При разработке программы учебной дисциплины Химия окружающей среды в

основу положены:

• ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавров 241000.62 Энерго- и

ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии,

утвержденный Министерством образования и науки РФ 24.01. 2011 г. № 79;

• учебный план профиля подготовки бакалавров Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов, утвержденный ректором ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет 17.05.2012 г.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины Химия окружающей среды является ознакомление будущих специалистов с основными источниками и физико-химическими и биохимическими процессами формирования химического состава основных геосфер Земли, общими закономерностями распределения химических веществ в биосфере, особенностями распространения, трансформации и накопления загрязняющих веществ в природных экологических системах. Полученные студентами знания при изучении данной дисциплины помогут им развивать системное мышление и более сознательно осваивать технологические курсы, связанные с созданием, разработкой и реализацией ресурсосберегающих, экологически безопасных процессов, направленных на минимизацию отрицательного воздействия промышленных производств на окружающую среду.

Основными задачами данной дисциплины в теоретическом и практическом плане, от решения которых зависит улучшение оздоровление и улучшение качества окружающей природной среды являются следующие:

• ознакомить студентов с основными химическими, физико-химическими и биохимическими процессами, протекающими в биосфере и ее компонентах;

• показать студентам влияние антропогенных факторов на изменение химического состава основных геосфер Земли;

• научить студентов процессу прогнозирования поведения химических веществ в окружающей среде под влиянием природных и антропогенных факторов и разработке способов управления химическим состоянием объектов природной среды;

• ознакомить студентов с закономерностями и физико-химическими моделями распределения, миграции и трансформации химических веществ в биосфере;

• обучить студентов разработке способов управления химическим состоянием объектов природной среды и рекомендаций по снижению уровня химического загрязнения окружающей среды наиболее опасными веществами;

После окончания курса студент должен уметь оценить влияние химических загрязняющих веществ на биосферу и ее компоненты, выполнять химический анализ на количественное содержание химического вещества в природных объектах.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина Химия окружающей среды относится к профессиональному циклу и входит в состав вариативной части основной образовательной программы подготовки бакалавров по направлению 241000.

Областями профессиональной деятельности бакалавров, на которые ориентирует данная дисциплина, являются производственно-технологическая, организационноуправленческая, проектная и научно-исследовательская.

Дисциплина Химия окружающей среды тесно связана с такими научными дисциплинам, как экология (процессы жизнедеятельности экологических систем, биотические и абиотические компоненты биосферы), общая химия (химическя кинетика, определяющая механизм трансформации загрязняющих веществ в природных средах), физическая химия (процессы масса переноса веществ в окружающей среде), биохимия (молекулярные механизмы влияния вредных химических веществ на процессы жизнедеятельности), аналитическя химия (контроль загрязнений). Поэтому при овладении данной дисциплины студенты должны использовать знания, полученные при изучении дисциплин Экология, Общая и неорганическая химия, Органическая химия, Аналитическая химия и др.

Изучения дисциплины Химия окружающей среды позволит будущим специалистам профессионально анализировать и оценивать влияние химических загрязняющих веществ на биосферу, решать практические задачи в области управления качеством окружающей среды, в том числе и экологического мониторинга. Более сознательно подойти к изучению дисциплин управления качеством окружающей среды и технологических дисциплин переработки, утилизации, рекуперации и обезвреживания промышленных отходов.

В рамках перехода общества на новые, ресурсосберегающие принципы хозяйствования, знание данного предмета даст возможность будущим специалистам направить свою производственную, организационно-управленческую и проектную деятельность на совершенствование существующих, а также разработку и внедрение новых экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий, направленных на снижение энерго- и ресурсоемкости производств.

Освоение этой дисциплины готовит будущего специалиста к работе со следующими объектами профессиональной деятельности:

• основные химические, нефтехимические и биотехнологические производства;

• методы и средства оценки качества окружающей среды и защиты ее от антропогенного воздействия;

• процедуры проведения ОВОС, экологической экспертизы, производственного экологического контроля, экологического аудита;

• технические системы и сооружения утилизации, переработки и обезвреживания жидких, газообразных и твердых промышленных отходов.

Дисциплина готовит будущего специалиста к решению следующих задач профессиональной деятельности.

В области производственно-технологической деятельности:

• организация обслуживания и управления природоохранными технологическими процессами;

• контроль ресурсо- и энергопотребления технологических процессов с использованием стандартных методов;

• профессиональное участие в мероприятиях по охране окружающей среды на основе требований промышленной безопасности и других нормативных документов, регламентирующих качество природных сред.

• участие в работе центральных заводских лабораторий и лабораторий санитарно эпидемиологического контроля, отделах ораны окружающей среды предприятий химической, нефтехимической, биотехнологической и смежных отраслей промышленности;

В области организационно-управленческой деятельности:

• подготовка исходных данных для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе комплексного анализа экономической эффективности, энерго- и ресурсосбережения, экологической безопасности производства;

• участие в реализации новых ресурсосберегающих, экологически безопасных технологических процессов;

• организация работы малого коллектива в условиях действующего производства;

• планирование и выполнение мероприятий по предупреждению экологических нарушений, а также анализ и предупреждение аварийных ситуаций.

В области проектной деятельности:

• сбор и анализ исходных данных для проектирования эффективных технологических процессов и технических систем, характеризуемых высоким уровнем энерго- и ресурсосбережения и экологической безопасностью;

• расчет и проектирование отдельных стадий технологического процесса в соответствии с техническим заданием, учетом эколого-экономических ограничений и требований промышленной безопасности.

В области научно-исследовательской деятельности:

• изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования;

• планирование и проведение экспериментальных исследований по энерго- и ресурсосбережению, обеспечению экологической безопасности при реализации технологического процесса и анализа их результатов;

• математическое моделирование технологических процессов с использованием стандартных пакетов автоматизированного расчета и проектирования;

• систематизация данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций, составление отчета по выполненному заданию, участие во внедрении результатов исследований и разработок.

Освоение данной дисциплины является необходимой основой для последующего изучения специальных технологических дисциплин Моделирование энерго- и ресурсосберегающих процессов в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии, Методы и приборы контроля окружающей среды, Экологический мониторинг и основы токсикологии и др.

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины направлен на формирования следующих компетенций будущего специалиста.

Общекультурные компетенции:

• владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

• способность находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готов нести за них ответственность (ОК-4);

• умением использовать нормативные и правовые документы в своей профессиональной деятельности (ОК-6);

• стремлением к саморазвитию, повышению своей производственной квалификации и мастерства (ОК-7);

• осознанием социальной значимости своей будущей профессии, обладанием высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК- 8).

Профессиональные компетенции:

• способностью использовать основные естественнонаучные законы для понимания окружающего мира и явлений природы (ПК-2);

• способность участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду (ПК-8);

• готовность обосновывать конкретные технические решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии, направленные на минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду (ПК-11);

• способность использовать элементы эколого-экономического анализа в создании энерго- и ресурсосберегающих технологий (ПК-14);

• способность анализировать технологический процесс как объект управления (ПКспособность организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации труда и осуществлении природоохранных мероприятий (ПК-17);

• готовность изучать научно-техническую информацию, анализировать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований (ПК-19);

• способность применять современные методы исследования технологических процессов и природных сред, использовать компьютерные средства в научноисследовательской работе (ПК-20);

• способность планировать экспериментальные исследования, получать, обрабатывать и анализировать полученные результаты (ПК-21).

До начала изучения дисциплины студент должен:

знать общие сведения о биосфере, законы развития и эволюции биосферы, основные положения атомно-молекулярного учения, химическое равновесие, кинетику и термодинамику химических реакций, аналитические методы обнаружения и количественного определения химических веществ растворах, газах и твердом теле;

иметь представление о химических элементах периодической системы Д.И.Менделеева, представляющих особую опасность для природных экологических систем, классах неорганических и органических веществ и их участии в формировании химического состава компонентов биосферы, предельно допустимых концентрациях химических элементов и соединений в объектах окружающей среды.

После окончания изучения дисциплины студент должен:

знать основные гипотезы происхождения и эволюции Земли и жизни на Земле, физико-химические и биохимические закономерности формирования химического состава биосферы, источники химического загрязнения биосферы, общие закономерности распределения химических веществ в биосфере, в том числе и процессы трансформации и миграции загрязняющих веществ в природных системах;

уметь прогнозировать влияние загрязняющих химических веществ, в том числе и особо опасных, на состояние основных компонентов биосферы;

владеть основными методами аналитического обнаружения и количественного определения химических веществ в воздухе, воде и почве.

4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Содержание разделов дисциплины раздела раздела дисциплины (дидактические единицы) Введение в курс 1.1. Цели и задачи дисциплины.

Биосфера и 2.1. Устройство биосферы. Происхождение и эволюция жизни на Земле 2.2. Возникновение и эволюция жизни на Земле.

Химия основных 3.1. Химия атмосферы. Состав атмосферы, ее физикогеосфер Земли химические свойства. Источники формирования химического состава атмосферы. Химические процессы в 3.4. Химия природных вод. Основные сведения о гидросфере. Химический состав природных вод и процессы его Закономерности 4.1. Общие закономерности распределения химических распределения и загрязняющих веществ в биосфере.

миграции 4.2. Миграция химических загрязняющих веществ в химических веществ биогеоценозе Управление 5.1. Система нормирования качества окружающей среды.

качеством 5.2. Химические основы экологического мониторинга.

Методы анализа 6.1. Общие вопросы аналитической химии токсикантов.

загрязняющих веще- 6.2. Хроматографические методы анализа.

ств природных 6.3. Спектральный анализ.

5.2. Содержание дисциплины 1. Введение в курс Химия окружающей среды 1.1.Цели и задачи дисциплины Роль химии, как науки, в формировании химического состава биосферы в целом и ее отдельных компонентов и в изменении химического состава под воздействием природных и антропогенных факторов. Связь химии окружающей среды с другими химическими, биохимическими и экологическими дисциплинами. Основные направления научных исследований, присущие этой научной дисциплине.

1.2. Основные понятия и определения Основные источники, участвующие в формировании и изменении химического состава биосферы. Загрязнение окружающей среды, основные виды загрязнения и загрязняющие химические вещества: ксенобиотики, радиоактивные вещества.

2. Биосфера и происхождение жизни на Земле 2.1. Устройство биосферы. Происхождение и эволюция Земли Главные элементы биосферы: живое вещество, почвы, гидросфера, тропосфера.

Роль главных элементов в функционировании биосферы и осуществлении геологического и биологического круговорота вещества и энергии. Гипотезы о происхождении планеты Земля. Мдель внутреннего строения Земли, разработанная сейсмологами Г. Джеффрисом и Б. Гуттенбергом и уточненная австалийским сейсмологом К. Булленом.

2.2. Возникновение и эволюция жизни на Земле Гипотеза о возникновении жизни на Земле, разработанная А.И. Опариным и Дж.

Холдейном. Основные этапы химической и биологической эволюции жизни на Земле в свете этой гипотезы.

2.3. Химические особенности живых организмов Элементный состав клетки живого организма. Основные органические и минеральные компоненты живой клетки. Роль воды, углеводов, белков и жиров в основе жизнедеятельности организма.

3. Химия основных геосфер Земли 3.1. Химия атмосферы Состав атмосферы и ее физико-химические свойства. Источники формирования химического состава атмосферы. Экохимические процессы в атмосфере. Химические процессы в верхних слоях атмосферы и в тропосфере с участием радикалов. Роль воды в химических процессах. Проблемы локального и глобального загрязнения атмосферы.

Атмосферные циклы соединений C, S, N. Формирование смога. Парниковый эффект.

Изменение озонового слоя. Формирования кислотных дождей.

3.2. Химия педосферы Химический состав почвенного воздуха, почвенного раствора и твердой фазы почв.

Участие микроорганизмов в трансформации химических элементов почвы. Проблемы загрязнения почвенных систем, процесс эрозии почв. Основные геосферные функции почв.

3.3. Химия литосферы Химический состав земной коры. Понятие кларка. Главные и рассеянные элементы. Минералы. Структура силикатов. Классификация силикатов: мономерные, цепочечные, слоистые, каркасные. Процессы физического и химического выветривания пород и минералов. Основные процессы химического выветривания. Биогенные минералы. Химический состав верхней мантии Земли.

3.4. Химия природных вод Основные сведения о гидросфере. Распределение водных масс в гидросфере Земли.

Химический состав природных вод и процессы его формирования. Основные этапы формирования химического состава природных вод. Характеристика химического состава природных вод: главные ионы, растворенные газы, органические вещества, биогенные вещества, микроэлементы. Проблемы загрязнения поверхностных вод Земли. Химия морской воды. Химия главных ионов в морской воде. Химический круговорот главных ионов. Следовые химические элементы в морской воде.

4. Закономерности распределения и миграции химических веществ в биосфере 4.1. Общие закономерности распределения химических веществ в биосфере Локальное, региональное и глобальное загрязнение биосферы. Сравнительная оценка факторов воздействия на природную среду. Физико-химические модели распространения химических веществ между различными природными средами: почва– вода, вода–воздух, почва–воздух.

4.2. Миграция химических загрязняющих веществ в биогеоценозах Формы миграции металлов в поверхностных водах. Миграция химических элементов в почвенном профиле. Тяжелые металлы и микроэлементы в растениях.

Радионуклиды, пестициды и минеральные удобрения, нефть и нефтепродукты в биосфере.

5. Управление качеством окружающей природной среды 5.1. Система нормирования качества окружающей среды Санитарно-гигиеническое нормирование. ПДК загрязняющих веществ в воде, почве, воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе. ПДУ физических загрязнений.

Производственное нормирование. Нормативно допустимый сброс (НДС) и нормативно допустимый выброс (НДВ). Временно согласованные сбросы и выбросы.

5.2. Химические основы экологического мониторинга Понятие экологического мониторинга. Цель и задачи аналитической химии при осуществлении экологического мониторинга. Высокочувствительные методы контроля состояния окружающей среды.

6. Методы анализа загрязняющих веществ природных матриц 6.1. Общие вопросы аналитической химии токсикантов Методы отбора проб, консервации, транспортировки и подготовка их для аналитического обнаружения и определения химических веществ природных сред.

6.2. Хроматографические методы анализа Газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография. Ионная и тонкослойная хроматография.

6.3. Спектральный анализ Фотоколориметрия, спектрофотометрия, инфракрасная спектроскопия, массспектрометрия, люминесцентный анализ, ядерно-физические методы анализа.

6.4. Электрохимические методы анализа Потенциометрия, вольтамперометрия, полярография, кондуктометрия.

6.5. Химические методы и тест-методы анализа Методы весового и объемного анализа. Химические тест-методы. Биохимические (ферментативные) тест-методы. Биологические тест-методы (биотестирование).

5.3. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № Наименование обеспечиваемых №№ разделов данной дисциплины, Экологический мониторинг и основы токсикологии Промышленная экология Оценка экологического риска и воздействия на окружающую среду Методы и приборы контроля окружающей 5.4. Разделы дисциплин и виды занятий Введение в курс Химия окружающей Биосфера и происхождение жизни на Управление качеством окружающей Методы анализа загрязняющих веществ 5.5. Лабораторный практикум № Наименование раздела Наименование лабораторных Трудоемкость

6. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

6.1. Трудоемкость самостоятельной работы студента по дисциплине Химические процессы в верхних слоях атмосферы. Химические процессы в тропосфере с участием свободных радикалов. Реферат.

окружающей среде. Индивидуальное домашнее задание Индивидуальное домашнее задание концентрации химических загрязняющих веществ в компонентах биосферы. Индивидуальное домашнее задание вещества в природных средах. Индивидуальное домашнее задание.

6.2. Перечень, содержание и контроль СРС

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Химия окружающей среды: Курс лекций. Екатеринбург: УГЛТУ. 2006.

Химия окружающей среды. Курс образовательный ресурс/Липунов И.Н. Екатеринбург: Баско. 2008. Трифонов К.И., Девисилов В.А.

техносфере: учебник. М.: ФОРУМ:

ИНФРА-М. 2011. 240 с.

Глебов А.Н. Курс лекций по экологической химии. Казань:

Экоцентр. 2003. 348 с.

Липунов И.Н., Василенко Л.В., Первова И.Г. Охрана окружающей природной среды. Екатеринбург:

УГЛТА. 2001. 538 с.

Дополнительная литература Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Высшая школа. 1994. 400 с.

Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т. Введение в химию окружающей среды. М: Мир.

химия. М.: Мир. 1997. 395 с.

Программное обеспечение 1. Microsoft Office 2007 для дома и учебы (лицензия).

2. ChemBioffice 2008 (лицензия).

3. Программа для создания компьютерных тестов My-Test (бесплатная).

Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы 1. Поисковая система Search+ (бесплатная).

2. Электронный реферативный журнал ВИНИТИ v2.10 (лицензия УГЛТУ).

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

8.1. Лекционные занятия:

• аудитория, оснащенная презентационной и мультимедийной техникой (маркерная доска, проектор, экран, ноутбук);

• комплект электронных презентаций.

8.2. Лабораторный практикум:

• специализированная лаборатория № 43;

иономеры ЭВ-74 – 2 шт., иономеры CyberScan pH510 – 1 шт., фотоколориметр КФК-2, весы аналитические – 2 шт., стенд-встряхиватель, сушильный шкаф, центрифуга лабораторная;

• в достаточном количестве химические реактивы и лабораторная посуда.

9. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

32% интерактивных занятий от объема аудиторных занятий семест Виды учебной работы Образовательные технологии

10. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ

УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ

ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

10.1. Виды контроля и аттестации, формы оценочных средств Промежуточна Методы анализа загрязняющих коллоквиум Промежуточна Физико-химические модели защита я аттестация распространения загрязняю- реферата Промежуточна Основные виды загрязняющих индивидуал я аттестация веществ. Предельно допусти- ьные Контроль степени освоения дисциплины осуществляется проверкой преподавателем домашних заданий, выполненных в соответствии с требованиями таблицы 6.2, а также сдачей коллоквиумов в лабораторном практикуме. Каждое домашнее задание оценивается преподавателем рейтинговой оценкой текущего контроля. При рейтинговой оценке задания учитываются: сдача задания в срок, полнота и правильность выполнения. На последнем занятии преподаватель рассчитывает текущий рейтинг студента по дисциплине как среднеарифметическое значение оценок за все задания.

Значения рейтинговых баллов для отдельных видов учебной Посещаемость лекционных занятий Посещение лабораторных занятий Активность на лабораторном занятии Выполнение расчетных заданий Написание реферата по заданной теме Презентация по заданной теме (разделу) Текущее тестирование Промежуточное тестирование (экзамен) Итоговый контроль проводится в виде компьютерного теста в системе My-Test. В компьютерные тесты включены задания по лекционному курсу, а также по всем темам лабораторного практикума.

Итоговая оценка (экзамен по дисциплине) выводится как среднеарифметический рейтинг студента по текущему рейтингу, решению задачи и компьютерному тесту.

Фонды оценочных средств, включающие домашние задания, тесты включены в состав УМК дисциплины.

1. Текущие тестирование во время чтения лекций. Тема: 1- 2. Текущие тестирование во время чтения лекций. Тема: 3- 3. Текущие тестирование во время чтения лекций. Тема: 5- 4. Коллоквиум по лаб. работе показателей качества воды 5. Коллоквиум по лаб. работе Санитарная оценка воды 6. Коллоквиум по лаб. работе Определение примесей воды различной степени дисперсности Определение стабильности воды 8. Коллоквиум по лаб. работе Обнаружение и определение природных водах (Cd, Pb, Hg, фенол, ПАУ) 9. Выполнение домашнего задания № 1 (решение задач) 10. Выполнение домашнего задания № 2 (решение задач) 10.2. Критерии оценки работы студента по изучению дисциплины в рамках промежуточной и текущей аттестации деятельности Балл