Лекция №15 Рациональное природопользование Файл
реклама
Рациональное природопользование и инженерная защита окружающей среды 1. Классификация природных ресурсов Природными ресурсами называют природные объекты, условия и явления, которые человек использует для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей. Известно несколько классификаций природных ресурсов. По источникам происхождения ресурсы подразделяют на: 1) биологические – все живые компоненты биосферы (растения, животные и т.п.). Ведущим принципом рационального использования биологических ресурсов является «охрана через разумную эксплуатацию»; 2) минеральные – пригодные для использования вещественные составляющие литосферы, используемые как минеральное сырьё или источник энергии. Минеральные ресурсы могут быть рудными, если из них извлекают металлы, и нерудными, если их используют для получения неметаллов или как строительные материалы. Минеральные ресурсы, используемые как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия), называют топливно-энергетическими. 3) энергетическими ресурсами называют совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических, топливно-энергетических, термальных и других источников энергии. По использованию в производстве различают: 1) земельный фонд – все земли сельскохозяйственного назначения, земли населённых пунктов, земли несельскохозяйственного назначения (промышленности, транспорта, горных выработок и т.п.); 2) лесной фонд – часть земельного фонда, на которой произрастает или может произрастать лес; 3) водные ресурсы – количество подземных и поверхностных вод, которые могут быть использованы для различных целей в хозяйстве; 4) гидроэнергетические ресурсы – реки, прибрежная часть морей и океанов, являющиеся источником получения энергии (ГЭС, приливные станции); 5) ресурсы фауны – обитатели вод, лесов, отмелей, которые человек может использовать, не нарушая экологическое равновесие природных экосистем; 6) полезные ископаемые – рудные и нерудные, топливно-энергетические ресурсы, природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в хозяйстве, а скопление полезных ископаемых образует месторождения, запасы которых должны иметь промышленное значение. По степени истощаемости природные ресурсы делят на: 1) неисчерпаемые ресурсы – солнечная энергия, энергия ветров, приливов, то есть те ресурсы, которые существуют, пока светит Солнце, в неограниченном количестве. Вода и воздух можно отнести к неисчерпаемым ресурсам лишь количественно, а качественно они могут быть настолько загрязнены в результате антропогенной деятельности, что станут непригодными для использования; 2) исчерпаемые ресурсы имеют количественные ограничения, но часть их может возобновляться – такие ресурсы называются возобновимыми, к ним относят воздух, воду, растительные и животные ресурсы. Почвы относят к частично возобновимым ресурсам, так как скорость их восстановления мала по сравнению с темпами использования. Невозобновимыми ресурсами называют нефть, уголь, газ, чёрные и цветные руды. Все эти ресурсы имеют ограниченный запас в биосфере и не восстанавливаются. По степени технической и экономической доступности и форме использования выделяют потенциальные и реальные ресурсы. Реальные ресурсы в настоящее время вовлечены человеком в сферу производственной деятельности и уже используются. К потенциальным ресурсам относят месторождения полезных ископаемых, находящиеся в труднодоступных местах, альтернативные источники энергии, использование которых связано с большими материальными затратами и техническими сложностями. По мере развития техники и технологий использование потенциальных ресурсов возможно в будущем. По источникам и местоположению такие природные ресурсы, как нефть, уголь, природный газ, торф, сланцы относятся к депонированным энергетическим ресурсам. Солнечная энергия, космическая энергия, энергия морских приливов и отливов, геотермальная, гравитационная энергия, атмосферное электричество, Земной магнетизм, энергия химических реакций и естественного атомного распада, а также биоэнергия относятся к энергетическим ресурсам, участвующим в постоянном обороте и потоке энергии. К искусственно активированным источниками энергии относят атомную и термоядерную энергию. По этой классификации выделяют также атмосферные газовые ресурсы, водные ресурсы, ресурсы литосферы, растенийпродуцентов, консументов, редуцентов, климатические ресурсы, познавательно-информационные ресурсы и ресурсы пространства и времени. В зависимости от экономической целесообразности замены все ресурсы подразделяют на заменимые и незаменимые. В качестве ресурсов могут быть использованы и отходы производства и потребления. Исходя из возможного использования, отходы могут быть возвратными (то есть повторно использованы в производстве в качестве вторичного сырья) и безвозвратными (повторно использованы быть не могут). Возвращение расходных и вспомогательных материалов и веществ в ресурсный цикл для повторного использования называется рециклингом. Принятие наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода называется оптимизацией природопользования. 2. Рациональное и нерациональное природопользования Природопользование – общественно-производственная деятельность, направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий. Природопользование, согласно классификации Н.Ф. Реймерса, включает в себя: 1) охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку; 2) использование и охрану природных условий среды жизни человека; 3) сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем; 4) регуляцию воспроизводства человека и численности людей. Природопользование может быть рациональным и нерациональным. Нерациональное природопользование не обеспечивает сохранение ресурсного потенциала, ведет к оскудению и ухудшению качества природной среды, сопровождается загрязнением и истощением природных систем, нарушением экологического равновесия и разрушением экосистем. Рациональное природопользование означает комплексное научно обоснованное использование природных богатств, при котором достигается максимально возможное сохранение природно-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению. Рациональное природопользование, с одной стороны, должно обеспечить такое состояние окружающей среды, при котором она смогла бы удовлетворить наряду с материальными потребностями запросы эстетики и отдыха. С другой стороны, рациональное природопользование должно обеспечить возможность непрерывного получения урожая полезных растений, производства животных, различных материалов путем сбалансированного цикла использования и возобновления. Согласно закону Российской Федерации об охране окружающей среды, основными принципами охраны окружающей среды являются: 1) приоритет охраны жизни и здоровья человека; 2) научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов; 3) рациональное и неистощительное использование природных ресурсов; 4) платность природопользования; 5) соблюдение требований природоохранительного законодательства, неотвратимость ответственности за его нарушение; 6) гласность в работе экологических организаций, тесная связь их с общественными объединениями и населением в решении природоохранных задач; 7) международное сотрудничество в области охраны окружающей среды. Для реализации перечисленных принципов необходимо: 1) создание экологически чистых технологий, внедрение безотходных, малоотходных, ресурсосберегающих производств; 2) развитие и совершенствование экономического механизма природопользования; 3) применение мер административной и юридической ответственности за экологические правонарушения; 4) эколого-просветительская деятельность; 5) гармонизация экологических международных отношений. 3. Государственные кадастры. Особо охраняемые природные территории Для учета природных ресурсов создана система кадастров. Кадастр – это систематизированный свод сведений, содержащий качественную и количественную характеристику какого-либо вида природного ресурса с его экологосоциально-экономической оценкой. Различают земельный, водный, лесной кадастры, кадастр недр, животного мира, медико-биологический, промысловый и др. В настоящее время в отдельных регионах ведется работа по созданию кадастра промышленных отходов. Кадастры составляют специально уполномоченные органы Министерства природных ресурсов для учета природных ресурсов, рационального их использования, для дифференциации платы за ресурсы. С целью сохранения биологического разнообразия, охраны биотических сообществ, природных экосистем создана государственная система особо охраняемых природных территорий. Размеры особо охраняемых природных территорий устанавливаются в зависимости от ареала охраняемых видов. Согласно закону «Об особо охраняемых природных территориях», принятому в 1995 году, особо охраняемые природные территории (ООПТ) – это участки суши или водной поверхности, которые в силу своего природоохранного и иного значения, полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны. Они предназначены для поддержания экологического баланса, сохранения генетического разнообразия природных ресурсов, наиболее полного отражения биогенетического разнообразия биомов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них антропогенных факторов. Различают следующие основные категории ООПТ: 1) государственные природные заповедники, в том числе биосферные; 2) национальные парки; 3) природные парки; 4) государственные природные заказники; 5) памятники природы; 6) дендрологические парки и ботанические сады. Государственные природные заповедники – участки территории, которые полностью изъяты из обычного хозяйственного использования, на которые не оказывалось антропогенное воздействие, что позволяет наблюдать эволюцию естественных экосистем, сохранять природные комплексы в естественном состоянии. Государственные заповедники – это «эталоны» природы, условий, необходимых для сохранения и развития всех видов животных и растений. На территории заповедников разрешена только научно-исследовательская, охранительная и культурно-просветительская деятельность. В состав государственных природных заповедников входят биосферные заповедники, которые используются в качестве эталона при проведении фонового мониторинга, для изучения естественных биосферных процессов. В рам- ках биосферных заповедников осуществляются демонстрационные проекты, образовательные программы в области охраны окружающей среды, научные исследования. Первый государственный заповедник на территории России был создан в Забайкалье – это Баргузинский заповедник. Он был создан в 1916 году для сохранения популяции соболя, позже стал комплексным, а в 1986 году получил статус биосферного заповедника. Одним из самых небольших по территории является Приокско-Террасный заповедник, расположенный на левом берегу Оки в Серпуховском районе Московской области. Он был создан в 1945 году для сохранения популяции зубров, а в настоящее время на базе этого заповедника создан центр для разведения редких видов журавлей. Природные национальные парки – это относительно большие природные территории и акватории, где обеспечивается поддержание экологического баланса и сохранение природных экосистем, осуществляется регулируемый туризм и отдых людей, а также ведутся научные исследования по разработке и внедрению методов сохранения природного комплекса в условиях массового допуска посетителей. На территории природных национальных парков есть как полностью заповедные территории, так и участки, куда допускаются посетители. Самые известные в России национальные парки: «Лосиный остров» в Москве, «Сочинский», «Приэльбрусье», «Валдайский» и другие. Территории государственных природных заповедников и национальных парков относятся к особо охраняемым территориям федерального значения. Природные парки – территории, отличающиеся особой экологической и эстетической ценностью, с относительно мягким охранным режимом и используемые преимущественно для организованного отдыха населения. Государственные заказники – территории, созданные на определенный срок (в ряде случаев – постоянно) для сохранения или восстановления природных комплексов или их компонентов и поддержания экологического баланса. В заказниках отдельные виды животных или растений находятся под охраной при ограниченном использовании других видов. Памятники природы – это уникальные, невоспроизводимые природные объекты, имеющие научную, экологическую, культурную и эстетическую ценность. Это могут быть пещеры, отдельные валуны, скалы, водопады, вековые деревья. Иногда для сохранения уникальных памятников природы вокруг них создают специальные заповедники (заповедник «Кивач» в Карелии создан для сохранения уникального каскадного водопада). Дендрологические парки и ботанические сады – коллекции деревьев и кустарников, созданные человеком с целью сохранения биоразнообразия и обогащения растительного мира, а также в научных, учебных и культурнопросветительских целях. В дендрологических парках и ботанических садах проводят работы по интродукции и акклиматизации новых для данного региона растений. Редкие и исчезающие виды животных и растений, а также виды, находящиеся под угрозой уничтожения, занесены в Красную книгу и должны быть изъяты из хозяйственной эксплуатации. В Омской области к государственным природным заказникам относятся охотничий заказник "Баировский", «Степной». Особо охраняемые природные территории регионального значения природный парк «Птичья гавань», «Областной дендрологический сад», Дендропарк имени П.С. Комиссарова» «Берег Черского». К государственным заказникам регионального значения относятся «Пойма Любинская», «Пеликаньи острова», «Лесостепной», «Озеро Эбейты», «Лузинская дача», «Высокий Увал», «Аллапы» и другие. 4. Экозащитная техника и технологии Основными направлениями инженерной защиты окружающей природной среды от негативного антропогенного воздействия являются: 1) внедрение ресурсосберегающих, безотходных и малоотходных технологий; 2) развитие биотехнологий; 3) утилизация и детоксикация отходов; 4) экологизация всего производства, приближающая производственные циклы к природным биогеохимическим круговоротам. Ресурсосберегающие технологии позволяют наиболее полно использовать перерабатываемое сырье, минимизировать количество образующихся при этом отходов. Предлагаются следующие мероприятия, позволяющие снизить количество отходов: 1) внедрение бессточных технологий, водооборотных систем, основанных на очистке и повторном использовании сточных вод; 2) переработка отходов производства во вторичные ресурсы; 3) создание новых технологий, позволяющих выпускать продукцию с учетом её переработки и повторного использования. Повторная, иногда многократная переработка образовавшихся отходов называется реутилизацией; 4) создание принципиально новых технологий, позволяющих исключить или значительно сократить стадии, на которых происходит образование отходов. Создание новых технологий требует времени и больших материальных затрат, поэтому на современных предприятиях для защиты окружающей среды от вредных веществ используются различные методы очистки. Для очистки газовых выбросов от аэрозолей и пыли применяют сухие и мокрые пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся пылеосадительные камеры и циклоны. В пылеосадительных камерах удаление частиц происходит под действием сил инерции и тяжести, а в циклонах – под действием центробежных сил и сил тяжести. Эти аппараты предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжёлой пыли. Эффективность сухих пылеуловителей составляет 90 – 95 %. Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные очистители, газопромыватели) обеспечивают очистку газов от частиц размером более 2 мкм на 99 %. Они требуют подачи воды, удаление пылевых частиц происходит в результате осаждения пылинок на поверхности воды под действием сил инерции и броуновского движения. Такие аппараты незаменимы для очистки от пыли взрывоопасных и горячих газов. Недостатком мокрых пылеуловителей является большой расход воды и образование большого объёма сточных вод. Для более тонкой очистки используют фильтры (тканевые, зернистые), которые способны задерживать частицы размером до 0,05 мкм. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из термостойких синтетических волокон и металлических нитей. Наиболее совершенным способом очистки от пыли и мелких частиц являются электрофильтры. Они позволяют улавливать частицы размером до 0,01 мкм. Принцип работы электрофильтров состоит в ионизации пылевых частиц у поверхности коронирующего электрода, в результате чего пылинки приобретают заряд и притягиваются к противоположно заряженному осадительному электроду. При встряхивании электрода пыль под действием силы тяжести падает в пылесборник. Основной недостаток электрофильтров – высокий расход электроэнергии. Для очистки выбросов от токсичных паров и газов применяют каталитические, абсорбционные и адсорбционные методы. Каталитические методы основаны на использовании катализаторов – веществ, которые ускоряют реакцию превращения токсичного компонента в безвредное вещество (например, катализатор дожига отработавших газов в автомобиле). Абсорбционные методы основаны на пропускании газового потока через жидкость (воду, раствор соды, извести, аммиака). Токсичные компоненты либо растворяются в воде, либо вступают в химическую реакцию с растворённым поглотителем, образуют малорастворимое соединение и оседают. Абсорбционные методы эффективно использовать при высокой концентрации токсичных компонентов в газе. При незначительной концентрации токсичных компонентов эффективнее использовать адсорбционные методы. Эти методы основаны на удерживании токсичных компонентов на поверхности ультрапористых твердых веществ (активированный уголь, силикагель, алюмогель). Адсорбционные методы позволяют не только очистить воздух от токсичных компонентов, но и вернуть в производство ценные вещества. Если в выбросах содержатся вредные вещества, состоящие только из углерода, водорода, кислорода (например, в выбросах нефтеперерабатывающих производств), применяют термический метод, то есть вредные вещества сжигают, в атмосферу при этом попадают только углекислый газ и пары воды. Для очистки сточных вод применяют механические, физико-химические, химические и биологические методы. При механической очистке нерастворимые в воде загрязняющие вещества удаляют при помощи отстаивания, фильтрования, процеживания. Эти методы позволяют удалить до 90 % нерастворимых примесей из промышленных стоков и до 60 % примесей – из бытовых сточных вод. Аппараты для механической очистки – это решётки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники, масло- и нефтеловушки. Химические и физико-химические методы применяют для очистки производственных сточных вод, особенно при организации системы замкнутого водооборотного водоснабжения. К химическим методам относят нейтрализацию, осаждение и окисление. Для нейтрализации кислых и щелочных стоков производят их смешивание (при наличии стоков с различной кислотностью), а также добавляют специальные реагенты: известь, кальциинированную соду, аммиак. Для осаждения ионов металлов добавляют известь. Для удаления из сточных вод токсичных компонентов, а также для обеззараживания воды используют сильные окислители: соединения хлора (гипохлорит натрия, хлорная известь, хлорамин), озон, перекись водорода, перманганат калия. К физико-химическим методам относится коагуляция, сорбция, флотация, ионный обмен, мембранные технологии. Коагуляция применяется для осаждения из сточных вод тонкодисперсных (коллоидных) примесей, которые не удается удалить с помощью обычных фильтров. Для этого в воду добавляют специальные вещества – коагулянты (сульфат алюминия, хлорид железа и др.), а также флокулянты, что способствует слипанию мелких частиц в крупные хлопья, которые быстро оседают и легко удаляются. Одним из наиболее эффективных методов очистки воды от растворимых загрязнителей является адсорбция. Ультрапористые вещества, имеющие высокую удельную поверхность, способны за счет избыточной поверхностной энергии поглощать из сточных вод растворённые вещества и удерживать их на поверхности. Такие вещества называются адсорбентами, в качестве адсорбентов используют активированный уголь, бентонитовые глины, цеолиты, силикагель и т.п. Достоинства сорбционных методов еще и в том, что с их помощью можно извлечь из сточных вод ценные компоненты и вернуть их в производство. Флотация – метод удаления загрязнений за счет пропускания через сточную воду пузырьков воздуха, захватывающих при движении вверх поверхностно-активные вещества, нефть, масла. Образующаяся на поверхности пена легко удаляется. Метод ионного обмена используется для извлечения из воды ионов металлов, для обессоливания воды. Мембранные технологии (обратный осмос, ультрафильтрация) используют для удаления растворенных в воде высокомолекулярных соединений. Этот метод достаточно длительный. Для улавливания летучих органических загрязнений с водяным паром используют пароциркуляционные установки. Для очистки коммунально-бытовых промышленных стоков целлюлознобумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий используют биологический метод очистки сточных вод. Метод основан на способности определенных штаммов микроорганизмов использовать органические загрязнители как источник питательных веществ. Биологическая очистка может проводиться как с помощью естественных методов на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах, гидроботанических площадках, так и искусственными методами в специальных аппаратах: аэротенках, метатенках, биофильтрах и т.п. Биологические технологии применяют и для переработки твердых бытовых отходов (ТБО). Так, современная биотехнология переработки ТБО с получением биогаза основана на анаэробной деструкции отходов микроорганизмами. Переработка ТБО с получением компоста основана на аэробном окислении. Для снижения количества пестицидов, применяемых для борьбы с вредителями, предлагается использовать живые организмы – такой метод защиты растений называется биологическим. Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного влияния необходимо использовать следующие меры: - экологизацию технологических процессов; - очистку газовых выбросов от вредных примесей; - рассеивание газовых выбросов в атмосфере; - устройство санитарно-защитных зон; - архитектурно-планировочные решения и т.п. Экологизация технологических процессов – самая действенная, но достаточно дорогая мера охраны воздушного бассейна от загрязнения. К таким мероприятиям относится создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ. Это и создание непрерывных технологических процессов, замена местных котельных установок на централизованное отопление, предварительное очищение сырья от вредных примесей, замена угля и мазута на природный газ, применение гидрообеспыливания и т.п. Так как транспорт становится одним из главных источников загрязнения атмосферы, стоит задача перевода автомобилей на более экологичное топливо. Идеальным топливом (в плане выбросов) является водород, так как при сгорании он образует только пары воды. Такой метод защиты атмосферы как рассеивание газовых выбросов достаточно часто встречается, но имеет лишь временный характер. Увеличение высоты дымовых труб позволяет увеличить площадь рассеянных выбросов, то есть концентрация токсичных компонентов при этом уменьшается, но будет загрязняться большая территория. Санитарно-защитная зона – это полоса, отделяющая источники промышленных выбросов от жилых и общественных зданий для защиты населения от влияния вредных производственных факторов. Ширина СЗЗ зависит от класса опасности производства, она варьируется от 2000 до 50 м. СЗЗ должна быть благоустроена и озеленена, так как деревья способствуют улавливанию пыли и газов из атмосферы. Архитектурно-планировочные мероприятия включают правильное взаимное размещение источников выбросов и населённых мест с учётом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход населённых пунктов и т.п. Экологическая защита почв от прогрессирующей деградации включает мероприятия по борьбе с засолением и эрозией. Основными агротехническими мероприятиями, направленными на защиту почв от эрозии, проводимых во всех зонах и при любых природно-экономических условиях, относятся приёмы почвозащитной обработки и фито-мелиорация. Это почвозащитные севообороты контурная система выращивания сельскохозяйственных культур, задерживающая водосток, полосное земледелие, бесплужные системы обработки почв (применение культиваторов, плоскорезов). Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь комплекс противоэрозионных мероприятий: агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических. Гидротехнические мероприятия останавливают развитие эрозии сразу же после их устройства, агротехнические – через несколько лет, а лесомелиоративные – через 10 – 20 лет после их внедрения. При проведении строительных работ для сохранения плодородного слоя почвы рекомендуется снятие верхнего слоя и складирование его в буртах таким образом, чтобы предотвратить его размывание осадками и разнос ветром. Серьёзным фактором, ведущим к загрязнению почв, является образование свалок бытовых отходов. Это приводит к загрязнению грунтовых вод, а также к образованию метана при разложении органических остатков. Для снижения негативного влияния этого фактора необходимо снижать количество образующихся отходов, производить их сортировку, по возможности использовать отходы как вторичные ресурсы. Ту часть отходов, которая не может быть использована, следует утилизировать на специальных полигонах твердых отходов, где предусмотрена защита грунтовых вод от загрязнения, а образующийся метан собирают для дальнейшего использования в качестве топлива.
