Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды

Кардинальное решение проблемы охраны окружающей сре­ды состоит в разработке и внедрении экологически безопасных, безотходных технологических процессов и производств. Идеаль­ными в том смысле являются многие природные экосистемы, в которых отходы одних организмов служат средой обитания для других.

Во многих странах сейчас ведутся работы по созданию и использованию экологически чистых источников энергии - солн­ца, ветра, приливов и отливов. В XXI в. на околоземной орбите планируется разместить солнечно-энергетические комплексы, которые будут преобразовывать солнечную энергию в электри­ческую. Это приведет к тому, что ископаемое топливо все боль­ше будет применяться как ценное сырье для химической, нефте­химической и других отраслей промышленности, ибо, как сказал Д.И. Менделеев, использовать его для сжигания - все равно, что отапливаться ассигнациями.

В настоящее время очень важным является вопрос утили­зации отходов, включение их в производство. Например, отходы горных предприятий могут использоваться для получения строи­тельных материалов, в дорожном строительстве, при производ­стве минеральных удобрений. Многие вредные примеси можно не только удалять химическим путем, но и получить на их основе ценное сырье.

В развитых зарубежных странах каждый новый автомобиль примерно на 40% состоит из регенерированного металла, при изготовлении самолетов используется до 60% алюминия, быв­шего в употреблении.

Рациональное использование природных ресурсов и охра­на окружающей среды в настоящее время решаются в двух на­правлениях. Одно из них - разработка и внедрение малоотход­ных и безотходных технологий и процессов, другое - модерни­зация действующих предприятий; замена устаревших процессов новыми; повышение качества очистки газообразных выбросов, сточных вод; внедрение замкнутых производственных циклов («оборотная вода»); увеличение срока службы выпускаемых из­делий за счет уменьшения их коррозии (например, лазерная об­работка металлических деталей); уменьшение расхода металлов при их изготовлении по существующим технологиям, использо­вание новых материалов и т.д.

На предприятиях химической промышленности отходящие газы более чем на 80% очищаются от оксидов азота путем пре­вращения их в азот с помощью различных катализаторов. В про­изводстве азотной кислоты отходящие газы после адсорбцион­ных колонок содержат не более 0,05-0,2 об.% оксидов азота. После применения метода восстановления с помощью природ­ного газа, водорода, аммиака или оксида углерода их содержа­ние в очищенном газе снижается до 0,001 -0,005 об.%, что соот­ветствует их предельно допустимой концентрации (ПДК). Очист­ка отходящих газов от SO2 осуществляется в промышленных условиях по следующей схеме (известняковый процесс):

SO₂ + СаСО₃ + 1/2О₂ = СаSO₄ + CO₂.

Уменьшение выбросов вредных газов ТЭС возможно при замене одного топлива другим. Например, теплоэлектростанция мощностью 1 млн кВт при работе на каменном угле за год вы­брасывает в окружающую среду 11 тыс. т SO2, на природном га­зе - только 20 т.

Следует, однако, отметить, что очистка и утилизация отхо­дящих газов пока еще не везде проводятся на должном уровне. Так, в отходящих газах предприятий черной металлургии и заво­дов по производству минеральных удобрений содержится прак­тически одинаковое количество азота, однако первые обезвре­живаются только на 0,4% NOx, тогда как вторые - более 80%.

Так же обстоит дело с дымовыми газами ТЭС, очистка которых от SO₂ и NOx практически не осуществляется, тогда как на пред­приятиях цветной металлургии утилизируется более 40% SO₂.

Современный уровень технологии очистки сточных вод по­зволяет получить воду практически любой степени чистоты. По­этому можно считать, что загрязнение водоемов происходит по причине не технического, а экономического характера. Чем меньше свежей воды использует предприятие на 1 т продукта, тем экологически совершеннее его система водоснабжения. При этом большое значение имеет кратность (повторность) исполь­зования воды в производстве. Кратность k использования воды можно рассчитать по формуле

k = Vi /Vo,

где Vi - общий объем воды; Vo - объем свежей воды. Для пред­приятий ряда отраслей промышленности в нашей стране k имеет следующие значения: нефтехимическая - 6,96; химическая -4,77; черная металлургия - 4,66; пищевая - 3,07; теплоэнергети­ка - 2,24; легкая промышленность - 1 ,25. Из этих данных видно, что наименее рационально используется вода в теплоэнергетике и в легкой промышленности.

В настоящее время в СНГ в оборотных системах предпри­ятий циркулирует примерно 21 5 км³ воды, что составляет две трети всего объема воды, используемого промышленностью. На одну треть сократился сброс загрязнений в водоемы; количество вредных веществ, выбрасываемых стационарными источниками, уменьшилось на 1 3%. Расход чистой воды на 1 т стали снизился до 45,2 м³ по сравнению с 47,5 м³, а количество сточных вод уменьшилось с 39,6 до 37,1 м³.

Из сточных вод легче всего удаляются органические веще­ства, труднее всего - соли. На крупных очистных сооружениях, действующих в нашей стране, из сточных вод извлекается до 90% соединений органического происхождения, от 20% до 40% неорганических, однако содержание солей при этом в сточных водах не снижается. Для обессоливания используют дистилля­цию, электродиализ, метод обратного осмоса и другие, но наи­лучшие результаты по очистке воды от солей достигаются при последовательном использовании нескольких методов. В по­следние годы для тонкой очистки воды применяют так называемые ядерные фильтры, получаемые при прохождении ускорен­ных частиц через тонкие слои вещества. Полученная таким об­разом вода применяется в микроэлектронике при финишной об­работке микросхем, для изготовления вакцин с повышенной им­мунологической эффективностью, которая достигается благода­ря высокой степени очистки воды от белковых примесей.

Инфекционные бактерии и вирусы, присутствующие в воде, уничтожаются при ее хлорировании:

Cl₂ + H₂O = HCl + HCIO, HCIO = HCl + O.

Атомарный кислород - один из сильнейших окислителей, поэтому он разрушает большинство веществ органического про­исхождения.

Специфические проблемы перед экологией ставит произ­водство синтетических материалов, поскольку синтетические полимеры невозможно уничтожить биологически. Сжигание их увеличивает загрязнение воздушного бассейна. Выход следует искать на пути комплексного использования сырья и утилизации отходов.

Д. И. Менделеев говорил, что в химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье. Самый эффективный путь рациональ­ного использования природных ресурсов - это создание безот­ходных (или малоотходных) производств.

Примером принципиально новых технологических процес­сов в черной металлургии может служить бескоксовый, бездо­менный метод получения железа восстановлением его из руды водородом или конвертированным природным газом. В этом ме­тоде из технологической среды полностью устраняются стадии, наиболее загрязняющие окружающую среду: доменный передел, производство кокса и агломерата. По новому методу более чем в 3 раза, уменьшается потребность в воде, значительно сокраща­ется количество сточных вод, практически полностью исключа­ется загрязнение воздушной атмосферы.

Различные страны мира в неодинаковой мере загрязняют окружающую среду. Например, на долю США приходится 40% от мирового объема промышленных загрязнений. Доля стран СЭВ в загрязнении природной среды составляла в своё время 15% при объеме мировой промышленной продукции 33%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Каковы различия естественных и искусственных источников загрязнения окружающей среды?

2. Назовите основные источники загрязнения атмосферы и гид­росферы.

3. Что означают понятия «предельно допустимые концентра­ции», «биологическая потребность в кислороде», «химическая потребность в кислороде»?

4. Предложите наиболее эффективные способы очистки газо­вых выбросов, сточных вод.

5. Каковы виды воздействия на природную среду?

6. Что такое малоотходные и безотходные технологии? Приве­дите конкретные примеры.

7. Почему состав воздуха на всех высотах одинаков?

8. Каковы основные факторы антропогенного характера?

9. Какие основные химические соединения входят в состав вы­хлопных газов двигателей внутреннего сгорания?

10. Какова классификация аэрозолей?

11. Какие факторы определяют образование смога?

12. Какие химические вещества атмосферы определяют выпадение кислотных дождей? 1 3. На какой высоте находится наибольшее количество озона?

13. В чём состоит защитная функция озона?

14. Какую роль играет азот и его соединения в образовании и разрушении озона?

15. Каково биологическое действие озона?

16. Какие виды человеческой деятельности наиболее опасны для озонового слоя?

17. Приведите основные источники выделения углекислого газа в атмосферу.

18. Приведите типичные загрязнители атмосферы.

19. Каково влияние повышенных шумов на человека?

20. Какие факторы определяют жёсткость природных вод?

21. Чем регулируется рН озёрных и речных вод?

22. Парниковый эффект, его действие на природу.

23. Каково влияние повышения температуры на уровень мирово­го океана?

24. Каковы последствия повышения температуры на Земле для природы и человека?