Экологические основы природопользования

Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА. Ветер - неограниченный ресурс для производства электроэнергии. Он есть везде, бесконечен, экологически чист. Если в прошлом энергию ветра использовали, как правило, для повышения эффективности физического труда (для перемолки зерна или в качестве водяного насоса), то в настоящее время энергию ветра применяют в основном для выработки электроэнергии (ветер вращает лопасти электрогенератора).

До середины 1990-х гг. наибольшее распространение получили малые и средние ветроэнергетические установкимощностью от 100 до 500 кВт. В последние годы началось серийное производство ветрогенераторов мощностью до 2000 кВт. Их ротор имеет диаметр до 80 м, а высота башни достигает 120 м и более. География мировой ветроэнергетики за последние десятилетия претерпела довольно существенные изменения. До середины 1990-х гг. по суммарной мощности ветроэлектростанций первое место занимали США: в 1985 г. на эту страну приходилось 95% мировых мощностей. Почти все они были сконцентрированы в штате Калифорния. Во второй половине 1990-х гг. мировое лидерство перешло к Западной Европе, где уже в 1996 г. было сосредоточено 55% мировых мощностей ветроэнергетических установок. Десять лет назад ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн. человек.

В последние годы ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды альтернативных источников энергии. Объём выработки электроэнергии из ветра в период с 2000 г. по 2006 г. вырос в 4 раза. Темпы роста рынка ветрогенераторов в мире за последние несколько лет составляют 25-30%. На конец 2006 г. суммарная мощность всех ветрогенераторов в мире оценивалась в 74 ГВт. Суммарная мощность всех ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 15,2 ГВт. Общая стоимость ветрогенераторов, установленных в 2006 г. составила 23 млрд долл. США (или 1500 долл. США за 1 кВт).

И хотя энергия ветра составляет лишь около 1% от общей величины выработки электроэнергии в мире, для некоторых стран этот показатель значительно выше. В частности, доля ветряной электроэнергии в Дании составляет 20%, в Испании - 9%, в Германии - 7%.

Как распределяются ветроэнергетические мощности по странам мира? На первом месте уверенно «расположилась» Германия, в которой установленная мощность ветрогенераторов составляет 20,6 ГВт. Далее следуют Испания (11,6 ГВт), США (11,6 ГВт), Индия (6,2 ГВт), Дания (3,1 ГВт). Наибольшие мощности по ветроэнергетике в 2006 г. были введены в США (2,4 ГВт), Германии (2,2 ГВт), Индии (1,8 ГВт), Испании (1,5 ГВт), Китае (1,3 ГВт), Франции (0,8 ГВт).

ГИДРОЭНЕРГИЯ - энергия <#"justify">Для повышения разности уровней воды, особенно в нижних течениях рек, сооружаются плотины <#"justify">Гидроэнергетика дает почти треть электроэнергии, используемой во всем мире. Норвегия, где электроэнергии на душу населения больше, чем где-либо еще, живет почти исключительно гидроэнергией.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) и гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) используется потенциальная энергия воды, накапливаемой с помощью плотин.

У основания плотины расположены гидротурбины, приводимые во вращение водой (которая подводится к ним под нормальным давлением) и вращающие роторы генераторов электрического тока.

Существуют очень крупные ГЭС. Широко известны две большие ГЭС в России: Красноярская (6000 МВт) и Братская (4100 МВт). Самая крупная ГЭС в США - Грэнд-Кули полной мощностью 6480 МВт. В 1995 на гидроэнергетику приходилось около 7% электроэнергии, вырабатываемой в мире.

Гидроэнергия - один из самых дешевых и самых чистых энергоресурсов. Он возобновляем в том смысле, что водохранилища пополняются приточной речной и дождевой водой. Остается под вопросом целесообразность строительства ГЭС на равнинах.

Вопрос 19

Эти ресурсы необходимо рассматривать комплексно, так как они включают в себя:

- биологические ресурсы Мирового океана;

- минеральные ресурсы морского дна;

- энергетические ресурсы вод мирового океана;

- ресурсы морской воды.

Биологические ресурсы Мирового океана- это растения (водоросли) и животные (рыбы, млекопитающие, ракообразные, моллюски). Общий объем биомассы Мирового океана составляет 35 млрд. тонн, из которых 0,5 млрд. тонн приходится только на рыбу. Рыба составляет около 90% добываемых в океане промысловых объектов. Благодаря рыбе, моллюскам и ракообразным человечество на 20% обеспечивает себя белками животного происхождения. Биомасса океана используется также для получения высококалорийной кормовой муки для животноводства.

Более 90% общемирового улова рыбы и нерыбных объектов приходится на шельфовую зону. Наибольшая часть Мирового улова добывается в водах умеренных и высоких широт Северного полушария. Из океанов самый большой улов дает Тихий океан. Из морей Мирового океана самыми продуктивными являются Норвежское, Берингово, Охотское, Японское.

В последние годы в мире все более широкое распространение находит разведение некоторых видов организмов на искусственно созданных морских плантациях. Эти промыслы называют марикультурой. Развитие ее имеет место в Японии и Китае (устрицы-жемчужницы), США (устрицы и мидии), Франции и Австралии (устрицы), средиземноморских странах Европы (мидии). В России, в морях Дальнего Востока, выращивают морскую капусту (ламинарию) и морские гребешки.

Состояние запасов водных биологических ресурсов, эффективное управление ими приобретает все большее значение как для обеспечения населения высококачественными пищевыми продуктами, так и для снабжения сырьем многих отраслей промышленности и сельского хозяйства (в частности, птицеводства). Имеющаяся информация свидетельствует о возрастающей нагрузке на Мировой океан. При этом из-за сильного загрязнения резко снизилась биологическая продуктивность Мирового океана.В 198…. гг. ведущие ученые прогнозировали, что к 2025 г. мировая продукция рыболовства достигнет 230 - 250 млн т, в том числе за счет аквакультуры - 60 - 70 млн т. В 1990 гг. ситуация изменилась: прогнозы морских уловов на 2025 г. снизились до 125-130 млн т, в то время как прогнозы объема производства рыбопродукции за счет аквакультуры возросли до 80 - 90 млн т. При этом считается очевидным, что темпы прироста народонаселения Земли превысят темпы прироста рыбопродукции. Отмечая необходимость обеспечения продовольствием настоящего и будущих поколений, следует признать значительный вклад рыболовства в доход, благосостояние и продовольственную безопасность всех наций и его особую важность для некоторых стран с низким уровнем доходов и дефицитом продовольствия. Осознавая ответственность ныне живущего населения за сохранение биологических ресурсов для будущих поколений, в декабре 1995 г. в Японии 95 государств, в том числе Россия, приняли Киотскую декларацию и План действий по устойчивому вкладу рыболовства в продовольственную безопасность. Было предложено основывать политику, стратегию и использование ресурсов для устойчивого развития рыболовного сектора, исходя из следующих основных положений:

* сохранение экологических систем;

* использование достоверных научных данных;

* повышение социально-экономического благосостояния;

* справедливость распределения ресурсов внутри и между поколениями.

Российская Федерация наряду с другими странами взяла на себя обязательства руководствоваться при развитии национальной стратегии рыболовства следующими конкретными принципами:

* признание и оценка важной роли, которую морское рыболовство, рыболовство во внутренних водоемах и аквакультура играет в продовольственной безопасности мира как через обеспечение продовольствием, так и через экономическое благосостояние;

* эффективное применение положений Конвенции ООН по морскому праву, Соглашения ООН по трансграничным рыбным запасам и запасам далеко мигрирующих рыб, Соглашения о содействии выполнению международных мер по сохранению и управлению рыболовными судами в открытом море и Кодекса ответственного рыболовства ФАО, а также приведение в соответствие своего национального законодательства с этими документами;

* развитие и укрепление научных исследований как фундаментальных основ устойчивого развития рыболовства и аквакультуры для обеспечения продовольственной безопасности, а также обеспечение научного и технического содействия и поддержки странам, имеющим незначительные научно-исследовательские возможности;

* оценка продуктивности запасов в водах под национальной юрисдикцией, как внутренних, так и морских, приведение промысловых мощностей в этих водах к уровню, сопоставимому с долговременной продуктивностью запасов, и своевременное принятие надлежащих мер для восстановления переловленных, запасов до устойчивого состояния, а также сотрудничества в соответствии с международным правом для принятия аналогичных мер в отношении запасов, встречающихся в открытом море;

* сохранение и устойчивое использование биологического разнообразия и его компонентов в водной среде и, в частности, предотвращение практики, ведущей к необратимым изменениям, таким, как уничтожение видов генетической эрозией или крупномасштабное разрушение среды обитания;

* содействие развитию марикультуры и аквакультуры в прибрежных морских и внутренних водах путем установления надлежащих правовых механизмов, координации использования земли и воды с другими видами деятельности, использования наилучшего и наиболее подходящего генетического материала в соответствии с требованиями по сохранению и устойчивому использованию внешней среды и сохранения биологического разнообразия, применения оценки последствий социального плана и влияния на окружающую среду.

Минеральные ресурсы Мирового океана- это твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые. Различают ресурсы шельфовой зоны и ресурсы глубоководного дна.

Первое место среди ресурсов шельфовой зоныпринадлежит нефти и газу. Основные районы нефтедобычи - Персидский, Мексиканский, Гвинейский заливы, берега Венесуэлы, Северное море. Шельфовые нефтегазоносные районы есть в Беринговом, Охотском морях. Общее число нефтегазоносных бассейнов, разведанных в осадочной толще океанического шельфа, превышает 30. Большинство из них представляют собой продолжение бассейнов суши. Общие запасы нефти на шельфе оцениваются в 120 - 150 млрд. тонн.

Среди твердых полезных ископаемых шельфовой зоны можно выделить три группы:

o коренные месторождения руд железа, меди, никеля, олова, ртути и др.;

o прибрежно-морские россыпи;

o отложения фосфоритов в более глубоких частях шельфа и на материковом склоне.

Коренные месторожденияруд металлов разрабатываются с помощью выработок, прокладываемых с берега или с островов. Иногда такие выработки уходят под дно моря на расстояние 10-20 км от берега. Из подводных недр добывают железную руду (у берегов острова Кюсю, в Гудзоновом заливе), каменный уголь (Япония, Великобритания), серу (США).

В прибрежно-морских россыпяхсодержатся цирконий, золото, платина, алмазы. Примерами таких разработок может служить добыча алмазов - у побережья Намибии; циркония и золота - у побережья США; янтаря - на берегах Балтийского моря.

Отложения фосфоритов разведаны прежде всего в Тихом океане, но пока промышленная их разработка нигде не ведется.

Главное богатство глубоководноголожа океана - железомарганцевые конкреции. Установлено, что конкреции встречаются в верхней пленке глубоководных осадков на глубине от 1 до 3 км, а на глубине более 4 км нередко образуют сплошной слой. Общие запасы конкреций исчисляются триллионами тонн. Помимо железа и марганца, они содержат никель, кобальт, медь, титан, молибден и другие элементы (более 20). Наибольшее количество конкреций обнаружено в центральной и восточной частях Тихого океана. В США, Японии и ФРГ уже разработаны технологии добычи конкреций со дна океана.

Кроме железо - марганцевых конкреций на дне океана встречаются и железо - марганцевые корки, покрывающие породы в областях срединно-океанических хребтов на глубине 1 - 3 км. Они содержат больше марганца, чем конкреции.

Энергетические ресурсы- принципиально доступная механическая и тепловая энергия Мирового океана, из которой используется главным образомприливная энергия. Приливные электростанции имеются во Франции в устье реки Ране, в России Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове. Разрабатываются и частично реализуются проекты использованияэнергии волн и течений. Наибольшими ресурсами приливной энергии обладают Франция, Канада, Великобритания, Австралия, Аргентина, США, Россия. Высота прилива в этих странах достигает 10-15 м.

Морская водатакже является ресурсом Мирового океана. Она содержит около 75 химических элементов. Из вод морей извлекают около … /…. добываемой в мире поваренной соли, 60% магния, 90% брома и калия. Воды морей в ряде стран используются для промышленного опреснения. Крупнейшие производители пресной воды - Кувейт, США, Япония.

При интенсивном использовании ресурсов Мирового океана происходит его загрязнение в результате сброса в реки и моря промышленных, сельскохозяйственных, бытовых и других отходов, судоходства, добычи полезных ископаемых. Особую угрозу представляет нефтяное загрязнение и захоронение в глубоководных частях океана токсичных веществ и радиоактивных отходов. Проблемы Мирового океана - это проблемы будущего человеческой цивилизации. Они требуют согласованных международных мер по координации использования его ресурсов и предотвращению дальнейшего загрязнения.

К рекреационным ресурсам относятся:

1. Природно-рекреационные.

2. Природно-исторические (культурно-исторические).

В первую группу входят объекты и явления природы, которые можно использовать в целях отдыха, туризма и лечения. Это морские побережья с благоприятным климатом, берега рек и озер, горы, лесные массивы, минеральные источники, лечебные грязи. В районах с такими рекреационными ресурсами создаются курортные зоны, зоны отдыха, заповедники, национальные парки.

Ко второй группе относятся памятники истории, археологии, архитектуры и искусства. Культурно-историческими достопримечательностями богаты большинство древних городов Европы и России, всемирную известность имеют египетские пирамиды и храмы Луксора, мавзолей Тадж-Махал в Индии, остатки древних городов майя и ацтеков в Латинской Америке.

Наиболее богатыми рекреационными ресурсами обладают страны, где благоприятные природные условия сочетаются с культурно-историческими достопримечательностями. В первую очередь это страны Средиземноморья - Италия, Испания, Греция, Турция, Израиль, Египет, Тунис, такие европейские страны, как Франция, Швейцария, Австрия, Чешская Республика, а также Мексика, Индия, Таиланд.

Природные рекреационные ресурсы представляют собой комплекс физических, биологических и энерго-информационных элементов и сил природы, которые используются в процессе восстановления и развития физических и духовных сил человека, его трудоспособности и здоровья. Практически все природные ресурсы обладают рекреационным и туристским потенциалом, но степень использования его различна и зависит от рекреационного спроса и специализации региона.

Согласно принятым в экономике природопользования классификациям, основанным на двойственном характере понятия «природные ресурсы», отражающем их природное происхождение, с. одной стороны, и экономическую значимость, с другой, природные рекреационные ресурсы можно сгруппировать по:

* происхождению;

* видам рекреационного использования;

* скорости. исчерпания (быстро исчерпаемые, медленно исчерпаемые, неисчерпаемые);

* возможности самовосстановления и культивирования (возобновимые, относительно возобновимые и невозобновимые);

* возможности экономического восполнения (восполнимые, невосполнимые);

* возможности замены одних ресурсов другими.

В последние годы возрастает внимание к природным ресурсам с точки-зрения использования их для активного отдыха населения и лечебно-оздоровительных, профилактических и медицинских мероприятий. Переход страны на рыночные отношения по-новому поставил вопросы эксплуатации курортных зон, а также развития возможностей компонентов природной среды непосредственно для лечебных целей.

В России есть районы, где рекреационная деятельность выступает определяющей отраслью в структуре их общественного воспроизводства. В состав ее входит сеть рекреационных предприятий и организаций.

Характеристика рекреационных ресурсов по основным ландшафтно-климатическим зонам позволяет оценить эти зоны в сравнении (по богатству этих ресурсов), что способствует выявлению наиболее эффективных направлений развития курортной сети нашей страны.

Порядка трети территории России занимает зона тайги. Вся она потенциально благоприятна для активной климатотерапии. Вместе с тем отрицательное воздействие оказывает наличие кровососущих насекомых, причиняющих большое беспокойство людям и животным и создающих дискомфортные условия для лечения и отдыха на открытом воздухе. Серьезной проблемой также является эпидемиологическая обстановка в определенные годы.

Наибольшее богатство в плане рекреационных ресурсов представляют зоны смешанных лесов и лесостепи. Именно здесь складывались и сохранились наиболее благоприятные для населения России условия существования и жизнедеятельности, которые могут представлять экологический оптимум для развития цивилизации в Восточной Европе и части Сибирского края. Именно здесь сформировалась уникальная русская культура в ее расширенном понимании с учетом будущего ее устойчивого развития. В этой связи рекреационные условия этой особой зоны наиболее благоприятны для сознательного труда в рекреации, которая всегда может быть рядом и ее не заменят кратковременные и надоедливые, хотя и экзотически-познавательные, курорты.

Что касается рекреационных ресурсов полупустынной и пустынной зон, то ландшафтные условия их малоблагоприятны для развития курортного строительства, за исключением отдельных оазисов.

Весьма благоприятна для размещения курортных здравниц средиземноморская зона, включающая в себя влажные и сухие субтропики. Однако развал СССР значительно сократил в этом плане рекреационные возможности России. Из горных областей наибольший интерес представляет Кавказ, перспективны Алтайский край и ряд восточных горных районов.

Одним из важных элементов рекреационного потенциала поселений (т. е. мест постоянного проживания населения), в первую очередь крупных городов, является ландшафтная архитектура, т. е. сознательное гармоническое сочетание природных антропогенных ландшафтов и их отдельных компонентов (растительность, рельеф, водоемы) с населенными пунктами, архитектурными комплексами и сооружениями. Традиционными объектами ландшафтной архитектуры являются парки, сады, бульвары, скверы, зеленые насаждения городских микрорайонов, а также территории водохранилищ, лесопарков и т. п., используемые в основном для отдыха. Примером ландшафтной архитектуры являются дворцовые ансамбли Подмосковья (Архангельское, Кусково), пригородов Санкт-Петербурга (Петро- дворец, Павловск, Пушкин), отдельные новые районы (микрорайоны) жилой застройки.

Одним из наиболее эффективных способов удовлетворения рекреационных потребностей является туризм. Он сочетает в себе не только отдых, оздоровление, но и культурно-познавательную деятельность и общение (последнее часто выражается в формах научных конференций, специальных культурных программ, деловых контактов). широко распространен экскурсионный туризм с заранее объявленной культурной программой. В зависимости от целей путешествия подразделяют туризм спортивный, любительский, с социальными целями, деловой (ярмарки, конгрессы), религиозный и т.д. В зависимости от средств передвижения различают туризм водный, пешеходный, железнодорожный, конный, лыжный, вело-, мото- и автотуризм.

Особо охраняемые природные территории (ООПТ). Относятся к объектам общенационального достояния и представляют собой участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны.

По имеющимся оценкам ведущих международных организаций в конце 1990 г. в мире насчитывалось около 10 тыс. крупных охраняемых природных территорий всех видов. Общее число национальных парков при этом приближалось к 2000, а биосферных заповедников - к 350.

С учетом особенностей режима и статуса находящихся на них природоохранных учреждений обычно различают следующие категории указанных территорий:

* государственные природные заповедники, в том числе биосферные;

* национальные парки;

* природные парки;

* государственные природные заказники;

* памятники природы;

* дендрологические парки и ботанические сады;

* лечебно-оздоровительные местности и курорты.

Национальные паркиявляются природоохранными, эколого-просветительскими и научно-исследовательскими учреждениями, территории (акватории) которых включают в себя природные комплексы и объекты, имеющие особую экологическую, историческую и эстетическую ценность, и которые предназначены для использования в природоохранных, просветительских, научных и культурных целях и для регулируемого туризма. Например, в Российской Федерации к началу 1999 г. функционировали 34 национальных парка, суммарная официально установленная площадь которых составляла 6784,6 тыс. га, а к началу 2000 г. - 35 парков общей площадью 6956 тыс. га (0,4% всей территории Российской Федерации).

Подавляющее большинство национальных парков находится в Европейской части Российской Федерации. Национальные парки образованы на территории 13 республик в составе Российской Федерации, 2 краев и 20 областей. Большинство национальных парков (34) находилось в непосредственном подчинении бывшей Федеральной службы лесного хозяйства России и один - в ведении Правительства Москвы («Лосиный остров»).

Вопрос 20

Интенсивное развитие промышленности неизбежно приводит к истощению ресурсов природы, загрязнению природной среды, нарушению естественных процессов, что влечет за собой негативные последствия для экологического состояния.

Негативные последствия, связанные с добычей угля:

· при разработке угля происходит откачка карьерных и шахтных вод;

· на поверхность выноситься большое количество пустых пород, что сопровождается выбросами вредных газов и пыли;

· загрязнение водных ресурсов, почвы и атмосферы;

· деформация земной поверхности и углесодержащих пластов;

· происходит изменение гидрогеологических, атмосферных и почвенных условий в зонах горных разработок;

· образование депрессионных воронок, площадь которых может достигать сотен квадратных километров;

· обмеление или полное исчезновение рек и ручьев;

· затопление или заболачивание отработанных территорий;

· обезвоживание, засоление почвенного слоя, в результате чего наносится вред земельным и водным ресурсам;

· ухудшение состава воздуха, изменение облика поверхности земли;

Для того чтоб сохранить природные ресурсы от неизбежного истощения и загрязнения в результате развития горнодобывающей промышленности необходимо стремиться к рациональному использованию недр в процессе добычи полезных ископаемых в месторождениях.Для решения данных проблем необходимо использование комплексных мероприятий: производственных, научно-технических, экономических и социальных. В связи с затрагиванием смежных отраслей народного хозяйства, данный вопрос можно по праву назвать межотраслевым.Охрана природной среды на практике осуществляется при помощи инженерно-техническихрешений. Самым эффективным способом является внедрение малоотходных или безотходных технологий.Для охраны природы, в горнодобывающей промышленности используя основные направления: охрана и рациональное использование земель, атмосферы, водных ресурсов, недр, а также комплексный подход к применению отходов производства. Выбросы в атмосферу вредных веществ предприятиями горнодобывающей промышленности происходят в процессе разработки полезных ископаемых, а также в ходе производственных процессов технологического комплекса поверхности отвалов и шахт, при открытой разработке сланца и угля, обогащении твердого топлива, производства брикетов.

При этом в атмосферу выбрасываются такие вредные вещества как: пыль, оксиды азота, оксид углерода, сернистый ангидрид и сероводород, который выделяется при горении породных отвалов.

Интенсивное пылеобразование, существенно загрязняющее атмосферу, происходит в начале строительства горнодобывающих предприятий, в процессе эксплуатации практически при всех технологических работах, при прохождении горных разработок, добыче полезных ископаемых и транспортировке.

Горнодобывающая промышленность предусматривает разработку и изъятие из недр земли природных ископаемых в результате нарушается значительная часть поверхности земли. При таком воздействии земли теряют свою хозяйственную ценность, а в худшем случае отрицательно воздействуют на окружающую среду.

При открытом методе разработки месторождений, отчуждаются огромные площади плодородных почв, для обеспечения добычи значительных объемов полезных ископаемых: железорудных, топливных, строительных.

Добыча полезных ископаемых шахтным методом также негативно сказывается на природных ландшафтах.

При сдвижении и деформации горных пород на земной поверхности образуются прогибы, провалы, которые с течением времени заполняются подземными грунтовыми и паводковыми водами, а также атмосферными осадками.

При деформации земной поверхности, существует опасность подтопления или, наоборот, обезвоживания ее отдельных участков, вследствие чего окружающая природа терпит значительный ущерб в виде изменения микроклимата, негативно воздействует на леса, пашни, населенные пункты и промышленные объекты.

При увеличении глубины, на которой ведется добыча, степень поражения в виде деформации поверхности, уменьшается.

Негативное влияние от проведения подземных горных разработок проявляется в засорении поверхности земли, в результате выноса пустых пород, которые складируют в отвалах.

В результате таких действий происходит отчуждение сельскохозяйственных земель, снижается продуктивность соседних угодий, атмосфера загрязняется газами и пылью, нарушается гидрогеологический режим местности. Стекающие воды с отвалов, которые могут быть токсичными, способны уничтожить всю растительность на прилегающей территории.

Близко расположенные к населенным пунктам отвалы существенно воздействуют на санитарно-гигиенические условия местного населения.

Для защиты земной поверхности от негативного влияния горнодобывающей промышленности применяют горнотехнические и специальные охранные мероприятия по ликвидации последствий горных разработок путем рекультивации (восстановления) нарушенных земель.

Вопрос 21. Экологические проблемы тепловой энергетики

За счет сжигания топлива (включая уголь, дрова и другие биоресурсы) в настоящее время производится около 90% энергии. Доля тепловых источников уменьшается до 80-85% в производстве электроэнергии. При этом в промышленно развитых странах нефть и нефтепродукты используются в основном для обеспечения нужд транспорта. Например, в США (данные на 1995 г.) нефть в общем энергобалансе страны составляла 44%, а в получении электроэнергии - только 3%. Для угля характерна противоположная закономерность: при 22% в общем энергобалансе он является основным в получении электроэнергии (52%). В Китае доля угля в получении электроэнергии близка к 75%, в то же время в России преобладающим источником получения электроэнергии является природный газ (около 40%), а на долю угля приходится только 18% получаемой энергии, доля нефти не превышает 10%.

В мировом масштабе гидроресурсы обеспечивают получение около 5-6% электроэнергии, атомная энергетика, дает 17-18% электроэнергии. Причем в ряде стран она является преобладающей в энергетическом балансе (Франция - 74%, Бельгия -61%, Швеция - 45%).

Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности.

В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества.

Вместе с тем влияние энергетики на среду и ее обитателей в большей мере зависит от вида используемых энергоносителей (топлива). Наиболее чистым топливом является природный газ, далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Хотя в настоящее время значительная доля электроэнергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), однако закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия.

Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет. Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тони. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а, следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата, закисного железа и гипса. Имеющиеся способы улавливания серы при сжигании топлива далеко не всегда используются из-за сложности и дороговизны. Поэтому значительное количество ее поступает и, по-видимому, будет поступать в ближайшей перспективе в окружающую среду. Серьезные экологические проблемы связаны с твердыми отходами ТЭС - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭС ежегодно поступает около 250 млн. тонн мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменить баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков; а, попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Выбросы ТЭС являются существенным источником такого сильного канцерогенного вещества, как бензопирен. С его действием связано увеличение онкологических заболеваний. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз.

Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и ишаков. Для этого требуются значительные территории, которые долгое время не используются, а также являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности.

Имеются данные, что если бы вся сегодняшняя энергетика базировалась на угле, то выбросы СО, составляли бы 20 млрд. тонн в год (сейчас они близки к 6 млрд. т/год). Это тот предел, за которым прогнозируются такие изменения климата, которые обусловят катастрофические последствия для биосферы.

ТЭС - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

Экологические проблемы гидроэнергетики

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов.

Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает условия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых синезеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитателей водной среды. Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п.

В конечном счете, перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Например, подсчитано, что большая Асуанская плотина, построенная на Ниле в 60-е годы, будет наполовину заилена уже к 2025 году. Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энергетическом балансе постепенно уменьшается. Это связано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнинных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Водохранилища оказывают заметное влияние на атмосферные процессы. Например, в засушливых (аридных) районах, испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз. С повышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловливает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положительную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохранилищ приходится менять направление сельского хозяйства. Например, в южных частях мира некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не успевают вызревать, повышается заболеваемость растений, ухудшается качество продукции.

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать землетрясения. Увеличивается вероятность оползневых явлений и вероятность катастроф в результате возможного разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

Экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля.

До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких ликвидационных работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС.

Вопрос 22

Машиностроительные предприятия являются основными источниками загрязнения окружающей среды. Сточные воды предприятий содержат нефтепродукты, образующиеся из смазочно-охлаждающих жидкостей и растворов обезжиривания, ионы тяжелых металлов из гальванических производств, множество химических соединений.

Комплексное обезвреживание сточных вод предпочтительно проводить в две ступени: вначале металл осаждается электролитическими методами, затем оставшийся металл удаляется адсорбцией на цеолите, магнетите, скелетном графите, гидроксиапатите, ионообменных полимерных смолах.

Не менее важным аспектом является переработка и утилизация отходов гальванических производств, как накопленных, так и вновь образующихся. Селективное извлечение металлов и их соединений из растворов, получаемых при кислотном выщелачивании гальваношламов, может осуществляться экстракцией, сорбцией, химическим осаждением при разных значениях рН, ступенчатым электролизом при разных потенциалах, цементацией на алюминии и железе.

Основные направления утилизации гальваношламов в строительной индустрии следующие: производство строительной керамики (кирпича, керамзита, пористых наполнителей для бетона), производство бетонных и растворных смесей, получение пигментов и красок, производство стекла. Все эти способы недостаточно эффективны либо по экономическим показателям, либо по экологическим (со временем происходит разрушение материала и вымывание из него тяжелых металлов).

Одним из направлений в этой области, снижающим класс опасности до 4-го и 5-го, является химическая стабилизация (ферритизация) шламов. Ферритизированные шламы могут быть использованы как адсорбенты или утяжеляющая добавка при очистке сточных вод от ионов металлов, или же, с целью последующего использования, захоронены в открытом грунте.

Решению вопросов создания безотходных производств и организации замкнутых циклов использования материальных ресурсов должно быть уделено особое внимание. Важное место в рассматриваемой проблеме занимают жидкие отходы машиностроительных и металлургических предприятий - смазочно-охлаждающие жидкости. Ежегодно предприятиями черной металлургии сбрасывается около 700 млн. м3, машиностроения и металлообработки - 600 млн. м3отработанных СОЖ.

Практически все технологии обезвреживания СОЖ (отстаивание, флотация, центрифугирование, выпаривание) недостаточно эффективны. Это связано со стойкостью эмульсии, большим количеством химических соединений различного класса, механическими загрязнениями

Одним из наиболее перспективных направлений в решении указанной проблемы является создание комплекса установок по очистке и регенерации СОЖ, восстановлению отработанных масел и переработке металлосодержащих нефтешламов.

Кроме механических и физико-химических методов очистки нефтешламов, все большее значение приобретают биологические способы их утилизации.

Множество проблем охраны окружающей среды от загрязнений машиностроительных производств могут быть решены только комплексным подходом, в том числе законодательными актами и их исполнением.

Химическая промышленность - это отрасль народного хозяйства, производящая различные виды химической продукции для всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, сферы потребления. Она производит продукты основной химии - аммиак, неорганические кислоты, щелочи, минеральные удобрения, соду, хлор и хлорпродукты, сжиженные газы; продукты органического синтеза - кислоты, спирты, эфиры, элементоорганические соединения, углеводороды, органические полупродукты, красители; синтетические материалы - смолы, пластмассы, химические и синтетические волокна, химические реактивы, товары бытовой химии и др. Важное место в отрасли занимают нефтеперерабатывающие и нефтехимические производства. Основными выбросами химических предприятий являются газы, пары и пыль химических соединений. В зависимости от агрегатного состояния содержащихся в них примесей, выбросы химических предприятий подразделяются на классы: 1й класс - газообразные и парообразные (SO2, СО, NOx, H2S, CS2, NH3, углеводороды, фенолы и т. д.); 2й класс - жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, растворы жидких металлов и их солей, органические соединения); 3й класс - твердые (органические и неорганические пыли, сажа, смолистые вещества, свинец и его соединения и т. д.); 4й класс - смешанные (различные комбинации классов). Выбросы химических предприятий содержат чаще всего одновременно несколько групп веществ, основная масса которых обладает неблагоприятным воздействием на компоненты биосферы. Условно эти продукты можно разделить: на вещества, применяемые в технологическом процессе и сохраняющие свои химические свойства при выделении в окружающую среду; продукты побочных реакций или примеси; продукты превращения с изменением первоначальных свойств и появлением новых; вещества, представляющие собой смеси однородных веществ. Повышенное выделение экотоксикантов наблюдается при использовании высоких температур, термоокислительных реакций (пиролиз), процессов фильтрации, транспортировке и затаривании сыпучих материалов, при очистке аппаратуры от остатков сырья и т. д. По степени негативного воздействия на все ее компоненты, следует выделить такие вещества, как CO, NOx, SO2, СО2, SO3 фенолы, нефтяные газы, образующиеся в процессах переработки нефти и нефтепродуктов, ароматические углеводороды, спирты, эфиры, галогенопроизводные углеводородов, кетоны и др., сероводород, сероуглерод, фториды, аммиак, сажа и др. СО получается при неполном сгорании углеродистых веществ, в воздух попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. СО2 является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта. SO2 выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд, в цветной и черной металлургии, при химических процессах получения серной кислоты, сульфитов, производства удобрений, целлюлозы, очистке нефтепродуктов и т. д. Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков горнорудных отвалов. SO2 ядовит, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Длительное его вдыхание даже в небольших количествах ведет к развитию хронических заболеваний легких. Находясь в воздухе, он окисляется до SO3 и при соединении с атмосферной влагой образует серную кислоту, которая в виде кислотных дождей наносит вред растительности, особенно хвойным лесам, подкисляет почву и воду, ускоряет процессы коррозии металлов, разрушает конструкции зданий. SO3 образуется при окислении SO2. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. H2S и CS2. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, a также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействие с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до SO3. NOx. Основными источниками выбросов являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. NOx сами по себе весьма токсичны, участвуют в химических реакциях при образовании смогов. NOx способствуют образованию кислотных дождей, существенно влияющих на лито и гидросферу. Избыточное количество соединений азота разрушает структуру почвы, снижает плодородие, вызывает минеральный дисбаланс в растениях, повышает содержание нитритов и нитратов в продуктах растениеводства и животноводства. Основная масса оксидов азота образуется при сжигании всех видов ископаемого топлива в результате окисления азота при высоких температурах в топках котлов и печей. Другим источником поступления NOx в атмосферу являются двигатели внутреннего сгорания. Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом, являются сильными инсектицидами. Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется природой соединений и их концентрацией. К числу особо опасных веществ, источником которых является химическая промышленность, относятся стойкие органические загрязнители (СОЗ: пестициды - альдрин, хлордан, дильдрин, эндрин, гептахлор, мирекс, токсафен и ДДТ; гексахлорбензол; полихлорированные бифенилы (ПХБ) - соединения, использующиеся в качестве компонентов электротехнических жидкостей, а также образующиеся в качестве побочных продуктов на некоторых химических производствах; полихлорированные дибензопдиоксины и дибензофураны - соединения, которые образуются как побочные продукты в некоторых химических производствах, а также при высокотемпературных процессах или процессах, связанных с использованием хлора (например, при сжигании бытовых отходов, содержащих хлорированные полимеры, при отбеливании бумаги и хлорировании воды и т. д.)), обладающие прямым токсическим действием на все компоненты биосферы, является чрезвычайно медленное разрушение в окружающей среде и способность накапливаться в пищевых цепях.Нефтехимический синтез - основной технологический процесс нефтехимической промышленности, включающий такие процессы, как пиролиз (расщепление молекул углеводородов нефти и газа при температуре 630-700 °С и повышенном атмосферном давлении), гидратация (присоединение к молекуле олефина воды происходит с подогревом исходного сырья под давлением 70 атм), дегидрирование (отщепление водорода от углеводородов при температуре до 600 °С), алкилирование, полимеризация и т. д.). Многие процессы протекают в присутствии катализаторов (оксидов хрома, никеля, кобальта и др.). Загрязнение различными химическими веществами окружающей среды - главный неблагоприятный фактор переработки нефти. Например: производство синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена - источник непредельных углеводородов, паров аммиака, этилового спирта; производство ацетилена - источник углеводородов, синильной кислоты, диметиламина и муравьиной кислоты, диметилформамида; производство синтетического фенола и ацетона - источник фенола, ацетона, бензола, углеводородов олефинового ряда, ацетонфенола, изопропилбензола и др. Основными причинами загрязнения окружающей среды нефтехимическими производствами являются: недостаточная герметичность коммуникаций, сальникового уплотнения насосов, неплотности во фланцевых соединениях, периодичность процессов и ручных операций, аппараты, работающие под избыточным давлением с подогревом используемого исходного сырья, неудовлетворительная планировка зданий, малая эффективность средств очистки. Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Первичные представляют собой физические методы разделения нефти, основанные на разных температурных интервалах кипения ее отдельных фракций -прямая перегонка. Вторичные - химические методы, предусматривающие полное преобразование нефтяного сырья в результате глубоких структурных превращений углеводородов под воздействием повышенных температур и давления с использованием катализаторов. Это различные виды крекинга и риформинга нефтепродуктов.Зона загрязнения воздуха мощных нефтеперерабатывающих заводов простирается на расстояние 20 и более километров. Количество выделяющихся вредных веществ определяется мощностью НПЗ и составляет: углеводороды - 1,5-2,8; сероводород 0,0025-0,0035 на 1 % серы в нефти; оксид углерода 30-40 % от массы сжигаемого топлива; сернистый ангидрид - 200 % от массы серы в сжигаемом топливе.

...