КР. Экология вар 0

  Оглавление 
 
 

    10. Природные ресурсы, классификация. Рациональное использование природных ресурсов.

    Ресурс  – это запас, который используют в случае необходимости. Существует множество определений природных  ресурсов. Приведем некоторые из них:

• природные ресурсы – это запасы, которые могут быть использованы для воспроизводства трудовых ресурсов и поддержания качества жизни.
• природные ресурсы – это часть природного богатства, представляющая реальную или потенциальную экономическую (хозяйственную), социальную или культурную ценность.

    Классифицировать  природные ресурсы можно по-разному. Природные ресурсы разделяются  по их освоению (возобновимые, невозобновимые и т.д.), собственности на них (частные, арендованные, общественные, государственные  и т.п.) и их использованию (как факторы производства, рекреации и т.п.). Например, природные ресурсы состоят из возобновимых ресурсов (леса, вода, животный и растительный мир, почвы и т.д.) и невозобновимых (истощаемых) ресурсов (нефть, уголь, железная руда, другие металлические и неметаллические минералы и виды ископаемого топлива и т.д.), которые рассматриваются как природные активы. Возобновимые ресурсы подразделяются на безусловно возобновимые (абиотические ресурсы, такие как ресурсы солнца, приливов и т.п.) и условно возобновимые (абиотические циклические ресурсы, например, биогеохимические циклы углерода, серы, фосфора и т.п.; простые биотические ресурсы с характеристиками роста и воспроизводства – например, биологические виды; сложные ресурсы с их взаимодействиями между биотическими и абиотическими компонентами – экосистемы, земли, почвы и т.п.). Иногда в природные ресурсы включают атмосферу, океаны и моря, пресные воды, земли, биоразнообразие и климат.

      Однако, чаще всего природные  ресурсы классифицируются по следующей схеме:

1. Исчерпаемые – ресурсы, запасы которых ограничены
1. Исчерпаемые невозобновимые – ресурсы, восстановление которых не происходит совсем или скорость восстановления которых исчезающе мала по сравнению со скоростью из потребления. К этой группе относится большинство полезных ископаемых.
2. Исчерпаемые возобновимые – ресурсы, скорость восстановления которых соизмерима со скоростью их потребления. Это ресурсы растительного и животного происхождения, например лесные.
3. Исчерпаемые ресурсы можно также быть качественно исчерпаемыми, а количественно – нет. Примером может служить вода Мирового океана. Трудно представить себе ситуацию его полного расхода. Но качество воды может быть снижено, т.е. она может быть израсходована качественно.
2. Неисчерпаемые ресурсы. Это ресурсы, запасы которых неограниченны. Такие ресурсы, как правило, являются внешними по отношению к Земле. К таким ресурсам относится, например, солнечная энергия и все виды энергии с ней связанные (энергия ветра, рек, приливов и отливов).

    В отличие от природных ресурсов природные  условия характеризуют совокупность экологических факторов в том  или ином районе.

    Рациональное  использование природных ресурсов - это комплексное, экономически эффективное  использование природных ресурсов в сочетании с требованиями охраны окружающей природной среды. Основные принципы такого отношения к природным ресурсам изложены в международном документе «Концепция устойчивого экономического развития», принятом на второй Всемирной Конференции ООН по ООС в Рио-де-Жанейро в 1992 г.

    По  поводу неисчерпаемых ресурсов «Концепция устойчивого экономического развития»  развития настоятельно требует возврата к их повсеместному использованию  и там, где это возможно, замены невозобновляемых ресурсов на неисчерпаемые. В первую очередь это касается энергетической отрасли.

    Перспективным источником энергии является ветер, и на равнинных открытых приморских территориях использование современных  «ветряков» оказывается весьма целесообразным.

    С помощью горячих природных источников можно не только лечить многие заболевания, но и отапливать дома. Как правило, все трудности применения неисчерпаемых ресурсов заключаются не в принципиальных возможностях их использования, а в технологических проблемах, которые приходится решать.

    В отношении невозобновляемых ресурсов в «Концепции устойчивого экономического развития» сказано, что их добычу следует сделать нормативной, т.е. уменьшить темпы извлечения полезных ископаемых из недр. Мировому сообществу придется отказаться от гонки за лидерство по добыче того или иного природного ресурса, главное – не объем извлеченного ресурса, а эффективность его использования. Это означает совершенно новый подход к проблеме добычи полезных ископаемых: надо добывать не столько, сколько может каждая страна, а столько, сколько нужно для устойчивого развития мировой экономики. Разумеется, к такому подходу мировое сообщество придет не сразу, для его реализации потребуются десятилетия.

    Необходимо  создание и внедрение новых технологий, позволяющих повысить долю извлеченной  нефти, угля, руд металлов. Естественно, на это нужны немалые средства. В нашей в стране множится число «неперспективных» затопленных шахт, которые при умелой эксплуатации вполне могли бы еще давать продукцию, брошенных в тундре нефтяных скважин и буровых (дешевле пробурить новые, чтобы быстрее окупить затраты и качать, качать, чтобы потом бросить, оставив в недрах более 30% ископаемых).

    К задаче более полного извлечения из недр примыкает и другая –  комплексное использование минерального сырья. Как правило, ни один металл не встречается в природе в одиночку. Анализ некоторых руд Урала показал, что кроме основного добываемого металла (например, меди), в них содержится большое количество редких и рассеянных элементов, и их стоимость часто превышает стоимость основного материала. Тем не менее, это ценное сырье очень часто остается в отвалах из-за отсутствия технологии его извлечения.

    В отношении возобновляемых ресурсов «Концепция устойчивого экономического развития» требует, чтобы их эксплуатация производилась хотя бы в рамках простого воспроизводства, и общее их количество не сокращалось во времени. На языке экологов это значит: сколько взяли у природы возобновляемого ресурса (например, леса), столько и верните (в виде лесопосадок). В России в течение последних 15 лет объемы порубок многократно возросли (древесина – одна из доходных статей бюджета), а лесопосадок в этот период не проводилось вообще. Вместе с тем, для восстановления лесов после порубок требуются двух- или трехкратные по площади лесопосадки: леса растут медленно, для полноценного воспроизводства перестойного, т.е. пригодного для промышленного использования леса требуется 35-40 лет.

    Бережного отношения и охраны требуют и  земельные ресурсы. Больше половины земельного фонда России находится  в зоне вечной мерзлоты; земли сельскохозяйственного назначения в РФ занимают лишь около 13% площадей, причем ежегодно и эти площади сокращаются в результате эрозии (разрушения плодородного слоя), не целевого использования (например, для строительства коттеджей), заболачивания, проведения горных работ (на месте сельскохозяйственных угодий возникают индустриальные пустыни). Для защиты от эрозии используют:

• лесозащитные полосы;
• вспашку без переворачивания пласта;
• в холмистых районах - вспашку поперек склонов и залуживание земель;
• регулирование выпаса скота.

    Нарушенные, загрязненные земли можно восстановить, этот процесс называется рекультивацией. Такие восстановленные земли  можно использовать в четырех  направлениях: для сельскохозяйственного  использования, под лесопосадки, под искусственные водоемы и под жилищное или капитальное строительство. Рекультивация состоит из двух этапов: горнотехнического (подготовка территорий) и биологического (посадка деревьев и малотребовательных культур, например, многолетних трав, технических злаков бобовых).

    К числу важнейших экологических  проблем современности относится  охрана водных ресурсов. Трудно переоценить  роль океана в жизни биосферы, осуществляющего  процесс самоочищения воды в природе  при помощи живущего в нем планктона; стабилизирующего климат планеты, находясь в постоянном динамическом равновесии с атмосферой; продуцирующего огромную биомассу. Но для жизни и хозяйственной деятельности человеку нужна пресная вода. Стремительный рост населения планеты и бурное развитие мировой экономики привели к дефициту пресной воды не только в традиционно засушливых странах, но и в тех, которые недавно считались вполне обеспеченными водой. Практически всем отраслям экономики, кроме морского транспорта и рыболовства, требуется пресная вода. Больших объемов воды требует для полива сельское хозяйство, при этом также возрастает испарение; огромные количества расходуются в промышленности; шестимиллиардное человечество для жизнеобеспечения использует также пресную воду. Наконец, одной из важнейших проблем современности является загрязнение - и Мирового океана, и пресноводных источников. В настоящее время отработанные сточные воды загрязняют более трети всего мирового речного стока. Вывод из всего сказанного один: необходима жесткая экономия пресной воды и недопущение ее загрязнения.

    Экономию  пресной воды следует осуществлять в быту: во многих странах жилые  дома снабжены водомерными счетчиками, это весьма дисциплинирует население. Загрязнение водоемов губительно не только для человечества, нуждающегося в питьевой воде. Оно способствует катастрофическому сокращению рыбных запасов, как на мировом, так и на российском уровне.

    20. Методы очистки  воздуха от газообразных  вредных веществ.  Классификация способов. Технологические  схемы

    Средства  защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в  воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях  должно соблюдаться условие:

    с+с_ф £ ПДК

    с – концентрация по каждому вредному веществу (с_ф – фоновая концентрация).

    Если  концентрации вредных веществ в  атмосфере превышают ПДК, то применяют  очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе.

    Для соблюдения ПДК вредных веществ  в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из выпускной системы.

    Аппараты  очистки вентиляционных и технологических  выбросов в атмосферу делятся  на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

    Эффективность очистки:

    h=(с_вх – с_вых)/с_вх

    где с_вх и с_вых – массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

    Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны различных типов.

    Электрическая очистка (электрофильтры) – один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

    Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки. Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.

    Способы очистки газовых выбросов в атмосферу делятся на следующие типы:

• Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.
• Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании СО₂ и воды, способ термического окисления – в подогреве и подаче в огневую горелку.
• Каталитическое окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.

    Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NO_x достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.

• Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.
• Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания.

    Ниже  приводится несколько наиболее эффективных  технологических схем очистки газовых выбросов от наиболее распространенных газообразных загрязнителей. 

  Рис. 1. Очистка газа от сероводорода в  полой башне.

  Основным  аппаратом установки является полая  равнопроточная распылительная башня  9 с объемным центробежным распылителем, приводимым во вращение электродвигателем 12. диафрагмой /. Поглотительный раствор поступал в башню из банка 4 через вентиль 6 и ротаметр 5. Температура и давление в башне контролируется термометром 11 и манометром 10. Очищенный газ отводится через газоход 13 в смеситель 16, куда поступает также и воздух; далее газовая смесь поступает в печь 17. Отработанный раствор из башни 9 поступает в сборник 8 и насосом 7 подавался на рециркуляцию. 

Рис. 2. Схема  очистки газов от двуокиси серы циклическим  методом.

    Принципиальная схема извлечения и концентрирования SO₂ циклическим методом показана на рис. 2. Охлажденный и очищенный от механических примесей газ поступает в абсорберы /, орошаемые поглотителем. Очищенный газ выбрасывается в атмосферу, а поглотительный раствор нагревается в теплообменнике 3 и направляется в отгонную колонну 4, снабженную кипятильником 5. Смесь водяных паров с SO₂ поступает в конденсатор 6, а затем в холодильную башню 8, орошаемую циркуляционной холодной водой (насыщенной SO₂). Водяные пары конденсируются, а чистая двуокись серы извлекается из системы. Раствор охлаждают в холодильниках 7 и 9 и собирают в емкости 2. 

  Рис. 3. Схема очистки выхлопных газов  от SO₂ известковым способом.

    Принципиальная  схема установки по очистке отходящих  газов от SO₂ известковым способом представлена на рис. 3. По этому способу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механических примесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах 1, после чего с помощью газодувки 2 направляются в скруббер 3, орошаемый известковым молоком.

  При взаимодействии известкового молока с  SO₂ протекают реакции

      SO₂ + Н₂O = Н₂SO₃;

      Са (ОН)₂ + SO₂ = CaSO₃ + 2H₂O.

  По  мере циркуляции раствора в нем накапливается  соль СаSО₃. Когда концентрация ее в растворе достигнет 18-20%, раствор периодически заменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим в воде (0,138 г/л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательно устанавливается кристаллизатор 5, служащий для выделения кристаллов сульфита кальция. Дальнейшее выделение CaSO₃ происходит на вакуумфильтре 6. Шлам, состоящий из СаSО₃ и CaSO₄, образующийся за счет реакции

      2СаSO₃+O₂=2СаSO₄,

выводится в отвал транспортером 7 и может  быть использован для производства строительных материалов. Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO₂, но требует значительного расхода извести.

    Задание 4. Шифр 03

    Определить  величину максимальной приземной концентрации вредного вещества (C_м), расстояние (Х_м) от источника выброса до точки максимальной концентрации. Построить график изменения приземной концентрации (С) по оси факела в зависимости от расстояния (Х). С помощью графика найти расстояние до населенного пункта, при котором существующая мощность выброса будет соответствовать нормативу  ПДВ.

    Мощность  выброса: М=5,1 г/с;

    Выбрасываемое вещество: Окислы азота;

    Объемный  расход пылегазовой смеси:

    Высота  источника выбросов над уровнем  земли, H=35 м;

    Температура выбрасываемой газо-воздушной смеси, T_R=210 °C;

    Диаметр устья источника выброса, D=0,5 м;

    Расстояние  до населенного пункта: X_расч=700м

    ПДК_разов: 0,085 мг/м³;

    ПДК_сс: 0,04 мг/м³;

    Источник  расположен в: Бурятия;

    Продолжительность работы источника:

    Коэффициент температурной стратификации:

Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца:

Коэффициент экологической ситуации территории

    Среднегодовая температура наружного воздуха:

    η=1 
 
 

    Решение:

    1) Перегрев газовоздушной смеси:

    2) Скорость выхода  газовой смеси  из устья источника,  w₀, м/с

    3)Расход  газовоздушной смеси.

    4) Коэффициенты f, V_m, V'_m, f_C

    5) Параметры m и n

    6) Максимальные концентрации загрязнителей

7. Определение расстояния  до места, где  наблюдается максимальная  приземная концентрация:

    Т.к. V_m=1,39, расчет коэффициента d следует производить по следующей формуле:

    8. Проверка на превышение  ПДК

    9. Вывод:.

    Сравнивая полученную приземную концентрацию с величиной ПДК (0,085 мг/м³), очевидно 2х кратное превышение.

    Расстояние  от источника выброса, на котором  концентрация сероводорода достигает  максимального значения составляет соответственно 363 м.

    10. Определение норматива  ПДВ

    Значение  ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях с_ф < ПДК определяется по формуле:

11. График изменения  максимальной приземной  концентрации с  расстоянием до  источника выбросов

Из графика  очевидно, что существующая мощность выброса будет соответствовать нормативу ПДВ на расстоянии 270м от поселка.

     Литература

1. Бримблкумб  П. Состав и химия атмосферы. М.: Мир, 1988.
2. Горохов В.Л., Кузнецов Л.М., Шмыков А.Ю. Экология. Учебное пособие. –М, – СПб.: «Издательский дом Герда», 2005г
3. ОНД-86. Методика расчета концентрация в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. –М.: Госкомгидромет, 1986г
4. Родлонов А.И., Кузнецов Ю.П., Зелков В.В., Соловьев Г.С. Оборудование и сооружения для защиты биосферы от промышленных выбросов. М., Химия, 1985. 352с. с ил.