Ekologia(1).doc

Ad 1 Ekosystem i jego struktura

to zespół żywych organizmów tworzących biocenozę łącznie ze wszystkimi elementami środowiska nieożywionego, czyli z biotopem. Każdy naturalny ekosystem stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przepływowi energii i krążeniu materii. Energia przepływa jednokierunkowym strumieniem w układzie otwartym, materia natomiast krąży w ekosystemie w obiegu zamkniętym. Najważniejszym źródłem energii w ekosystemach jest energia słoneczna. Niecała docierająca energia zostaje skumulowana w organizmach. Część z niej jest wykorzystywana do podstawowych procesów metabolicznych i budowy własnych struktur organizmów, ale część tracona jest bezpowrotnie w postaci ciepła.

              Do obiegu materii konieczna jest obecność producentów, konsumentów i reducentów, a przynajmniej producentów i reducentów. Dzięki producentom jest syntetyzowana materia organiczna. Konsumenci zjadają organizmy lub martwą materię organiczną. Destruenci (reducenci) rozkładają martwą materię organiczną i uwalniają nieorganiczne składniki pokarmowe dla producentów. Dzięki reducentom i procesom rozkładu:

-              zamknięty jest obieg materii w przyrodzie, wpływający na wzrost i rozwój roślin,

-              włączane są do obiegu składniki odżywcze,

-              zachodzi produkcja pokarmu dla organizmów cudzożywnych.

              Ekosystem dzielimy na:

-              ekosystem autotroficzny to ekosystem, którego podstawą funkcjonowania jest obecność światła i materia organiczna zwana autochtoniczną, wytwarzana w procesie fotosyntezy głównie przez rośliny zielone. Przykładami takich ekosystemów są las, torfowisko, łąka, staw, jezioro.

-              ekosystem heterotroficzny to ekosystem niepełny, niesamowystarczalny, pozbawiony producentów, w którym znajduje się materia pochodząca z zewnątrz, zwana materią allochtoniczną. Przykładem takiego ekosystemu jest jaskinia. Brak światła uniemożliwia występowanie roślin.

Siedlisko – to miejsce, w którym żyje populacja danego gatunku.

Producentów, czyli organizmy autotroficzne, które są zdolne do wytwarzania materii organicznej w procesie fotosyntezy ( rośliny zielone i bakterie fotosyntetyzujące ) oraz chemosyntezy ( bakterie chemosyntetyzujące ),

Konsumentów, czyli organizmy heterotroficzne, niezdolne do wytwarzania związków organicznych z nieorganicznych, a przystosowane do pobierania gotowej materii organicznej; należą tu wszystkie zwierzęta,

Reducentów (destruentów ), czyli grupę organizmów heterotroficznych, które odżywiają się martwą materią organiczną i rozkładając ją na proste związki nieorganiczne dostarczają je roślinom zielonym; należą tu głównie bakterie i niektóre grzyby.

Ad 2 Łańcuchy troficzne

Łańcuchy troficzne  organizmy tworzące biocenozę (rośliny , zwierzęta ) należą do różnych grup uzależnionych od siebie pod względem troficznym   pokarmowym Takie uzależnienie od siebie grupy tworzą łańcuchy pokarmowe czyli uporządkowany ciąg organizmów z których jeden zjada dugi zanim sam nie zostanie zjedzony przez inne Podstawą łańcuchów są producenci czyli organizmy wytwarzające na drodze fotosyntezy lub chemosyntezy ze związków mineralnych substancji organicznych w których gromadzą energie potencjalną

Ad 3 Wydajność ekologiczna ekosystemu

Wydajność ekologiczna ekosystemu WE określa stosunek asymilacji danego poziomu troficznego(B) do asymilacji poprzedniego(A) w łańcuchu

Ad 4 Piramida ekologiczna (piramida energii)

Piramida ekologiczna graficzne przedstawienie kolejnych członów łańcucha

   Energia słoneczna → lucerna → cielęta → chłopiec

Wydajność EW poszczególnych poziomów troficznych jest bardzo mała 0,24% energii słonecznej wykorzystuje lucerna  8% energii na gromadzonej w lucernie wykorzystują cielęta 0,7% energii zmagazynowanej w cielętach wykorzystuje w ciągu roku chłopiec

Ad 5 Wyjaśnij na czym polega krążenie azotu wody i węgla w przyrodzie

Jeżeli materii organicznej odebrać energię stanie się ona materią nieorganiczną z której ponownie będą korzystać producenci. Napędem tych przemian jest stały dopływ energii słonecznej.

KRĄŻENIE WODY: 1) woda ma duże ciepło właściwe, wolno się nagrzewa i stygnie. 2) w stanie stałym ma mniejszą gęstość od wody w stanie ciekłym. 3) wody morskie stanowią ok. 97%, wody słodkie ok. 3% z czego ¾ to lądolody. 4) głównym źródłem pary wodnej w atmosferze jest parowanie z powierzchni mórz i oceanów, woda ta wraca na powierzchnię ziemi w postaci opadów. 5) najważniejszy jest bilans wodny, jest to stosunek między przychodem a tą ilością wody która wyparowuje lub jest pochłaniana przez rośliny. W I przypadku gdy opady mocno przekraczają parowanie to dużo wody odpływa z ekosystemu, wypłukując i wynosząc z niego wiele biogenów. Puszcze tropikalne paradox bogatego ekosystemu na ubogiej glebie. Ekosystem istnieje tylko dlatego że biogeny są od razu wchłaniane przez rośliny. Wycięcie puszczy powoduje ucieczkę miogenów i ubożenie gleby. W II przypadku gdy parowanie zabiera z ekosystemu w przybliżeniu tyle samo wody ile dostarczają jej opady to wszystkie biogeny pozostają w ekosystemie do dyspozycji roślin. Efekt to bardzo żyzne gleby na Ukrainie lub preriach USA. W III przypadku gdy parowanie jest wyższe od opadów, do ekosystemu dociera również woda z powodzi lub ze sztucznego nawadniania, rośnie twedy stężenie soli mineralnych w glebie co skutkować może zasoleniem gleby i utrudnić uprawę. Krążenie wody: opady nad lądem zasilają jeziora, rzeki, morza, część opadów wsiąka w głąb ziemi –wody gruntowe. Opady nad morzem, wody z rzek, gruntowe zasilają morza i oceany. Woda następnie paruje tworzą się chmury i opada na ziemię.

KRĄŻENIE AZOTU: głównym zbiornikiem N2 powietrze 78% ale jest to azot niedostępny dla organizmów żywych (obojętna cząsteczka chemiczna). DROGI PRZYSWAJANIA AZOTU ATMOSFERYCZNEGO: 1) za pomocą błyskawic (5%) uwolnione atomy łączą się z O2 w tlenki, następnie z wodą tworzą się azotany które są dostępne dla roślin i są dla nich źródłem N2. 2) mikroorganizmy wiążą azot z powietrza w wodach (sinice) i glebach (bak azotowe) oraz bakterie korzeniowe (symbioza z roślinami motylkowymi). 3) azot zawarty w białkach, aminokwasach wykorzystywany przez zwierzęta. --Martwa materia jest rozkładana i azot zostaje uwolniony w postaci jonu NH4+ (destruenci). --W warunkach tlenowych bakterie nitryfikujące utleniają NH4+ do NO2- a następnie do NO3- azot przyswajalny dla wszystkich roślin i wraca do obiegu. –W warunkach beztlenowych bakterie denitryfikujące redukują NO3- do azotu cząsteczkowego, który wchodzi do atmosfery.

KRĄŻENIE WĘGLA: --węgiel w atmosferze przyswajanie przez organizmy samożywne, na lądzie fotosynteza. –dopływ węgla: oddychanie org żywych, spalanie paliw kopalnych, uwalnianie węgla ze skał węglowych, wymiana CO2 między atmosferą a wodami oceanów. –węgiel w wodach oceanów: 1) wody te rozpuszczają CO2 (rozpuszczalność zależy od T i zasolenia). 2) wody te to ekosystem gdzie są producenci, zatrucie wód i obniżenie fotosyntezy spowoduje zmniejszenie poboru węgla z atmosfery. –węgiel w biomasie ziemi obecnie biomasa całej kuli ziemskiej jest w równowadze. –węgiel w martwej materii organicznej obecnie tylko niewielkie ilości materii organicznej są na stałe wyłączone z obiegu węgla (osady denne, pokłady torfu).

Ad 6. Wyjaśnić na czym polega przepływ materii i energii w ekosystemie

ciąg zaczynający się od producenta i obejmujący kolejnych zjadających nazywa się łańcuchem pokarmowym. –schemat  łańcucha pokarmowego: producent(zielenice)→ konsument 1(roślinożerca)→ konsument2(drapieżca)→ konsument3(drapieżca 2). Czyli np. leszczyna→ wiewiórka→ kuna…w końcu konsumenci  i producenci stają się martwą naturą i są rozkładani przez destruentów do organicznych i nieorganicznych związków wykorzystywanych przez producentów. każde ogniwo łańcucha pokarmowego nazywamy poziomem troficznym. –pożywienie przepływające przez kolejne poziomy troficzne konsumentów jest źródłem materii i energii. –materia jest budulcem organizmów młodych i dojrzałych, odbudowa tkanek i produkcja potomstwa (fajnie brzmi). –z E świetlnej która dociera do danego ekosystemu tylko 1% przechwytują producenci i wiążą ją w subst pokarmowe. –suma E zmagazynowanej w określonym czasie nazywana jest produkcją pierwotną brutto (można ją wyrazić w jednostce masy lub energii. Część tej E przeznaczona na procesy oddychania. –E która zostaje w materii organicznej to produkcja pierwotna netto (jest to pokarm potencjalnie dostępny dla roślinożerców –podstawa piramidy energii). –przy przejściu z niższego poziomu troficznego na wyższy część E zawartej w pokarmie rozprasza się. –produkcja jest tym mniejsza im wyższy jest poziom troficzny. –wydajność przyswajania E (materii) –można przyjąć współczynnik 10.

Ad 7. Spalanie paliw a ochrona środowiska

Spaliny zawierają naturalne składniki atmosfery tj O2, para wodna które są nieszkodliwe. Zawiera też szkodliwy CO2 odpowiedzialny za efekt cieplarniany oraz związki tworzące tzw pierwotne zanieczyszczenia powietrza: SO2, tlenki siarki -kwaśne deszcze, CO produkt niepełnego spalania C, tlenki N, pyły, niespalone węglowodory w połączeniu z HN2- tworzy zanieczyszczenia wtórne. Należy spalać paliwa o małej zawartości węgla (gaz ziemny), należy stosować urządzenia o dużej sprawności, technologie mniej energochłonne, urządzenia oczyszczające spaliny, stosować odzyskiwanie ciepła.

Ad 8. Jednostki emisji substancji szkodliwych

ppm- przyjęty na świeci sposób wyrażania stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów związków chemicznych. Stężenie to

jest pochodne ułamka molowego i określ ile cząstek związku chemicznego przypada na jeden milion cząsteczek roztworu.

ppb- sposób wyrażania skrajnie rozcieńczonych roztworów związków chemicznych Stężenie to jest pochodną ułamka molowego i określ ile cząstek związku chemicznego przypada na jeden miliard cząsteczek rozpuszczalnika

Emisja substancji szkodliwych z instalacji spalających wyrażana jest w różnych jednostkach np. ppm mg/m3 i mg/kWh jednostka ppm odnosi się w tym przypadku do objętości i oznacza jedna część objętości substancji szkodliwej na milion części objętości spalin

Ad 9. Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany podwyższenie temperatury ziemi spowodowane istnieniem atmosfery ziemskiej . Atmosfera ziemska przepuszcza w kierunku ziemi znaczną część promieniowania słonecznego(krótkofalowe) Promieniowanie pochłaniane jest przez powierzchnię Ziemi Niewielka część promieniowania jest odbita a ogrzana ziemia emituje promieniowanie długofalowe w dużym stopniu pochłanianie przez atmosferę głównie przez cząsteczki pary wodnej CO2 oraz kropelki wody w chmurach Energia przekazana atmosferze jest przez nią wypromieniowywana głównie z powrotem w kierunku Ziemi tzw. promieniowanie zwrotne. Promieniowanie zwrotne jest główną podstawową przyczyną występowania efektu cieplarnianego na Ziemi a częściowa w przestrzeni kosmicznej 

Ad 11. Wpływ spalania energetycznego paliw na emisje CO2.

CO2 pełni rolę filtru jednokierunkowego przepuszcza część E widzialną promieniowania krótkofalowego VIS a zatrzymuje promieniowanie IR podczerwone długofalowe. Powoduje to wzrost temp na Ziemi i dalsze jej ogrzewanie czyli efekt cieplarniany. Za efekt cieplarniany odpowiada też w 30% metan i niedobór ozonu. Emisja CO2 zależy od ilości C zawartego w paliwie, a dokładniej od stosunku H:C. stosunek ten  najniekorzystniejszy dla środowiska jest w węglu kamiennym 0,5:1, potem w oleju opałowym 2:1, w gazie 4:1. im większy stosunek H:C tym mniejsza emisyjność. Emisję CO2 można zmniejszyć zwiększając sprawność kotłów, lub urządzeń spalających paliwa. CO2= (CO2wł)QwB; (CO2wł) –emisja własna kg/J, Qw –wartość opałowa, B –strumień paliwa. η=Q/ QwB. CO2=(CO2)włQ/η. Im η ↑ tym emisyjność CO2 ↓.

Ad 13. Wpływ spalania energetycznego paliw na emisję tlenków azotu.

NO2 powoduje obumieranie roślin, prowadzi do całkowitego zablokowania przenoszenia tlenu. Opałowy NOX powstaje w trakcie reakcji spalania azotu organicznego z O z powietrza w T>100oC. powstaje tylko w procesie spalania gazu opałowego, węgla. Szybki NOX powstaje w płomieniu w nadmiarze O2 przy spalaniu każdego paliwa. Termiczny NOX powstaje w T>1200oC. Im ↑ O2 i im wyższa T tym ↑ emisja tlenków azotu. Przeciwdziałanie: wstępne zmieszania O2 z paliwem w specjalnej komorze, używanie specjalnych palników o niskiej temp, max ograniczenie współczynnika dostępu powietrza.

Ad 16 .Wyjaśnić co to jest samooczyszczanie się wód oraz podać jakie warunki musza być spełnione by proces taki zaszedł

Substancje organiczne zawarte w ściekach wprowadzonych do odbiornika ( rzeki, jeziora), w warunkach tlenowych są rozkładane przez mikroorganizmy do związków prostych: siarczany, fosforany, azotany, CO2, woda. Proces zwany mineralizacją zachodzi kosztem zawartego w wodzie tlenu. Powstałe związki są usuwane przez glony i rośliny wyższe. Szczególnie glony maja zdolność asymilacji CO2 z wydzieleniem tlenu. Pierwotniaki, skorupiaki ograniczają liczbę bakterii, które biorą udział w samooczyszczaniu. Na glonach i pierwotniakach bytują skorupiaki →ryby→człowiek. Samooczyszczanie przebiega przy wystarczającej ilości tlenu aby proces przebiegał prawidłowo w sposób ciągły potrzeba odpowiedniej ilości tlenu. Gdy ilość tlenu jest zbyt duża lub byt mała procesy przebiegają wolniej lub ustają. Rozwijają się organizmy beztlenowe, giną organizmy wyższe następuje rozkład beztlenowy. Tworzą się CH4, H2S, CO2, H2.

Procesy tlenowe- szybki namnażanie bakterii przy wydzielaniu niewielkiej ilości produktów rozpadu. Procesy beztlenowe- brak przyrostu lub niewielki przy wydzieleniu nielicznych ilości produktów rozpadu.

Bakterie tlenowe tak długo zachowują aktywność, aż zawartość tlenu nie spadnie poniżej 10%. Bakterie beztlenowe rozmnażają się poniżej 20% zawartości tlenu do momentu wyczerpania pokarmu, potem umierają. Gdy ilość wprowadzanych ścieków jest duża to maleje zawartość tlenu, procesy tlenowe przebiegają wolniej, środowisko staje się beztlenowe.

Ad 19. Wyjaśnić zasadę oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego podać rozwiązanie techniczne w przemyśle

Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego jest to proces podobny do tego, jaki zachodzi w rzekach podczas ich samooczyszczania lecz przebiega on bardziej intensywnie, ponieważ w niewielkiej obfitości jest wprowadzana olbrzymia ilość drobnoustrojów ( osad czynny). Powstające samorzutnie przy napowietrzaniu ścieków, a w celu otrzymania warunków tlenowych, stosuje się intensywne, sztuczne napowietrzanie. W osadzie czynnym znajdują się różnego rodzaju bakterie i przetrwalniki. Osad czynny usuwa zanieczyszczenia organiczne ścieków, wykorzystuje je do swojego rozmnażania i rozwoju. Oczyszczanie ścieków tą metodą daje wysoki stopień oczyszczenia nawet ponad 90%. Etapy procesu: wstępne usuwanie zawiesin opadających- osadnik, napowietrzanie ścieków poprzez różnego rodzaju komory napowietrzające i rowy cyrkulacyjne- system perforowanych rur przez które przepływa powietrze, zawracanie używanego osadu.

Ścieki musza być w ruchu aby nie było opadania osadu. Jednym ze sposobów oczyszczania ścieków jest wykorzystanie rowów utleniających, które częściowo zastępują komory napowietrzające. Urządzenie napowietrzające ma za zadanie dostarczenie odpowiedniej ilości tlenu oraz zapewnienie odpowiedniej prędkości  ruchu cyrkulacyjnym. Przy zbyt niskiej prędkości następuje sedymentacja i osiadanie osadu na dnie zbiornika.

Ad 20 Napowietrzanie ścieków

Rola napowietrzania

·          Zapewnienie ciągłego dostarczania tlenu do oczyszczanych ścieków

·          Utrzymani warunków tlenowych

·          Mieszanie ścieków

·          Utrzymanie kłaczków osadu czynnego w stanie zawieszonym

Prowadzą napowietrzanie musimy pamiętać z jednej strony by napowietrzanie było intensywne z drugiej strony są koszty szuka się skutecznych sposobów ale tańszych Musimy pamiętać również ze im większe pęcherzyki powietrza tym napowietrzanie jest mniejsze i wykorzystanie powietrza gorsze . Przy standardowym napowietrzaniu wgłębnym  wykorzystanie tlenu wynosi

Drobno pęcherzykowe 11%

Średnio pęcherzykowe 6,5%

Grubo pęcherzykowe     5,5%

Ad 21. Oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem modułów membranowych

W procesie wykorzystującym technikę membranową reaktor biologiczny np. komora napowietrzana z osadem czynnym zblokowany jest z modułem membranowym w taki sposób że strumień ścieków z komory napowietrzania przepływa w całości przez układ membranowy ultrafitracyjny. W procesie wykorzystującą technikę membranowa zasada oczyszczania ścieków  jest taka sama jak w oczyszczaniu konwekcyjnym osadem czynnym instalacja membran zastępuje osadnik wtórny

Zalety takich oczyszczalni

1.        umożliwienie oddzielenie całej biomasy od oczyszczanych ścieków pozwalając na znaczne zwiększenie stężenia osadu czynnego

2.        zatrzymanie na membranach całej biomasy umożliwia rozwój wolno rozmnażających się bakterii które w układach klasycznych ulegają wymywaniu  

Ad 22. Wyjaśnij na czym polega oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem złóż biologicznych

W złożach biologicznych następuje utlenianie zanieczyszczeń tlenu powietrza z wykorzystaniem drobnoustrojów, tworzących na warstwach złoża błonę mikrobiologiczną. Mikroorganizmy te żywią się organicznymi związkami zawartymi w ściekach. Ważnym elementem jest wypełnienie- kamienie, koks. Porowata struktura na której może rosnąć błona biol. Spłukiwanie, zraszanie ściekami, przepływ współ lub przeciw w zależności od różnicy ciśnień. Obecnie w eksploatacji są 3 typy: zraszane, wieżowe i spłukiwane.

Kilka złóż może pracować szeregowo lub równolegle. Proces bardzo intensywny.

Ad 28 .  BZT, BZT5, CHZT RLM:

BZT- biochemiczne zapotrzebowanie tlenu, pośrednie oszacowanie stężenia zanieczyszczeń w ściekach jest to ilość tlenu potrzebna do całkowitego obecnych w ściekach związków organicznych przy współudziale mikroorg i metoda biochemiczną, ponieważ całkowity rozkład trwa długo i jest zmienny.

BZT5- pięciodniowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu oznaczane w temp 20.np. mleko odtłuszczone 67.000

serwatka 50.000 

RLM- wyraża różnicę w stopniu zanieczyszczenia ścieków bytowo- gosp. i przemysłowych. Określa ile razy więcej jest zanieczyszczenia w ściekach przemysłowych w porównaniu do dobowej ilości zanieczyszczeń produkowanych przez 1 mieszkańca. Np. Zakład mięsny ubój bydła w przeliczeniu na sztukę                                       70 - 200

...