Современные технологии в экологии

[Введите текст]

Глава 1. Новые технологии безотходного производства

Глава 2. Проблема энергосбережения

Заключение

Эколого-экономический аспект охраны природы стал формироваться относительно недавно и своим возникновением и развитием обусловлен бурным ростом производства и научно-технической революцией.

Первоначально охрана природы развивалась в основном как биологическая область знания, преследующая цель «охранять живую природу».

В период научно-технической революции, когда масштабы преобразовательной деятельности людей неизмеримо выросли, изменения природного равновесия стали сильно отражаться на развитии народного хозяйства (вследствие недостаточного учета экологического фактора), и проблема охраны природы приобрела также большое экономическое значение.

Современные темпы экономического развития обострили проблему ограниченности природных ресурсов, в связи, с чем возникла необходимость учета экологических требований к экономике.

Следует подчеркнуть, что само экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны, оно порождает ряд острых экологических проблем, а с другой — в самом экономическом развитии заложена основа для устранения этих противоречий.

Раскрыть природу этих противоречий — значит понять связь двух систем: общественного производства и окружающей среды.

При этом необходимо помнить, что в системе «экономика — среда» не может быть отдано предпочтение ни экономике перед окружающей средой, ни окружающей среде перед экономикой.

Необходимо обеспечить такое взаимодействие, при котором высокие темпы расширенного воспроизводства, экономического роста и повышения народного благосостояния сочетались бы не только с сохранением, но и непрерывным улучшением и развитием как отдельных компонентов, так и всей окружающей среды.

Цель работы — исследование современных технологий в экологии.

Глава 1. Новые технологии безотходного производства

Современная технико-технологическая база промышленности не позволяет осуществить на промышленных предприятиях глубокую очистку воздуха и воды в виду исключительной дороговизны этих мероприятий. Разработка новых технологических процессов, на основе которых может быть создано безотходное производство, обеспечит не только высокие технико-экономические показатели, но и комплексное использование природных ресурсов. Однако по техническим и экономическим причинам переход к безотходной технологии сразу осуществить невозможно.

Реальный путь экологизации технологии — это постепенный переход сначала к малоотходным, а затем — к безотходным замкнутым циклам. Тем самым могут быть достигнуты рациональное природопользование и охрана окружающей среды.

Понятие «полностью безотходная технология» условное, так как ни одно производство невозможно без отходов. Даже природные круговые процессы сопровождаются образованием отходов. Малоотходные и безотходные технологические процессы и системы должны функционировать таким образом, чтобы не нарушать естественного хода процессов, протекающих в природе.

Разработаны следующие рекомендации по созданию малоотходных и ресурсосберегающих технологий:

— все производственные процессы должны осуществляться при минимальном числе технологических этапов, поскольку на каждом из них образуются отходы и теряется сырье;

— технологические процессы должны быть непрерывными, что позволяет наиболее эффективно использовать сырье и энергию;

— единичная мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что соответствует максимальному коэффициенту полезного действия и минимальным потерям;

— при разработке нового технологического оборудования необходимо предусматривать широкое использование автоматических систем на базе компьютерной техники, обеспечивающих оптимальное ведение технологических процессов с минимальным выходом вредных веществ;

— выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы, сырье и снизят тепловую нагрузку на окружающую среду.

С учетом этих общих рекомендаций можно определить основные направления в совершенствовании малоотходных технологий для отраслей промышленности, наносящих урон окружающей среде.

Так, в энергетике необходимо шире использовать новые методы сжигания твердого топлива, например в кипящем слое, а также оборудования, в частности горелок, с низким выходом вредных веществ, что способствует снижению содержания вредных веществ в отходящих газах; разрабатывать эффективные системы очистки этих газов от пыли и оксидов серы и азота; применять экологически чистые источники энергии термальных вод, солнечную энергию, ветра, воды.

В черной и цветной металлургии необходимо внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное и рациональное использование рудничного сырья:

— вовлечение в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производств, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными водами;

— использование отвальных твердых отходов горного и обогатительного производства в качестве строительных материалов, дорожных покрытий и т. д. вместо специально добываемых минеральных ресурсов;

— использование ресурсосберегающих процессов, позволяющих интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоносителей, снизить объем отходящих газов и вредную нагрузку на окружающую среду;

— резкое сокращение расхода свежей воды и уменьшение количества сточных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных систем водоснабжения;

— разработка и широкое внедрение на металлургических предприятиях высокоэффективного очистного оборудования.

Для каждого предприятия, в зависимости от особенностей его отходов, проектируются свои очистные сооружения. Чаще всего используют следующие приемы очистки.

Механическая очистка. Жидкие стоки отстаивают, при этом оседают твердые частицы. Кроме того, применяют песчаные и песчано-гравийные фильтры, задерживающие более легкие взвешенные частицы, не осевшие в отстойниках.

В некоторых случаях применяют и центрифугирование, при котором загрязняющие вещества извлекаются в гигантских сепараторах. Механически отделяют нефтепродукты, которые всплывают на поверхность в отстойнике. Для очистки газовых выбросов предприятия используют специальные пылеосадочные камеры и центрифуги (циклоны), матерчатые фильтры.

Химическая очистка. На стоки воздействуют химическими веществами, переводя растворимые соединения в нерастворимые. Так, от кислот очищают добавлением щелочи, а от щелочей, наоборот, добавлением кислот. Установки для очистки газообразных выбросов очень дороги.

Для того, чтобы уменьшить выбросы оксида и сероводорода, применяют щелочной дождь, через который пропускают насыщенные газами выбросы, в результате получают соль и воду. В качестве поглотителей-фильтров используют также специальные адсорбенты: активированный уголь, алюмогель, силикагель, смолы-иониты.

Физико-химическая очистка. При этой очистке электролизом превращают сложные соединения в более простые и извлекают металлы, кислоты и другие неорганические соединения. Для выделения наиболее опасных или ценных загрязнителей, которые используют для дальнейшей переработки, применяют ионообменные смолы, как губки впитывающие эти вещества.

Применяют также огневые методы очистки: распыленные стоки впрыскивают в пламя больших горелок. Этот способ дорог, но позволяет «расколоть» даже ядовитые соединения, не поддающиеся прочим химическим или биологическим способам очистки. Например, огневым методом разлагают диоксиды — очень ядовитые вещества, которыми загрязнены воды и почвы в некоторых городах России. Огневой метод применяют и при переработке бытовых отходов.

Биологическая очистка. В специально созданных экосистемах загрязнители разрушаются или концентрируются микроорганизмами и мелкими животными. Организмы могут накапливать и осаждать тяжелые металлы и радиоактивные изотопы (особенно успешно это делают диатомовые водоросли).

Методы биологической очистки исключительно важны, так как значительная часть загрязнителей, которую не удается ни отфильтровать, ни извлечь электролизом, — это растворенные в воде органические вещества.

Самые распространенные загрязнения — химические. Существует три основных способа уменьшения вреда от них.

Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные — в 100—200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление — малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.

Очистка. Это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду в России сегодня. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить.

Замена старых технологий новыми — малоотходными. За счет более глубокой переработки удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого (например, из сернистого газа, выбрасываемого ТЭЦ, производят серную кислоту).

Чтобы заинтересовать предприятия в уменьшении выбросов в окружающую среду, разрабатывают специальные экономические механизмы. Каждое предприятие получает разрешение на выброс определенного количества отходов и оплачивает нанесенный природе ущерб, а за дополнительное загрязнение плата взимается в десятикратном размере.

За загрязнение среды к их виновникам — предприятиям и их руководителям — в случаях особо опасных загрязнений могут быть применены как экономические, так и уголовные санкции. Для оценки величины платы за загрязнение и штрафов за превышение допущенной нормы выброса загрязняющих веществ в воду и атмосферу или их попадания в почву и продукты питания введена классификация загрязняющих веществ по вредности.

Все вещества разделены на 4 класса. К первому классу относят самые опасные вещества, например, соединения ртути, ко второму — хлор, к третьему — оксиды азота и серы, к четвертому — оксид и диоксид углерода.

Общее количество выбросов в атмосферу или общий объем сточных вод недостаточно характеризует вред, наносимый предприятием природе, ведь ущерб, наносимый веществами первого класса вредности, в тысячи раз больше, чем от веществ четвертого класса. Соответственно в сотни и тысячи раз различаются и размеры штрафов за превышение допустимой нормы выброса.

Уровень загрязнения среды в России еще очень высок, и экологически неблагоприятная обстановка, опасная для здоровья населения, сложилась почти в 100 городах страны.

Глава 2. Проблема энергосбережения

энергия способ загрязнение очистка Наряду с поиском экологически безопасных неисчерпаемых источников энергии, важнейшим принципом будущей экологической политики в энергетике станет энергосбережение. Энергию нужно экономить, выбирая наиболее энергоемкие технологические схемы производства. Например, при современных способах выплавки стали в конверторах расходуется в 2 раза меньше энергии, чем в обычных для наших металлургических комбинатов мартеновских печах.

Значительной экономии энергии можно добиться, если перерабатывать металлолом на месте в дуговых электрических печах разной мощности без его транспортировки на металлургические комбинаты.

Большие резервы энергосбережения есть на транспорте. Автомобиль при более совершенной системе сжигания горючего в двигателе и при добавлении в топливо специальных веществ (присадок), улучшающих его сжигание, может тратить горючего в 2 раза меньше. Возможны самолеты, теплоходы и электровозы с более высоким коэффициентом полезного действия.

Огромное количество энергии понапрасну тратится в сельском хозяйстве, где можно выращивать высокие урожаи и получать мясо и молоко с меньшими затратами горючего, удобрений, пестицидов и т. д.

Много энергии можно сэкономить в быту. Так, флюоресцентная лампа мощностью в 18 Вт дает столько же света, сколько лампа накаливания в 75 Вт. Замена ими ламп накаливания позволит сократить потребление электроэнергии примерно в 4 раза. Кроме того, новые лампы в 7 раз долговечнее, чем старые, что позволит экономить и ресурсы. В 4 раза менее энергоемки холодильники нового поколения. Теплоизоляция стен даже в самых холодных районах позволяет резко сократить расходы энергии на обогрев жилья. Вместо печей будет достаточно одного небольшого электронагревателя. Имеется принципиальная возможность сократить расход электроэнергии при использовании телевизоров и т. д.

В особенности велики резервы энергосбережения в России, так как сегодня ее отрасли хозяйства и бытовое оборудование значительно более энергоемкие, чем в развитых странах.

Несмотря на меры по энергосбережению, общий объём потребления углеводородных ресурсов не снижается, а продолжает расти. Совершенно ясно, что только мерами по экономии энергии проблему исчерпания ресурсов решить невозможно, и необходим переход к другим источникам энергии.

В качестве альтернативных способов получения энергии можно рассматривать:

* солнечную энергетику, которая прямо или косвенно использует солнечную энергию, поступающую на поверхность Земли;

* атомную энергетику.

Первый путь, безусловно, предпочтительнее с точки зрения безопасности и минимизации загрязнения природной среды. Он может реализоваться на основе нескольких технологий:

* гидроэнергетика, использующая энергию падающей воды;

* ветроэнергетические установки;

* гелиоэнергетика, использующая солнечные печи для получения высокотемпературного тепла и водонагреватели для отопления и бытовых нужд, а также прямое преобразование солнечного излучения в электрический ток с помощью полупроводниковых солнечных батарей;

* переработка растительной биомассы в органическое топливо.

Гидроэнергетика уже сейчас занимает заметное место в производстве электроэнергии (до 25%). Она обеспечивает 100% потребления энергии в Норвегии и около 75% в Швейцарии, Австрии и Канаде. Гидроэлектростанции надёжны и имеют большой срок службы. Они не загрязняют атмосферу и позволяют накапливать паводковые воды для орошения. Во многих странах значительная часть гидроэнергетических ресурсов уже освоена, и подходящих створов для плотин осталось мало. Тем не менее «запас» гидроэнергетических ресурсов ещё далеко не исчерпан, особенно на равнинных реках.

Энергия ветра используется человеком с незапамятных времён. В настоящее время во многих странах разрабатываются и используются современные ветровые турбины, которые могут эффективно работать при скоростях ветра от 6 до 10 м/с.

Наряду с бытовыми гелиоэнергетическими системами, получившими уже значительное распространение в богатых регионах с солнечным и жарким климатом, в этих регионах уже построен целый ряд промышленных предприятий, работающих на солнечной энергии. Основной принципиальный недостаток гелиоэнергетики — зависимость от уровня инсоляции, которая распределяется по поверхности Земли весьма неравномерно.

Существует, однако, альтернатива столь разорительному пути. Нефть — это набор углеводородов, продукт химической трансформации когда-то существовавшей биомассы. Все необходимые компоненты присутствуют и в растительной биомассе сегодня, отсюда прямая возможность получения транспортного горючего из биомассы растений.

Растительная биомасса — самый древний вид топлива, до сих пор широко используемый во всём мире в виде дров, древесного угля, древесных отходов, хвороста, кизяка и обычной соломы. Значительные объёмы бытового мусора, сжигаемого на мусоросжигательных предприятиях, также входят в этот список.

Таким образом, человечество располагает; достаточными ресурсами; чтобы избежать энергетического голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства должны существенно пересмотреть свои взгляды и своевременно строить новую энергетическую политику.

Заключение

Таким образом, необходимая гармония отношений общества и природы может быть обеспечена в процессе незамедлительного перехода к новому этапу научно-технической революции, основным содержанием которого должно стать коренное изменение положения человека в системе «общество-природа», подобно тому, как современный этап научно-технической революции резко изменил положение работника в системе «человек-техника». Общая черта обоих этапов научно-технической революции состоит в том, что значительно возрастает роль человека в технических и природных процессах.

В процессе развертывания нового этапа научно-технической революции гораздо более широкое применение, чем раньше, найдут биологические принципы производственных процессов вплоть до перехода к промышленному фотосинтезу вне растений. Тем самым человечество станет вторым аутотрофом на планете с той, однако, разницей, что люди научатся использовать энергию Солнца с гораздо более высоким КПД, чем растения.

Универсальное использование биофизических и биохимических закономерностей в производстве позволит радикально преобразовать всю технологию будущего. Преимущественное развитие получит безмашинное производство, не знающее вредных отходов. Вместо них будут полуфабрикаты, крайне необходимые для следующих звеньев производства. Естественно, что такое производство будет совершенно бесшумным и не будет сопровождаться вредными излучениями. Оно будет полностью соответствовать окружающей среде и психофизической организации самого человека.

1. Воронов В. К. и др. Основы современного естествознания. М.: Высш. шк., 2013. — 247с.

2. Горохов В. Г. Концепция современного естествознания и техники. М.: Инфра-М, 2010. — 608с.

3. Данилова В. С., Кожевников Н. Н. Основные концепции естествознания. М.: Аспект Пресс, 2011. — 256с.

4. Дубнищева Т. Я. Концепция современного естествознания. М.: МГУ, 2014. — 832с.

5. Канке В. А. Концепции современного естествознания. М.: Лотос, 2011. -368с.