Tr−êng ®¹i häc x©y dùng ViÖn Khoa häc & kü thuËt m«i tr−êng ----------------------------------
Bμi gi¶ng Sinh th¸i häc C«ng nghiÖp
Ng−êi so¹n :
PGS. TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i N¨m 2010
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Bμi gi¶ng sinh th¸i häc c«ng nghiÖp 1 §VHT - Líp 52 CLC --------------------------
Môc ®Ých m«n häc: Cung cÊp c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ : 1) Sinh th¸i häc nãi chung vµ sinh th¸i c«ng nghiÖp nãi riªng vµ c¸c øng dông cña
sinh th¸i häc trong lÜnh vùc b¶o vÖ m«i tr−êng; 2) Sù t−¬ng thÝch sinh th¸i vµ ph¸t triÓn bÒn v÷ng 3) B¶n chÊt cña « nhiÔm m«i tr−êng, c¸c nguyªn nh©n g©y « nhiÔm; c¸c t¸c ®éng cña « nhiÔm tíi chÊt l−îng m«i tr−êng vµ søc khoÎ céng ®ång vµ c¸c biÖn ph¸p kü thuËt vµ qu¶n lý ®Ó gi¶m thiÓu « nhiÔm- 4) C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ hÖ thèng qu¶n lý m«i tr−êng doanh nghiÖp.
Néi dung bμi gi¶ng Ch−¬ng 1. C¸c kh¸i niÖm chung
1.1. Sinh th¸i häc , sinh th¸i c«ng nghiÖp 1. 2. C¸c hÖ sinh th¸i 1. 3. M«i tr−êng vµ n¨ng l−îng 1. 4. C¸c kh¸i niÖm vÒ « nhiÔm 1. 5. §éc häc vµ ®éc häc sinh th¸i 1.6. Rñi ro, sù cè m«i tr−êng vµ ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng
Ch−¬ng 2 : C¸c chu tr×nh sinh ®Þa ho¸ häc
2.1. Kh¸i niÖm vÒ vßng tuÇn hoµn vËt chÊt trong tù nhiªn 2. 2. Chu tr×nh cacbon vµ c¸c rèi lo¹n vËn hµnh 2. 3. Chu tr×nh ni t¬ vµ c¸c rèi lo¹n vËn hµnh 2.4. C¸c chu tr×nh kh¸c
Ch−¬ng 3 . « nhiÔm m«i tr−êng – T¸c ®éng cña « nhiÔm
3.1. B¶n chÊt cña « nhiÔm 3.2. C¸c nguån vµ c¸c chÊt g©y « nhiÔm 3.3. §éc häc sinh th¸i vµ c¸c t¸c ®éng, rñi ro vµ nguy c¬ 3.4. C¸c t¸c ®éng cña « nhiÔm 3.5. C¸c biÖn ph¸p gi¶m thiÓu « nhiÔm
Ch−¬ng 4 . HÖ thèng qu¶n lý m«i tr−êng c«ng nghiÖp
4. 1. Kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng qu¶n lý m«i tr−êng doanh nghiÖp 4.2. C¸c lo¹i chÊt th¶i 4.3. C¸c ®Æc tÝnh cña m«i tr−êng trong ho¹t ®éng s¶n xuÊt 4.4. C¸c ho¹t ®éng thu håi, t¸i chÕ vµ gi¶m thiÓu chÊt th¶i 4.5 Nh÷ng lÜnh vùc ho¹t ®éng quan träng vÒ m«i tr−êng trong c«ng nghiÖp
1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ch−¬ng 1
C¸c kh¸i niÖm chung
1.1. Sinh th¸i häc , sinh th¸i c«ng nghiÖp Sinh th¸i häc lµ khoa häc tæng hîp vÒ quan hÖ t−¬ng hç gi−· sinh vËt vµ m«i tr−êng vµ gi÷a c¸c sinh vËt víi nhau .
Vµo nh÷ng n¨m thø 40 cña thÕ kû XX, c¸c nhµ sinh th¸i häc b¾t ®Çu nhËn thøc r»ng quÇn x· sinh vËt vµ m«i tr−êng kh«ng chØ quan hÖ t−¬ng hç víi nhau mµ t¹o thµnh mét ®¬n vÞ thèng nhÊt - hÖ sinh th¸i. HÖ sinh th¸i lµ ®¬n vÞ c¬ së cña tù nhiªn, ®−îc m« t¶ nh− mét thùc thÓ, x¸c ®Þnh chÝnh x¸c trong kh«ng gian vµ thêi gian. Nã bao gåm kh«ng chØ c¸c sinh vËt sèng trong ®ã mµ c¶ c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn: khÝ hËu, ®Êt, n−íc còng nh− tÊt c¶ c¸c mèi t−¬ng t¸c gi−· c¸c sinh vËt víi nhau vµ gi−· sinh vËt víi ®iÒu kiÖn m«i tr−êng. C¸c hÖ sinh th¸i trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt tËp hîp l¹i thµnh sinh quyÓn.
Nh÷ng n¨m gÇn ®©y sinh th¸i häc ®· trë thµnh khoa häc toµn cÇu. RÊt nhiÒu ng−êi cho r»ng con ng−êi còng nh− c¸c sinh vËt kh¸c kh«ng thÓ sèng t¸ch khái m«i tr−êng cô thÓ cña m×nh. Tuy nhiªn, con ng−êi kh¸c víi c¸c sinh vËt kh¸c lµ cã kh¶ n¨ng thay ®æi ®iÒu kiÖn m«i tr−êng cho phï hîp víi môc ®Ých riªng. Sinh th¸i häc lµ khoa häc c¬ së cho c«ng t¸c b¶o vÖ tµi nguyªn thiªn nhiªn vµ m«i tr−êng. ThuËt ng÷ Sinh th¸i häc: Ecology (b¾t nguån tõ ch÷ Hy L¹p Oikos lµ nhµ, n¬i ë) ®−îc Ernst Heckel, nhµ b¸c häc ng−êi §øc ®Ò x−íng n¨m 1866 vµ dïng nã ®Ó x¸c ®Þnh khoa häc vÒ mèi quan hÖ t−¬ng hç gi−· sinh vËt vµ m«i tr−êng, lµ tËp hîp tÊt c¶ nh÷ng hiÓu biÕt vÒ kinh tÕ tù nhiªn. Nãi c¸ch kh¸c, sinh th¸i häc nghiªn cøu mèi quan hÖ tæng hîp phøc t¹p mµ Dac- uyn gäi lµ c¸c ®iÒu kiÖn sinh ra ®Êu tranh sinh tån. Häc thuyÕt tiÕn ho¸ cña Dac-uyn ®−îc h×nh thµnh trªn c¬ së nhËn thøc vÒ mèi quan hÖ chÆt chÏ gi−· sinh vËt vµ m«i tr−êng. Sinh th¸i häc c«ng nghiÖp nghiªn cøu vÒ quan hÖ t−¬ng hç gi· c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ c¸c ho¹t ®éng dÞch vô mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ vµ c¶i thiÖn m«i tr−êng th«ng qua viÖc gi¶m chÊt th¶i vµ lµm t¨ng kh¶ n¨ng khai th¸c c¸c nguån tµi nguyªn.
ý t−ëng m« h×nh hãa c«ng nghiÖp theo hÖ sinh th¸i lµ ý t−ëng c¬ b¶n cña sinh th¸i c«ng nghiÖp. §©y lµ kh¸i niÖm vÒ mét ph−¬ng thøc s¶n xuÊt míi sö dông Ýt n¨ng l−îng, vµ s¶n phÈm phô cña c«ng ®o¹n s¶n xuÊt nµy l¹i lµ nguyªn liÖu th« cho c«ng ®o¹n s¶n xuÊt tiÕp theo. Trªn lý thuyÕt, hÖ thèng nµy ho¹t ®éng theo vßng tuÇn hoµn sao cho chØ sö dông nguyªn liÖu ®ñ bï cho l−îng vËt chÊt bÞ tiªu hao.
Ng−êi ta th−êng ¸p dông chu tr×nh tuÇn hoµn nhiÒu cÊp ®Ó n¨ng l−îng vµ vËt chÊt sö dông ®Òu ®−îc Ýt nhiÒu quay vßng. Møc ®é thø nhÊt lµ quay vßng cã sù tham gia cña nhiÒu ngµnh. Møc ®é thø ba lµ kÐo ng−êi tiªu thô tham gia vµo sù ho¹t ®éng cña c¸c chu tr×nh tuÇn hoµn vËt chÊt. Mét c«ng ty hoÆc mét nhµ m¸y sÏ tiÕt kiÖm ®−îc kinh phÝ, khi chuyÓn chÊt th¶i cña bé phËn nµy sang bé phËn kh¸c hoÆc dïng chÊt th¶i ®ã t¹o ra n¨ng l−îng cho mét c«ng ®o¹n kh¸c. T−¬ng tù nh− vËy, c¸c c«ng ty vµ nhµ m¸y trong mét ngµnh c«ng nghiÖp cã thÓ trao ®æi vµ t¸i sö dông chÊt th¶i cña nhau. Còng nh− vËy, c¸c ngµnh kh¸c nhau sÏ trao ®æi vËt
2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- liÖu vµ n¨ng l−îng cho nhau, h×nh thµnh c¸c khu c«ng nghiÖp sinh th¸i. Nhê vËy, tÊt c¶ c¸c bªn vµ m«i tr−êng ®Òu cã lîi.
Qu¸ tr×nh quay vßng vËt liÖu vµ n¨ng l−îng còng më réng ®èi víi kh¸ch hµng. C¸c lo¹i bao b× vµ s¶n phÈm ®· qua sö dông cã thÓ quay vßng trë l¹i n¬i s¶n xuÊt ban ®Çu ®Ó t¸i sö dông hoÆc trë thµnh nguyªn liÖu cho mét ngµnh kinh tÕ kh¸c.
ThÝ dô vÒ mét sè mÉu h×nh khu c«ng nghiÖp sinh th¸i:
ë mét c¶ng T©y B¾c n−íc Mü cã mét nhµ m¸y ®−îc quyÒn sö dông mét l−îng
ThÝ dô 1: n−íc tõ c¸c giÕng khoan trong ®Þa giíi qu¶n lý cña m×nh. Quy tr×nh s¶n xuÊt cña nhµ m¸y t¹o ra hai dßng n−íc th¶i kh«ng chøa c¸c chÊt hßa tan vµ ®éc h¹i. C¸ch ®ã 3 km, cã mét nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn cÇn n−íc ®Ó lµm l¹nh nh−ng kh«ng ®−îc phÐp khai th¸c thªm n−íc tõ c¸c nguån hiÖn cã. C¶ hai nhµ m¸y ®Òu ph¶i chÞu chi phÝ khai th¸c n−íc vµ chi phÝ xö lý n−íc th¶i. L−îng nhiÖt thõa cña nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn vµ l−îng n−íc thõa cña nhµ m¸y n−íc t¹o ra nh÷ng tiÒm n¨ng cho c¸c nhµ m¸y kh¸c cã nhu cÇu sö dông. B»ng c¸ch l¾p ®Æt hÖ thèng ®−êng èng cã thÓ t¹o ra kh¶ n¨ng chuyÓn n−íc th¶i cña nhµ m¸y n−íc sang lµm l¹nh cho nhµ m¸y ®iÖn vµ nhiÖt l−îng thõa tõ nhµ m¸y ®iÖn ®i c¸c n¬i kh¸c. C¸c c«ng viÖc trªn lµm gi¶m l−îng n−íc s¹ch tiªu thô, ®ång thêi t¨ng møc ®é sö dông nhiÖt l−îng thõa mµ tr−íc ®ã th−êng bÞ l·ng phÝ, ThÝ dô 2: §Üa xanh (Green Disks) lµ mét c«ng ty do Davi Beschen ë Seattle (Mü) thµnh lËp, cã chøc n¨ng chuyªn t¸i sö dông c¸c ®Üa mÒm ®· qua sö dông vµ c¸c bé phËn tin häc. Môc tiªu cña c«ng ty lµ t¸i sö dông tÊt c¶ c¸c lo¹i vËt liÖu trong c¸c phÇn mÒm bá ®i. C«ng ty t¸i s¶n xuÊt ®−îc 99,5 kg vËt liÖu tõ 100 kg c¸c vËt liÖu th¶i ra. Trong 0,5 kg chÊt th¶i cßn l¹i cã c¶ phÇn chÊt th¶i cña b¶n th©n c«ng ty. Mçi ngµy c«ng ty t¸i chÕ ®−îc tõ 10-60 tÊn phÕ liÖu, n¨m 1994 t¸i chÕ ®−îc 8000 tÊn, n¨m 1995 gÇn 20.000 tÊn. C¸c vËt liÖu ®−îc göi tíi c«ng ty, ®−îc th¸o rì, ph©n lo¹i vµ göi ®i c¸c c¬ së tiªu thô. C¸c ®Üa mÒm ®−îc chia ra lµm hai lo¹i: C¸c ®Üa mÒm cßn míi hoÆc míi chØ ghi mét lÇn, ®−îc xo¸ ®i c¸c th«ngtin vµ b¸n l¹i nh− nh÷ng ®Üa míi, c¸c ®Üa kh¸c th× ph©n lo¹i. PhÇn kim lo¹i chuyÓn vµo nhµ m¸y luyÖn kim, phÇn nhùa th× ®−îc göi tíi nhµ m¸y nhùa ®Ó t¸i s¶n xuÊt l¹i nhùa. B¶n th©n ®Üa mÒm kh«ng t¸i chÕ ®−îc th× ®−îc c¾t ra ®Ó s¶n xuÊt c¸c thÎ tõ. C«ng ty ®ang tiÕp tôc t×m kiÕm nguån ®Üa cò vµ thÞ tr−êng tiªu thô c¸c s¶n phÈm t¸i chÕ cña hä.
1.2. C¸c hÖ sinh th¸i
HÖ sinh th¸i lµ mét hÖ thèng bao gåm c¸c quÇn x· (c¬ thÓ sèng) vµ m«i trêng sèng cña chóng (c¸c thµnh phÇn v« sinh).
HÖ sinh th¸i tù nhiªn : HÖ sinh th¸i ph¸t triÓn kh«ng cã sù can thiÖp cña con ng−êi. ThÝ dô hÖ sinh th¸i ao hå, hÖ sinh th¸i rõng nguyªn sinh, hÖ sinh th¸i ®ång cá..
HÖ sinh th¸i nh©n t¹o: HÖ sinh th¸i ph¸t triÓn trong ®ã cã sù can thiÖp cña con ng−êi. ThÝ dô hÖ sinh th¸i ®« thÞ, hÖ sinh th¸i nhµ ë, hÖ sinh th¸i c¸c c«ng tr×nh xö lý n−íc, hÖ sinh th¸i nh©n v¨n..
Trong sinh quyÓn tån t¹i c¸c lo¹i hÖ sinh th¸i chñ yÕu sau:
3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- HÖ sinh th¸i tù nhiªn :nh rõng, s«ng, hå, ®ång cá, biÓn..
- HÖ sinh th¸i ®« thÞ: c¸c thµnh phè lín, c¸c khu c«ng nghiÖp...
- HÖ sinh th¸i n«ng nghiÖp: c©y l©u n¨m, c©y ng¾n ngµy, ®ång cá ch¨n nu«i, ao c¸...
To¶ nhiÖt
To¶ nhiÖt
To¶ nhiÖt
MÆt trêi
C
§éng vËt
§éng vËt
¨n thÞt
¨n thùc vËt P C©y xanh
Th«ng qua ho¹t ®éng
trao ®æi chÊt
NhiÖt
HÖ vi sinh vËt
Nguån dinh d−ìng
ph©n huû D
Xãi mßn
Ph©n bãn
ChÊt th¶i sau khi ®· xö lý
H×nh 1.1. S¬ ®å cña mét hÖ sinh th¸i tù nhiªn
CÊu tróc cña hÖ sinh th¸i gåm 4 thµnh phÇn c¬ b¶n: M«i tr−êng (E): M«i tr−êng lµ tËp hîp tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn vµ hiÖn tîng bªn ngoµi t¸c ®éng lªn c¸ thÓ. KhÝ quyÓn, thuû quyÓn, th¹ch quyÓn tån t¹i tríc khi sù sèng xuÊt hiÖn trªn hµnh tinh chóng ta, nhng chØ khi c¸c c¬ thÓ sèng xuÊt hiÖn míi gäi chung lµ m«i trêng. Cã nghÜa chØ cã c¬ thÓ sèng míi cã m«i tr−êng.
M«i tr−êng tù nhiªn lµ tæng thÓ c¸c nh©n tè tù nhiªn xung quanh c¸c quÇn thÓ sèng (thµnh phÇn h÷u sinh). ThÝ dô bÇu khÝ quyÓn, n−íc, thùc vËt, thæ nh−ìng, bøc x¹ mÆt trêi.. M«i tr−êng nh©n t¹o lµ hÖ thèng m«i tr−êng ®−îc t¹o ra do con ng−êi lîi dông vµ c¶i t¹o tù nhiªn;
4 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
§èi víi sinh vËt trªn tr¸i ®Êt tån t¹i 4 kiÓu m«i tr−êng:
- M«i tr−êng ®Êt; - M«i tr−êng níc; - M«i tr−êng kh«ng khÝ vµ - M«i tr−êng c¸c sinh vËt kh¸c (®èi víi c¸c sinh vËt ký sinh).
VËt s¶n xuÊt (P): VËt s¶n xuÊt bao gåm c¸c vi khuÈn ho¸ tæng hîp vµ c©y xanh tøc lµ bao gåm c¸c sinh vËt cã kh¶ n¨ng tæng hîp ®−îc chÊt h÷u c¬ nhê n¨ng l−îng mÆt trêi ®Ó tù x©y dùng lÊy c¬ së cña m×nh. VËt s¶n xuÊt lµ c¸c sinh vËt tù d−ìng
VËt tiªu thô (C): VËt tiªu thô bao gåm c¸c ®éng vËt sö dông c¸c chÊt h÷u c¬ lÊy trùc tiÕp
hay gi¸n tiÕp tõ vËt s¶n xuÊt. VËt tiªu thô lµ c¸c sinh vËt dÞ dìng. VËt tiªu thô ®îc chia thµnh:
- VËt tiªu thô s¬ cÊp : c¸c lo¹i ®éng vËt ¨n thùc vËt - VËt tiªu thô thø cÊp: c¸c lo¹i ®éng vËt ¨n ®éng vËt vµ thùc vËt
VËt ph©n huû (D): VËt ph©n huû bao gåm c¸c vi khuÈn vµ nÊm. Chóng ph©n huû c¸c s¶n phÈm bµi tiÕt (chÊt th¶i ) vµ x¸c chÕt cña c¸c vËt s¶n xuÊt & vËt tiªu thô.
C¸c nh©n tè sinh th¸i : C¸c nh©n tè m«i trêng t¸c ®éng lªn c¬ thÓ sèng lµ kh«ng nh− nhau. Mét sè nh©n tè kh«ng thÓ hiÖn ¶nh hëng râ rÖt lªn ®êi sèng cña c¸c sinh vËt. VÝ dô : mét sè khÝ tr¬ chøa trong vò trô. Nh©n tè ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh tíi c¬ thÓ sinh vËt gäi lµ nh©n tè sinh th¸i. VÝ dô : ¸nh s¸ng, nhiÖt ®é, n−íc, c¸c chÊt kho¸ng, chuyÓn ®éng cña kh«ng khÝ, phãng x¹ lµ nh÷ng nh©n tè sinh th¸i. HÖ sinh th¸i cã hai chøc n¨ng c¬ b¶n lµ vßng tuÇn hoµn vËt chÊt vµ dßng chuyÓn ho¸ n¨ng l−îng gi÷a 4 thµnh phÇn trong hÖ. Hai chøc n¨ng nµy biÓu thÞ hai ®Æc trng c¬ b¶n cña hÖ sinh th¸i lµ: C©n b»ng gi÷a c¸ thÓ - m«i tr−êng vµ tÝnh thÝch nghi sinh th¸i. 1.3.M«i tr−êng vµ n¨ng l−îng Dßng n¨ng l−îng x¶y ra ®ång thêi víi vßng tuÇn hoµn vËt chÊt ë hÖ sinh th¸i. N¨ng l−îng cung cÊp cho ho¹t ®éng cña tÊt c¶ c¸c hÖ sinh th¸i trªn tr¸i ®Êt lµ nguån n¨ng l−îng mÆt trêi. N¨ng l−îng mÆt trêi chiÕu lªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt tr¸i ®Êt trong mét ®¬n vÞ thêi gian gäi lµ th«ng l−îng mÆt trêi = 1cal/cm2/phót. Cã rÊt nhiÒu hÖ ®¬n vÞ ®o n¨ng l−îng, nh−ng cho tíi nay ng−êi ta vÉn dïng Calorie lµ ®¬n vÞ chÝnh ®Ó ®o. Calorie ®−îc ®Þnh nghi· lµ tæng n¨ng l−îng cÇn thiÕt (yªu cÇu) ®Ó n©ng 1g n−íc t¨ng lªn 1oC.
5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MÆt trêi nhËn ®−îc nguån n¨ng l−îng cña nã th«ng qua qu¸ tr×nh nãng ch¶y cña c¸c h¹t nh©n vµ ë ®©y sinh khèi ®−îc chuyÓn ho¸ thµnh n¨ng l−îng t−¬ng øng víi ®Þnh luËt Anhstanh (Einsteins):
E = m.C2 C lµ vËn tèc ¸nh s¸ng = 300 000 km/s Trong ®ã:
- C¸c nguån n¨ng l−îng má: than, dÇu háa, khÝ thiªn nhiªn. - N¨ng l−îng h¹t nh©n. - C¸c lo¹i n¨ng l−îng t¸i t¹o ®−îc cã nguån gèc: + tõ ®Êt: ®Þa nhiÖt + tõ mÆt trêi: trùc tiÕp (chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng vµ quang n¨ng) hay gi¸n tiÕp
+ tõ biÓn: n¨ng l−îng thñy triÒu, n¨ng l−îng cña c¸c dßng ch¶y...
C¸c nguån n¨ng l−îng: Mét sù hiÓu biÕt ®Çy ®ñ tÊt c¶ c¸c vÊn ®Ò nµy ®ßi hái mét kiÕn thøc tæng thÓ vÒ nh÷ng nguån n¨ng l−îng kh¸c nhau, ®Æc biÖt lµ vÒ mÆt tÝnh chÊt t¸i t¹o ®−îc hay kh«ng vµ vÒ t¸c ®éng lªn m«i tr−êng vÒ viÖc thùc hiÖn c¸c vÊn ®Ò ®ã. KhÝa c¹nh ®Çu tiªn liªn quan trùc tiÕp víi qu¶n lý l©u dµi c¸c tµi nguyªn, nh− ®èi víi nguyªn liÖu, vµ bao gåm chñ yÕu c¸c lo¹i nhiªn liÖu má. KhÝa c¹nh thø hai, g¾n víi tÝnh chÊt riªng cña mçi lo¹i n¨ng l−îng, trë thµnh mét tiªu chÝ chÝnh cña viÖc lùa chän lo¹i n¨ng l−îng nµy kh¸c. Nh÷ng nguån n¨ng l−îng chÝnh bao gåm: (sinh khèi, phÕ liÖu, n¨ng l−îng giã...) C¸c d¹ng n¨ng l−îng:
- N¨ng l−îng bøc x¹: lµ n¨ng l−îng mÆt trêi, d¹ng n¨ng l−îng quan träng nhÊt ®èi víi chóng ta. N¨ng l−îng mÆt trêi truyÒn trong ch©n kh«ng víi tèc ®é gÇn 300.000 Km/s. N¨ng l−îng ¸nh s¸ng ®−îc s¾p xÕp thµnh phæ réng lín bëi c¸c b−íc sãng ®iÖn tõ ph¸t ra tõ mÆt trêi
- N¨ng l−îng liªn kÕt hãa häc: d¹ng n¨ng l−îng nµy t−¬ng øng víi liªn kÕt hãa häc ®−îc h×nh thµnh gi÷a c¸c nguyªn tö cÊu thµnh c¸c ph©n tö. §©y lµ n¨ng l−îng tÝch luü trong c¸c hîp chÊt ho¸ häc. Trong thêi gian quang hîp, ¸nh s¸ng ®−îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt hydratcacbon, lipit trong thùc vËt. Trong qu¸ tr×nh ph¸t triÓn qua c¸c bËc dinh d−ìng cña hÖ sinh th¸i c¸c nguyªn liÖu thùc vËt ®−îc chuyÓn thµnh c¸c c¬ chÊt tæng hîp x©y dùng nªn c¬ thÓ ®éng vËt. Sù biÕn ®æi sinh häc nµy ph¶i sö dông n¨ng l−îng. Khi tÊt c¶ c¸c c¬ chÊt nµy ®−îc ph¸ vì lÇn n÷a, nh− h« hÊp ch¼ng h¹n th× n¨ng l−îng ®−îc gi¶i phãng. C¸c hîp chÊt nµy v× thÕ cã thÓ xem nh− kho dù tr÷ n¨ng l−îng.
- N¨ng l−îng ®iÖn: N¨ng l−îng xuÊt hiÖn khi c¸c h¹t tÝch ®iÖn (®iÖn tö) ®−îc gom
l¹i trong mét vïng kh«ng gian (tr−êng hîp cña dßng ®iÖn).
- N¨ng l−îng c¬: N¨ng l−îng nµy ®−îc g¾n víi kh¸i niÖm vÞ trÝ (thÕ n¨ng cña n−íc bÞ gi÷ bëi mét con ®Ëp) vµ sù chuyÓn ®éng (sù ®æ xuèng cña n−íc vµ tuècbin) cña mét khèi l−îng vËt chÊt. N¨ng l−îng giã vµ thñy triÒu minh häa d¹ng n¨ng l−îng nµy.
- N¨ng l−îng nhiÖt: N¨ng l−îng nhiÖt lµ kÕt qu¶ tõ sù biÕn ®æi ngÉu nhiªn ®Õn sù chuyÓn ®éng cã h−íng cña c¸c ph©n tö. N¨ng l−îng nµy ®−îc gäi lµ søc nãng. §ã
6 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- lµ mét d¹ng c¬ b¶n cña viÖc sö dông n¨ng l−îng. D¹ng n¨ng l−îng nµy ®−îc gi¶i phãng bÊt cø lóc nµo sinh ra c«ng.
- N¨ng l−îng cña vËt chÊt: d¹ng n¨ng l−îng nµy ®−îc biÕt ®Õn nhiÒu d−íi c¸i tªn n¨ng l−îng h¹t nh©n. §ã lµ liªn kÕt gi÷a c¸c h¹t t¹o thµnh nh©n cña mét nguyªn tö. N¨ng l−îng nµy thu ®−îc b»ng sù ph©n h¹ch (ph©n h¹t nh©n thµnh nhiÒu h¹t) hoÆc b»ng sù hîp nguyªn tö (hîp hai nh©n nghÌo thµnh h¹t). Trong hai tr−êng hîp ®ã n¨ng l−îng ®−îc gi¶i phãng d−íi d¹ng cña mét tia phãng x¹ hoÆc theo mét l−îng nhiÖt.
Trong hÖ sinh th¸i n¨ng l−îng ®−îc tÝch luü trong c¸c nguyªn liÖu thùc vËt. Nã cã thÓ biÓu thÞ b»ng nhiÒu c¸ch, nh−ng chñ yÕu lµ sinh khèi chÊt kh« trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch. Sè n¨ng l−îng gi¶m dÇn tõ møc ®é ®inh d−ìng nµy sang møc ®é dinh d−ìng kÕ tiÕp. §iÒu ®ã x¶y ra do hai nguyªn nh©n:
- N¨ng l−îng mÊt ®i gi−· c¸c bËc dinh d−ìng. Nh− chóng ta ®· biÕt, sù biÕn ®æi n¨ng l−îng tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c kh«ng ®−îc b¶o toµn 100%. BÊt cø lóc nµo dßng n¨ng l−îng tõ møc ®é dinh d−ìng nµy sang møc ®é dinh d−ìng kh¸c vµ nguyªn liÖu cña mét c¬ thÓ nµy, biÕn ®æi ®Ó x©y dùng nguyªn liÖu cho c¬ thÓ kh¸c ®Òu tiªu hao n¨ng l−îng.
- N¨ng l−îng mÊt ®i trong møc ®é dinh d−ìng. TÊt c¶ c¸c sinh vËt ®Òu ph¶i h« hÊp ®Ó sèng. H« hÊp lµm oxy ho¸ hydratcacbon vµ gi¶i phãng n¨ng l−îng. Qu¸ tr×nh ®ã cã thÓ tãm t¾t nh− sau: Hydratcacbon + O2 ----- CO2 + H2O + n¨ng l−îng
B»ng c¸ch ®ã n¨ng l−îng ®−îc sö dông trong mçi mét møc ®é dinh d−ìng. T¸c ®éng tæng hîp cña hai nguyªn nh©n trªn cã nghÜa lµ dßng n¨ng l−îng gi¶m dÇn theo c¸c møc ®é kÕ tiÕp. Nh− vËy mçi d¹ng trong c¸c d¹ng n¨ng l−îng cã thÓ chuyÓn hãa tõ d¹ng nµy sang d¹ng kh¸c vµ ng−îc l¹i. §©y chÝnh lµ mét ®Æc tr−ng nhÊt cña n¨ng l−îng trong ®êi sèng vµ ho¹t ®éng kinh tÕ. ViÖc qu¶n lý vµ xö lý phÕ liÖu cã mèi quan hÖ ®Æc biÖt víi n¨ng l−îng ë nhiÒu mÆt:
- S¶n xuÊt phÕ liÖu ë c«ng tr−êng khai th¸c tµi nguyªn, vËn chuyÓn vµ sö dông: phÕ th¶i cña má, bïn khoan, l−u huúnh cña khÝ thiªn nhiªn...
- Tiªu thô n¨ng l−îng ®ßi hái c¸c c«ng ®o¹n thu thËp, tuyÓn chän, xö lý phÕ liÖu, söa ch÷a c¬ khÝ...
- Kh¶ n¨ng sö dông n¨ng l−îng (tr−êng hîp vËt liÖu chÊt dÎo vµ sinh khèi).
1.4. C¸c kh¸i niÖm vÒ « nhiÔm Kh¸i niÖm « nhiÔm ®−îc hiÓu lµ sù rèi lo¹n vËn hµnh b×nh th−êng cña chu tr×nh sinh ®Þa ho¸ mµ ng−êi ta cã thÓ nhËn biÕt vµ ®o l−êng, quan s¸t ®−îc ë møc ®é kh¸c nhau trong c¸c m«i tr−êng liªn ®íi.
7 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nh÷ng « nhiÔm cã thÓ ®¸nh gi¸ theo ®Þnh tÝnh hoÆc ®Þnh l−îng cña mét tham sè (sù thay ®æi nång ®é mét yÕu tè ho¸ häc trong n−íc hay kh«ng khÝ...) ThÝ dô 1: Nguån n−íc bÞ coi lµ « nhiÔm khi thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt lý ho¸ sinh häc cña n−íc bÞ thay ®æi, kh«ng b¶o ®¶m chÊt l−îng cña nguån cung cÊp vµ c¸c yªu cÇu kh¸c. ThÝ dô 2: M«i tr−êng kh«ng khÝ bÞ coi lµ « nhiÔm khi c¸c thµnh phÇn bÞ biÕn ®æi kh¸c víi tr¹ng th¸i b×nh th−êng. ChÊt g©y « nhiÔm lµ chÊt cã trong khÝ quyÓn ë nång ®é cao h¬n nång ®é b×nh th−êng cña nã trong kh«ng khÝ hoÆc chÊt ®ã th−êng kh«ng cã trong kh«ng khÝ.
Sù « nhiÔm kh«ng khÝ lµ kÕt qu¶ cña viÖc th¶i ra c¸c khÝ, h¬i, giät vµ c¸c l−îng khÝ kh¸c cã nång ®é v−ît qu¸ thµnh phÇn b×nh th−êng trong kh«ng khÝ g©y nªn c¸c t¸c ®éng cã h¹i hoÆc g©y sù khã chÞu (do mïi, do bôi, ...). ¤ nhiÔm l−u niªn toµn côc: Lµ sù nhiÔu lo¹n dµi h¹n sù ho¹t ®éng cña bé m¸y cña hµnh tinh g©y ra bëi t¸c ®éng cña nhiÒu sù « nhiÔm kh¸c nhau mµ hËu qu¶ cña chóng l¹i ph¶i cã thêi gian dµi míi cã thÓ thÊy tr−íc ®−îc. ThÝ dô m−a axÝt. ¤ nhiÔm bÊt th−êng: Lµ nh÷ng « nhiÔm kh«ng thÓ l−êng tr−íc ®−îc. ThÝ dô « nhiÔm g©y ra bëi ®éng ®Êt, nói löa..¤ nhiÔm g©y ra do sù cè c«ng nghiÖp..
1.5. §éc häc vµ ®éc häc sinh th¸i §éc chÊt häc theo ®Þnh nghÜa lµ nh÷ng chÊt g©y ®éc h¹i hoÆc râ h¬n lµ nh÷ng s¶n phÈm nguy hiÓm ®«Ý víi con ng−êi. Thêi cæ ®¹i, trong thêi Paracelse, nhµ luyÖn ®an (alchimiste) thÕ kû XVI, Sola dosis fecit venerum (chØ cã liÒu l−îng t¹o ra chÊt ®éc) l−u hµnh hai kh¸i niÖm c¬ b¶n sau ®©y: Kh«ng cã sù kh¸c nhau vÒ b¶n chÊt gi÷a mét chÊt ®−îc cho lµ ®éc vµ tÊt c¶ chÊt ho¸ häc kh¸c: oxy lµ duy tr× sù sèng nh−ng cho thë qu¸ nhiÒu oxy (hyperoxy genation) cã thÓ giÕt chÕt nh÷ng loµi thó. Kh¸i niÖm vÒ liÒu l−îng: träng l−îng cña chÊt cã thÓ g©y ®éc cho mét ®èi t−îng cô thÓ. LiÒu l−îng ®−îc biÓu thÞ b»ng mg/kg träng l−îng. Kh¸i niÖm vÒ nång ®é: l−îng chÊt cã trong mét ®¬n vÞ mang nã (n−íc, kh«ng khÝ, ®Êt...). §éc häc sinh th¸i häc tõ tiÕng Hy L¹p oikos (c¸i nhµ) vµ toxicon (mòi tªn) lµ sù nghiªn cøu nh÷ng chÊt ®éc trong m«i tr−êng. M«n khoa häc nµy cho phÐp x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸i cung tÝnh ®−îc ®−êng bay cña mòi tªn vµ cuèi cïng biÕt ®−îc môc tiªu. §éc häc sinh th¸i quan t©m tíi c¸c t¸c ®éng cã h¹i cña c¸c t¸c nh©n hãa häc vµ vËt lý lªn c¸c c¬ thÓ sèng, ®Æc biÖt lµ c¸c quÇn thÓ vµ céng ®ång n»m trong hÖ sinh th¸i, nã bao gåm c¸c
8 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
Bµi gi¶ng Sinh th¸i c«ng nghiÖp Ch−¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm chung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- con ®−êng vËn chuyÓn cña c¸c t¸c nh©n nµy vµ t¸c ®éng cña chóng víi m«i tr−êng (Butler, 1978). Môc tiªu chÝnh cña ®éc häc sinh th¸i lµ t¹o ra nh÷ng céng cô phï hîp dïng cho thiÕt lËp c¸c tiªu chuÈn chÊt l−îng m«i tr−êng, ®¸nh gi¸ vµ dù ®o¸n nång ®é trong m«i tr−êng, ®Ó ®¸nh gi¸ nguy c¬ cho c¸c quÇn thÓ tù nhiªn (cã c¶ con ng−êi) bÞ t¸c ®éng nÆng nÒ cña sù « nhiÔm m«i tr−êng. 1.6. Rñi ro, sù cè m«i tr−êng vµ ®¸nh gi¸ c¸c t¸c ®éng Rñi ro lµ x¸c xuÊt cña sù kiÖn hoÆc hµnh ®éng sÏ g©y h¹i cho søc kháe hoÆc m«i tr−êng. Rñi ro lµ mét kh¸i niÖm g¾n mét nguy hiÓm víi x¸c suÊt xuÊt hiÖn cña nã. Mét trong nh÷ng øng dông ®Çu tiªn cña ®éc tè sinh th¸i häc lµ sù ph©n tÝch nh÷ng rñi ro vÒ m«i tr−êng g¾n liÒn víi nh÷ng chÊt ®éc nguy hiÓm. Trong tr−êng hîp Êy, tai ho¹ lµ mét t¸c h¹i ®éc lªn mét hÖ sinh th¸i. Rñi ro vÒ søc kháe con ng−êi ®−îc ®Þnh nghÜa lµ mét ho¹t ®éng khoa häc ®Ó ®¸nh gi¸ c¸c ®Æc tÝnh ®éc h¹i cña hãa chÊt vµ c¸c ®iÒu kiÖn khi con ng−êi tiÕp xóc víi hãa chÊt nh»m: (1) x¸c ®Þnh x¸c suÊt bÞ ¶nh h−ëng nghiªm träng khi con ng−êi tiÕp xóc víi hãa chÊt, vµ (2) ph©n lo¹i ®Æc tÝnh c¸c ¶nh h−ëng cã kh¶ n¨ng bÞ khi tiÕp xóc. §¸nh gi¸ rñi ro lµ mét ph−¬ng thøc h÷u hiÖu ®Ó tæ chøc vµ giíi thiÖu th«ng tin liªn quan ®Õn c¸c vÊn ®Ò tiÒm tµng cña søc khoÎ con ng−êi khi tiÕp xóc víi hãa chÊt trong m«i tr−êng. C¸c môc tiªu ®¸nh gi¸ rñi ro nh»m:
- Lµm viÖc vµ sèng mét c¸ch an toµn víi c¸c hãa chÊt - ThiÕt lËp c¸c møc tiÕp xóc an toµn. - So s¸nh qui ®Þnh hoÆc c¸c lùa chän riªng vÒ ®Þa ®iÓm.
ViÖc ®¸nh gi¸ rñi ro søc kháe bao gåm c¶ phÐp ph©n tÝch c¸c tiÕp xóc m«i tr−êng x¶y ra trong qu¸ khø, c¸c ¶nh h−ëng nghiªm träng cã thÓ x¶y ra hoÆc ch−a x¶y ra. Nã cßn bao gåm c¶ viÖc dù tÝnh c¸c hËu qu¶ cã thÓ cña tiÕp xóc mµ vÉn ch−a x¶y ra.
9 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Ng−êi so¹n : PGS.TS. NguyÔn ThÞ Kim Th¸i – ViÖn Khoa häc vµ KTMT- §¹i häc X©y dùng
