Основы общей экологии
Характеристика проблем взаимодействия человека и окружающей природной среды. Анализ среды и условий существования организмов. Изучение строения биосферы и места человека в ней. Анализ экологических принципов рационального использования природных ресурсов.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2017 |
| Размер файла | 113,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
4.2 Влияние человека на биосферу
Хозяйственная деятельность человека неоднократно приводила к ухудшению природных условий, порождала локальные экологические кризисы. Человек, овладев огнем, применял его для уничтожения растительности, как в земледельческих, так и в охотничьих целях. При этом хищнически уничтожались флора и фауна на значительных территориях, что приводило к образованию пустынь. В совокупности рассмотренные процессы приводили к исчезновению древних цивилизаций, например, в Индии (3-2 тысячелетия до н.э.), Майя в Центральной Америке и др.
История свидетельствует, что научно - технический прогресс (НТП) увеличивает возможности воздействия на окружающую среду, создавая предпосылки для возникновения крупных экологических кризисов. С другой стороны, этот же прогресс расширяет возможности предупреждения таких кризисов.
Наиболее отчетливо эти противоположные тенденции проявились во второй половине XX века. Так, например, растительный покров большей части поверхности континентов носит вторичный характер, т.е. заменён нужными человеку растениями. Это обстоятельство привело к нарушению процесса почвообразования, изменению физико-химических свойств почв и их эрозии. В возрастающих масштабах человеком загрязняются атмосфера и воды континентов и океанов.
Понимая экологический кризис как непоправимое за короткий срок ухудшение природной среды, нельзя говорить о глобальном кризисе в настоящее время. Сейчас существует множество локальных кризисов, которые не всегда разрешимы и, накапливаясь, могут принять глобальные масштабы.
Экологический ущерб биосфере не всегда может быть возмещён, например, уничтожение генофонда современных организмов.
Демографические процессы, сопровождающиеся ростом народонаселения, способствуют ускорению проявления как локальных, так и глобальных экологических кризисов, т. к. соответственно увеличиваются масштабы промышленного и сельскохозяйственного производств, исчерпание минеральных ресурсов и количество отходов.
Особо следует отметить влияние человека на климат городов, регионов и планеты в целом за счет загрязнения атмосферы. Атмосфера Земли как компонент биосферы является трансформатором локальных воздействий человека на окружающую среду в глобальные изменения природных условий. Так, современные города, благодаря растущей урбанизации, можно рассматривать как „острова тепла“ и источники выделения газов, паров и аэрозолей. Это обстоятельство вызывает образование туманов, приводящих к смогам, сопровождающимися увеличением концентрации в атмосфере опасных для биосферы веществ.
Постоянный рост количества сжигаемого в энергетических целях топлива органического происхождения способствует повышению температуры у поверхности Земли, что обусловливает изменение климата как в региональном, так и в планетарном масштабах. При этом нарушается естественный ход эволюции биогеоценозов и биосферы в целом.
Климатические изменения, обусловленные хозяйственной деятельностью человека проявляются уже сейчас (повышение средней температуры у поверхности Земли на ~0,50C, перестройка установившейся ранее атмосферной циркуляции воздушных масс и др.), а в недалеком будущем (XXI век и далее) эти изменения усилятся.
Особое негативное влияние деятельность человека оказывает на «биологический щит» планеты - озоновый компонент атмосферы. Развитие промышленности, сратосферной авиации, космонавтики и др. факторы способствуют снижению концентрации озона в стратосфере и, как следствие, интенсификации жёсткого ультрафиолетового облучения земной поверхности, что губительно для живых организмов, обитающих в наземно - воздушной среде.
Кроме вышеуказанных воздействий на биосферу, человек способствует её радиоактивному загрязнению. Происходит это за счёт извлечения из недр Земли и последующего концентрирования на её поверхности долгоживущих радиоактивных изотопов. Чаще всего это 238U (период полураспада ~4,47•109 лет) и 235U (период полураспада ~0,7•109лет). При ядерных превращениях (распаде) этих изотопов образуются другие химические элементы и их изотопы, например, 226Ra, 222Rn и др., которые, в свою очередь, чаще всего являются радиоактивными. При распаде радиоактивных веществ генерируются корпускулярные ( б, в ) и электромагнитное ( г ) ионизирующие излучения, действие которых на организмы биосферы негативно. Так, у человека возможно образование злокачественных опухолей ( рак ), нарушение функций зрения ( катаракта ), разрушение эритроцитов ( белокровие ), инактивация гонад, мутации потомства и др. негативные изменения. Подобного рода процессы происходят и в других организмах, составляющих биосферу.
На компоненты биосферы воздействует также рентгеновское ионизирующее излучение ( с такими же негативными эффектами как и выше ), которое генерируется при изменении вектора - скорости движущегося потока заряженных частиц, например, в телевизорах, мониторах ЭВМ, в некоторых медицинских и научных приборах и аппаратах.
Таким образом, не ограничивая масштабы своей деятельности, не применяя специфических экозащитных (природоохранных) мер, человек будет способствовать постепенной деградации биосферы.
5. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы
5.1 Цели и принципы рационального природопользования
Природопользование - система взаимоотношений человека с природой, возникающая в процессе его трудовой деятельности и складывающаяся в соответствии с характером исторических, социальных и географических условий.
Природопользование, как научная дисциплина, разрабатывает общие принципы осуществления человеческой деятельности, связанной с пользованием природой и её ресурсами или воздействиями, изменяющими её состояние.
Основные цели рационального природопользования:
рациональное размещение отраслей производства на Земле;
определение целесообразных направлений пользования с/х угодьями по их природным свойствам;
рациональная организация взаимоотношений между отраслями производства, исключающая вредные воздействия на ресурсы, обеспечивающая воспроизводство ресурсов и комплексность их использования;
обеспечение здоровой среды обитания для людей и полезных им организмов, путем предупреждения её загрязнения и ликвидации существующих вредных компонентов и воздействий;
рациональное преобразование природы.
Основой для решения задач рационального природопользования служат следующие принципиальные положения:
познание и применение законов природы как основы целесообразной человеческой деятельности;
обязательность учета взаимных воздействий природной среды и деятельности человека для рациональной организации любой производственной деятельности;
неразрывная связь человечества с материально-энергетическими процессами биосферы, с концентрацией внимания на экологических законах живой природы;
понимание основных свойств природной среды, путем изучения их на заповедных участках естественной природы.
5.2 Территориальное размещение отраслей народного хозяйства
Большинство современных с/х и промышленных производств так или иначе связано с биологической продукцией, создаваемой растениями и животными. Задача их размещения сводится, в первую очередь, к выбору зон и конкретных угодий, на которых выход необходимой продукции (ежегодный прирост её биомассы) будет наибольшим с учетом трудозатрат.
Размещение старых отраслей хозяйства сложилось стихийно. Для рационального размещения новых отраслей нужно использовать основные положения теории биологической продуктивности, основу которой составляет учение Вернадского о биосфере.
Принято выделять две формы биологической продуктивности угодий: общую - ежегодный прирост биомассы растений и животных на единицу площади; частную - мера прироста отдельных форм живого вещества и его качественный состав (травы, плоды, масла, молоко и т.п.).
Исходя из приведенных положений, с учётом геолого-гидрологических и климатических условий, биологическую продуктивность можно определять по трем основным показателям:
общему притоку солнечной энергии;
ежегодной продолжительности времени активного развития живого вещества;
степени соответствия химического состава среды общим потребностям развития биомассы.
Для специалистов разработаны специфические расчетные методики определения биологической продуктивности конкретных территорий Земли.
5.3 Единство природы и современные особенности многоотраслевого пользования её ресурсами
Поскольку природа едина и все её элементы связаны друг с другом, всякое хозяйственное воздействие даже на один из них многократно отражается на состоянии других. Например, сооружение гидроэлектростанции на реке приводит к затоплению пойменных высокоплодородных земель, размыву берегов, изменению уровня грунтовых вод и их химического состава, изменению состояния нерестилищ рыб, климатических и других элементов, составляющих биогеоценоз.
Масштабы последствий антропогенного воздействия на природу зависят от технической вооруженности человека. С развитием техники связаны два важнейших этапа в истории природопользования:
в прошлом производственная деятельность обеспечивалась в основном естественным возобновлением природных ресурсов и поиском их новых источников;
в наше время развитие техники достигло такой высоты, что охрана природы и специальные мероприятия по воспроизводству природных ресурсов становятся главным фактором сохранения постоянства и, тем более, дальнейшего развития производственной деятельности.
В условиях всё возрастающих масштабов многоотраслевой хозяйственной деятельности человека невозобновляющиеся природные ресурсы (минеральное сырье) необходимо рационально использовать следующими путями:
полное и комплексное извлечение;
опережающая добычу разведка новых месторождений;
экономное и полное использование в производстве;
вторичное использование материалов;
биологическая или иная концентрация рассеянных элементов;
применение заменителей.
Поскольку народное хозяйство России многоотраслевое, природные ресурсы должны использоваться комплексно, причём отходы одних производств целесообразно применять в качестве сырья для других.
5.4 Создание здоровой природной среды
Любой организм в процессе жизнедеятельности вносит в среду обитания неблагоприятные для себя изменения. Например, растения поглощают из атмосферы диоксид углерода, необходимый им для фотосинтеза, а из почвы - питательные вещества, нужные им для роста, уменьшая соответственно их концентрации в воздухе и почве. Животные, потребляя кислород воздуха, выделяют диоксид углерода, необходимый для фотосинтеза, и поедают растения, уничтожая тем самым запасы пищи.
Объединяясь в экосистемы, растения, животные и другие организмы взаимно обеспечивают друг друга необходимыми для жизни условиями: газами, пищей, удобрениями и т.п. В хозяйственной деятельности человека и планирование, и техническое проектирование производственных комплексов должно вестись по принципу экосистем - совокупность их компонентов должна взаимно обеспечивать благоприятность условий существования и деятельности, причем продукты отходов одних производств должны служить сырьём для других.
Реализация этого принципа может обеспечить и рост рентабельности производства, и гармонизацию его взаимодействия с биосферой.
Так, уже сейчас некоторые многотоннажные опасные для биосферы отходы одних производств представляют интерес для других (например, диоксид серы в дымовых газах - сырьё, для производства серной кислоты). Подобные принципы защиты окружающей природной среды от загрязнений будут способствовать её оздоровлению.
Таким образом, познание и применение законов функционирования биосферы на практике способствует рациональному природопользованию без негативных последствий.
5.5 Заповедное дело
Заповедное дело - система мероприятий по научно-практическому использованию участков природы, сохраняемых в их естественном состоянии.
Для осуществления рационального природопользования важны следующие формы заповедного дела:
сохранение и применение биогеоценотических эталонов природы;
сохранение и изучение генетических фондов природы;
обогащение природы в результате размножения ценных и редких видов растений и животных;
комплексные стационарные исследования природы.
5.6 Зональность природопользования
Совокупность перечисленных методов организации рационального природопользования синтезируется в зональных принципах его осуществления для следующих территорий России.
Арктические острова: летние температуры колеблются ~0оC. Почвообразование практически отсутствует. Возможности использования биопродуктивности суши ничтожны. Морская вода содержит много растворенных газов и питательных солей. В сочетании с непрерывным освещением в полярный день это создает условия для бурного развития в ней жизни в летнее полугодие. Таким образом, возможна промысловая эксплуатация видов, использующих морскую кормовую базу: рыб, тюленей, китов и др. Однако количество особей невелико и необходимо строгое регулирование промысла с целью их воспроизводства.
Тундра: летние температуры от 0оС до +10 - +12оС. Из-за этого вечная мерзлота в грунте и его переувлажнение, слабое почвообразование, почвенные растворы очень кислые. Биологическая продуктивность 0,5-10 ц/га, общие запасы биомассы - 5-50 ц/га. Возможен промысел пушных зверей, прилётных птиц, проходных рыб, заготовка ягод.
Задачи охраны природы: регулирование промысловой и добычной нагрузки, а так же сохранение сильно ранимых ландшафтов.
Тайга: зона умеренного пояса, находящаяся под влиянием морского арктического воздуха. Почвы хорошо развиты, с малым содержанием гумуса и минеральных питательных веществ. Биопродуктивность и биомасса соответственно 1-100 ц/га и 10-1000 ц/га. Главное природное богатство - лес и его производные (древесина, пушнина, ягоды и др.).
Проблемы охраны природы: воспроизводство видов, упорядочивание туризма, предотвращение лесных пожаров, борьба с гнусом и таёжным энцефалитом.
Зона смешанных и широколиственных лесов: в отличие от тайги более мягкий климат, почва богаче гумусом. Развиты земледелие, животноводство и промышленность.
Задачи охраны природы: создание заповедников и зон отдыха людей, борьба с загрязнением природной среды и эрозией почвы.
Лесостепь: умеренный климат, почвы богаты питательными веществами, что обеспечивает биопродуктивность, близкую к максимальной (100-150 ц/га). Развиты сельское хозяйство и промышленность.Лесостепь являет собой биогеохимический оптимум для существования человека.
Проблемы охраны природы те же, что и в предыдущей зоне.
Степь: умеренно засушливый и континентальный климат, высокоплодородные черноземные и каштановые почвы. Максимально развитое и механизированное сельское хозяйство, (из-за „мягкого“ рельефа и высокоплодородных почв).
Проблемы охраны природы: орошение земель, борьба с эрозией почв.
Влажные субтропики: особо теплый и влажный аналог лесной зоны умеренного пояса с круглогодичной положительной температурой. Почвы (желтоземы, красноземы и др.) очень бедны питательными веществами, но продуктивность их высока из-за благоприятных климатических условий. Зона возделывания особо теплолюбивых культур (цитрусовые, чай и др.).
Проблемы охраны природы: защита теплолюбивых культур от холодов и заморозков, снижение гидроэрозии почв горных склонов.
Горные районы: специфические природно - климатические условия (сближенность различных климатических поясов по вертикали, миграция минеральных веществ из верхних поясов в нижние, выход слабо минерализованных вод и др.). Это обстоятельство позволяет комплексно пользоваться природными особенностями, например, перегонять скот летом на высокогорные пастбища, зимой - в низины.
Проблемы охраны природы: борьба с эрозией почв, лавинами, селями, а также сохранение и специальное насаждение лесов, так как в горах находятся истоки крупнейших рек Сибири и Кавказа.
5.7 Преобразование природы
Целью преобразования природы чаще всего является повышение биологической продуктивности территорий. При этом воздействия на отдельные элементы природных комплексов без учета законов развития биосферы и возможных последствий могут привести к отрицательным эффектам.
На заключительном этапе планирования преобразований необходим предварительный анализ последствий с выявлением следующих факторов:
влияние изменений в природе (при воздействии на её элементы) на другие территории за счет воздушного, водного, геологического и биологического переносов;
сукцессионные изменения биоценозов, которые могут происходить в будущем из-за намечаемых воздействий на природу;
зменения, которым подвергнется в новых условиях сам объект преобразования.
5.8 Санитарно-экологическое нормирование уровня загрязнителей в природной среде
Одной из основных организационных мер снижения загрязнения природной среды отходами деятельности человека является санитарно-экологическое нормирование негативных воздействий на неё.
Поскольку живые организмы Земли и основной процесс создания её биомассы не могут функционировать без кислорода и углекислого газа, содержащихся в атмосферном воздухе, рассмотрим данный вопрос на примере атмосферы.
В соответствии с законами РФ об охране окружающей природной среды и охране атмосферного воздуха санитарно-экологическое нормирование уровня загрязнения атмосферы предусматривает:
разработку и законодательное утверждение предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих атмосферу вредных веществ;
установление предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих атмосферу веществ;
выдачу разрешений на выброс загрязняющих веществ в атмосферу;
регулирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при неблагоприятных метеорологических условиях;
учет и отчетность по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу;
контроль уровня загрязнения атмосферы вредными веществами.
Рассмотрим подробно каждый из перечисленных пунктов:
1. Специализированными органами Минздрава РФ на каждое токсическое вещество, выбрасываемое в атмосферу, разрабатываются и утверждаются ПДК или ориентировочно безопасный уровень воздействия (ОБУВ).
2. На каждом промышленном предприятии для всех источников выброса загрязняющих веществ и для каждого вещества устанавливаются ПДВ или временно согласованный выброс (ВСВ).
3. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу стационарными источниками производится на основании разрешения, выдаваемого при наличии и исправном функционировании средств, обеспечивающих ПДВ по каждому загрязняющему веществу.
4. При наличии неблагоприятных метеорологических условий (например, образование инверсионного слоя), способствующих повышению концентрации вредных веществ в приземном сое атмосферы, предприятия обязаны реализовать специально разработанные заранее мероприятия по снижению выбросов этих веществ в атмосферу. Например, снизить производительность технологических установок. Причем, эти мероприятия согласовываются с органами Госкомприроды.
5. Учет и отчетность по выбросам загрязняющих веществ носит государственный характер и определяется специальным „Положением о государственном учете вредных воздействий на атмосферный воздух“. Учету подлежат все объекты, оказывающие вредное воздействие на атмосферный воздух, перечень которых утверждается местными органами Госкомприроды и Минздрава РФ. Все, предприятия РФ независимо от ведомственной подчиненности, обязаны вести первичный учет выбросов в атмосферу. При этом не реже 1 раза в 5 лет проводится инвентаризация выбросов с целью выявления их количественных, качественных, временных, пространственных и др. характеристик. По результатам инвентаризации по специальным формам органам Госкомприроды и Госкомстата представляются отчеты о загрязнении атмосферного воздуха.
Все виды загрязнения окружающей природной среды отражаются в Экологическом паспорте предприятия. Экологический паспорт представляет собой комплекс данных, выраженных через систему показателей, отражающих уровень использования предприятием природных ресурсов и степень его воздействия на окружающую среду.
6. В соответствии с законом „Об охране атмосферного воздуха“ в РФ функционирует общегосударственная система контроля состояния атмосферы (ОГСК). ОГСК включает органы представительной и исполнительной власти, специально уполномоченные государственные органы, ведомственные органы, службы контроля предприятий, общественные организации, граждан. ОГСК решает следующие задачи:
разработка и внедрение нормативно - технической документации (НТД) по контролю за выбросами;
разработка методов и средств контроля и внедрение их в практику;
получение достоверных данных о выбросах;
обеспечение информативности заинтересованных органов и населения;
контроль эффективности работы пылегазоочистных устройств (ПГОУ).
6. Инженерная защита окружающей природной среды (ОПС)
6.1 Основные способы снижения загрязнения ОПС твердофазнымы отходами
В результате низкого уровня технологий, некомплексного использования сырья, низкой культуры производства и потребления, отсутствия эффективных рекуперативных технологий по некоторым компонентам происходит накопление больших масс твердых отходов. При этом отчуждаются в том числе и плодородные земли ( в России 98% мусора хранится на 0,8 млн га плодородной земли ), загрязняются почва, подземные воды, атмосфера.
Транспортировка и хранение отходов весьма дорогостоящи (~4 - 5 дол за 1 т), например, на металлургических производствах, тепловых электростанциях (ТЭС), углеобогатительных фабриках соответствующие затраты составляют ~8 - 30% стоимости производства основной продукции. Сейчас по экспертным оценкам в отходах накоплены десятки млрд т минеральных компонентов ( известняк, доломит, кварцит, каолин, огнеупорные глины и др.), более 1,2 млрд т золошлаковых отходов ТЭС, ~580 млн т металлургических шлаков, ~350 млн т галлита (NaCl), ~200 млн т фосфогипса и других часто ценных и дефицитных материалов и веществ.
Степень оперативной утилизации отходов низка. Так, например, в хозяйственный оборот вовлекается ~20% шлаков цветной металлургии, ~11% золошлаковых отходов ТЭС и фосфогипса, ~4% отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.
В то же время в РФ, например, добывается из недр ~3,5 млрд т в год нерудного сырья, которое содержится в отходах, причем затраты на добычу в 2 - 3 раза выше, чем на его утилизацию из отходов.
Рассмотрим основные пути использования отходов в народном хозяйстве.
6.1.1 Механическая, механотермическая и термическая обработка отходов
Применяются эти способы в основном для подготовки отходов к дальнейшей переработке. При этом осуществляются дробление крупных кусков до диаметра ~5 мм, гранулирование порошкообразных материалов с использованием повышенных давления и температуры, спекание порошкообразных отходов при высоких температурах (~1000оС) с получением гранул.
Предварительно или после описанных операций производится классификация и сортировка отходов по фракциям или компонентам (грохочение, центрифугирование и др.).
6.1.2 Обогащение
Применяется обогащение для рекуперации ценных компонентов в основном из отходов черной и цветной металлургии, радиоэлектронной промышленности и др. При этом используются следующие методы:
гравитационный (например, разная скорость осаждения частиц различных плотности и веса из суспензий);
флотационный (используется различие в смачивании частиц);
магнитная сепарация (в магнитном поле напряженностью 100 - 1500 кА/м разделяются ферро- и парамагнитные компоненты);
электростатическая сепарация (в электростатическом поле напряженностью до 16000 кВ/м разделяются проводники и диэлектрики).
6.1.3 Термическая обработка
В настоящее время используются следующие основные способы термической обработки отходов:
сжигание органических веществ с рекуперацией тепла и получением относительно безвредных веществ (СО2, H2O);
пиролиз органических веществ (пластмассы, резина, древесина, нефтешламы и др.) при температуре ~400оС и выше без доступа воздуха с получением горючих газов и дальнейшей переработкой твердых остатков;
обжиг в окислительной среде с получением газообразных веществ и твердого остатка, например, из пирита (FeS2) получают SO2 и Fe2O3, которые далее могут использоваться в сернокислотном и металлургическом производствах;
переплавка с целью получения отдельных металлов, например, из различных видов металлолома можно получать железо медь алюминий и др. металлы.
6.1.4 Физико-химическое выделение компонентов при участии жидкой фазы
В переработке отходов наиболее часто используются следующие физико-химические процессы:
выщелачивание (экстрагирование) - растворение целевого компонента смеси специфическим растворителем без протекания химических реакций или с таковыми за счет образования новых хорошо растворимых соединений;
растворение - перевод отходов полностью в раствор с последующим извлечением из него отдельных компонентов;
кристаллизация - выделение из насыщенных растворов отдельных компонентов в виде твердой фазы при изменении, например, температуры раствора.
6.1.5 Примеры переработки различных отходов
Отходы производства и потребления резинотехнических изделий (РТИ):
Целью переработки отходов РТИ является извлечение каучука. Технологический процесс переработки отходов основан на их девулканизации при температуре 160-190оС с добавками специальных катализаторов, при этом образуется растворимый девулканизат, из которого, в свою очередь, получают так называемый „регенерат“, который может использоваться для получения товарных РТИ.
Отходы производства и потребления пластмассовых изделий и материалов:
Основной целью переработки отходов пластмасс является извлечение и повторное использование аккумулированного в них ценного органического сырья. Реализация этой цели достигается следующими технологическими процессами:
недеструктивная утилизация - литье из расплавов других изделий, использование в качестве связующего вещества для производства, например, древесно-полимерных композитов (доски и т.п.);
деструктивная утилизация за счет деполимеризации, гидролиза, термической деструкции, пиролиза и т.п. процессов с получением сырья для синтеза высокомолекулярных соединений (ВМС);
биодеградация отходов - разрушение пластмасс до простых соединений за счет жизнедеятельности специфических бактерий, плесени и грибков при добавлении таких деструкторов, как крахмал, соединений двухвалентного железа и др.;
сжигание - наиболее простой способ с получением тепловой энергии, однако, при этом теряется ценное органическое сырье, и кроме диоксида углерода и воды могут образоваться токсичные вещества (хлористый водород, оксиды азота, диоксид серы, аммиак, диоксины и др.), что порождает проблему обезвреживания газовых выбросов в атмосферу.
Сельскохозяйственные и бытовые отходы:
Рассматриваемые отходы являются многокомпонентными смесями веществ с различными физико-химическими свойствами, как правило, органического происхождения. При переработке этих отходов чаще всего применяются следующие технологические процессы:
вермикультура - за счет жизнедеятельности красного калифорнийского гибрида (червь) бытовой и сельскохозяйственный органический мусор превращается в качественное органическое удобрение - биогумус (за сутки один червь перерабатывает массу мусора в несколько раз большую, чем его собственная);
анаэробное сбраживание органических отходов в метантенках с образованием горючих газов (метан и аммиак) и твердого остатка, утилизируемого в качестве удобрения;
пиролиз мусора при температуре ~400оC с образованием горючих веществ и органического удобрения;
высокотемпературное сжигание (t > 1500оC) c получением тепловой энергии и образованием диоксида углерода, воды и других, часто токсичных газов.
6.2 Основные способы снижения загрязнения ОПС газообразными отходами ( в т. ч. аэрозолями )
6.2.1 Основные физико-химические принципы, технологические процессы и оборудование, ограничивающие загрязнение ОПС паро- и газообразными отходами
Абсорбционная газоочистка.
Абсорбция представляет собой физико-химический процесс поглощения одного или несколько компонентов из газовой смеси твёрдыми или жидкими поглотителями при условии, что процесс протекает в объёме поглотителя. При этом поглощаемое вещество называется абсорбатом, а поглотитель - абсорбентом. Поскольку объёмное поглощение характерно прежде всего для жидких поглотителей, в газоочистной технике термин „абсорбция“ применяется только для мокрых методов очистки.
Основным критерием процесса абсорбции служит растворимость абсорбата в жидкости (абсорбенте), которая зависит от свойств жидкости, температуры и парциального давления абсорбируемого компонента.
Зависимость растворимости газообразного компонента смеси от его парциального давления характеризуется законом Генри, согласно которому равновесное парциальное давление этого компонента пропорционально его содержанию в абсорбенте. Закон Генри соблюдается достаточно точно лишь при относительно невысоких концентрациях растворов, что обычно имеет место в процессах санитарно-экологической газоочистки.
Так как абсорбция представляет собой массообменный процесс, протекающий на границе раздела фаз „газ-жидкость“, необходимо рассматривать характер возможных поверхностей раздела этих фаз, в зависимости от которого абсорбция делится на следующие типы:
поверхностная (плёночная) - поверхность раздела фаз представляет собой зеркало жидкости или поверхность текущей плёнки жидкости;
барботажная - поверхность раздела фаз образуется во время прохождения газовых струй через слой жидкости;
капельная - поверхность раздела фаз формируется при распылении (в виде капель) в потоке газа.
По степени применимости в газоочистной практике на первом месте стоит капельная абсорбция, на втором - барботажная, на третьем - поверхностная.
Одновременно с чисто физическим процессом растворения газа в жидкости при абсорбции могут протекать химические реакции. При этом возрастает градиент концентраций участников процесса у поверхности раздела фаз и соответственно увеличивается скорость поглощения газа, которая также возрастает при увеличении скорости химической реакции.
Примеры абсорбционной газоочистки:
Очистка газовых выбросов от диоксида серы (SO2) известняковым способом.
Процесс очистки осуществляется путём контактирования газовой смеси, содержащей диоксид серы, с суспензией известняка (CaCO3) в воде. При этом протекают следующие реакции
SO2 + H2O = H2SO3
CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + CO2 + H2O
2CaSO3 +O2 = 2CaSO4v
Образующийся в результате описанного процесса шлам может перерабатываться в гипс, который широко используется в народном хозяйстве.
Кроме этого способа газоочистки от SO2 существуют и другие (аммиачный, содовый и т.п.).
Очистка газовых выбросов от оксидов азота (NOX) щелочными методами.
Абсорбция оксидов азота водными растворами сильных щелочей сопровождается образованием нитритов соответствующих металлов по реакции
2NaOH + N2O3 = 2NaNO2 + H2O
Нитриты после выделения из раствора могут быть использованы в различных химико-технологических процессах или после окисления до нитратов в качестве удобрения в сельскохозяйственном производстве.
Очистка газовых выбросов от хлора.
В качестве абсорбента в данном процессе используется гидрооксид кальция в виде водной суспензии, при этом протекает следующая реакция
6Ca(OH)2 + 6Cl2 = 5CaCl2 + Ca(ClO3)2 + 6H2O
Образующийся при этом гипохлорит кальция может использоваться в качестве обеззараживающего вещества, например, в санитарно-гигиенических целях.
Технологии абсорбционной газоочистки разработаны для большинства вредных веществ, содержащихся в газовых выбросах промышленных предприятий.
Адсорбционная газоочистка.
Адсорбция - процесс поглощения молекул газов, паров или растворённых в жидкостях веществ поверхностью твёрдых поглотителей (адсорбентов).
Поглощаемое вещество в этом процессе называется адсорбатом, а поглотитель - адсорбентом.
Адсорбция также может быть физической и химической. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). При химической адсорбции (хемосорбция) то же происходит за счёт ковалентных связей между атомами адсорбата и адсорбента.
В качестве адсорбентов используются пористые вещества с развитой внутренней поверхностью, характеризующейся параметром - удельная поверхность (Sуд, м2/г). В санитарно-экологической практике наибольшее распространение получили такие адсорбенты, как силикагель, алюмосиликаты, активированный уголь, цеолиты и др., удельная поверхность которых колеблется в диапазоне 100 - 1500 м2/г.
Важную роль в процессах адсорбционной газоочистки играет способ контактирования газовой смеси с адсорбентом или иначе - режим работы адсорбента. Наиболее распространёнными режимами работы адсорбента являются следующие:
фильтрующий режим - адсорбент располагается в аппарате в виде неподвижного мелкозернистого слоя, через который сверху вниз пропускается очищаемая газовая смесь;
псевдоожиженный режим (режим кипящего слоя) - мелкозернистый адсорбент находится в восходящем потоке очищаемой газовой смеси;
взвешенный режим - пылевидный адсорбент непрерывно дозируется в поток очищаемой газовой смеси.
Адсорбент, насыщенный поглощаемым компонентом, может подвергаться десорбции, при этом последний выделяется в концентрированном виде и может быть использован в народном хозяйстве.
Для вышерассмотренных сорбционных процессов одним из важнейших параметров является температура их осуществления. При прочих равных условиях эффективность сорбционной газоочистки повышается с понижением температуры, поэтому применяются эти способы преимущественно для очистки „холодных” выбросов в атмосферу (t ? 15 ч 300C).
Каталитическая газоочистка.
Суть каталитических процессов газоочистки заключается в осуществлении химических реакций, приводящих к обезвреживанию или конверсии примесей в другие продукты, в присутствии катализаторов.
Катализаторы не вызывают изменения энергетических уровней молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия химических реакций. Их роль сводится к увеличению скорости реакций.
По окончании элементарного акта катализа катализаторы не изменяют свой состав и не расходуются, т. е. остаются неизменными по составу и количеству.
В природоохранной практике преимущественно используется гетерогенный катализ, когда каталитические реакции происходят на границе раздела фаз очищаемой газовой смеси и твёрдого катализатора. При этом на катализаторе образуются активированные комплексы в виде промежуточных поверхностных соединений катализатора и реагирующих веществ, способствующие протеканию целевой реакции с большей скоростью. Активированные комплексы разлагаются на целевой продукт реакции и исходный катализатор. Затем эти стадии, вновь и вновь чередуясь, повторяются.
Схематически катализ можно представить следующим образом
А + В + Кt > Кt[AB]
Kt[AB] > C + Kt
где: А,В- реагирующие вещества;
Кt- катализатор;
Кt[AB]- активированный комплекс;
С- целевой продукт каталитической реакции.
Для повышения эффективности каталитического процесса необходимо обеспечить большую площадь контакта реагирующих веществ с катализатором, что достигается распределением его активного компонента на инертном материале (носитель) с высокоразвитой пористой внутренней поверхностью.
В качестве катализаторов широко используются вещества: платина (Pt); триоксид железа (Fe2O3); пентоксид ванадия (V2O5); диоксид марганца (MnO2); палладий (Pd) и др.
Наиболее распространёнными носителями являются силикагель, оксиды алюминия, алюмосиликат, кизельгур, диатомит и др.
Примеры каталитической газоочистки.
Аммиачно-каталитический метод очистки отходящих газов от оксидов азота.
На катализаторе марки АВК-10 (V2O5 на г-Al2O3) при подаче аммиака (NH3) в газовый поток с температурой 180-360 0С происходят реакции
6NO + 4NH3 = 5N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 = 7N2 + 12H2O
В результате осуществления данных реакций образуются нетоксичные вещества.
Каталитическая очистка газовых выбросов от диоксида серы.
На ванадиевом катализаторе одной из марок (БАВ, СВД, КС и др.) в газовой смеси, содержащей диоксид серы и кислород, при температуре ~400 0С протекает реакция
SO2 + 0,5O2 = SO3
Образующийся триоксид серы легко поглощается водой с образованием серной кислоты, которая может использоваться в народном хозяйстве.
Каталитическая очистка газовых выбросов от монооксида углерода (СО).
Каталитическое окисление монооксида углерода кислородом воздуха до диоксида углерода (СО2) является наиболее рациональным способом обезвреживания газовых выбросов в атмосферу от этого компонента. Для этой цели используются марганцевые, медь-хромовые и содержащие металлы платиновой группы катализаторы. Процесс протекает при повышенной температуре (~300 оС) по реакции
2СО + О2 = 2СО2
Наибольшее применение в газоочистной практике обезвреживания монооксида углерода нашли платиновые и палладиевые катализаторы.
Термическое обезвреживание газовых выбросов.
Физико-химическая суть термических способов обезвреживания газовых выбросов заключается в высокотемпературном окислении вредных компонентов кислородом, содержащимся в этих выбросах, с образованием нетоксичных или менее токсичных (по сравнению с исходной смесью) веществ. Температура при этом поддерживается в диапазоне 800 - 1100 оС.
Применяются эти способы как при обезвреживании газопарообразных компонентов, так и дисперсной фазы аэрозолей. Токсическими компонентами при этом, как правило, являются горючие вещества. Технологический процесс газоочистки может протекать без добавления топлива, если концентрация обезвреживаемого компонента равна или превышает нижний концентрационный предел распространения пламени; в противном случае добавляется природный газ, мазут или другое топливо.
Термическая газоочистка осуществляется в несложных топочных устройствах, причём иногда используются топки обычных отопительных или энергетических котельных установок, имеющихся на предприятиях.
При термическом обезвреживании отходящих газов могут образовываться новые токсические вещества (СО, SO2, NOX, Cl2 и др.), поэтому предварительно необходимо оценить параметр суммарной токсичности выбросов до и после обезвреживания по формуле
Zі
Ф = ? kі--
і ПДКі
где: kі - коэффициент, характеризующий степень взаимодействия і-го компонента с другими веществами обезвреживаемой смеси;
Zі - концентрация i-го компонента, мг/м3;
ПДКi - максимально разовая предельно допустимая концентрация i-го компонента в атмосферном воздухе населённых мест, мг/м3.
Степень обезвреживания отходящих газов при этом рассчитывается по формуле
Ф2
з = 1 ? ---
Ф1
где: Ф1, Ф2 - параметры суммарной токсичности выбросов соответственно до и после очистки.
6.2.2 Основные принципы, технологические процессы и оборудование, ограничивающие загрязнение ОПС аэрозолями
Аэрозоль - двухфазная аэродинамическая система, состоящая из дисперсной фазы (твёрдые или жидкие частицы) и дисперсионной среды (воздух или другая газовая смесь). В зависимости от вида дисперсной фазы аэрозоли подразделяются на следующие виды:
пыль - дисперсная фаза состоит из твёрдых частиц диаметром 5 - 50 мкм, образующихся, как правило, при механическом разрушении твёрдых материалов;
дым - дисперсная фаза состоит из твёрдых частиц диаметром 0,1 - 5 мкм, образующихся, как правило, при горении различных веществ и возгонке твёрдых веществ;
туман - дисперсная фаза состоит из капелек жидкости диаметром 0,3 - 5 мкм, образующихся за счёт конденсации паров жидкостей.
Далее процессы ограничения загрязнения ОПС аэрозолями будем называть обеспыливанием. Основные физические принципы разделения двухфазных систем.
Релаксация - постепенный переход какой - либо системы из неравновесного в равновесное состояние и связанное с этим исчезновение внутренних напряжений. Применительно к аэрозолям под релаксацией понимается процесс перехода частиц дисперсной фазы в состояние равновесия с дисперсионной средой при изменении, например, вектора - скорости аэрозольного потока. Основной причиной релаксации как физического процесса являются силы инерции, которые при прочих равных условиях имеют бо?льшую величину для частиц дисперсной фазы, так как их плотность значительно выше плотности дисперсионной среды. Из-за этого обстоятельства частице дисперсной фазы требуется определённое время для восстановления нарушенного равновесного состояния системы, которое называется временем релаксации. Это время играет фундаментальную роль в процессах обеспыливания отходящих газов и газовых смесей вообще инерционными методами.
Седиментация - процесс движения частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести в направлении её вектора.
Диффузия - процесс взаимного проникновения молекул двух и более веществ.
В аэрозольном потоке частицы дисперсной фазы могут взаимодействовать с дисперсионной средой путём молекулярной или турбулентной диффузии.
Результатом молекулярной диффузии является броуновское движение, способствующее равномерному распределению частиц дисперсной фазы в объёме аэрозоля, причём наиболее эффективно таким путём диффундируют частицы диаметром ?0,2 мкм.
Турбулентная диффузия - процесс распределения частиц дисперсной фазы в объёме аэрозоля за счёт наличия турбулентных флуктуаций в потоке движущейся дисперсионной среды; наиболее активно в турбулентную диффузию вовлекаются частицы диаметром 30 - 40 мкм. Более крупные частицы турбулентно не диффундируют, а только перескакивают с одного места на другое.
Электроосаждение - процесс взаимодействия электрически заряженных частиц дисперсной фазы с неоднородным электрическим полем, результатом которого является движение частиц вдоль силовых линий поля в сторону уменьшения его напряжённости со скоростью, называемой скоростью дрейфа; наиболее активно таким образом дрейфуют частицы диаметром 2 - 50 мкм.
Если в результате рассмотренных выше процессов частицы дисперсной фазы из аэрозольного потока попадают в зону с другими свойствами дисперсионной среды, то происходит их сепарация.
Если же отсепарированные частицы дисперсной фазы осаждаются на твёрдой или жидкой поверхности, откуда их обратный переход в аэрозольный поток невозможен, то происходит пылеулавливание (туманоулавливание).
Основные методы разделения двухфазных систем.
6.3 Основные способы защиты гидросферы от загрязнения
Нормирование (ПДК, ХПК, БПК, мутность, pН, ПДС);
Замкнутый водооборот;
Очистка стоков: механическая; химическая; биологическая; термическая; захоронения.
7. Экономические и правовые основы охраны ОПС
7.1 Экономический механизм охраны ОПС
Задачи:
1. Планирование и финансирование природоохранных мероприятий;
2. Установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов, сбросов и размещение отходов в ОПС;
3. Установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы, сбросы и размещение отходов в ОПС и др. виды вредного воздействия; (136)
4. Предоставление предприятиям, учреждениям, организациям, а также гражданам налоговых, кредитных, и др. льгот при внедрении мало отказных, безотказных и ресурсосберегающих технологий, и нетрадиционных видов энергии, и др. эффективных мер по охране ОПС (экономическое стимулирование);
5. Возмещение вреда, причиненного ОПС и здоровью человека;
В соответствии с указанными задачами в РФ разрабатываются и функционируют конкретные механизмы.
Так, планирование природоохранных мер производится на основе государственной экологической программы с учетом особенностей отдельных регионов. Финансирование этих программ производится за счет: бюджетов РФ, республик, краев, областей и др. административных образований; средств предприятий; экологических фондов всех уровней; фондов экологического страхования; кредитов банков; добровольных взносов населения, иностранных юридических и физических лиц; и др. источников.
Пользование природными ресурсами производится на основе договора между (137) исполнительными органами власти и природопользователем с выдачей соответствующей лицензии (разрешения) специально уполномоченными государственными органами РФ.
Каждому природопользователю устанавливаются, чаще всего годовые, на использование ресурсов и выбросы, сбросы и размещение отходов в ОПС.
Все виды природопользования и загрязнения ОПС являются платными , при этом 90% средств направляются на счета внебюджетных государственных экономических фондов, а 10%-в доход бюджета РФ для финансирования деятельности территориальных органов государственного управления ОПС.
Внебюджетные экологические фонды распределяются в следующем порядке: 60%- на реализацию местных природоохранных мероприятий; 30%- на реализацию природоохранных мероприятий республиканского, краевого и областного уровней; 10%- на реализацию природоохранных мероприятий федерального значения.
В РФ существуют также общественные экологические фонды за счет средств населения, добровольных взносов общественных объединений и др. источников. Средства этих фондов расходуются исключительно на охрану ОПС.
Кроме перечислены природоохранных средств в России осуществляется добровольное и обязательное экологическое страхование предприятий, учреждений, организаций, а также граждан и объектов их собственности на случай экологических аварий, катастроф и стихийных бедствий. Средства этих фондов используются прогнозирование, предотвращение и ликвидацию последствий указанных факторов ОПС.
Экономическое стимулирование охраны ОПС осуществляется льготным налогооблажением предприятий за внедрение эффективных ресурсосберегающих и природоохранных мероприятий (малоотходных технологий, рекуперацию отходов и т. п.); освобождением от налогов экологических фондов; применения поощрительных цен и надбавок на экологически чистую продукцию; применение льготного кредитования предприятий , эффективна реализующих природоохранные мероприятия и др.
7.2 Правовые основы охраны ОПС
Правовую основу охраны ОПС составляет Закон РФ об охране окружающей природной среды , принятый в 1991г. (в дальнейшем «Закон»). Закон в комплексе с мерами организационного, правового, экономического и воспитательного воздействий призван способствовать формированию и укреплению экологического правопорядка и обеспечению экологической безопасности на территории РФ и республик в ее составе.
Законом определены задачи, принципы, объекты природоохранной деятельности государственных и иных органов представительной и исполнительной власти.
Отдельным разделом ( || ) Устанавливается право граждан на здоровую и благоприятную окружающую природную среду и механизм его реализации.
Раздел ||| Закона устанавливает экономический механизм охраны ОПС, рассмотренный выше.
В IV и Х разделах Закона устанавливаются принципы и механизм нормирования и контроля качества ОПС по всем сферам жизнедеятельности, средам и опасным факторам.
C целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности требованиям экологической безопасности общества Законом (раздел V) определены принципы, механизм и объекты обязательной экологической экспертизы.
Закон устанавливает экологические требования при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации предприятий и иных объектов деятельности человека.
Статьей 56 особо регламентируется охрана озонового «слоя « Земли.
Особо (раздел XI) также регламентируется обязательность, всеобщность, комплексность и непрерывность экологических воспитания и образования.
За экологические нарушения Закон предусматривает ответственность и возмещение причиненного вреда.
Силу закона имеет также разработанная Госстандартом СССР «Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов», которая действует в РФ и в настоящее время (ССОП).
ССОП разработана и продолжает разрабатываться в соответствии с Законом с учетом экономических, санитарно-гигиенических, технических и экологических требований.
В ССОП конкретизируются требования, изложенные в законе.
Структурно ССОП построена следующим образом:
Пример: «Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения.»
ГОСТ 17. 0. 0. 04-90
1 2 3 4 5
Подобные документы
Характеристика задач и методов экологии, как науки изучающей условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Особенности современных экологических проблем, обзор видов загрязнения окружающей среды.
реферат [210,0 K], добавлен 21.02.2010Характеристика экологических проблем и оценка их особенностей в выявлении критериев взаимодействия человека и окружающей среды. Факторы экологических проблем и периоды влияния общества на природу. Анализ взаимосвязи экологических и экономических проблем.
контрольная работа [21,3 K], добавлен 09.03.2011Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Литосфера - твердую оболочку Земли и источники ее загрязнения. Факторы, влияющие на здоровье человека. Антропогенные источники загрязнения окружающей среды.
контрольная работа [21,0 K], добавлен 09.02.2009Общая характеристика загрязнения природной среды. Экологические проблемы биосферы. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Влияние человека на растительный и животный мир. Пути решения проблем экологии. Рациональное природопользование.
реферат [32,9 K], добавлен 24.01.2007Характеристика природных условий Светлогорского района. Анализ геоэкологических проблем территории. Оценка состояния атмосферного воздуха и водных ресурсов. Динамика выбросов вредных веществ в атмосферный воздух. Загрязнение окружающей среды отходами.
отчет по практике [82,7 K], добавлен 11.02.2014Вклад видов экономической деятельности в загрязнение окружающей среды. Основные загрязнители атмосферы. Характеристика регионов России по показателям загрязнения окружающей природной среды. Экологические последствия использования природных ресурсов.
практическая работа [915,9 K], добавлен 13.11.2016Глобальная экология как самостоятельная сфера экологического познания. Значение развития охраны природы для жизни человека и других организмов. Сущность и специфика основных экологических проблем. Роль окружающей среды для обеспечения здоровой жизни.
реферат [17,5 K], добавлен 01.03.2010Понятие, цели, направления и проблемы государственной политики в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Организация государственного управления в сфере экологии. Функции экологического контроля, его недостатки.
дипломная работа [417,2 K], добавлен 08.09.2016Роль человека в биосферных процессах, масштабы взаимодействия современного общества с природой. Загрязнение окружающей природной среды, виды и сущность истощения природных ресурсов, классификация ресурсов по признакам исчерпаемости, виды мониторинга.
контрольная работа [87,6 K], добавлен 29.04.2012Антропогенные факторы и их влияние на биотические и абиотические факторы природной среды. Деградация почв: эрозия, опустынивание, засоление и заболачивание. Федеральный закон "Об охране окружающей среды" и особенности правового режима природных ресурсов.
курсовая работа [27,7 K], добавлен 12.02.2014
