Амирханова Н.А., Белоногов В.В., Беляева Л.С. и др. Лабораторные работы по экологии: Учебное пособие
Подождите немного. Документ загружается.
230
Все окислительные реакции, катализируемые дегидрогеназами, ведут к
запасанию атомов водорода в виде соединений: NАДН, NАД
+
и NАДН,
присутствующих в цитоплазме и митохондриях.
5.4. (NP, 30)
Дыхательная цепь, состоящая из нескольких ферментов, прочно
связанных с внутренней мембраной митохондрий, осуществляет окисление
NАДН кислородом:
NАДН 2О
2
+ 2Н
+
→
цепь
я
дыхательна
Н+ + NАД+ - 2
е Н
2
О
Направление 6. Переход «Гидросфера – поверхность Земли или дно
океанов»
6.1. (- HS, 20)
H
3
PO
4
+12 (NH
4
)
2
MoO
4
+21 HNO
3
→ (NH
3
)
3
H
4
[P(Mo
2
O
7
)
6
]↓+
+ 21 NH
4
NO
3
+10 H
2
O кислый молибдофосфат аммония,
желтая соль.
Реакция используется для открытия Н
3
РО
4
с получением осадка.
6.2. (- HS, 50)
Реакции для открытия ионов РО
−
3
4
, Р
2
О
−
2
7
и др.
3AgNO
3
+ 2 Na
2
HPO
4
→ Ag
3
PO
4
↓ + 3 NaNO
3
+ NaH
2
PO
4
;
2AgNO
3
+ Na
2
H
2
P
2
O
7
→ 2 NaNO
3
+ Ag
2
H
2
P
2
O
7
↓;
AgNO
3
+ NaPO
3
→ NaNO
3
+ AgPO
3
↓;
H
3
PO
3
+ 2AgNO
3
→ Ag
2
HPO
3
↓ + 2HNO
3
;
(NH
4
)
2
NaPO
4
→
t
2NH
3
+ NaPO
3
+ H
2
O;
NaPO
3
+ AgNO
3
→ AgPO
3
↓ + NaNO
3
.
Направление 7. Переход «Растения – животные».
7.1. (NP, 20)
При потреблении растительной пищи протекает гидролиз
аденозинтрифосфата:
АТФ
4-
+ Н
2
О = АДФ
3-
+ Н
2
РО
−
4
.
Катализаторы: ионы Ве
2+
, Са
2+
, Mg
2+
, Со
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
(микроэлементы).
7.2. (NP, 20)
231
При потреблении растительной пищи в мембранах клеток – фагоцитов
образуются активные формы кислорода:
•
НАДФН + 2О
2
→ НАДФ
+
+ 2О
−
2
+ Н
+
.
мембрана
•
Супероксид О
−
2
используется для борьбы с чужеродными клетками.
Направление 8. Переход «Животные – поверхность Земли, дно
океанов»
8.1. (NP, 20)
GSSG + НАДФН + Н
+
→ 2 GSH + НАДФ
+
↓.
фермент мембрана восстановленный
глутатион, антиоксидант
Реакция защиты организма от активных форм кислорода; часть НАДФ
+
с выделениями организма попадает на поверхность Земли.
8.2. (NP, 40)
Защита организма от ксенобиотиков путем гидроксилирования –
транспорта атомов водорода и электронов в печени:
НАДН
→
2Н
ФАД →
е2
Цитохром В
3
выводятся
↓2
е из
НАДФН
→
2Н
ФАД →
е2
Цитохром Р-450 организма
2Н
+
↓2 е
Н
2
О О═О
R─H
↓
ROH
ФАД – флавинадениндинуклеотид, его производное ФАДФ – изомет АТФ.
8.3. (NP, 20)
Обезвреживание ксенобиотика – фенола в печени:
С
6
Н
5
ОН + НАДФН + Н
+
+ О
2
→ С
6
Н
4
(ОН)
2
+ НАДФ
+
+ Н
2
О.
фенол пирокатехин частично выводится
(менее опасен) с выделениями
организма
232
8.4. (NP, 30)
При биолюминесценции происходит свечение живых организмов,
например, светлячков, с выделением фосфатов в окружающую среду:
АТФ + люциферин + О
2
→
светлячковлюцифераза
АМФ + Ф
н
+
+ оксилюциферин + hν (560 нм),
где АТФ – аденозинтрифосфат; АМФ – аденозинмонофосфат; Ф
н
–
ортофосфат.
8.5. (NP, 40)
При функционировании живого организма протекают ферментные
реакции окисления, восстановления и декарбоксилирования, в том числе и с
выделением части продуктов на поверхность Земли или дно океанов.
Схема реакции:
1
Ф + С ФС- комплекс →
3
А + Б + Ф
фермент субстрат 2 продукты реакции
Фермент, способный к восстановлению, называют коферментом.
Пример – витамин В
1
, тиаминпирофосфат, кокарбоксилаза:
NH
2
CH
3
O O
| | || ||
C
+
C= C—CH
2
CH
2
—O—P—O—P—OH
N C—CH
2
—N | | .
C—S O— OH
H
3
C—C CH |
N H
Затем проводится подсчет баллов у игроков. Занявший I место
подробно анализирует I сектор, II место – II сектор и т. д., отвечая на
вопросы п. 4.5.4.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие факторы определяют подвижное равновесие в природе?
2. В чем особенности большого (геологического) круговорота веществ?
3. Опишите функциональную схему экосистемы.
233
4. Что представляет собой гомеостаз?
5. Чем отличаются понятия экосистема и биогеоценоз?
6. Дайте характеристику ресурсного цикла как антропогенного
круговорота веществ. Почему этот цикл не замкнут?
7. Какие химические элементы называют биофильными и почему?
8. Опишите антропогенное воздействие на круговорот углерода. Что
такое «парниковый эффект»?
9. Как связаны циклы кислорода и углерода в биосфере?
10. Опишите круговорот азота в биосфере.
11. В чем особенности биогенного круговорота фосфора?
12. Какова роль антропогенного воздействия в нарушении круговорота
фосфора?
13. Опишите круговорот серы.
14. Какова роль специализированных организмов в круговороте серы?
15. Что характеризует степень рециркуляции металлов?
16. Опишите техногенный цикл алюминия.
17. Дайте определение мониторинга. Какие известны типы
мониторинга? Какие функции выполняет мониторинг?
18. Какие средства экологического контроля Вы знаете?
19. Опишите, каковы основные подходы к моделированию в экологии,
в частности, к круговороту веществ в биосфере.
20. Опишите укрупненную схему экологического мониторинга.
234
5. ОЧИСТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
5.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Ознакомление с количеством, составом загрязнений атмосферного
воздуха различными производствами, возможными путями их отделения и
очистки от них воздуха, с методами контроля загрязнений. Овладение
навыками экспериментальной очистки атмосферного воздуха различными
методами.
5. 2. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЗАГРЯЗНЕНИЙ (ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ)
5.2.1. Загрязнение атмосферы различными выбросами
машиностроительной и авиационной промышленности
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются
промышленные предприятия, транспорт, энергетические системы. Их
относительное участие в загрязнении атмосферы распределяется следующим
образом, %: теплоэнергетика - 27,0; черная металлургия - 24,3; цветная
металлургия - 10,5; нефтедобыча и нефтехимия - 15,5; транспорт - 13,3;
стройиндустрия - 8,1; химическая промышленность - 1,3.
Наибольший удельный вес загрязнений атмосферного воздуха
приходится на долю оксидов углерода, серы и азота, углеводородов и
промышленной пыли. В атмосферу Земли ежегодно выбрасывается 250 млн
т пыли, 200 млн т оксида углерода, 150 млн т диоксида серы, 50 млн т
оксидов азота, более 50 млн т различных углеводородов и 20 млрд т
диоксида углерода.
Загрязнения в атмосферу могут поступать непрерывно или
периодически, залпами или мгновенно. В случае залповых выбросов за
короткое время в воздух выделяется большое количество вредных веществ.
Залповые выбросы возможны при авариях или сжигании быстро горящих
отходов производства на специальных площадках уничтожения. При
мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды иногда
на значительную высоту, что происходит при взрывных работах и авариях.
Организованный промышленный выброс - это выброс, поступавший в
атмосферу через специально сооруженные газоотводы, воздуховоды, трубы.
Неорганизованный – промышленный выброс, поступающий в атмосферу в
виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности
оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования
по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.
Организованные выбросы на предприятиях могут быть
технологическими и
вентиляционными
.
235
К технологическим относятся выбросы при технологических процессах,
выбросы при продувке оборудования, труб ТЭС, котельных.
К вентиляционным относятся выбросы общеобменной и местной
вытяжной вентиляции.
В атмосферу с отходящими газами поступают твердые, жидкие, паро- и
газообразные неорганические и органические вещества, поэтому по
агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие,
газообразные и смешанные.
Классификация газовых выбросов представлена на рис.5.1. Отходящие
газы промышленности, содержащие взвешенные твердые или жидкие
частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в
системе являются газы, а дисперсионной - твердые частицы или капельки
жидкости.
Промышленное производство - источник различного вида загрязнений
окружающей среды. Вид, количество и состав загрязнений определяются
производственным процессом, используемым сырьем, материалами и
масштабами производства.
Основными производствами машиностроительного и авиационного
комплексов являются литейное, сварочное, прокатное, электрохимическая и
механическая обработка металлов.
В литейном производстве атмосферный воздух загрязняется, главным
образом, пылью, оксидом углерода и сероуглеродом. Кроме того, в состав
вентиляционных выбросов могут входить аммиак, формальдегид, фенол,
углеводороды и др.
Применение в термических цехах химических веществ (СО, СO
2
, NH
3
,
Рb, масла, горючие газы, цианиды) создает возможность поступления в
воздух как самих перечисленных веществ, так и продуктов их термической
деструкции.
Почти все технологические процессы в цехах металлопокрытий
являются источниками выделения в воздушную среду вредных веществ.
Нагретые травильные и гальванические растворы интенсивно испаряются,
выделяя цианиды, оксиды азота, серный ангидрид (SО
3
), хлористый водород,
хромовый ангидрид (СгO
3
), пары кислот и щелочей.
Разнообразные загрязнения поступают в атмосферу при сварке и
пайке. Сварка электродами сопровождается выделением паров оксидов
железа и цинка, аэрозолей марганца, кремния и меди, фторидов и оксидов
азота. При ручной и автоматической плазменной сварке в воздухе
присутствуют оксиды меди, железа, алюминия, магния, хромовый ангидрид,
оксиды азота, соединения марганца и фтора.
При пайке с использованием припоев и флюсов в атмосферу
поступают аэрозоли свинца, продукты сгорания изоляции проводов и
флюсов.
При работе металлорежущего оборудования воздух загрязняется
пылью, вредными газами, аэрозолями масел и смазочно-охлаждающих
236
жидкостей. Пыль представляет собой конденсат оксидов металлов, размер
частиц которых не превышает 2 мкм. При резке обычно выделяются
токсичные соединения хрома и никеля, марганца, оксиды углерода, оксиды
азота, а при плазменной резке образуется еще и озон.
5.2.2. Загрязнение атмосферы транспортом
К числу основных загрязнений окружающей среды относятся выбросы
двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных двигателей (ГТД).
Исследования состава отработанных газов ДВС показывают, что в них
содержатся несколько десятков компонентов, основные из которых
приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Состав отработанных газов
Объемная доля компонента, %
Компоненты карбюраторные
ДВС
дизельные
ДВС
ГТД
0,56 n
ном
* 0,83 n
ном
N
2
74 – 77 76 – 78
O
2
3,0 – 0,8 2,0 – 18,0
H
2
O (пары) 3,0 – 5,5 0,5 – 4,0
СО
2
5,0 – 12,0 1,0 – 10,0
СО 0,5 – 12,0 0,01 – 0,50 87,9** 2,3**
N
x
O
y
до 0,8 0,0002-0,5 9,7** 1,5**
C
n
H
m
0,2 – 3,0 0,009 – 0,5 9,8** 0,3**
Альдегиды до 0,2 мг/л 0,001-0,9 мг/л
Сажа 0,0 – 0,04 г/м
3
0,01-1,1 г/м
3
Бензапирен 10-20 мкг/м
3
до 10 мкг/м
3
*n
ном
– номинальное число оборотов двигателя; ** - г на кг топлива.
Диоксид серы образуется в том случае, когда сера содержится в
исходном топливе.
Анализ данных, приведенных в табл.5.1, показывает, что наибольшей
токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большего
выброса СО, NО
х
, С
n
Н
m
и других веществ. Дизельные ДВС выбрасывают в
больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксична. Однако
частицы сажи, обладая высокой адсорбционной способностью, несут на
своей поверхности молекулы и частицы токсичных веществ, в том числе и
канцерогенных.
Широкое применение этилированного бензина вызвало загрязнение
воздуха весьма токсичными соединениями свинца, обладающими
способностью к накоплению в организме. Доля загрязнений атмосферы
237
отработанными газами ДВС в общем балансе примесей составляет 15-50 % и
более.
В последние годы существенно возросла доля ГТД в общем выбросе
вредных примесей в атмосферу. Выхлопные газы ГТД содержат в своем
составе токсичные компоненты, такие, как: СО, N
х
O
у
, углеводород, сажа,
альдегиды и др.
Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания
существенно зависит от режима работы и конструкции двигателей, качества
и способа подачи топлива и т. п.
Для снижения загрязнения атмосферы промышленными выбросами
совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию
технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят
различные очистные сооружения.
Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является
создание безотходных технологических процессов.
5.2.3. Воздействие вредных газов на здоровье человека
и их нормирование
Примеси, поступающие в атмосферу, оказывают различное токсическое
воздействие на организм человека.
Оксид углерода (СО). Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую
системы, вызывает удушье (соединяется с гемоглобином крови, который
становится неспособным переносить кислород к тканям). Поскольку оксид
углерода бесцветный газ и не имеет запаха, это делает его опасным. При
наличии в воздухе оксидов азота токсичность СО возрастает. Первичные
симптомы отравления оксидом углерода - появление болей в голове, при
больших концентрациях - ощущение пульса в висках, головокружение.
Оксиды азота (N
х
O
у
). Известны следующие соединения азота с
кислородом: N
2
O,NO, N
2
O
3
, NО
2
, N
2
O
4
, N
2
O
5
, NO
3
, N
2
O
6
.
Основной выбрасываемый оксид NО
2
бурого цвета с резким запахом,
очень ядовит, раздражающе действует на органы дыхания человека. Первый
признак отравления оксидами азота - легкий кашель. При повышении их
концентрации возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль.
Диоксид серы (SO
2
). Бесцветный газ с острым запахом; уже в малых
дозах (концентрациях) создает неприятный вкус во рту, раздражает
слизистые оболочки глаз и дыхательные пути, при концентрациях около 50
мг/м
3
образует последовательно Н
2
SO
3
и Н
2
SO
4
. Порог запаха составляет 3-6
мг/м
3
.
Углеводороды. В малых концентрациях снижают активность, вызывают
головную боль, головокружение, раздражающе действуют на слизистые
оболочки глаз и дыхательные пути. Действие углеводородов зависит от
238
класса соединений. Особую опасность представляют канцерогенные
вещества, например, бензапирен (С
20
Н
12
).
130
Рис.5.1 .Классификация газовых выбросов
По признакам
очистки
По температуре
Газовые выбросы
По организации от-
вода и контроля
По составу
Аэрозоли
Содержащие
твердые
отходы
Содержащие
капельки
жидкости
Организщованные
Неорганизованные
Нагретые (Т>Т
возд
)
Холодные
Выбрасыва-
емые без
очистки
Выбрасыва-
емые после
очистки
Организованные
Неорганизованные
Организолванные
Пыль Дым Туманы
Капельки
размером
0,3-5 мкм
Час
тицы
размером
Час
тицы
размером
134