экология - ИПК "Венец" - Ульяновский государственный

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный технический университет
ЭКОЛОГИЯ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ по курсу «Экология»
Составитель М. В. Бебякова
Ульяновск
2008
2
УДК 502
ББК 20 я73
Э 40
Рецензент доцент кафедры «Самолетостроение» самолетостроительного факультета Ульяновского государственного технического университета Ривин Г. Л.
Одобрено секцией методических пособий
научно-методического совета университета
Э 40
Экология : методические указания к выполнению лабораторных
работ по курсу «Экология» / сост. М. В. Бебякова. – Ульяновск : УлГТУ,
2008. – 20 с.
Составлены в соответствии с программой курса «Экология».
Предназначены для студентов всех форм обучения специальности 16020165
«Самолето- и вертолетостроение» и обеспечивают возможность подготовки к выполнению работ, проверки результатов подготовки перед выполнением работы, дают возможность систематизировать и проанализировать результаты ее выполнения.
Подготовлены на кафедре «Общенаучные дисциплины».
УДК 502
ББК 20 я73
© Бебякова М. В., 2008
© Оформление. УлГТУ, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1................................................................................ 4
ВЕЩЕСТВЕННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТОКИ В НАЗЕМНЫХ И
ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ...................................................................................... 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2................................................................................ 8
КАЧЕСТВО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ................................................................... 8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3............................................................................. 14
ЭКОЗАЩИТНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ.................................................. 14
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4............................................................................. 18
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОСИСТЕМЫ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ «ВОДОЕМ»
..................................................................................................................................... 18
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...................................................................... 19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ВЕЩЕСТВЕННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТОКИ В НАЗЕМНЫХ
И ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
Цель работы: Рассчитать различные виды продуктивности и эффективность использования энергии для луговой экосистемы. Проследить миграцию
вещества в биотопе и биоценозе.
1 Задание:
Пользуясь понятиями, продуктивность экосистемы* и эффективность использования энергии**, а так же рисунком 1.1. ответьте на следующие вопросы:
1. Какова валовая первичная продукция злаков и разнотравья?
2. Какова эффективность фотосинтеза (т.е. преобразования поступающей солнечной энергии в валовую первичную продукцию)?
3. Чему равна чистая вторичная продукция птиц, питающихся семенами; паукообразных и кузнечиков (по отдельности)?
4. Сколько энергии теряется при дыхании и выделении фекалий у полевых мышей?
5. Какие организмы являются продуцентами, первичными и вторичными
консументами?
6. Рассчитайте валовую первичную и вторичную продукцию.
7. Рассчитайте коэффициент использования энергии для гетеротрофов
различных трофических уровней.
8. Какие еще могут быть пути для потоков энергии? Назовите три.
*ПРОДУКТИВНОСЬ ЭКОСИСТЕМ оценивается следующими показателями:
1. Валовая первичная продукция (ВПП) – энергия, накопленная первичными продуцентами - растениями за единицу времени на единице поверхности,
кДж ⋅ м-2 ⋅ год-1 .
2. Чистая первичная продуктивность (ЧПП), кДж⋅м-2⋅год-1 ,
ЧПП = ВПП – Д1 ,
где Д1 – энергия, расходуемая растениями при дыхании;
ЧПП – энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.
3. Чистая вторичная продукция (ЧВП), кДж⋅м-2⋅год-1 – количество энергии,
накопленной гетеротрофными организмами на любом трофическом уровне.
ЧВП = РК – ( Д2 + Ф ) ,
где РК – рацион консументов данного трофического уровня – энергия, заключенная в потребляемой пище;
5
Солнечная энергия, Е ( 1880 ⋅ 106 )
не поглощенная Е ( 1856 ⋅ 106 )
Травянистые растения
До ( 3,6 ⋅ 106 )
Чистая продукция ( 20,4 ⋅ 106 )
С1 ( 19,8 ⋅ 106 ) РК1 ( 60,0 ⋅ 103 ) РК2 (444,0 ⋅ 103 ) РК3 (116,0 ⋅ 103)
Птицы, питающиеся
семенами
Полевые мыши
Д1 + Ф1( 59,2 ⋅ 103 )
Д3 + Ф3
Чистая продукция ( 2000 )
Обычные зеленые саранчовые
Д2 + Ф2 ( 374,3 ⋅103 )
РК4 ( 700 )
Д4 + Ф4 ( 500 )
С2 ( 69 ⋅ 103 )
Пауки
Рис. 1. 1. Поток энергии через часть луговой экосистемы (кДж ⋅ м-2 ⋅ год –1 ,). Д0,
Д1, Д2, Д3, Д4 – энергия, теряющаяся при дыхании; РК1, РК2, РК3, РК4 – рацион консумента, энергия, заключенная в потребляемой пище; Ф1,Ф2,Ф3,Ф4 –
энергия, заключенная в экскретах и экскрементах; С1, С2 – энергия, заключенная в погибших организмах и расходуемая по другим путям обмена.
6
Отношение величин потоков энергии в разных точках пищевой цепи называется экологической эффективностью.
**ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В ПИЩЕВОЙ
ЦЕПИ (экологическая эффективность) оценивается коэффициентом использования энергии в пищевой цепи (К), %.
При фотосинтезе:
К = (ВПП / Е) ⋅ 100 ,
где Е – поступающая солнечная энергия;
Для автотрофов К = (ЧП / Е1) ⋅ 100,
где Е1 – потребленная при фотосинтезе солнечная энергия.
Для гетеротрофов:
К = (ЧВП / РК) ⋅ 100 .
2 Задание:
Используя, сведения о концентрировании токсических веществ в пищевых
цепях* ответьте на следующие вопросы.
1. Используя данные, представленные на рис. 1.2., сделайте заключение, на
каком уровне ДДТ оказывает наибольшее влияние, на каком уровне его легче
всего обнаружить, на каком уровне находятся насекомые – вредители урожаев,
“мишень “ для ДДТ?
2 . В середине 60–х ДДТ был обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде
– месте весьма удаленном от районов его применения (Мексика, где он распыляли в атмосферу для борьбы с малярийным комаром). Какими путями ДДТ
мог попасть в печень пингвинов?
3 . Было замечено, что многие животные погибают от отравления ДДТ в те
периоды, когда им не хватает пищи. Объясните это явление.
*КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ПИЩЕВЫХ ЦЕПЯХ
В биологическом обмене участвует большое число химических элементов. Почти все наземные и водные организмы концентрируют в своем теле вещества, в том числе и обладающие токсическим действием. Так как пищевая
цепь многоступенчата, на каждой ступени концентрация веществ возрастает в
среднем на порядок, то уже на 2-й ступени она возрастает в 100 раз. Например, в
водной среде пятиступенчатая пищевая цепь: водоросли – травоядный зоопланктон – хищный зоопланктон – мелкая рыба – промысловая рыба. Следовательно, в промысловых рыбах концентрация вредных веществ может повысится
в 100 тыс. раз по отношению к их содержанию в воде озера.
В последнее время человек все активнее использует синтетические органические соединения, например, для борьбы с вредителями и болезнями растений (пестициды). Среди первых применявшихся пестицидов была группа хлорированных углеводородов, в том числе ДДТ. Эти вещества ядовиты для многих животных и человека. Используемые для борьбы с насекомыми (например,
для борьбы с малярийным комаром в Мексике), за счет эффекта концентрирова-
7
ния в пищевых цепях, они оказались особенно вредоносны для птиц, рыб и
беспозвоночных (см. рис. 1.2.) .
Птица
Крупная рыба
Мелкая рыба
Водные растения
75
50
10
0,04
Хищник 2
Хищник 1
Травоядное животное
Продуцент
Рис. 1.2. Количество ДДТ, заключенное в биомассе организмов, находящихся на разных
трофических уровнях. Цифрами выражено количество г ДДТ на 1 ⋅ 106 г биомассы .
Таким образом, при совершенно благополучных показателях нормируемых
вредных веществ в воде, при наличии сброса токсических веществ в водоем.
Люди, потребляющие рыбу, могут погибать или заболевать без внешних, казалось бы, причин. Например, массовое отравление людей – болезнь «Минимата»,
возникшая у рыбаков японской деревни на берегу залива, в который предприятия сбрасывали соединения ртути. По наблюдениям на р.Колумбия в США при
ничтожной концентрации в воде радиоактивных веществ ( фосфора , кальция ,
стронция, цезия и др.) в теле планктона их содержание было в 2 тысячи раз выше, чем в воде, у рыб, поедающих этот планктон, от 15 тыс. до 40 тыс. раз выше.
Молодые ласточки, питающиеся насекомыми, имели концентрацию радиоактивных веществ в 500 тыс. раз больше, чем в воде реки. Таким образом, аккумуляция вредных веществ в организмах и их концентрирование в пищевой цепи
(биотическое накопление), создает угрозу попадания их в организм человека и
животных не только с водой, но и с пищей в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации.
8
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
КАЧЕСТВО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Цель работы: Определить некоторые показатели качества образцов воды и проверить их соответствие нормативным требованиям.
Теоретическая база: Качество окружающей среды. Основные показатели и нормативы качества различных объектов окружающей природной среды.
Экспериментальная база: исследуемые образцы воды, рH метр, установка для титрования фотокалориметр, реактивы, посуда, вспомогательные материалы.
2.1. Теоретическая часть
При выполнении природоохранных мероприятий особое значение имеет
контроль качества жизненных сред: атмосферного воздуха, водоемов и почв, а
также объектов окружающей среды, т.е. различных образцов воздуха, воды и
почв.
Основные понятия.
Качество окружающей среды – состояние окружающей среды, которое
характеризуется физическими, химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью.
Благоприятная окружающая среда – окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических
систем, природных и природно-антропогенных объектов.
Негативное воздействие на окружающую среду – воздействие хозяйственной и иной деятельности, последствия которой приводят к негативным изменениям качества окружающей среды.
Нормативы качества окружающей среды – нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении
которых обеспечивается благоприятная окружающая среда.
Нормативы допустимого воздействия на окружающую среду – нормативы, которые установлены в соответствии с показателями воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и при которых соблюдаются нормативы качества окружающей среды.
Технологический норматив – норматив допустимых выбросов и сбросов
веществ и микроорганизмов, который устанавливается для стационарных, передвижных и иных источников, технологических процессов, оборудования и отражает допустимую массу выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов в
окружающую среду в расчете на единицу выпускаемой продукции.
Нормативы предельно допустимых концентраций химических веществ,
в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов (далее также –
нормативы предельно допустимых концентраций) – нормативы, которые установлены в соответствии с показателями предельно допустимого содержания
9
химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов в окружающей среде и несоблюдение которых может привести к загрязнению окружающей среды, деградации естественных экологических систем.
Нормативы допустимых физических воздействий – нормативы, которые
установлены в соответствии с уровнями допустимого воздействия физических
факторов на окружающую среду и при соблюдении которых обеспечиваются
нормативы качества окружающей среды.
Нормы контроля состояния вод представлены нормативными материалами для питьевой воды, водных объектов хозяйственно-питьевого и культурнобытового назначения и рыбохозяйственных водоемов.
Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические
показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах
норм питьевого водоснабжения.
Гигиенические требования качества питьевой воды устанавливаются
“гигиеническими нормативами содержания вредных веществ в питьевой воде по
санитарным правилам и нормам (СанПин) 2.11.4.559.-96”, которое сохранило
преемственность ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая”.
Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее
соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных
химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории РФ (таблица 2. 1).
К хозяйственно-бытовому водопользованию относится использование
водных объектов или их участков в качестве источника хозяйственно-питьевого
водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения.
ПДК – предельно допустимые концентрации вредных веществ в водных
объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования –
максимальные концентрации, при которых вещества не оказывают прямого или
опосредованного влияния на состояние здоровья населения (при воздействии на
организм в течение всей жизни) и не ухудшает гигиенические условия водопользования.
ОДУ – ориентировочные допустимые уровни веществ в воде, разработанные на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза
токсичности и применимые только на стадии предупредительного санитарного
надзора за проектируемыми или строящимися предприятиями, очистными сооружениями.
Лимитирующий показатель вредности вещества в воде - показатель, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде. По
которому установлен норматив: c.-т. – санитарно-токсикологический; орг. – органолептический.
10
Таблица 2.1
Нормативы качества питьевой воды по СанПин РФ 2.11.4.559-96
Показатели качества
Водородный показатель
Общая минерализация
(сухой остаток)
Жесткость общая
Окисляемость перманганатная
Температура
Кислотность
Щелочность
Общая α - радиоактивность
Общая β - радиоактивность
Радий-226 и Радий-228
сумма
Приведенная эффективная доза
Тритий
Алюминий ( Al3+ )
Железо ( Fe3+ )
Кадмий ( Сd 2+ )
Магний ( Mg 2 + )
Марганец ( Mn 2 + )
Медь ( Сu 2 + )
Нитраты ( NО3− )
Стронций ( Sr 2+ )
Цинк ( Zn 2 + )
Цианиды
Уксусная кислота
Щавелевая кислота
Единицы
измерения
Нормативы (предель- Показатель Класс
но допустимые кон- вредности опасцентрации), не более
ности
Обобщенные показатели
в пределах 6-9
единицы рH
мг/л
1000
ммоль/л
мг/л
7,0
5.0
О
Бк/л
0,1
Бк/л
1,0
Бк/л
-
мЗв/год
-
С
моль / м3
мгHCO3 / л
Бк/л
Неорганические вещества
мг/л
0,5
мг/л
0,3
мг/л
0,001
мг/л
мг/л
0,1
мг/л
1,0
мг/л
45,0
мг/л
7,0
мг/л
5,0
мг/л
0,035
Органические кислоты
мг/л
1,0
мг/л
0,5
с.-т.
орг.
с.-т.
орг.
орг.
орг.
2
3
2
3
3
3
с.-т.
орг.
с.-т.
2
3
2
орг.-привк.
орг.-привк.
3
3
11
Вредные вещества, подразделяющиеся на 4 класса опасности:
1 класс - чрезвычайно опасные;
2 класс - высокоопасные;
3 класс - опасные;
4 класс - умеренно опасные.
В основу классификации положены показатели, характеризующие различную степень опасности для человека химических соединений, загрязняющих
воду, в зависимости от токсичности, кумулятивности, способности вызывать
отдаленные эффекты, лимитирующего показателя вредности.
Классы опасности веществ необходимо учитывать при выборе соединений, подлежащих первоочередному контролю и при установлении очередности
в разработке чувствительных методов аналитического определения веществ в
воде.
Контрольное задание
1.
2.
Качество атмосферного воздуха. Контрольные вопросы см.[3],с.16, №1-8;
[4], с.42, №1-8.
Качество воды. Контрольные вопросы см.[3]с.29 №1-9; [4], с.54, №1-9.
2.2. Практическая часть
Рис. 2.1. Установка
для измерения pH
1. Измерение pH производится с использованием
установки представленной на рис.2.1. Для этого
наливаем в стакан (1) по 20мл. исследуемых образцов
воды и измеряем pH с помощью pH –метра типа
«Checker» в соответствии с инструкцией к прибору.
Результаты измерений записываем в таблицу 2.2.
2. Определение содержания кислот методом
нейтрализации.
20 мл пробы 4 помещаем в коническую колбу. К
исследуемой пробе приливаем раствор щелочи NaOH с
эквивлентной концентрацией 0,1 моль/л ( С Щ = 0,1 ) до
появления малиновой окраски. Расчет концентрации
кислоты проводим по формуле:
СК =
СЩ ⋅VЩ
V
,
где С Щ и С К - концентрация щелочи и кислоты, моль/л,
VЩ и
V - объем щелочи и воды (проба 4).
Для расчета концентрации кислоты в образце воды в мг/л (СК1) используем следующее выражение:
С К1 , мг / мл = С к ⋅ 45 ⋅ 10 3 ,
12
где СК – концентрация кислоты, моль/л,
45 г/моль – эквивалентная масса щавелевой кислоты.
Таблица 2.2
Качественные характеристики различных образцов воды до и после очистки
№
п/п
Показатели качества, ед. изм.
Образцы воды
I
1
2
До очистки
Водопроводная вода
Техническая вода цехов
щелочного травления
алюминиевых сплавов
перед нанесением покрытия
3
Техническая вода цеха
анодного оксидирования алюминия
4 Техническая вода цехов
кислотного травления
алюминиевых сплавов
перед нанесением покрытия
Требования, предъявяемые по СанПин РФ
II
После очистки
5 Нейтрализованная техническая вода
6 Образец 4 после очистки методом адсорбции
(I ст.)
7 Образец 4 после очистки методом адсорбции
(II ст.)
pH
Содержание, мг/л
кислот
солей Al
Окисляемость,
мг/л
13
3. Определение окисляемости воды перманганатным методом.
Реактивы: раствор KMnO 4 c молярной концентрацией эквивалентна 0,01
моль/л, раствор H 2C 2O 4 c молярной концентрацией эквивалентна 0,01 моль/л,
раствор H 2SO 4 (1:3).
Посуда: бюретки 25 мл-3, конические колбы 250 мл-3,мерный цилиндр
100мл-1,мерный цилиндр 10 мл-1,бусинки или капиллярчики-6, электрическая
плитка.
В коническую колбу вместимостью 250 мл наливаем 10 мл анализируемой воды, 90 мл дистиллированной, 5мл серной кислоты и из бюретки 10 мл
0,01 н раствора перманганата калия. Полученный раствор нагреваем и 10 мин с
момента закипания кипятим на плитке с асбестовой сеткой. Для равномерного
кипения помещаем в колбу бусинки или капиллярчики. Если при нагревании
раствор обесцвечивается, то опыт повторяем с меньшим количеством анализируемой воды. В горячий раствор приливаем из бюретки 10 мл 0,01 н раствора
щавелевой кислоты. Избыток перманганата калия, оставшийся в пробе после
окисления вещества, реагирует со щавелевой кислотой, согласно уравнению по
схеме:
2KMnO 4 + 5H 2 C 2 O 4 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 10CO 2 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
Раствор при этом обесцвечивается. Избыток щавелевой кислоты оттитровываем раствором перманганата калия до появления слабо-розового окрашивания, сохраняющегося примерно минуту.
Параллельно проводим холостой опыт со 100 мл дистиллированной воды в той же последовательности, что и с анализируемой водой.
Окисляемость воды или химическое поглощение кислорода в мг/л кислорода вычисляют по формуле:
ХПК =
(а − в) ⋅ С ⋅ 8 ⋅1000
V
где в - объем раствора перманганата калия, израсходованного на титрование в
холостом опыте, мл;
а -объем того же раствора, израсходованного на титрование пробы, мл;
С - молярная концентрация эквивалента раствора перманганата калия,
моль/л;
V − объем анализируемой воды, мл;
8- молярная концентрация эквивалента кислорода, моль/л.
Результаты измерений показателей качества образцов воды, определенных в соответствии с методиками 1,2, 3, внесите в таблицу 2.2.
Сделайте заключение о соответствии качества исследуемых образцов
воды требованиям СанПин (см. таблицу 2.1). До каких значений должны быть
доведены показатели качества образцов воды, не соответствующие установленным требованиям?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ЭКОЗАЩИТНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
Цель работы: Провести очистку исследуемых образцов воды (см. Л/р.№2)
с использованием методов: а) адсорбции (образец 4) и б) нейтрализации (образцы 2, 3).
3.1. Теоретическая часть
Использованные в лабораторной работе № 2 образцы воды 2, 3 есть технологически отработанная вода цехов гальванических покрытий АО “Авиастар”.
Гальванические покрытия это металлические или неметаллические покрытия, наносимые на поверхность металлических изделий с целью защиты их
от коррозии, повышения износостойкости и придания внешнего вида. Для нанесения покрытия используется процесс электролиза, при этом в зависимости от
цели, которая преследуется при нанесении покрытия, используются разные
электролиты.
Перед нанесением покрытия поверхность алюминиевого изделия необходимо очистить и обезжирить. Эту операцию осуществляют в цехах травления
путем обработки алюминиевого изделия водными растворами кислот, щелочей,
солей. Процесс щелочного травления можно представить следующим уравнением:
Аl 2 О 3 + 2 NaOH → 2 NaAlO 2 + H 2 O
Образец 2 есть техническая вода цехов щелочного травления алюминиевых конструкций (pH>7 щелочная среда).
При нанесении покрытия алюминиевое изделие служит анодом. В качестве катода можно использовать любой металл, не вступающий в химическое
взаимодействие с электролитом, например, свинец. В качестве электролита используют раствор серной кислоты. На катоде выделяется водород, на аноде
происходит образование оксида алюминия Аl2О3 .Суммарный процесс на аноде
представляется уравнением:
2Аl + 3H 2 O − 6е = Аl 2 O 3 + 6H +
Образец 3 – отработанный электролит после анодного оксидирования
сплавов алюминия (рН<7 кислая среда).
Образующаяся оксидная пленка имеет пористую структуру, через поры
проходят ионы и процесс роста пленки продолжается. Получаемая пленка повышает износостойкость изделия, т.к. она тверже основного металла. Пористая
структура пленки может быть пропитана антикоррозионными составами.
Отработанные растворы электролитов проходят комплексную очистку
внутри цехов с целью нейтрализации кислот, щелочей и снижения концентрации солей (катионов, анионов), после чего они могут быть использованы вто-
15
рично. Схема внутрицеховой очистки электролитов анодного оксидирования
алюминия приведена на рис.3.1.
Вода из внешней системы
водоснабжения
-------------------------------------------------------Электролит для щелочного
травления (гидроксид натрия)
Электролит для анодного
оксидирования (серная или
щавелевая кислоты)
Травление поверхности металла перед нанесением
покрытия
Процесс анодного оксидирования
Техническая вода цехов
щелочного травления алюминиевых сплавов перед
нанесением покрытия (проба №2)
Техническая вода цеха
анодного оксидирования
алюминия (проба№3)
I
1
проба
№5
2
II
2
3
4
1
шлам
очищенная техническая вода
Рис. 3.1.Система оборотного водоснабжения цехов гальванических покрытий алюминиевых сплавов. I. Установка для нейтрализации технических вод: 1 – сместитель; 2 –
нейтрализатор; II. Электрокоагуляционная установка: 1 – электрокоагулятор; 2 – алюминиевые пластины; 3 – выпрямитель; 4 – центрифуга
16
Согласно приведенной схеме очистка технических вод цехов травления и
цехов анодного оксидирования осуществляется в два этапа. На первом этапе
технические воды этих цехов поступают в установку для нейтрализации, где
взаимно нейтрализуются. Нейтрализация осуществляется согласно уравнением:
1)2 NaOH + H 2SO 4 = Na 2SO 4 + 2H 2 O;
2) NaAlO 2 + H 2SO 4 + 2H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + Na 2SO 4 .
где NaOH , NaAlO 2 - компоненты технической воды цехов травления (образец 2);
H 2 SO 4 - компоненты технической воды цехов анодного оксидирования (образец 3); Na 2 SO 4 , Al(OH) 3 , H 2 O - компоненты технической воды после нейтрализации (образец 5).
После прохождения этой установки рН технической воды приближается
к уровню 6.0, при этом одновременно происходит частичное осаждение гидроксида алюминия. Затем вода поступает в электрокоагулятор. В процессе электрокоагуляции вода проходит очистку от солей. Процесс электрокоагуляции заключается в том, что сточные воды пропускают через электролизер (электрокоагулятор) с анодами из алюминия. Металл анода под действием постоянного
тока переходит в техническую воду в виде ионов Al 3+ , которые вызывают коагуляцию частиц сточных вод, т.е. уменьшение заряда коллоидных частиц (0,010,1мкм.), в результате чего они слипаются в более крупные и выпадают в осадок, который легко отделяется от технической воды.
После очистки от твердого осадка вода поступает на сброс или на повторное использование.
3.2. Практическая часть
1. Снижение концентрации кислоты в образце воды 4 (см. табл. 2.2) с ис-
пользованием метода адсорбции.
В качестве адсорбента предлагается использовать активированный
уголь. 50 мл исследуемой пробы перенесите в коническую колбу, добавьте адсорбент 0,5г. активированного угля, закройте пробкой и встряхивайте не менее
15 мин. Затем растворы отфильтруйте в коническую колбу емкостью 200 мл,
отберите из раствора пробу объемом 20 мл с помощью мерной пипетки и определите равновесную концентрацию кислоты методом титрования (см. Л/р. №2,
п.2). Концентрация кислоты в сорбенте ( С С ) рассчитываем по формуле:
СС =
СИСХ − СР
.V
m
где СИСХ - концентрация кислоты в моль/л в образцах воды 4 для I стадии очистки и 6 для II стадии очистки;
С РАВН - концентрация кислоты в образцах воды 6 для I стадии очистки и 7
для II стадии очистки;
m - масса адсорбента;
V - объем воды, использованной при очистке.
17
Коэффициент распределения (D):
D = CС /СРАВН
Коэффициент очистки (К):
К=
С ИСХ − С РАВН
⋅100
С ИСХ
Результаты расчетов вносим в таблицу 3.1
Таблица 3.1.
Результаты очистки воды с использованием метода адсорбции
Стадия
очистки
С ИСХ ,по
С РАВН ,
определению
моль/л
Коэффициент
Коэффициент
моль/г распределения D, очистки K, %
л/г
СС ,
I
II
2. Использование метода нейтрализации для очистки электролитов, используемых при анодном оксидировании сплавов алюминия.
Поместите 20 мл образца воды 2 (см. Л/р №2, табл. 2.2) в стакан, и небольшими порциями добавьте образец воды 3, контролируя значение рH с помощью карманного pH - метра “Checker” до значения pH = 6,0.
Запишите в отчете, что наблюдаете, сравните pH раствора с нормативными требованиями.
1. Сделайте заключение об изменении К и D на последующих стадиях очистки.
2. Занесите результаты измерений показателей качества воды для образцов
6, 7 в таблицу 2.2 (Л/р. №2).
3. Сравните показатели качества очищенной воды (образцы 6, 7) с нормативными требованиями (таблица 2.1, Л/р. №2).
18
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОСИСТЕМЫ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ
«ВОДОЕМ»
Система «Водоем» предназначена для создания математических моделей
экосистем пресноводных водоемов и проведения экспериментов с такими моделями.
Предусматривается участие в создаваемой модели водоема различных
элементов экосистемы (продуценты, консументы, детрит, биогены, токсиканты,
кислород), учет воздействий внешних факторов (температуры воды, интенсивность солнечной радиации, прочие), а также антропогенных воздействий (внесение удобрений, внесение искусственного корма, управляемый сток, неуправляемый сток, водозабор) – управление системой.
Изменение во времени фиксированного элемента экосистемы считается
результатом воздействия на этот элемент различных процессов, влияющих на
его жизнедеятельность или содержание. Система позволяет учитывать в создаваемой модели ряд процессов для различных типов элементов, например, для
продуцентов: образование первичной продукции – фотосинтез, отмирание, дыхание, выедание.
Изменение отдельного элемента за счет одного процесса определяется
константами – значениями параметров данного процесса для данного элемента,
например, для процесса фотосинтеза – максимальная удельная скорость, 1/сут.;
степень влияния лимитанта, безразмерная, от 0 до 1. Лимитантом для процесса
фотосинтеза могут быть любые внешние факторы, а также кислород, биогены и
токсиканты.
Перед началом моделирования необходимо задать: начальное состояние
экосистемы, т.е. значение количественной меры каждого элемента экосистемы,
участвующего в модели, прогноз значений внешних факторов на выбранное
число суток вперед, прогноз значений управляющих факторов на выбранное
число суток вперед.
На основе созданной модели система «Водоем» предоставляет пользователю возможность прогнозировать состояние экосистемы исследуемого им водоема на некоторое число суток вперед. Следует ожидать, что удовлетворительное качество прогноза будет иметь место при прогнозировании не более
чем на 10 суток вперед.
19
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коробкин, В. И. Экология / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. – Ростов на
Дону : изд-во «Феникс», 2001. – 576 с.
2. Маринченко, А. В. Экология : учебное пособие. – 3-е изд., испр. и доп. /
А. В. Маринченко. – М. : «Дашков и К», 2009. – 328 с.
3. Основы рационального природопользования: Методические указания по
изучению курса «Экология» для студентов специальности 1301 / сост. М. В. Бебякова. – Ульяновск, 1999. – 53 с.
4. Пашков, Е. В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления / Е. В. Пашков, Г. С. Фомин, Д. В. Красный. – М. : ИПК Издательство стандартов, 1997. – 464 с.
5. Промышленная экология : учебное пособие / под ред. В. В. Денисова. – М. :
ИКЦ «МартТ» ; Ростов н/Д : изд. центр «МартТ», 2007. – 720 с.
6. Экология : методические указания к практическим занятиям для студентов
всех форм обучения специальности 08050765 «Менеджмент организации» / сост.
М. В. Бебякова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 62 с.
20
Учебное издание
Экология
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Экология»
Составитель БЕБЯКОВА Мария Васильевна
Редактор Штаева М.
Подписано в печать 29.12.2008. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ
Ульяновский государственный технический университет
432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32
Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32