Проблемы загрязнения окружающей среды и экологические последствия. Методы восстановления экосистем. Лекция 15

среды с помощью биотехнологических методов.

массивный антропогенное воздействие на все природные среды и их компоненты на современном этапе

стремительное развитие биотехнологий

Толчком к выделению экобиотехнологии в отдельную отрасль послужили

газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

Источниками антропогенного загрязнения являются промышленные предприятия, теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии.

Природными загрязнителями могут быть пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки и др.

функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ
Загрязнение вод проявляется в:
изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса),
увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов,
сокращении растворенного в воде кислорода воздуха,
появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины, соли, кислоты, щелочи и др.

грибов и др.
Этот вид загрязнений носит временный характер.

радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.).

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами.

вод.
Смыв ядохимикатов ливневыми осадками.
Газодымовые выбросы.
Утечки нефти и нефтепродуктов.

Последствия загрязнения.
Падение устойчивости водных экосистем вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофикации и других крайне неблагоприятных процессов.

водохранилищ.
Водохранилища создаются для использования в народном хозяйстве: для регуляции стока рек, водоснабжения, создания напора воды в гидроэнергетических сооружениях, для орошения, судоходства, рыбного хозяйства и отдыха.

Восстановление водных экосистем.

Негативные изменения в озерных экосистемах, обусловленные антропогенным воздействием, могут проявляться как:
• эвтрофикация,
• зарастание сорными растениями и водорослями,
• заиление,
• загрязнение органическими ксенобиотиками и тяжелыми металлами,
• закисление,
• тепловое загрязнение,
• искусственное изменение уровня воды,
• рекреационные.

восстановления включает физические, химические и биологические процессы самоочищения, в которых участвуют практически все группы гидробионтов - микроорганизмы, фитопланктон, высшие растения, беспозвоночные животные, рыбы, которые равным образом важны для нормального протекания процессов самоочищения.

Восстановление водных экосистем может происходить

естественным путем

при активном вмешательстве человека

массе путем растворения кислорода в воде или подачи обогащенной кислородом воды в водоем со сниженным его содержанием.
Искусственная дестратификация (принудительная циркуляция) – подача воздуха в водоем для предотвращения образования термической стратификации или ее ликвидации.

Наиболее популярные практические методы восстановления и управления водными объектами:

увеличение биомассы хищных рыб в водоеме приводит к снижению биомассы планктоядных рыб, вследствие чего размножаются крупные организмы зоопланктона (дафнии) и поедают цианобактерии, препятствуя возникновению «цветения»

Покрытие дна – установка барьера для снижения поступления биогенных элементов и загрязнителей из донных отложений или подземных вод в водоем с использованием различных технических возможностей.

или алюминия с последующим осаждением частиц на дно. Высокие дозы алюминия и железа усиливают способности фосфора к соединению с донными отложениями, что, в свою очередь, предотвращает его обратное вымывание на долгий период времени. Результат воздействия зависит от рН воды в водоеме.

Разбавление и поливка – снижение концентрации биогенных элементов в воде при дополнительном введении в водоем воды с низким содержанием биогенных элементов. Это увеличивает дебит и снижает время водообмена, что, в свою очередь, создает эффект разбавления и приводит к ликвидации фитопланктона и снижению концентрации биогенных элементов.

береговой зоны в результате удаления загнивающего материала и предотвращения обратного выхода биогенных элементов из донных отложений.

Удаление макрофитов (водной высшей растительности) – повышение рекреационной значимости водоема, улучшение условий обитания ихтиофауны и рыболовства. Растительность может быть удалена при использовании механических, физических, химических и биологических методов.

значимости и улучшение береговой зоны.

Уменьшение объема вод в гиполимнионе – замена воды из гиполимниона с высокой концентрацией биогенных элементов и низким содержанием кислорода водой эпилимниона, насыщенной кислородом за счет гравитации или насосом.

фосфора в водоеме.

эвтрофикации: развития водорослей и (или) снижения уровня растворенного кислорода.
2) Устранение причины эвтрофикации: чрезмерное поступление наносов и биогенов.
Источником наносов является почвенная эрозия. Биогены, например, нитраты, фосфаты и калий ионы, прикрепляются к частичкам глины и гумуса и сопутствуют наносам.
Все источники наносов одновременно служат источником биогенов в водоемах:
удобрения, вымываемые с полей и садов;
отходы животноводства, смываемые с пастбищ, ферм и конюшен;
смываемые из городов и пригородов отходы домашних животных;
экскременты человека;
фосфатсодержащие детергенты (моющие средства);
кислотные дожди.

за отходами на стройплощадках и в горном деле,
охрана болот,
запрещение использования фосфатных детергентов,
усиление очистки канализационных стоков.

распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане.
Основными антропогенными факторами загрязнения вод и донных отложений нефтью являются:
регламентные работы при транспортировках нефти,
аварийные разливы при транспортировке и добычи нефти на морском шельфе,
сброс промышленных и бытовых сточных вод и мусора,
подземные и подводные ремонты уже действующих скважин,
аварийные разливы нефтепроводов,
необходимая очистка сбросных вод на нефтепромысловых и нефтеперерабатывающих предприятиях.

различными приспособлениями),
физико-химические (контролируемое сжигание, применение различных адсорбентов, диспергирование и эмульгирование),
биологические (биоремедиация).

с водной поверхности.

аэросил – пирогенная двуокись кремния (SiO2);
сорбент на основе бутадиенстирольного каучука в виде крошки;
углеродный сорбент,
угольные адсорбенты,
синтетические сорбенты, изготавливаемые из полипропиленовых волокон,
полиуретан в губчатом или гранулированном виде;
формованный полиэтилен с полимерными наполнителями;
зола, коксовая мелочь; торф; силикагели; алюмогели; активные глины и др.
2) Осаждение нефти - нанесение на поверхность нефтяного слоя осадителей (строительная известь, трепел), которые сорбируют на себе нефть, и она вместе с осадителем опускается на дно водного объекта.

активных микроорганизмов-деструкторов, что позволяет не только проводить эффективную очистку от нефтяных загрязнений, но и стимулировать восстановление естественных процессов самоочищения экосистемы.
Биопрепараты могут быть на основе монокультур микроорганизмов, микробных сообществ (консорциумы и ассоциации), а также генетически модифицированных штаммов микроорганизмов.

В составе биопрепаратов могут присутствовать различные добавки-стимуляторы (крахмал, кукурузный экстракт, кормовые дрожжи, глюкоза, ферменты, удобрения) или иммобилизаторы.

целенаправленного применения в нужном месте и в нужное время;
высокая скорость деструкции микроорганизмами загрязнителей на безвредные для окружающей среды продукты метаболизма бактерий;
эффективность, экономичность и отсутствие вторичных загрязнений;
использование природных углеводородокисляющих микроорганизмов, которые не являются чужеродным агентом для водной экосистемы.

тяжелых металлов и радионуклидов широко применяются природные и синтетические адсорбенты, в том числе органические ионообменные смолы.
Существенным недостатком ионообменников на органической основе является низкая термическая стойкость, что накладывает жесткое ограничение на верхний предел рабочей температуры для использования как анионитов, так и катионитов, который лежит в области 40-60 0С.

содержащая как живые, так и мертвые микроорганизмы.
При использовании живых микроорганизмов может осуществляться активная и пассивная сорбция, т. е. аккумуляция и биосорбция.
В случае использования мертвых микроорганизмов – осуществляется только биосорбция.

Многие микроорганизмы различных (водоросли, бактерии, грибы, мхи, дрожжи) способны накапливать тяжелые металлы, радионуклиды и прочие экотоксиканты из объектов окружающей среды.

морскими водорослями Ascophyllum nodosum, бурые водоросли рода Sargassum и др.; бурые водоросли получили большее внимание ввиду их лучшей сорбционной способности по сравнению с красными и зелеными);
бактерии (род Bacillus, род Pseudomonas, Zoogloea ramigera, род Streptomyces и др.);
грибы (род Penicillium, род Aspergillus, род Rhizopus);
дрожжи (биомассу дрожжей используют как биосорбент для извлечения Ag, Au, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, U, Th, Zn – дрожжи родов Saccharomyces, Candida, Pichia);
пищевые и сельскохозяйственные отходы (торф, кора деревьев, древесные опилки, кожура бананов и цитрусовых, рисовая шелуха, хлопковые коробочки и др.).

замораживание, сушка в различном диапазоне температур, лиофилизация.
Химическая обработка может быть основана на специфической отмывке биомассы (деионизованной водой, метанолом, этанолом, моющими детергентами), поперечной сшивке с использованием формальдегида, глутарового альдегида, проведении щелочного или кислотного гидролиза с целью изменения поверхности и возможности доступа к функциональным группам, ответственных за биосорбцию.