1. Общая характеристика взаимоотношений Человека и Природы, их эволюция после начала «промышленной революции» (1750-2000 г)
| Вид материала | Документы |
- Итоги развития советской психологии в предвоенные годы (в конце 30-х гг.) 13 Общая, 1927.8kb.
- Эрик хобсбаум. Век революции. Европа 1789-1848, 5544.43kb.
- Философские аспекты взаимоотношений человека и природы в условиях глобального экологического, 317.37kb.
- 1 Экологическая доктрина Российской Федерации, 739.58kb.
- Экологическая доктрина российской федерации, 271.42kb.
- Власть и мусульмане среднего поволжья: эволюция взаимоотношений. 1945 2000, 896.56kb.
- Преподаватель Титов Владимир Николаевич, 65.81kb.
- Колониальная политика Англии после буржуазной революции, 66.65kb.
- А. В. Чудинов 200 лет Великой французской революции, 301.1kb.
- Общая характеристика работы актуальность темы исследования, 1181.69kb.
♦ применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения;
♦ предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников;
♦ очистку сточных вод.
Водообеспечение потребителей воды может быть прямоточным, последовательным и оборотным. При прямоточном водоснабжении вся забираемая вода за исключением безвозвратных потерь (испарение, пролив, включение в продукцию) после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах.
Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды и сведения к минимуму сброса стоков в водоемы — внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Оборотную воду используют в теплообменных аппаратах для отведения избыточного тепла, для промывки деталей, изделий, а также в качестве растворителя или реакционной среды.
В зависимости от целевого назначения оборотного водоснабжения возможны схемы с охлаждением, с очисткой оборотной воды и комбинированные схемы с одновременной очисткой и охлаждением воды.
Для предотвращения коррозии, биологического обрастания трубопроводов и аппаратуры часть оборотной воды выводят из системы, добавляя свежую воду из водоема или очищенные сточные воды (продувочная вода). Кроме того, некоторая часть воды теряется на охладительных установках — градирнях (испарение с поверхности, разбрызгивание). Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов и подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5-10% от ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в промышленных производствах в 10-50 раз.
В замкнутой (бессточной) системе вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Замкнутые системы технически сложнее, но они в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства. Их следует вводить на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях.
Замкнутая система водоснабжения обеспечивает экономию свежей воды во всех производствах, максимальную рекуперацию сточных вод и практически исключает загрязнение окружающей среды.
Различные методы очистки сточных вод (рис. 10.8) подразделяют на рекуперационные и деструктивные. Первые предусматривают извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и дальнейшую их переработку. При деструктивных методах очистки загрязнители разрушаются путем окисления или восстановления с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков. Механическая очистка служит предварительным этапом очистки производственных сточных вод. Удаление взвешенных примесей достигается отстаиванием, фильтрованием или циклонированием. Отстаивание производят в отстойниках (рис. 10.9, А), песколовках, осветлителях различных конструкций. При отстаивании отделяются и осадки, и всплывшие примеси — жиры, масла, нефтепродукты, которые удаляют с помощью нефтеловушек. Для интенсификации осаждения взвешенных частиц вода подвергается действию центробежной силы в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Конструктивная схема гидроциклона (рис. 10.9, Б) аналогична схеме циклона для очистки газов.
Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных примесей твердых или жидких веществ. Распространены два основных типа фильтров: зернистые я микрофидьтры. В зернистых фильтрах воду пропускают через насадки из несвязных пористых материалов (антрацит, песок, мраморная крошка и др.). Фильтрующие элементы микрофильтров изготавливают из сеток с ячейками размером от 40 до 70 мкм и из сплошных пористых материалов. Для очистки сточных вод от масло-продуктов широко используют пенополиуретан, который обладает большой маслопоглотительной способностью.
Химическую очистку используют для удаления растворимых примесей из сточных вод перед спуском их в водоем или городскую канализацию, иногда до или после биологической очистки, а также в замкнутых системах водоснабжения. Основные методы химической очистки: нейтрализация, окисление и восстановление. Нейтрализации подвергают сточные воды, содержащие кислоты или щелочи с целью приведения реакции среды близкой к нейтральной (рН = 6,5 - 8,0). Нейтрализацию проводят смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы. Осваивается способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО2 , SО2 , NO2 , что позволяет одновременно проводить эффективную очистку от вредных компонентов и самих газовых выбросов.
Окисление применяют для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.), извлечение которых нецелесообразно либо невозможно другими способами. В качестве окислителей при очистке сточных вод используют газообразный и сжиженный хлор, кислород воздуха, озон и другие реагенты. Озон, являясь сильным окислителем, способен разрушать в водных растворах органические вещества и другие примеси. Озонирование применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов, фенола, сероводорода, цианидов и других примесей. Одновременно обеспечивается устранение привкусов, запахов, обесцвечивание и обеззараживание воды. К преимуществам озонирования (по сравнению с хлорированием) относится и возможность получения озона непосредственно на очистных сооружениях в озонаторах, где он образуется из кислорода воздуха под действием электрического разряда.
Биологическая очистка сточных вод играет главную роль в освобождении воды от органических и некоторых минеральных загрязнений. Она сходна с природным процессом самоочищения водоемов. Биоочистка осуществляется сообществом организмов, которое состоит из различных бактерий, водорослей, грибков, простейших, червей и др. Процесс очистки основан на способности этих организмов использовать растворенные примеси для питания, роста и размножения.
Под действием микроорганизмов могут протекать два процесса — окислительный (аэробный) и восстановительный (анаэробный). В аэробных процессах микроорганизмы, культивирующиеся в активном иле либо в биопленке, используют растворенный в воде кислород. Для их жизнедеятельности необходимы постоянный приток кислорода и температура 20-30"С. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода, основной процесс здесь — сбраживание ила. Эти методы применяют для очистки от органики сильно концентрированных сточных вод и для обезвреживания осадков,
Биологическая очистка сточных вод может проходить в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах) и в искусственных сооружениях — аэротенках и биофильтрах разной конструкции. Биологическую очистку производственных сточных, вод проводят обычно .в искусственных условиях, где процессы очистки протекают с большей скоростью.
Аэротенк представляет собой разделенный перегородками на отдельные коридоры железобетонный резервуар, который оборудован устройствами для принудительной аэрации. Процесс очистки в аэротенке идет по мере пропускания через него аэририруемой смеси сточной: воды и активного ила, состоящего из живых организмов и твердого субстрата (отмершей части водорослей и различных твердых остатков). За несколько часов основная масса органики перерабатывается. Из аэротенка смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник. Осевший на дно активный ил отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Избыток его направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк.
В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой кусковой загрузки, в качестве которой используют щебень, гравий, .шлак, керамзит, пластмассу, металлическую сетку и другие материалы, на поверхности которых образуется биологическая пленка, выполняющая те. же функции, что и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах. Окислительная мощность биофильтров увеличивается при подаче в них сжатого воздуха в направлении, противоположном фильтрованию.
В процессе биологической очистки сточных вод образуется большая масса осадков, которые необходимо утилизировать либо обезвредить и изолировать. С этой целью применяют уплотнение активного ила, обезвоживание, термическую обработку и другие операции. После обезвреживания осадки можно использовать в качестве органо-минеральных удобрений или компонента некоторых материалов. При внесении обработанного ила на поля существуют количественные ограничения, обусловленные присутствием в иле токсичных ионов металлов и следовых количеств токсичных органических соединении. Разработаны технологии рекуперации активного ила, с помощью которых получают белково-витаминные продукты, кормовые дрожжи и технические витамины для комбикормовой промышленности.
Эффективная очистка промышленных и коммунально-бытовых сточных вод представляет одну из наиболее актуальных инженерно-экологических проблем. Она усложняется использованием общих систем канализации для бытовых и промышленных стоков, широким применением гидросмыва экскрементов человека и животных, смешиванием продуктов их жизнедеятельности с растворами стиральных порошков, шампуней и других СПАВ; Даже при очистке сточных вод биологическим методом из них извлекается не более 90% органических веществ и всего лишь 10-40% неорганических соединений.
Существующие процессы биологической очистки сточных вол позволяют разрушать только относительно простые органические соединения, степень очистки от неорганических и сложных органических веществ гораздо ниже. Это приводит к необходимости получения новых штаммов микроорганизмов, пригодных для очистки специальных промышленных стоков: Уже есть множество примеров использования селекционированных штаммов для улучшения очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, фенолы, цианиды и другие токсичные загрязнители.
Физико-химические методы используют для глубокой очистки сточных вод, удаления из них тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких) и растворимых примесей. По сравнению с другими методами очистки они имеют ряд преимуществ и область их применения в последние годы постоянно расширяется. К этой группе методов относятся: коагуляция, флотация, сорбция, ионный обмен, экстракция, гиперфильтрация, электрохимическая очистка, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация и другие.
К ним примыкают электрохимические методы очистки сточных вод , включающие процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ. Все эти процессы происходит при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимическая очистка позволяет извлекать из сточных вод растворимые и взвешенные примеси без использования химических реагентов, обеспечивает возможность автоматизации технологического процесса очистки, упрощает эксплуатацию очистных сооружений. Основной недостаток электрохимических методов — большое потребление электроэнергии.
При проектировании очистных сооружений промышленных предприятии необходимо выбрать эффективные методы и схемы очистки сточных вод. Наиболее рациональным считается сочетание оборотных систем водоснабжения, методов локальной и общей очистки. Локальная очистка позволяет извлечь из стоков разных производств наиболее ценные компоненты, а также вещества, затрудняющие общую очистку. Воды, очищенные от характерных для данного производства примесей, проходят вторую ступень очистки в общезаводских очистных сооружениях. В общем стоке можно использовать нейтрализующие, коагулирующие и другие свойства, компонентов локальных стоков.
Производственные сточные воды разделяют или объединяют в потоки по преобладающим загрязнителям с учетом мест образования и количества стоков. При отсутствии резко выраженных видов загрязнений все производственные сточные воды объединяют в один поток, устанавливая на входе очистных сооружений специальные емкости — коллекторные усреднители.
Перспективным направлением водообеспечения и зашиты водных объектов от загрязнения является создание межотраслевых водохозяйственных систем, учитывающих взаимосвязанное развитие технологий производства, водопользования, обработки и утилизации отводимых вод (Кухарь и др., 1989). В представленной на рис. 10.10 схеме предусматриваются оборотное и повторное использование вод, локальная и общая очистка стоков на предприятиях промышленности и энергетики. Часть промышленных сточных вод, прошедших локальную очистку, и стоки коммунального хозяйства обрабатываются совместно на централизованных (региональных, городских) очистных сооружениях. Межотраслевые водохозяйственные системы позволяют использовать очищенные бытовые и промышленные сточные воды для орошаемого земледелия, а тепло сбросных вод электроэнергетики — для интенсификации сельскохозяйственного производства (например, обогрева теплиц) и рыбного хозяйства. При этом одновременно решаются и природоохранные проблемы, так как экономятся водные ресурсы, уменьшается сброс сточных вод в водоемы.
37. Недра. Понятие о недрах. Классификация полезных ископаемых. Особенности добычи и использования полезных ископаемых в недрах и Мировом океане. Опасные тенденции возрастания использования минеральных и углеводородных ресурсов.
Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой осуществляется добыча полезных ископаемых.
Полезные ископаемые — горная порода, непосредственно используемая в народном хозяйстве, а также природные минеральные образования, из которых могут быть извлечены минералы, ценные для различных отраслей.
Для основных видов продукции горных предприятий природными ресурсами служат полезные ископаемые, которые делятся на горючие, металлические и неметаллические.
Классификация полезных ископаемых:
топливно-энергетические — нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды и т. д.;
рудные ресурсы — железная и марганцевая руда, бокситы, хромиты, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и т. д.;
природные строительные материалы и нерудные полезные ископаемые — известняк, доломит, глины, песок, мрамор, гранит, яшма, агат, горный хрусталь, фанат, корунд, алмаз и т. д.;
горно-химическое сырье -- апатиты, фосфориты, поваренная, калийная соль, сера, барит, бром и йодсодержащие растворы и т. д.;
гидроминеральные ресурсы — подземные пресные и минерализованные воды;
минеральные ресурсы океана — рудоносные жилы, пласты континентального шельфа и железомарганцевые конкреции на глубинах 3—6 км (считается, что около 70% минеральных ресурсов находится под водой Мирового океана);
минеральные ресурсы морской воды — железо, свинец, уран, золото, натрий, хлор, бром, магний, поваренная соль, марганец.
По характеру воздействия человека на природные ресурсы богатства недр относят к исчерпаемым и невозобновимым. Так, уголь, нефть и природный газ образовались из фотосинтезирующих растений, населяющих землю в древние геологические эпохи (рис. 9.2).
Запасы этих полезных ископаемых ограничены и невозобновляемы.
Продукция рудников и карьеров — природное минеральное сырье, называемое рудой. Руда — горная порода, содержащая металлы и их соединения или неметаллические минералы (асбест, барит, сера, алмазы, слюда и т. д.) в количестве и виде, пригодном для извлечения при современном состоянии техники.
Продукция угольных шахт — уголь, подразделяемый по химическим и технологическим свойствам на бурый, антрацит, каменный, горючие сланцы. Каменные угли делятся на десять марок — классов.
Основная продукция горных предприятий промышленности нерудных материалов: щебень, гравий, песок, песчано-гравийная смесь, бутовый камень.
Обеспеченность зарубежных стран мира разведанными запасами полезных ископаемых (рис. 3.6) и мировые запасы топливно-энергетических ресурсов (табл. 3.3) были рассмотрены нами ранее в главе 3.1.
Из отдельных видов ископаемого топлива наиболее велики в мире запасы угля. По имеющимся оценкам, общие геологические запасы достигают 9— 11 трлн. тонн условного топлива. Разведанные запасы составляют 1,2 трлн. тонн.
Извлекаемые запасы нефти оцениваются в 250—375 млрд. тонн условного топлива. Около 2/3 запасов нефти приходится на Ближний и Средний Восток — Саудовскую Аравию, Кувейт, Абу-Даби, Иран, Ирак. Богаты нефтью США, Россия, Мексика, Венесуэла, Нигерия и некоторые другие страны.
Среди рудных полезных ископаемых большое значение имеет железная руда, общие запасы которой в земной коре достигают 600 млрд. тонн.
Добыча и использование полезных ископаемых.
В общем объеме потребляемых человечеством природных ресурсов более 70 % приходится на ресурсы недр. Из них производится 94 % энергоносителей (моторное топливо, топливо для тепловых и атомных электростанций), свыше 90 % продукции тяжелой индустрии (конструкционных материалов, проката, труб), почти 75 % строительных материалов, 60 % удобрений и 50 % товаров народного потребления непищевого назначения. Минеральные ресурсы занимают важное значение в пищевом потреблении, на их основе изготовляют лекарственные препараты.
Подземные артезианские воды, значительная часть которых минерализована, широко используются как в бальнеологических целях, так и для питьевого водоснабжения. Минеральные грязи, термальные водные источники являются прекрасным средством для лечения различных заболеваний.
Недра служат также и для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых, — размещения зданий и сооружений, транспортных коммуникаций, хранилищ, сложных инфраструктурных объектов и т.д.
Минералы (минеральные ресурсы) могут использоваться непосредственно, например мрамор, или из них извлекаются соответствующие химические соединения, например железо из железной руды.
Использование химических элементов, содержащихся в минералах, воде и воздухе, в ходе истории постепенно увеличивается. Подсчитано, что в древности находило применение лишь 18 элементов, в XVIII в. — 29, XIX в. — 62. В конце XX в. в горнопромышленном производстве использовалось свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Анализ динамики добычи полезных ископаемых в XX столетии показывает общую тенденцию — прогрессирующий рост объема добычи. В каждом двадцатилетии темпы роста каждого полезного ископаемого постоянно возрастали. Если в первой половине века общий рост добычи приводит к се двукратному увеличению в суммарном измерении сначала за 50 лет, а затем за 40 лет, то во второй половине XX в. зги сроки сокращаются до 14—18 лет. По природному газу и редким металлам двукратное увеличение суммарных объемов добычи происходит еще более высокими темпами — за 8—10 лет. Научно-техническая революция, начало которой приходится на вторую половину текущего столетия, наглядно стимулировала стремительный рост добычи минерального сырья и энергоносителей. В период с 1961 по 1980 гг. из недр планеты было извлечено свыше 40% всего количества добытого с начала столетия угля, около 55% железной руды, более 73% всей нефти, свыше 77% природного газа, 64% калийных солей, 66% фосфатов, почти 80% бокситного сырья.
С 1950 по 1980 гг. в капиталистических и развивающихся странах добыча свинца увеличилась в 1,7 раза, цинка — в 2,4, меди — в 2,8,
вольфрама—в 3,3, никеля — в 4,6, молибдена и калийных солей — в 6,8, фосфатных руд — в 5, бокситов — в 11 раз.
'Важным источником минеральных ресурсов является океан. В конце XX — начале XXI столетия во всем мире треть поваренной соли получают из морской воды. Помимо поваренной соли, из морской воды добывают бром, магний и другие элементы. Например, около 99% брома сконцентрировано в морской воде. Разработана технология прямого осаждения брома непосредственно из морской воды без предварительного его концентрирования.
В морской воде содержится примерно 0,13% магния, и, несмотря на такую низкую концентрацию в некоторых странах, таких, как США, магний добывают главным образом из морской воды.
В морской воде находится свыше 60 химических элементов, и хотя большинство из них в очень малых концентрациях, уже ставятся эксперименты по извлечению из морской воды золота, урана и других рассеянных элементов. Обнаружено, что живые организмы способны концентрировать разные вещества, растворенные в воде (табл. 9.1).
процесса поглощения организмами отдельных элементов в будущем позволит извлекать из морской воды медь, ванадий, олово, серебро, другие металлы.
Минеральное сырье добывается также на морских побережьях, в зоне шельфа, а также со дна океана. В будущем морское дно, вероятно, будет служить основным источником песка и гравия для строительной промышленности прибрежных областей.
Под морской водой в глубинах шельфа во многих местах найдены запасы нефти. Добыча ведется около берегов Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Каспийском море и т. д.
В бывшем Советском Союзе в первой половине XX в. закладывались основы развития минерально-сырьевой базы, и во второй половине началось ее промышленное освоение. Если население страны с 1950 по 1980 гг. увеличилось на 48%, то за этот период добыча природного газа увеличилась в 74 раза, добыча калийных солей — в 16 раз, выработка электрической энергии возросла в 14 раз, добыча фосфатного сырья — в 10 раз, производство товарной железной руды увеличилось в 6,1 раза и добыча угля — в 2,6 раза. За этот период производство крупнотоннажных минеральных строительных материалов возросло не менее чем в 30 раз.
В Российской Федерации наряду с хорошо известными горнопромышленными районами, такими, как Урал, Урало-Волжская нефтегазоносная провинция, Хибины, Норильск, за последние 30 лет на карте страны возникли нефтегазовые промыслы в Западной Сибири, создан крупнейший газохимический комплекс на базе Оренбургского газоконденсатного месторождения, развернулась добыча угля в Канско-Ачинском, Южно-Якутском бассейнах, ведется добыча цветных металлов в Сибири, на Дальнем Востоке, в зоне Байкало-Амурской магистрали. Идет добыча алмазов в Якутии.
Осваиваются золото-серебрянные месторождения Охотско-Чукотского вулканического пояса, предсказан-ные еще в 1933 году российским геологом Ю.А. Билибиным.
Рудное поле Дукатского золото-серебрянного месторождения -одно из крупнейших в мире.
Если достигнутые темпы роста добычи полезных ископаемых останутся неизменными, то за период с 1981 по 2000 гг. из недр нашей планеты будет извлечено 74 миллиарда тонн каменного и бурого угля. Это составит 34,3% от ожидаемого производства угля за все столетие.
Всего за XX век добыто свыше 215 миллиардов тонн угля. В последнем двадцатилетии XX в. составляет 60 млрд. тонн, половину всей добычи нефти за столетие. Суммарная добыча природного газа за данный период оценивается в 33 миллиарда кубических метров, что составляет 55% всей добычи этого полезного ископаемого за век. Если открытие новых месторождений природного газа, в конечном счете, приведет к увеличению его сегодняшних мировых запасов в 4 раза, современный уровень потребления этого вида топлива сможет оставаться устойчивым до 2230 года (рис. 9.6).
Однако истощение запасов нефти наряду с экологическими проблемами, связанными с использованием угля, может переориентировать мир на потребление газа. Если бы потребление газа продолжало расти с нынешними темпами, составляющими 3,5 % в год, то запасы, в 4 раза превышающие известные сегодня, могли бы быть исчерпаны к 2054 году.
Производство урана с 1981 по 2000 гг. превышает 950 тысяч тонн, что составляет 60% вековой добычи. По прогнозам, суммарное производство энергоносителей в 2000 году достигло примерно 16 миллиардов тонн условного топлива, что в 1,5 раза больше, чем в 1980 году.
В 90-х годах XX в. предстояло извлечь из недр 18 миллиардов тонн железной руды, или 40,3% вековой добычи. Добыча бокситного сырья составит соответственно 1600 миллионов тонн (50% вековой добычи). В текущем двадцатилетии ожидается, что в мире будет добыто 38% меди, 39,3% цинка, 47,6% никеля, 42,2% вольфрама, 52,6% вековой добычи молибдена. За этот период ожидается добыть из недр планеты 2300 миллионов тонн фосфатных руд, что составит 55% добычи за весь век. Добыча калийных солей настолько возрастет, что составит 69,2% векового производства этого полезного ископаемого.
Доля России в мировой добыче угля, нефти и газа составляет от 10 до 30 %, по металлам — 10-15 %.
Потребителями полезных ископаемых являются железорудная промышленность, цветная металлургия, угольная промышленности., промышленность горно-химического сырья и строительных материалов.