Экологические факторы, ее состав и функции

Задание №1 Теоретические  вопросы по основам экологии

Экологический фактор — это элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы на протяжении жизни или одной из фаз развития, на который организмы реагирует приспособительными реакциями.  Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются. Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни автотрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность. Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Внешние факторы воздействуют на организм, популяцию, экосистему, но не испытывают непосредственного обратного действия: солнечная радиация, атмосферное давление, температура и влажность воздуха, ветер, скорость течения воды, интенсивность заноса питательных веществ или семян, зачатков и особей других видов из других экосистем. Внутренние факторы связаны со свойствами самой экосистемы и образуют ее состав: численность, плотность и структура популяций, пища и ее доступность, концентрации веществ, участвующих в экосистемном круговороте, состав и свойства воздушной, водной, почвенной среды.

Абиотическое содержание среды определяется климатическими, почвенными и водными условиями. Поэтому в соответствии с одной из популярных классификаций абиотические факторы среды классифицируют на физические (температура, свет, влажность, барометрическое давление), химические (состав атмосферы, органические и минеральные вещества почвы, рН почвы и др.) и механические факторы (рельеф местности, движения почвы и воды, ветер, оползни и др.). Значение этих факторов состоит в том, что они существеннейшим образом определяют распространение видов, т. е. они определяют ареал видов, под которым понимают географическую зону, являющуюся местом обитания (распространения) организмов того или иного вида.

 

Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Среди биотических факторов обычно выделяют:

1) влияние животных организмов (зоогенные факторы);

2) влияние растительных  организмов (фитогенные факторы);

3) влияние человека (антро-погенные факторы).

Действие биотических  факторов может рассматриваться  как действие их на среду, на отдельные  организмы, населяющие эту среду, или  действие этих факторов на целые сообщества. Действия биотических факторов на сообщества будут рассмотрены в разделах экологии популяций и сообществ. Здесь же мы сосредоточим внимание в большей степени на действиях  биотических факторов на отдельные  особи, организмы, на среде, населенной этими организмами. Экологические исследования о действии биотических факторов на организмы первоначально носили прикладной характер — в целях борьбы с вредителями, паразитами, в выявлении пищи животных, хищничества. В настоящее время изучение действия биотических факторов на организмы, особи идет широким планом и проводится как в лабораторных, так и в природных условиях.

Антропогенные факторы - это результат воздействия человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности. Антропогенные факторы можно разделить на 3 группы: оказывающие прямое воздействие на окружающую среду в результате внезапно начинающейся, интенсивной и непродолжительной деятельности, напр. прокладка автомобильной или железной дороги через тайгу, сезонная промысловая охота в определённом районе и т. д.; косвенное воздействие – через хозяйственную деятельность долговременного характера и малой интенсивности, напр. загрязнение окружающей среды газообразными и жидкими выбросами завода, построенного у проложенной железной дороги без необходимых очистных сооружений, приводящее к постепенному усыханию деревьев и медленному отравлению тяжёлыми металлами животных, населяющих окрестную тайгу; комплексное воздействие вышеперечисленных факторов, приводящее к медленному, но существенному изменению окружающей среды (рост населения, увеличение численности домашних животных и животных, сопровождающих человеческие поселения – ворон, крыс, мышей и т. д., преобразование земельных угодий, появление примесей в воде и т. п.). В результате в изменённом ландшафте остаются лишь растения и животные, сумевшие приспособиться к новому состоянию жизни.

Закон оптимума действия экологических факторов:

Любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы. Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума).  Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью  живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Лимитирующий фактор - фактор, который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов; экологический фактор, концентрация которого ниже или выше оптимальной. Понятие о лимитирующем факторе ведет начало от закона минимума Либиха (1840г.) и закона толерантности Шелфорда (1913г.). Как лимитирующий фактор особенно часто выступают температура, свет, биогенные вещества, течение и давление среды, почва, пожары, микросреда и т. д. Концепция лимитирующего фактора имеет существенное значение для охраны природы и всех отраслей природопользования, для лучшего познания компонентов экосистем.

Закон толерантности (выносливости живых организмов), или  закон Шелфорда:

Лимитирующий фактор процветания  организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определя6ет пределы толерантности организма  к данному фактору. Организм может иметь широкие границы устойчивости в отношении одного фактора и узкие в отношении другого. Организм с широкими границами по большинству экологических факторов обычно широко распространен (например, воробей). Если условия по одному фактору не оптимальны, то может снизиться предел устойчивости к другому экологическому фактору (например, при низком содержании азота в почве снижается засухоустойчивость злаков).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №2 Расчёт приземных концентраций в зоне выброса загрязняющих веществ

Максимальная приземная  концентрация загрязняющих веществ  в атмосфере от одиночного точечного  источника выброса круглого сечения, выбрасывающего нагретую пылегазовоздушную смесь, рассчитывается по формуле:

= = = 0,31               (1)

Объемный расход выбрасываемой  пыле газовоздушной смеси определяется по формуле:

                           (2)

Перепад температуры  определяют по формуле:

                             = - = 150 – 26 = 124                                    (3)

Условия метеорологического рассе6яния газовоздушной смеси, выбрасываемой предприятием, в атмосфере в значительной степени зависят от того, являются ли выбросы «холодными» или «нагретыми». Критерием нагретости является вспомогательный фактор «ƒ», определяемый по формуле:

                      ƒ = = = 2,39                                     (4)

При ƒ<100 выбросы считаются  «нагретыми», а при ƒ≥100 выбросы  считаются «холодными».

Безразмерные коэффициенты m и n учитывают условия выброса пылевоздушной смеси из устья источника.

Коэффициент m зависит от параметра ƒ:

- при ƒ<100 параметр m определяется по формуле:

m = = 0,78              (5)

Коэффициент n зависит от вспомогательного параметра , который определяется по формуле:

= = 0,65· = 0,65 · 4,28 = 2,78      (6)

	Коэффициент n
,5	n=4,4·
<2	n=0,532·- 2,13·+3,13
≥2	n=1

 

Таким образом, определены промежуточные  значения всех необходимых параметров для расчета максимальной приземной  концентрации загрязняющего вещества в атмосфере от одиночного точечного источника выброса по формуле 1.

Опасность загрязнения атмосферы  оценивается показателем , определяется по формуле:

=                                  (7)

Если >1, то загрязнение опасно, и необходимо рассчитывать опасность загрязнения в точке с заданными координатами X и Y.

В этом случае расчет ве6дется  следующим образом.

Расстояние от источника  выброса до точки с максимальной приземной концентрацией:

                = · 16,01 ·23 = 368,2                        (8)

Параметр d определяется следующим образом:

	при ƒ≤100	приƒ>100 или≈0
<0,5	=2,48·(1+0,28·)
2	=4,95·(1+0,28·)	=11,4·
≥2	=7·(1+0,28·)=16,01	=16·

 

Величина опасной скорости ветра , при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредного вещества , также зависит от параметра :

	м/с
<0,5	=0,5
2	=
≥2	=·(1+0.12·)=3,28

 

Приземная концентрация в точке координатами X и Y определяется по формуле:

                        = ·= 0,31·0,05·5,18=0,08                                     (9)

Где  - безмерная величина, характеризующая изменение приземной концентрации по оси факела в зависимости от соотношения /и коэффициента F определяется следующим образом:

/=950/368,2=2,6

При 1</≤ 8 и F≤ 1,5

          (10)

- безразмерная величина, зависящая от параметра . Значение параметра определяется в зависимости от опасной для данного источника скорости ветра :

при  ≤ 5 м/с параметр

                           = =                                    (11)

Безразмерная величина определяется по формуле:

          = = 5,18        (12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №3 Расчёт открытого гидроциклона

Для очистки сточных вод  от твёрдых примесей в поле действия центробежных сил используются открытые и напорные гидроциклоны, схема которого представлена на Рис. 1. Открытые гидроциклоны применяют для отделения из сточных  вод крупных твёрдых частиц со скоростью осаждения более 0,02 м/с.

Рисунок 1 – Схема открытого гидроциклона: 1 – входной патрубок; 2 – кольцевой водослив; 3 – отвод очищенной воды; 4 – шламоотводящая труба.

 

Исходные данные(посл. цифра студ. билета - 4):

Q, м³/с = 0,0502

С_вх, кг/м³ = 1,21

ρ_ч, кг/м³ = 7150

ρ_ж, кг/м³ = 1000

d_ч, м = 0,00017

К = 1,28

Μ, Па·с(Н·с/м²) = 0,00102

Площадь поперечного сечения  открытого гидроциклона определяется по формуле:

 

где     S – площадь поперечного сечения открытого гидроциклона, м²;

Q – максимальный расход сточных вод, м³/с;

q – удельная гидравлическая нагрузка гидроциклона, м³/(м²с),

 

К – коэффициент, характеризующий форму и состояние поверхности отделяемых частиц,

W₀ – скорость осаждения твёрдых частиц в жидкости, м/с:

 

где g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

      d_ч – диаметр (размер) твёрдых частиц, м;

      ρ_ч – плотность частиц, кг/м³;

      ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³;

      μ_ж – динамическая вязкость жидкости, Па·с (Н·с/м²).

Диаметр открытого гидроциклона определяется по формуле:

 

где D – диаметр открытого гидроциклона, м;

S – площадь поперечного сечения открытого гидроциклона, м².

 – используем напорный гидроциклон.

Основные геометрические размеры гидроциклона:

- диаметр входного патрубка, м:

 

- угол конуса гидроциклона:

 

- высота цилиндрической  части гидроциклона, м

 

Концентрация твёрдых  частиц в сточной воде на выходе из открытого гидроциклона определяется по формуле

 

где А – коэфф., хар-ий коагуляционную способность твёрдых частиц: А=0,033 – при наличии процесса коагуляции твёрдых частиц;

              А=0,075 – без коагулягуляции (принимаем в расчёте);

q – удельная гидравлическая нагрузка гидроциклона, м³/(м²с);

Н₁ – высота цилиндрической части гидроциклона, м.