.1.

1.1. Определить температуру исследуемых проб (производится при выемке проб). Для определения воду наливают в сосуд емкостью 1 л, температура которого доведена до температуры воды. Нижнюю часть термометра погружают в воду и через 5 мин делают отчет показаний термометра (выражается с точностью до 1°). При отчете мениск термометра должен находится на уровне глаз, во время определения стенки сосуда должны быть защищены от нагрева или охлаждения.

1.2. Определить запах воды, его интенсивность и характер запаха естественного и искусственного происхождения. Температуру исследуемой воды доводят до 15–20°, после чего воду наливают в широкогорлую колбу емкостью 150–200 мл на 2/3 объема колбы. Колбу покрывают часовым стеклом и встряхивают вращательными движениями, после чего снимают стекло и втягивают носом воздух из колбы.

Физические свойства воды Характер запаха естественного происхождения определяют по табл. 36, а интенсивность – по табл. 37.

1.3. Определить вкус, привкус воды и содержание солей. Воду в количестве 15 мл набирают в рот и держат несколько секунд (проглатывать не желательно). Интенсивность вкуса определяют так же, как и интенсивность запаха по табл. Л8.2– 8.3, содержание солей определить по табл. Л8.4.

1.4. Определить прозрачность воды. Испытуемую воду хорошо взбалтывают и сразу переливают в цилиндр прибора Снеллена и, сливая воду из боковой трубки, находят предельную высоту столба воды, при которой чтение шрифта еще возможно. Прозрачность воды выражают в сантиметрах высоты столба с точностью до 0,5 см.

Ароматичный Огуречный, цветочный Плесневый Затхлый, застойный Гнилостный Сточный, фекальный Сероводородный Тухлых яиц Древесный Запах мокрой щепы, древесной ко- Травянистый Сена, скошенной травы Землистый Прелый, свежевспаханной земли, Неопределенный Запах естественного проглинистый исхождения, не подходящий под предыдущие 0 Никакого Отсутствие ощутимого запаха 1 Очень слабый Запах, не обнаруживаемый потребителем, но обнаруживаемый в 2 Слабый Не привлекает внимания, но его можно заметить, если указать на 3 Заметный Легко обнаруживается и могущий вызвать неодобрение потребителя 4 Отчетливый Обращает на себя внимание и делает воду непригодной для питья 5 Очень сильный Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья Предельная концентрация солей, вызывающих вкусовые ощущения Соли вкуса Вкус еле ощутимый Вкус, воспринимаемый как неприятный 1.5. Определить мутность воды при помощи мутномера системы Бейлиса.

1.6. Определить цветность воды. Если вода имеет прозрачность менее 20 см по Снеллену ее необходимо отфильтровать или отцентрифугировать. При загрязнении водоемов сточными водами вода может иметь окраску не свойственную природным водам, в таких случаях описывают цвет воды и определяют степень разбавления дистиллированной водой, при которой вода не имеет окраски в столбике высотой 5, 10 и 20 см.

Для определения цветности в цилиндре Несслера наливают 100 мл исследуемой воды и, производя просмотр сверху на белом фоне, сопоставляют окраску испытуемой воды с окраской растворов шкалы, начиная с 0° до установления тождественности окрасок. Цветность от до 50° выражается с точностью до 2°, от 51 до 100° – 5°, от 101 до 250°с точностью до 10°, от 251 до 500° – до 20°.

Если исследуемая вода имеет цветность выше 80°, ее разбавляют дистиллированной водой. При вычислении результата определения найденную цветность умножают на кратность разбавления.

Пример. 10 мл воды доведены дистиллированной водой до 100 мл, полученный раствор по цветности тождественен стандартному раствору с цветностью 40°. Цветность исследуемой воды будет равна: 40 · 10 = 400.

2. Определить химический состав воды.

2.1. Определение сухого остатка.

250–500 мл воды фильтруют через беззольный фильтр и досуха выпаривают на водяной бане в небольшой фарфоровой чашке, которую до определения необходимо высушить до постоянного веса в сушильном шкафу (для этого чашку помещают в сушильный шкаф, нагретый до 110 °С, первое высушивание проводят в течение одного–полутора часов, затем ее охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием или серной кислотой и взвешивают на аналитических весах, последующее высушивание производят по полчаса. Постоянным весом следует считать вес, разнящийся от предыдущего не более чем на 0,2 мг). Затем необходимо взвесить чашку с сухим остатком и провести расчет величины сухого остатка:

где Х – величина сухого остатка; n – вес чашки с сухим остатком; n1 – вес чашки; V – объем взятой для определения воды.

2.2. Определить активную реакцию (возможно определение несколькими способами):

1) по Алямовскому: в пробирку, однотипную с пробирками стандартной шкалы вносят 10 мл исследуемой воды и 0,6 мл смешанного индикатора. Жидкость в пробирке осторожно, не закрывая пальцами пробирки, взбалтывают и сопоставляют окраску содержимого пробирки с окраской растворов стандартной шкалы;

2) с помощью универсальных индикаторов (3НВ);

3) при помощи портативного рН–метра;

4) при помощи универсальной индикаторной бумаги: при рН = 2 – красная, 3 – красно– оранжевая; 4 – оранжевая; 5 – желто–оранжевая; 6 – лимонно–желтая; 7 – желто–зеленая; 8 – зеленая; 9 – сине–зеленая; 10 – синяя; 11 – сине–фиолетовая).

2.3. Определение щелочности.

В две конические колбы вносят по 100 мл исследуемой воды и по 3 капли 0,05 % раствора метилового оранжевого. Используя содержимое одной из колб в качестве контроля, титрируют 0,1 N раствором соляной кислоты до появления слабо оранжевого оттенка. Расчет произвести по формуле где а – количество мл 0,1 N раствора соляной кислоты, пошедшее на титрирование; k – поправочный коэффициент 0,1 N раствора соляной кислоты:

где b – количество мл 0,1 N раствора щелочи, прошедшее титрирование; kщел – поправочный коэффициент раствора щелочи.

Пример. На титрирование 100 мл воды пошло 6,5 мл 0,1 N раствора соляной кислоты.

Поправочный коэффициент 0,960. Так как в 1 л 1 N раствора содержится 1 г–экв., в 1 мл 1 N раствора будет содержаться 1/1000 г–экв., т. е. 1 мг–экв. На титрирование воды пошло 6,5 · 0,960 = 6,24 мл точно 0,1 N раствора соляной кислоты. На титрирование 1 л этой воды будет израсходовано 6,24 · 10 = 62,4 мл 0,1 N соляной кислоты или 6,24 мл 1 N раствора соляной кислоты, содержащих 6,24 мг–экв.

2.4. Определить карбонатную жесткость воды.

Величина щелочности воды равна величине карбонатной жесткости, выраженной в мг– экв, т. к. эквивалентный вес CaO = 28,04 (молекулярный – 56,07), мг/экв. CaO будет равен 28,04 мг. Зная, что 1° жесткости соответствует 10 мг CaO, можно рассчитать величину жесткости, умножив на 2,8 (для пересчета в градусы необходимо 2,8/10 = 2,8).

Примечание. Определение жесткости воды можно провести трилонометрическим методом.

2.5. Определение хлоридов (приближенное определение).

5 мл испытуемой воды вносят в пробирку и прибавляют 3 капли 10 % раствора азотнокислого серебра, подкисленного азотной кислотой. Примерное содержание хлоридов определяют по степени мутности или осадка по табл. Л8.5.

При содержании хлора в количестве менее 250 мг/л для определения берут 100 мл исследуемой воды (при большем содержании берут 10–50 мл испытуемой воды и доводят объем дистиллированной водой до 100 мл). В две конические колбы (по 250 мл) вносят по мл исследуемой вод, прибавляют по 1 мл раствора хромовокислого калия. Одну пробу титрируют раствором азотнокислого серебра до появления оранжевого оттенка, вторую – используют в качестве контроля. К оттитрованной первой пробе прибавляют 2–3 капли хлористого натрия и используют его в качестве контроля, титрируют вторую пробу до появления оранжевого оттенка. Содержание хлор–иона определяют по формуле где n – число мл раствора азотнокислого серебра, израсходованного на титрирование; K – поправочный коэффициент раствора азотнокислого серебра K =, v – сумма проб, мл, n1, 2, 3 – количество мл раствора азотнокислого серебра, прошедшее три точных титрирования); V – количество мл воды, взятой для определения.

2.6. Определение окисляемости воды.

Вариант 1. В коническую колбу (250 мл) вносят пипеткой 100 мл исследуемой воды, мл раствора серной кислоты (1:3), 3–4 стеклянных капилляра (для равномерного кипения) и из бюретки со стеклянным краном точно 10 мл 0,01 N раствора марганцовокислого калия.

Колбу покрывают часовым стеклом и нагревают на сильном огне до начала кипени, после чего, уменьшив нагрев, поддерживают кипение, поддерживают кипячение точно 10 минут с начала кипения, затем колбу снимают и приливают к горячему раствору из бюретки точно мл 0,01 N раствора щавелевой кислоты и перемешивают содержимое кругообразным взбалтыванием. Обесцветившуюся жидкость титрируют раствором марганцовокислого калия до устойчивого розового окрашивания (по окончании кипячения содержимое колбы должно оставаться окрашенным в розово – фиолетовый цвет). Результат определения вычисляют по формуле:

где Х – окисляемость исследуемой воды (мг кислорода на 1 л); А1 – число мл 0,01 N раствора марганцовокислого калия, прибавленного до начала кипения; А2 – число мл 0,01 N раствора марганцовокислого калия, пошедшее на обратное титрирование; 0,08 – количество миллиграммов кислорода, выделяемого в реакции 1 мл точно 0,01 N раствора марганцовокислого калия.