Взаимосвязь экологии с другими науками.

Содержание, предмет и задачи экологии.

Содержание современной экологии лучше всего можно определить, исходя из концепции уровней организации живой материи, которые составляют своеобразный «биологический центр».

 

Ген, клетка, орган, организм, популяция и сообщество – основные уровни организации жизни. Они располагаются в иерархическом порядке – от малых систем к крупным. На каждом уровне или ступени в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.

 

Обычно выделяют несколько уровней организации живой материи, образующих иерархию: молекулярный – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, липидов, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

Клеточный – уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

 

Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

 

Органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

 

 

Организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов.

 

Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами.

 

Биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне осуществляются все глобальные круговороты вещества и энергии, связанные с жизнедеятельностью организмов.

 

Основные свойства живых систем – структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость, поддержание постоянства внутренней среды, способность к адаптации и др. – реализуются уже на клеточном уровне.

 

Самой крупной и наиболее близкой к идеалу по «самообеспечению» веществом и энергией является биологическая система – биосфера.

 

Основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение функционирования биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем), биосферы, их продуктивности и энергетики.

 

Экологию по размерам объекта изучения делят на:

 

– аутэкологию (особи, организм и его среда);

 

– демэкологию (популяция и ее среда);

 

– синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда);

 

– географическую или ландшафтную экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды);

 

– глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли).

 

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на эколо-гию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.

 

По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, био-химическую). По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамиче-скую экологии. С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии (в том числе археологию). В системе экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношение социальных групп общества с их средой жизни).

 

Взаимосвязь экологии с другими науками.

Экология, как комплексная дисциплина, тесно связана с другими естественными и общественными науками. Экологическая трактовка необходима при решении определенных задач в области ботаники, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционного учения, генетики, биотехнологии, поскольку любые биологические исследования в той или иной степени изучают жизнь растений и животных в природных условиях.

Экология развивается на природоведческих условиях, вбирает новейшие достижения точных наук – математики, физики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о единстве, взаимосвязи живого и неживого. Экология тесно соприкасается с ландшафтоведением – отраслью физической географии, объектами исследования которой являются сложные природные и природноантропогенные образования. Взаимосвязь между физической географией и экологией нашла отражение в становлении геоэкологии (ландшафтной экологии, или экологии ландшафтов). Экология связана и с природопользованием, служит научной основой рационального использования и охраны природных ресурсов. Современная экология анализирует природные условия (факторы) существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных преобразующих или разрушающих антропогенных воздействий. Природопользование как область прикладной экологии изучает закономерности антропогенной динамики природных процессов в их сложной взаимосвязи, определяет значение этой динамики для человека, обосновывает рациональное использование природных ресурсов и разрабатывает способы сохранения и восстановления их количественных и качественных особенностей, важных для человека современного и для будущих поколений.

 

 

Законы экологии.

Каждый живой организм может нормально существовать и продолжать свой род в определенной области значений факторов среды. Для нормального существования наземных животных и человека существуют нижние и верхние пределы температуры, освещенности, концентрации кислорода в воздухе, атмосферного давления и др. Область количественных значений какого-либо фактора среды, в пределах которой могут существовать особи данного вида (популяции), называют диапазоном выживания, зоной устойчивости или зоной толерантности, или биоинтервалом фактора среды. Обычно выделяют зону нормальной жизнедеятельности и стрессовые зоны (зоны угнетения), за которыми следуют пределы выносливости (устойчивости). За нижним и верхним пределами устойчивости происходит гибель организма.

 

Закон лимитирующих факторов: даже единственный средовый фактор за границами зоны своего оптимума приводит к угнетенному (стрессовому) состоянию организма, а за пределами выносливости – к его гибели. Такой фактор называется лимитирующим.

Закон лимитирующих факторов был впервые сформулирован Ю. Либихом в 1840 г., и поэтому его называют законом минимумов Либиха. Он применим как к растениям, так и к животным. Из сказанного следует, что плотность популяций любого вида будет наивысшей там, где все параметры среды для него оптимальны. Она снизится, но не упадет до нуля, если значение одного или нескольких средовых факторов будет стрессовым. Наконец, вид отсутствует, если один из факторов выходит за пределы выживания (устойчивости) вида. Этот закон еще называется законом толерантности.

 

Виды могут существенно отличаться с точки зрения оптимальных условий и пределов выносливости. Однако, если оптимумы и пределы выносливости у разных видов неодинаковы, их общие пределы выносливости могут в значительной степени перекрываться.

Именно этим объясняется увеличение устойчивости экосистем с увеличением количества видов в ней. Например, экосистемы тайги значительно устойчивее экосистем пустыни или тундры.

 

Закон биогенной миграции атомов (В. И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории. Согласно закону биогенной миграции атомов, понимание общих химических процессов, протекавших и протекающих на поверхности суши, в атмосфере и заселенных организмами глубинах литосферы и вод, а также геологических слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических факторов, в том числе эволюционных.

 

Б. Коммонер выдвинул ряд положений, которые сегодня называют «законами» экологии: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

 

Первый закон «Все связано со всем» отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

 

Второй закон «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все должно куда-то деваться». И как результат – большие количества веществ зачастую накапливаются там, где в природе их не должно быть.

 

Третий закон «Природа знает лучше» исходит из того, что «структуры организмов нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы – наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

 

Четвертый закон «Ничто не дается даром», по мнению Б. Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема, представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеком, должно быть возмещено.

 

 

Экосистемы.

Основной объект экологии – экологическая система, или экосистема– пространственно определенная совокупность организмов разных видов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Термин «экосистема» введен в экологию английским ботаником А. Тенсли (1935). Различают водные и наземные экосистемы.

 

В каждой локальной наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – пространство, участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями, и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов.

 

Состав экосистемы представлен двумя группами компонентов: абиотическими – компонентами неживой природы и биотическими – компонентами живой природы.

 

Абиотические компоненты – это следующие основные элементы неживой природы:

 

– неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и мертвой материей (диоксид углерода, вода, кислород, кальций, магний, калий, натрий, железо, азот, фосфор, сера, хлор и др.);

 

– органические вещества, связывающие абиотическую и биотическую части экосистем (углеводы, жиры, аминокислоты, белки, гуминовые вещества и др.);

– воздушная, водная или твердая среда обитания;

– климатический режим и др.

 

Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом. Прежде всего все организмы делятся на две большие группы – автотрофы и гетеротрофы.

 

Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов. Первая группа организмов - продуценты (создающий, производящий), или автотрофные организмы (пища). Они подразделяются на фото- и хемоавтотрофов.

 

Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, а в качестве питательного материала - неорганические вещества, в основ-ном углекислый газ и воду. К этой группе организмов относятся все зеленые растения и некоторые бактерии.

 

Хемоавтотрофы используют энергию, выделяющуюся при химических реакциях. К этой группе принадлежат, например, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до азотистой и затем азотной кислоты.

 

Вторая группа организмов - консументы (потреблять), или гетеротрофные организмы (пища), осуществляют процесс разложения органических веществ.

 

Эти организмы используют органические вещества в качестве источника и питательного материала и энергии. Их делят на фаготрофов (пожирающий) и сапротрофов (гнилой).

 

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся, в основном, крупные животные - макроконсументы.

 

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков.

 

Третья группа организмов – редуценты (возвращающий). Они участвуют в последней стадии разложения – минерализации органических веществ до неорганических соединений (СО2, Н2О и др.). Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцентам относятся, главным образом, микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) – микроконсументы.

 

Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

 

Функционирование экосистемы обеспечивается взаимодействием трех основных составляющих: сообщества, потока энергии и круговорота веществ.

 

Часто экосистему выделяют внутри естественных границ. Например, границей озера служит береговая линия, а границами города - административные границы. Но эти границы могут быть и условными.

 

С точки зрения пространственной структуры, в природных экосистемах можно выделить два яруса: верхний, автотрофный ярус, или «зеленый пояс» Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл; здесь преобладают фиксация света, использование простых неорганических соединений и накопление солнечной энергии в сложных фотосинтезируемых веществах; нижний, гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» Земли, представлен почвами и донными осадками, в которых преобладают процессы разложения мертвых органических остатков растений и животных.

Развитие экосистем.

Наблюдения в природе показывают, что заброшенные поля или выжженный лес постепенно завоевываются многолетними дикими травами, затем кустарниками и, в конце концов, деревьями. Сукцессия – это направленное предсказуемое развитие экосистемы до установления равновесия между биотическим сообществом – биоценозом и абиотической средой – биотопом. Развитие экосистем во времени известно под названием экологических сукцессий (преемственность, последовательность).

 

Экологическая сукцессия – это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории под воздействием природных или антропогенных факторов.

 

Сукцессия, начинающаяся на участке, прежде не занятом, называется первичной. Например, поселения лишайников на камнях: под действием выделений лишайников каменистый субстрат постепенно превращается в подобие почвы, где поселяются затем кустистые лишайники, зеленые мхи, травы, кустарники и т. д.

 

Если сообщество развивается на месте уже существовавшего, то говорят о вторичной сукцессии. Например, изменения, происходящие после раскорчевки или порубки леса, устройства пруда или водохранилища и т. п.

Скорость сукцессии различна. В историческом аспекте смена фауны и флоры по геологическим периодам есть не что иное, как экологические сукцессии. Они тесно связаны с геологическими и климатическими изменениями и эволюцией видов. Такие изменения происходят очень медленно. Для первичных сукцессий требуются сотни и тысячи лет. Вторичные протекают быстрее. Для восстановления растительной биомассы на месте вырубки, лесного пожара или покинутого сельскохозяйственного участка требуется от 30-50 до 250 лет.

 

Автотрофная сукцессия – широко распространенное в природе явление, которое начинается в незаселенной среде: формирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулканов и других природных катастроф. Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов.

Гетеротрофная сукцессия характеризуется преобладанием бактерий и встречается тогда, когда среда пересыщена органическими веществами. Например, в реке, загрязняемой сточными водами с большим содержанием органических веществ, или на очистных сооружениях.

 

В климаксных системах образуется сложная сеть взаимоотношений, поддерживающих ее стабильное состояние. Теоретически такое состояние должно быть постоянным во времени и существовать до тех пор, пока его не нарушат сильные внешние возмущения.

 

В отличие от сукцессии, эволюция экосистем представляет собой длительный процесс их исторического развития. Эволюционные процессы необратимы. По сути дела, эволюция экосистем - это история развития жизни на Земле от возникновения биосферы до наших дней. В основе эволюции лежит естественный отбор на видовом или более низком уровне.

 

Физико-химические и климатические условия в разных частях биосферы различны. Климатически обусловленные крупные совокупности экосистем называют биомами, или формациями.

 

Биом – это макросистема, совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности. Биомы можно подразделить на три основные группы, приуроченные к наземным, морским и пресноводным местообитаниям. Формирование их зависит от макроклимата, а последний - от географической широты местности. Важными факторами являются: циркуляция воздуха, распределение солнечного света, сезонность климата, высота и ориентация гор, гидродинамика водных систем.

 

Наземные формации, в основном, определяются растительностью, так как растения теснейшим образом зависят от климата и именно они образуют основную часть биомассы.

 

Самый богатый по числу видов биом планеты - это вечнозеленый дождевой тропический лес.

 

Примером антропогенных систем является город. Любой город, особенно промышленный, является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию, пищу, воду и другие вещества с больших площадей, находящихся за его пределами.

Экологические факторы.

Среда обитания – это природное окружение живого организма. Она слагается из множества неорганических и органических компонентов, включая привносимые человеком. Важные для жизни организма компоненты окружающей среды, с которыми он неизбежно сталкивается, называются экологическими факторами - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Экологические факторы делятся на три категории: 1) абиотические – факторы неживой природы; 2) биотические – факторы живой природы; 3) антропогенные – факторы человеческой деятельности. Приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются периодичностью их воздействия. К первичным периодическим факторам относятся явления, связанные с вращением Земли, - смена времен года, суточная смена освещенности и т.д. Эти факторы действовали еще до появления жизни на Земле, и возникающие живые организмы должны были сразу адаптироваться к ним. Вторичные периодические факторы – следствия первичных, это влажность, температура, осадки и т.д. К непериодическим факторам относятся стихийные явления, а также факторы, имеющие техногенную природу.

 

Абиотические факторы.

Среда обитания – это природное окружение живого организма. Она слагается из множества неорганических и органических компонентов, включая привносимые человеком. Важные для жизни организма компоненты окружающей среды, с которыми он неизбежно сталкивается, называются экологическими факторами - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Экологические факторы делятся на три категории: 1) абиотические – факторы неживой природы; 2) биотические – факторы живой природы; 3) антропогенные – факторы человеческой деятельности. Приспособительные реакции организмов к тем или иным факторам среды определяются периодичностью их воздействия. К первичным периодическим факторам относятся явления, связанные с вращением Земли, - смена времен года, суточная смена освещенности и т.д. Эти факторы действовали еще до появления жизни на Земле, и возникающие живые организмы должны были сразу адаптироваться к ним. Вторичные периодические факторы – следствия первичных, это влажность, температура, осадки и т.д. К непериодическим факторам относятся стихийные явления, а также факторы, имеющие техногенную природу.

Абиотические факторы водной среды:

 

На долю Мирового океана приходится 71% земной поверхности. Водная среда отличается от наземной плотностью и вязкостью. Плотность воды в 800 раз, а вязкость в 55 раз больше плотности воздуха. Наряду с этим, важнейшими особенностями водной среды являются: подвижность, температурная стратификация, прозрачность и соленость, от которых зависит фотосинтез бактерий и фитопланктона и своеобразие среды обитания гидробионтов.

 

Биотические факторы.

Под биотическими факторами понимают совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические и неантагонистические. Антагонистические – это такие отношения, при которых организмы двух видов подавляют друг друга (––) или один из них подавляет другой без ущерба для себя (+–). Основные формы этого вида биотических отношений: хищничество, паразитизм и конкуренция. Хищничество – форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов живет за счет другого, поедая его (+–). Паразитизм (тунеядец) – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого (+–), поселяясь внутри или на поверхности тела организма-хозяина. Конкуренция (соперничество) – форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга (– –). Тип взаимодействий конкретных видов может меняться в зависимости от условий или стадий жизненного цикла. Неантагонистические взаимоотношения теоретически можно выразить многими комбинациями: нейтральные (0 0), взаимовыгодные (+ +), односторонние (0 +) и др. Основные формы этих взаимодействий следующие: симбиоз, мутуализм и комменсализм. Симбиоз (сожительство) – это обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов (+ +). Мутуализм (взаимный) – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов (+ +). Комменсализм (сотрапезник) – взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны (+ 0). Несмотря на конкуренцию и другие типы антагонистических отношений, в природе многие виды могут спокойно уживаться. В таких случаях говорят, что каждый вид обладает собственной экологической нишей (гнездо). Термин был предложен в 1910 г. Р. Джонсоном.

Экологическая ниша – это совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного вида: пищи, условий размножения, отношений с конкурентами и т.д. П. Агесс (1982 г.) приводит такие определения ниши и среды: среда – адрес, по которому проживает организм, а ниша – его профессия.

Эволюция биосферы.

Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции. Согласно сложившимся представлениям последовательность основных этапов такова:

 

Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4, 5 млрд лет назад). Пер-вичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы и другие простые соединения.

 

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах. Происходит образование и рост молекул.

 

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений углерода, азота, водорода, кислорода за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций.

трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, - зародыш биотического круговорота биосферы. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.

 

Биотическая эволюция:

5. Возникновение жизни (около 3, 5 миллиардов лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению, – сперва хемоавтотрофных прокариот, затем – эукариот. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живого вещества.

 

6. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды; биопродукция кислорода обусловливает постепенный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни

7. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее гомеостаза.

 

8. Появление человека – лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших потоков вещества и энергии нарушает замкнутость биотического круговорота, вызывает антропогенные экологические кризисы и становится негативным фактором эволюции.

Безотходные производства.

Безотходная технология – это синтез и практическое применение различных областей знаний, методов и средств для того, чтобы создать систему, позволяющую максимально рационально использовать природные ресурсы и защитить окружающую среду.
Безотходное производство предусматривает, что экономия природных ресурсов происходит на всех этапах производства – начиная от рациональной добычи природных ресурсов и заканчивая конечной продукцией, которая должна удовлетворять следующим требованиям:
– долгим сроком службы изделий;
– возможностью многократного использования;
– простотой ремонта;
–легкостью возвращения в производственный цикл или пе ревода в экологически безвредную форму после выхода из строя.
При малоотходном производстве воздействие на окружающую среду не превышает уровня ПДК.
Коэффициент безотходности должен быть 75-95 %.
Теория безотходных технологических процессов в рамках ос новных законов природопользования базируется на двух предпо сылках:
1) исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных продуктов;
2) создаваемые продукты после использования по прямому назначению должны относительно легко превращаться в исходные элементы нового производства.
Схема такого процесса: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичный ресурсы – сырьевые ресурсы
Теория безотходного производства представляет собой идеализированную модель производства, на практике такого производства не существует. На каждый этап производства требуется затрачивать энергию, которую можно получить только извне, делая невозможным создание абсолютно замкнутой системы. Кроме того в процессе производства и потребления происходит износ исходных материалов, что, в свою очередь, опять заставляет искать ресурсы за пределами замкнутой системы. Вследствие этого мы можем сделать вывод, что
понятие безотходной технологии условно. Под ним понима ется теоретический предел или предельная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда малоотходная технология). Но с развитием современных наукоемких технологий безотходная технология должна быть реализована все с большим при ближением к идеальной модели.
На сегодняшний день были разработаны следующие рекомендации по организации малоотходных производств:
1)все производственные процессы должны осуществляться при минимальном числе технологических этапов, поскольку на каждом из них образуются отходы и теряется сырье;
2)технологические процессы должны быть непрерывными, что позволяет наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
3)единичная мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что соответствует максимальному КПД и минимальным потерям;
4)необходимо широко использовать автоматические системы управления, что обеспечит оптимальное ведение технологических процессов с минимальным выходом вредных веществ;
5)выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы, сырье.
Безотходное производство стремиться работать так же, как и безотходное функционирование экосистем в природе.
Имеется и другая крайность, когда все работы, связанные с охраной окружающей среды от промышленных загрязнений, относят к безотходной и малоотходной технологиям. Необходимо помнить, что оценка степени безотходности производства – очень сложная задача, и единых критериев для всех отраслей промышленности нет.
Для точного определения степени безотходности необходимо введение поправки на токсичность отходов. Невозможно сопос тавлять только по массе, например, отходы рядового производ ства и отработанные растворы гальванических цехов. Для срав нительного анализа различных технологических схем однотипных производств, выпускающих продукцию одного и того же вида, на стадии их проектирования вполне может быть исполь зован поправочный коэффициент на токсичность отходов.
Для расчета энергетических затрат следует рассматривать

·

энергоемкость продукции с учетом коэффициентов безотходности. Только в этом случае можно получить объективный показа тель безотходности рассматриваемого производства. Масштабы загрязнения окружающей среды при производстве электроэнергии на ТЭС часто таковы, что могут свести к минимуму те экологические преиму щества, которые удается достичь при совершенствовании основ ного производства.

Безотходные производства.

1234567Следующая ⇒

Поделиться: