Научно-технический прогресс и природопользование

Миллиарды тонн углекислого  газа ежечасно поступают в атмосферу в результате сжигания угля и нефти, природного газа и дров, миллионы тонн метана поднимаются в атмосферу от разработок газа, с рисовых полей Азии, водяного пара. Всё это - “парниковые газы”. Как в парнике стеклянная крыша и стены пропускают солнечную радиацию, но не дают уходить теплу, так и углекислый газ, и другие “парниковые газы” практически прозрачны для солнечных лучей, но задерживают длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают ему уходить в космос.

В 1988 году, по американским расчетам, в атмосферу уходило 5,5 миллиардов тонн углерода в результате сжигания ископаемого топлива и ещё до 2,5 миллиардов тонн углерода из-за сведения и сжигания лесов. При этом больше всего углерода дают США, страны СНГ и Китай, на них в сумме приходится 50% выбросов. На видное место выдвигается и Бразилия. Если нарастание добычи топлива будет продолжаться такими же темпами, то к 2010 году в атмосферу будет выбрасываться уже около 10 миллиардов тонн углерода.

Эти цифры - итог беспримерного  роста мировой энергетики, причём наблюдается синхронность - экономия топлива после 1973 года принесла и относительную стабилизацию выбросов. Так если за 1950^е годы выбросы в атмосферу подскочили с 1,6 млрд. тонн до 5,1 млрд. тонн, то в середине 80^х годов они почти не отличались от уровня 1979 года. Такова жёсткая связь: антропогенные процессы - состояние атмосферы.

 

 

2.3.2 Глобальное потепление

 

Позиция Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН, согласованная с национальными  академиями наук стран «Большой восьмёрки», заключается в том, что средняя температура по Земле поднялась на 0,7 °C со времени начала промышленной революции (со второй половины XVIII века), и что «бо́льшая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект: углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄).

Помимо повышения уровня Мирового океана, повышение глобальной температуры также приведёт к  изменениям в количестве и распределении  атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы: наводнения, засухи, ураганы и другие, понизится урожай сельскохозяйственных культур на пострадавших территориях и повысится — в остальных зонах (за счёт увеличения концентрации углекислого газа). Потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и масштаб таких явлений.

Times публикует результаты  исследования, серьезно подкрепляющего  теорию о том, что в глобальном  потеплении виновата человеческая  деятельность. «Ученые увидели ясные  "отпечатки" человеческой деятельности не только в повышении температуры воздуха на планете, но и в изменение солевой плотности океанов, повышении процента влажности воздуха, изменении характера дождевых осадков и таянии арктического льда со скоростью примерно 600 тыс. км за десятилетие»³, - пишет Times.  Широкомасштабное исследование проводилось с участием ученых из Шотландии, Канады и Австралии. Они пришли к выводу, что вероятность естественных, а не антропогенных причин изменения климата на планете составляет не более 5%.

Согласно исследованию, с 1980 года средняя температура воздуха на планете поднялась на полградуса по Цельсию, и Земля продолжает нагреваться примерно на 0,16 градуса за десятилетие. Повышение температуры привело к увеличению поверхностных испарений, что особенно заметно в субтропиках.

Моря в результате сделались более солеными. Испарения, в свою очередь, влияют на влажность  и уровень осадков. Атмосфера  становится более влажной, выпадает больше дождей в высоких и низких широтах, и меньше - в тропических  и субтропических регионах.

2.4. Положительное влияние НТП

 

В ноябре 1979 года в Женеве было созвано совещание по сотрудничеству в области охраны окружающей среды  и была принята декларация, которая  гласит: «Важнейшими условиями малоотходной и безотходной технологии и использования  отходов являются охрана окружающей среды и рациональное использование ресурсов».

2.4.1 Безотходное производство

 

Термин «безотходная технология» был впервые предложен  академиками Н.Н.Семеновым и И.В. Петряновым - Соколовым. В ряде стран Европы вместо терминов «безотходная технология» и «малоотходная технология» применяются термины «чистая технология» или «более чистая технология», что по существу одно и то же.

В настоящее время  в соответствии с решением ЕЭК  ООН и Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов сформулировано понятие безотходной технологии (БОТ).

Безотходная технология - это практическое применение знаний, методов и средств для того, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду.

Часто встречается и  другое название - безотходная технологическая  система (БТС).

Безотходная технологическая система - это такое отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду.

Понятие безотходной  технологии затрагивает не только производственный процесс, но и конечную продукцию, которая  должна характеризоваться:

1) долгим сроком службы  изделий;

2) возможностью многократного  использования;

3) простотой ремонта;

4) легкостью возвращения  в производственный цикл или  переведения в экологически безвредную  форму после выхода из строя.

Понятие безотходной  технологии носит условный характер. Под ним понимается теоретический предел, совершенная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично. Отсюда и появилось понятие малоотходной технологии. Но по мере развития научно-технического прогресса технология будет совершенствоваться и все более приближаться к идеальной модели. Оценка степени безотходности производства является очень сложной задачей. Единых критериев безотходности для всех отраслей промышленности не существует.

 

 

 

Основные принципы создания безотходного производства:

 

1. Комплексное использование сырья.

Проблема комплексного использования сырья имеет большое  значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики. Необходимость более рационального  комплексного использования природных ресурсов диктуется с одной стороны все увеличивающимся темпом роста объема промышленного производства, загрязняющего окружающую среду, а с другой - необходимостью экономного расходования природных ресурсов, так как запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно растут.

 

2. Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий и схем

Примеры:

а) в соответствии с  разработками новых наукоемких технологий в электронной промышленности производят продукцию, потребляющую значительно меньше электроэнергии (телевизоры, компьютеры и т.д.);

б) в черной металлургии  разработана новая технологическая  схема прямого восстановления железа, позволяющая уменьшить загрязнение  окружающей среды.

 

3. Создание замкнутых водо- и газооборотных циклов

Примеры:

а) на промышленном объединении  «Тулачермет» организован и постоянно  совершенствуется замкнутый газооборотный  цикл, разработанный для производства суперфосфатных и других фосфорных  удобрений, что позволяет избежать загрязнения окружающей среды фторидами;

б) на Липецком металлургическом комбинате уже несколько лет  действуют замкнутые водооборотные  системы.

 

4. Кооперирование предприятий, создание территориально-производственных комплексов

В большинстве случаев  отходы одного производства являются сырьем для другого производства. В связи с этим сам термин «отходы» можно заменить на термин «продукты незавершенного производства». Следовательно, основной проблемой является изыскание возможностей применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях, которые могли бы их использовать в качестве вторичных материальных ресурсов. Например, в Бразилии из отходов переработки сахарного тростника получают этиловый спирт, который затем используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

 

2.4.2 Методы очистки сточных вод

 

Нормативы качества воды водных объектов едины и утверждены принятыми в 1974 году Минводхозом, Минздравом и Минрыбхозом правилами охраны вод от загрязнения сточными водами. В 1996 году на базе Роскомвода и Роскомнедр было создано Министерство природных ресурсов и был принят ряд новых законов Российской Федерации, которые значительно меняют сложившуюся нормативно-правовую базу и систему управления и контроля в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Практически всегда очистка  промышленных стоков - это комплекс методов. Наиболее широко используется сочетание механической очистки, нейтрализации  промышленных стоков, реагентной очистки  и биохимической очистки. Эти операции осуществляются практически во всех комплексах очистных сооружений, в том числе и на станциях аэрации при очистке бытовых (канализационных) стоков. Рассмотрим их подробнее.

1. Механическая очистка

Этот метод очистки  используется для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Для удаления крупных кусков примесей применяют решетки, на которых происходит осаждение примесей. Для удаления твердых частиц, например песка, используют песколовки. В специальных отстойниках происходит осаждение взвешенных частиц на дно. Сбор нефтепродуктов, жиров, смол и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности стоков осуществляют в нефтеловушках, в жироуловителях, в смолоуловителях, на кварцевых фильтрах, а также с помощью устройств типа механических рук. Для удаления очень мелких частиц применяют фильтры или слой песка примерно 1,5-метровой толщины.

2. Физико-химическая  очистка

Методы физико-химической очистки сточных вод основаны на изменении физического состояния  загрязнителей и в большинстве  случаев требуют применения реагентов:

• коагуляция - метод, позволяющий увеличить размер загрязняющих частиц, что облегчает их осаждение;
• флотация - метод, позволяющий придать примеси плавучие свойства, что облегчает ее удаление.

3. Химическая или  реагентная очистка

Одним из видов обработки  сточных вод является реагентная очистка, которая представляет собой  сочетание различных типов химических реакций, приводящих к удалению из сточных  вод токсичных компонентов.

А. Нейтрализация сточных вод - это химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора - с помощью кислот.

Поскольку химическая природа  отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов  необходимо уменьшить кислотные  свойства, а для другого вида отходов - щелочные. О степени кислотности или щелочности раствора можно судить по значению водородного показателя рН.

Самую простую систему  нейтрализации можно представить  в виде измельченного известняка, на который выливают раствор кислоты, а осадок собирают в отстойник. При рН = 4,3 все карбонаты и гидрокарбонаты, являющиеся основными компонентами природной воды, разлагаются с выделением CO₂.

Б. Реакции осаждения - это химические реакции, приводящие к осаждению загрязняющих веществ или ценных компонентов.

Сточные воды содержат, как  правило, растворенные нежелательные  или ценные компоненты. Для их выделения  используют реакции осаждения.

В. Реакции окисления-восстановления - это одновременное окисление одних компонентов и восстановление других.

Ниже приводится список наиболее распространенных окислителей  и восстановителей:

• окислители - кислород или воздух, озон, хлор, гипохлорит, перекись водорода, перманганат калия;
• восстановители - хлорит, сульфат железа (II), гидросульфат, оксид серы (IV), сероводород.

Окислительно-восстановительные  реакции применяют для превращения  токсичных веществ в безвредные, а также для извлечения ценных компонентов.

4. Биохимическая очистка

Методы биохимической  очистки применяются для удаления из сточных вод органических веществ.

А. Аэробная биохимическая очистка - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии аэробных микроорганизмов (минерализаторов) в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного кислорода.

Б. Анаэробная биохимическая очистка (метановое брожение или ферментация) - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии анаэробных микроорганизмов в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания.

Сравнительная характеристика методов очистки сточных вод представлена в табл. 1.

Эффективность методов обработки  сточных вод

Таблица 1

Метод очистки	Процент удаления			Объем полученного ила (% от объема сточных вод)
	Взвешенное твердое вещество	БПK	Бактерии типа KП
Первичная очистка:
отстой	40–95	30–35	40–75	0,1–0,5
химическое осаждение	75–95	60–80	80–90	0,5–1,0
слив очищенных сточных вод	35–80	25–65	40–75	0,025–0,05
Вторичная очистка:
капельная фильтрация	20–80	60–90	70–85	0,1–0,5
обработка активным илом	70–97	70–96	95–99	1,0–3,0