Реакция экосистем на загрязнение.

• Высшая растительность: трансформация растительности в результате техногенного загрязнения кардинально меняет внешний облик экосистемы и влечет за собой изменение всего ее внутреннего мира.

Воздействие атмосферных загрязнителей на растительность: накопление поллютанов, анатомические и морфологические отклонение.

• Почвенный покров: снижение Ph почвенного раствора; уменьшение буферной способности почв против кислотных агентов; выщелачивание элементов питания растений; лимитирование потребления элементов питания растений.

• В целом: экосистема частично разрушается; ухудшается санитарное состояние деревьев; замедляются процессы осуществляемые почвенными микроорганизмами; происходят изменения в травянисто-кустарничковом ярусе(выпадают чувствительные виды лесного разнотравья); биологическая активность почвы снижается.

Зависимость «нагрузка-эффект» для экосистемных параметров.

Принцип Ле-Шетелье:

если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

50.Использование модели «черного ящика» в экологическом нормировании. Критические значения показателей состояния экосистем и предельно допустимые воздействия на нее.

51.Для веществ, загрязняющих воду, так же, как для примесей в атмосферном воздухе, установлено раздельное нормирование качества воды. Однако принцип разделения здесь связан с приоритетным назначением водного объекта или категориями водопользования.

Для обеспечения чистоты водных объектов используется другой ограничительный норматив – лимитирующий показатель вредности, не имеющий количественной характеристики, но отражающий приоритетность требований к качеству воды в тех случаях, когда водный объект имеет многофункциональное назначение.

В основу приоритетности нормирования воды в водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в рыбохозяйственных – токсикологический и отчасти органолептический.

Загрязнение воды связано не только с присутствием в ней токсичных или дурнопахнущих веществ, но и с изменением ряда других физико-химических показателей, таких, как содержание взвешенных веществ, минеральный состав, растворенный кислород, температура, рН и др. В створах водопользования состав и свойства воды ни по одному из названных показателей не должны превышать установленный норматив. При использовании водного объекта для различных нужд приоритетными являются более жесткие требования в ряду одноименных показателей. Главным с гигиенических позиций требованием к качеству питьевой воды является ее безопасность в эпидемическом отношении.

Санитарное состояние водоема отвечает требования норм при выполнении неравенства [4]:

, (5.14)

где n – число вредных веществ в водоеме, относящихся, например, к
«санитарно-токсикологической» группе вредных веществ;

С_i – концентрация i-гo вещества из данной группы вредных веществ;

m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной» группы вредных веществ и т. д.

При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно выполняться требование

С + С_ф ≤ ПДК. (5.15)

Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей (ПДС).

Запрещено сбрасывать в водоемы сточные воды, если: существует возможность повторного использования одной и той же воды в технологическом процессе; стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; стоки содержат сырье, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК [10].

Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непрерывным с переменным расходом, случайным.

Одной из задач регулирования качества вод в водоемах является задача определения допустимого состава сточных вод, то есть того максимального содержания вредного вещества (веществ) в стоках, которое после сброса еще не даст превышения концентрации вредного вещества в водах водоема над ПДК данного вредного вещества.

Уравнение баланса растворенной примеси при сбросе ее в водоток (реку) с учетом начального разбавления в створе выпуска [19]:

С_ст = [n_р.с. (С_р.с. – С_ф) + С_ф], (5.15)

где С_ст, С_р.с., С_ф – концентрации примеси в сточных водах до выпуска в водоем, в расчетном створе и фоновая концентрация примеси, мг/кг;

n_о и n_р.c. – кратность разбавления сточных вод в створе выпуска (начальное разбавление) и в расчетном створе.

Начальное разбавление сточных вод в створе их выпуска

, (5.16)

где Q_o = LHV – часть расхода водостока, протекающая над рассеивающим выпуском, имеющим, положим, вид перфорированной трубы, уложенной на дно, м³/с;

q – расход сточных вод, м³/с;

L – длина рассеивающего выпуска (перфорированной трубы), м;

Н, V – средние глубина и скорость потока над выпуском, м и м/с.

После подстановки (5.16) в (5.15)

. (5.17)

При LHV >> q

. (5.18)

По ходу водостока струя сточной воды расширяется (за счет диффузии, турбулентной и молекулярной), вследствие чего в струе происходит перемешивание сточной воды с водой водотока, возрастание кратности разбавления вредной примеси и постоянное уменьшение ее концентрации в струе перемешанной воды. В конечном счете, створ (сечение) струи расширится до створа водотока. В этом месте водотока (где створ загрязненной струи совпал со створом водотока) достигается максимально возможное для данного водотока разбавление вредной примеси. В зависимости от величин кратности начального разбавления, ширины, скорости, извилистости и других характеристик водотока концентрация вредной примеси (С_р.с.) может достигнуть значения ее ПДК в разных створах загрязненной струи. Чем раньше это произойдет, тем меньший участок (объем) водотока будет загрязнен вредной примесью выше нормы (выше ПДК). Понятно, что самый подходящий вариант – когда условие (5.15) обеспечивается уже в самом месте выпуска, и, таким образом, размеры загрязненного участка водотока будут сведены к нулю. Этот вариант соответствует условию выпуска стоков в водоток вне населенного пункта. Нормативное разбавление до ПДК в створе выпуска требуется и для водотоков, если выпуск осуществляется в черте населенного пункта.

В этом случае, учитывая, что для створа выпуска n_рс =1, а также подставив в (5.17) С_рс = ПДК, получим

С_см= ПДК = ПДК, (5.19)

где В и Н – эффективные ширина и глубина водотока;

Q = BHV – расход воды водотока.

Уравнение (5.19) означает, что при максимальном использовании разбавительной способности водотока (расхода водотока) максимально возможную концентрацию вредного вещества в сбрасываемых сточных водах можно допустить равной

ПДК = ПДК. (5.20)

Если для целей разбавления стоков возможно использование только части расхода воды водотока, например, 0,2Q, то требования к очистке стоков от данного вредного вещества повышаются, так как максимально допустимая концентрация вредности в стоках уменьшается при этом в 5 раз: 0,2QПДК. При этом величина qC_cm, равная в первом случае qQ/q × ПДК = Q × ПДК, а во втором (q0,2Q – ПДК)/q = 0,2Q × ПДК должна рассматриваться как предельно допустимый сброс (ПДС) данной вредности в водоток, г/с [10]. При превышении данных величин ПДС (Q × ПДК и 0,2Q × ПДК, г/с) концентрация вредного вещества в водах водотока превысит ПДК.

На изложенных принципах основывается регулирование качества воды в водотоках при сбросе в них взвешенных, органических веществ, а так же вод, нагретых в системах охлаждения предприятий [10].

Условия смешения сточных вод с водой озер и водохранилищ значительно отличаются от условий их смешения в водотоках – реках и каналах. Полное перемешивание стоков и вод водоема достигается на существенно больших расстояниях от места выпуска.

53.