Экологические проблемы взаимодействия человека и окружающей среды

Размещено на http://www.Allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

История взаимоотношения «Человек - окружающая среда»

Биологический метод очистки сточных вод. Его характеристика

Почему энергию, производимую ветряными мельницами, считают экологически чистой? Какой вид загрязнения природы возникает при использовании энергии ветра? Почему ветряки используются в мире недостаточно широко?

Экологические проблемы ядерной энергетики

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Человек и природа образуют непрерывное, жизненное единство. Природа является нашим общим домом. Как окружающая среда - естественное условие существования человека, так и умение познавать законы природы и правильно их использовать - источник неисчерпаемости ее ресурсов. В силах человека сделать все, чтобы такое взаимоотношение осуществлялось в разумных пропорциях. Чрезвычайно важно это теперь, когда человек особенно активно воздействует на окружающую среду.

Еще в 1926 г. академик В.И. Вернадский писал, что «…с человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты».

Если не принимать своевременных, эффективных мер, можно нанести непоправимый вред природе, а, значит, и человеку. Человечество находится на том рубеже, когда идти в природу с закрытыми глазами - значит продолжать делать новые просчеты, новые ошибки, за которые должны будут рассчитываться и настоящие и будущие поколения.

Нередки случаи небрежного, невежественного отношения к природе. Люди, порой хорошо усвоившие свои права и нормы поведения в обществе, часто забывают о своих обязанностях.

Уважительное, заботливое отношение к природе, ко всему живому на Земле должно стать личным убеждением, нормой поведения каждого человека. Соблюдение существующих правил и норм по отношению к природе - непреложное условие повседневной жизни и элементарная гражданская обязанность каждого человека.

История взаимоотношения «Человек - окружающая среда»

Вся история человечества - это история экономического роста, роста численности народонаселения и последовательного разрушения биосферы. Развитие цивилизации привело к созданию современной искусственной, техногенной среды обитания человека, истощению и загрязнению окружающей среды. За время своего существования и особенно в XX веке человечество ухитрилось уничтожить около 70 процентов всех естественных экологических (биологических) систем на планете, которые способны перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности, и продолжает их "успешное" уничтожение. Объем допустимого воздействия на биосферу в целом превышен сейчас в несколько раз. Более того, человек выбрасывает в окружающую среду тысячи тонн веществ, которые в ней никогда не содержались и которые зачастую не поддаются или слабо поддаются переработке. Все это приводит к тому, что биологические микроорганизмы, которые выступают в качестве регулятора окружающей среды, уже не способны выполнять эту функцию.

Как утверждают специалисты, через 30-50 лет начнется необратимый процесс, который на рубеже XXI-XXII веков приведет к глобальной экологической катастрофе. Особо тревожное положение сложилось на Европейском континенте. Западная Европа свои экологические ресурсы в основном исчерпала и соответственно использует чужие. Интересно, что многие исследователи сам факт появления и значительного распространения человека на Земле называют одной из крупнейших экологических катастроф древности.

Именно тогда и зародилось неразрешимое до сих пор противоречие между катастрофически быстро развивающимся биологическим видом-потребителем природных ресурсов и самой природной средой - между человеком и породившей его природой. Именно так человечество прошло с окружающей его природной средой бок о бок сквозь десятки, сотни тысячелетий - борясь с миром за существование и создавая, себе победами в этой борьбе только всё новые и новые проблемы…Классификация проблем.

По масштабам распространения экологические проблемы можно подразделить на:- локальные: загрязнение подземных вод токсичными веществами,- региональные: повреждение лесов и деградация озер в результате атмосферных выпадений загрязнителей,- глобальные: возможные климатические изменения вследствие увеличения содержания углекислого газа и других газообразных веществ в атмосфере, а также истощения озонового слоя.

Загрязнение почвы

Охрана почв от человека является одной из важнейших задач человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоемы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд.

Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоемов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека.

В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и, прежде всего, в костях.

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20-30 млрд. т. твердых отходов, из них 50-60 % органических соединений, а в виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т. И всё это меньше чем на 6 млрд. человек!

Воздух

Существуют природные ресурсы, необходимые человечеству, как воздух. Но нет, пожалуй, такого ресурса, кроме самого воздуха, отсутствие которого становилось бы неразрешимой проблемой для человека уже менее чем через минуту.

Известно, что загрязнение атмосферы происходит в основном в результате работы промышленности, транспорта и т.п., которые в совокупности ежегодно выбрасывают "на ветер" более миллиарда твердых и газообразных частиц.

Основными загрязнителями атмосферы на сегодняшний день являются окись углерода и сернистый газ. Но, конечно, нельзя забывать и о фреонах, или хлорфторуглеводородах. Именно их большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дыр в атмосфере. Фреоны широко используются в производстве и в быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, а также в аэрозольных упаковках. А именно с понижением содержания озона в верхних слоях атмосферы медики связывают рост количества раковых заболеваний кожи. Известно, что атмосферный озон образуется в результате сложных фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетовых излучений Солнца. Хотя его содержание невелико, его значение для биосферы огромно.

Озон, поглощая ультрафиолетовое излучение, предохраняет все живое на земле от гибели. Фреоны же, попадая в атмосферу, под действием солнечного излучения распадаются на ряд соединений, из которых окись хлора наиболее интенсивно разрушает озон. Благодатные капли дождя - еще один дар небес - всегда радовали человека. Но в некоторых районах земного шара дожди превратились в серьезную опасность. Возникла сложная и трудная в своем решении проблема кислотных дождей, которая на международном уровне была впервые поднята Швецией на конференции ООН по окружающей среде. С тех пор она превратилась в одну из главных природоохранных проблем человечества.

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается современным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Естественные процессы потребления углекислого газа и кислорода и их поступление в атмосферу сбалансированы. С развитием промышленности и транспорта кислород используется на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий. Сокращается число продуцентов кислорода и в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов.

Ученые полагают, что в ближайшие 150-180 лет количество кислорода в атмосфере может сократиться на 1/3 по сравнению с современным его содержанием. Увеличение потребления кислорода происходит одновременно с увеличением выделения в атмосферу диоксида углерода. Некоторое увеличение углекислого газа в атмосфере положительно сказывается на продуктивности растений. Например, насыщение углекислым газом воздуха теплиц повышает урожайность овощей за счет интенсификации процессов фотосинтеза. Однако общее увеличение содержания СО2 в атмосфере приводит к сложным глобальным явлениям. Углекислый газ свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Это явление получило название парникового эффекта. Дополнительный нагрев нижних слоев атмосферы дает сжигание топлива. Это особенно заметно на территории крупных городов, где температура центральных их частей на 2-4°С выше среднегодовой для данного района. Повышение среднегодовой температуры нижних слоев атмосферы Земли может вызвать таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повышению уровня Мирового океана, затоплению низменных участков материков, усилению тектонических процессов, изменению климата. Источниками искусственного загрязнения служат промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Основным поставщиком загрязнений служат промышленные предприятия. Они выделяют в атмосферу несгоревшие частицы топлива, пыль, сажу, золу. В индустриальных районах выпадает свыше 1 т пылевых частиц на 1 км2 в сутки. Мощными поставщиками тончайшей пыли в атмосферу служат цементные заводы.

По данным изучения пузырьков газа во льдах Антарктиды, содержание метана в атмосфере за последние 200 лет увеличилось. Измерения в начале 1980-х годов содержания угарного газа в воздушном бассейне штата Орегон (США) в течение 3,5 лет показали, что оно возрастало в среднем на 6% в год. Имеются сообщения о тенденции повышения в атмосфере Земли концентрации углекислого газа и связанной с ней угрозы парникового эффекта и потепления климата. В ледниках вулканического района Камчатки обнаружены как современные, так и древние канцерогены. В последнем случае они имеют, по-видимому, вулканическое происхождение. Главный химический загрязнитель атмосферы - сернистый газ, выделяющийся при сжигании каменного угля, сланцев, нефти, при выплавке железа, меди, производстве серной кислоты и др. Сернистый газ служит причиной выпадения кислотных дождей.

При высокой концентрации сернистого газа, пыли, дыма во влажную тихую погоду в промышленных районах возникает смог - ядовитый туман, резко ухудшающий условия жизни людей. В Лондоне во время такого смога из-за обострения легочных и сердечных заболеваний с 5 по 9 декабря 1952 г. умерло на 4000 человек больше, чем обычно. Под воздействием интенсивного солнечного излучения химические вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом, могут вступать в реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Такой вид смога получил название фотохимического.

Вода

Третий, не менее важный, чем небо над головой и земля под ногами, фактор существования цивилизации - водные ресурсы планеты. На свои нужды человечество использует главным образом пресные воды. Их объём составляет чуть больше 2% гидросферы, причём распределение водных ресурсов по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод.

Общее же потребление речных вод возрастает из года в год во всех районах мира. Известно, например, что с начала нынешнего века потребление пресных вод возросло в 6 раз, а в ближайшие несколько десятилетий возрастёт еще, по меньшей мере, в 1,5 раза. Недостаток воды усугубляется ухудшением её качества. Используемые в промышленности, сельском хозяйстве и в быту воды поступают обратно в водоёмы в виде плохо очищенных или вообще неочищенных стоков. Таким образом, загрязнение гидросферы происходит, прежде всего, в результате сброса в реки, озера и моря промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Согласно расчетам ученых, в конце ХХ века для разбавления этих самых сточных вод может потребоваться 25 тыс. кубических километров пресной воды, или практически все реально доступные ресурсы такого стока!

Нетрудно догадаться, что именно в этом, а не в росте непосредственного водозабора - главная причина обострения проблемы пресной воды.

В настоящее время к числу сильно загрязненных рек относятся - Рейн, Дунай, Сена, Огайо, Волга, Днепр, Днестр и др. Растет загрязнение мирового океана. Причем здесь существенную роль играет не только загрязнение стоками, но и попадание в воды морей и океанов большого количества нефтепродуктов. В целом, наиболее загрязнены внутренние моря - Средиземное, Северное, Балтийское, Внутреннее Японское, Яванское, а также Бискайский, Персидский и Мексиканский заливы. Кроме того, человек осуществляет преобразование вод гидросферы путем строительства гидротехнических сооружений, в частности водохранилищ. Крупные водохранилища и каналы оказывают серьезное отрицательное воздействие на окружающую среду: изменяют режим грунтовых вод в прибрежной полосе, влияют на почвы и растительные сообщества, в конце концов, их акватории занимают большие участки плодородных земель. Наиболее важными антропогенными процессами загрязнения воды являются стоки с промьшленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий, выпадение с атмосферными осадками продуктов антропогенной деятельности. Эта процессы загрязняют не только поверхностные воды (бессточные водоемы и внутренние моря, водотоки), но и подземную гидросферу (артезианские бассейны, гидрогеологические массивы), Мировой океан (в особенности акватории и шельфы).

На континентах наибольшему воздействию подвергаются верхние водоносные горизонты (грунтовые и напорные), которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Аварии нефтеналивных танкеров, нефтепроводов могут быть существенным фактором резкого ухудшения экологической обстановки на морских побережьях и акваториях, во внутриконтинентальных водных системах. Отмечается тенденция увеличения этих аварий в последнее десятилетие. Набор веществ, загрязняющих воду, очень широкий, а формы их нахождения разнообразны.

Главные загрязнители, связанные с природными и антропогенными процессами загрязнения водной среды, во многом сходны. Отличие заключается в том, что в результате антропогенной деятельности в воду могут поступать значительные количества таких чрезвычайно опасных веществ, как пестициды, искусственные радионуклиды. Кроме того, искусственное происхождение имеют многие патогенные и болезнетворные вирусы, грибки, бактерии.

На сельскохозяйственных территориях с высокой агронагрузкой выявлено заметное увеличение в поверхностных водах соединений фосфора. Отмечается также возрастание в поверхностных и грунтовых водах устойчивых пестицидов.

Фауна

Изменяя свой мир, человек, желает он того или нет, существенно вмешивается в жизнь своих соседей по планете. По данным Международного союза охраны природы, с 1600 г. на Земле вымерло 94 вида птиц и 63 вида млекопитающих. Кроме того, уменьшаются в количестве и исчезают редкие насекомые, что связано как с реакцией на применение различного рода пестицидов, так и с уничтожением их коренных мест обитания. Формирование экологического мировоззрения опирается на осознание необходимости ограничения потребления. Но при этом вовсе не отвергается известная социальная формула: "от каждого по способностям, каждому - по потребностям". Она точно отражает острейшие социально-экологические проблемы современности. Под потребностями подразумевается нужда в чём-либо объективно необходимом для поддержания жизнедеятельности и развития организма. Международная "Красная книга" - список редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и растений - в настоящий момент включает 5 томов материалов. Кроме того, существуют национальные и даже региональные "Красные книги".

В развитии взаимодействий общества и природы существуют определенные закономерности. В связи с этим в истории человечества можно выделить несколько качественно своеобразных этапов взаимодействия природы и общества.

- биогенный (адаптационный, собирательский, присваивающий);

- техногенный (частично преобразовательный);

- ноосферный (системно преобразовательный).

Биогенный период принято называть собирательским, поскольку для него характерны сбор человеком готовых продуктов созданных природой. Этот этап начался 15-25 тыс. лет назад.

Экологическая ниша человека начала расширяться с возникновением земледелия и скотоводства (10-11тыс лет назад). С возникновением земледелия завершился первый этап развития человека и природы: Он стал активно вмешиваться в природные процессы, биогеохимические циклы, создавая агроценозы, используя возобновляемые и не возобновляемые источники энергии и т д

Техногенный период начался за биогенным, в неолите, с развития ремёсел и технологий, в большей степени влияющих на развитие природы и общества и вызываемых её преобразования.

С начала этого периода техника, и человеческий труд становятся определяющими факторами, а роль ведущего фактора играет человеческий разум. Техногенный период подразделяется на два этапа:

- аграрный;

- индустриальный.

На аграрном этапе основную роль играли сельскохозяйственный труд, соответствующие орудия и технологии. Он начался 10-12 тыс. лет назад. На этом этапе положение общества по сравнению с биогенным периодом в целом упрочилось, при этом существенно вырос наносимый природе ущерб, вследствие полевых и лесных пожаров, засоления почвы, эрозии обрабатываемых земель и т.д.

Индустриальный этап связан с возникновением промышленного производства. Он начался около 400 лет назад. Промышленность приобрела роль определяющего фактора не только в социально-экономическом, но и социально-экологическом аспекте. Этот этап характеризуется широкомасштабным созданием искусственных веществ и предметов, которые природа сама по себе не формирует. В громадных количествах накапливаются производственные и бытовые отходы, с которыми природе тяжело справляться.

Ноосферный период должен прийти на смену бесконтрольному потреблению природных ресурсов и загрязнению Земли. Мы являемся свидетелями начала этого периода. Ноосферное развитие базируется на четком понимании того, что человек является частью природы и подчиняется ее законам. Наступает осознание того, что без сохранения окружающей природной среды невозможно существование человечества. Ноосферное развитие в центре внимания ставит человека, который должен иметь право на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой, как в настоящее время, так и в будущем.

В 1982 году ООН приняла специальный документ - Всемирную хартию охраны природы, а затем создала специальную комиссию по окружающей среде и развитию. В 1983 году в ООН была создана комиссия по окружающей среде и развитию, которая издала в 1987 году доклад "Наше общее будущее". Лейтмотивом доклада стала знаменитая фраза: "Человечество способно сделать развитие устойчивым - обеспечить, чтобы оно удовлетворяло нужды настоящего, не подвергая риску, способность будущих поколений удовлетворять спои потребности". Хотя как это сделать - не разъяснялось.

В числе важнейших путей решения экологических проблем большинство исследователей также выделяет внедрение экологически чистых, мало- и безотходных технологий, строительство очистных сооружений, рациональное размещение производства и использование природных ресурсов.

Хотя, несомненно, - и это доказывает весь ход человеческой истории - важнейшим направлением решения стоящих перед цивилизацией экологических проблем стоит назвать повышение экологической культуры человека, серьезное экологическое образование и воспитание, все то, что искореняет главный экологический конфликт - конфликт между дикарем-потребителем и разумным обитателем хрупкого мира, существующий в сознании человека.

Биологический метод очистки сточных вод, его характеристика

В местах проживания людей, то есть в жилых районах, чаще всего применяется биологический способ очистки сточных вод. Данный метод способен перерабатывать сточные воды как от одного или нескольких частных домов, так и от густонаселенных районов города.

Биологическая очистка сточных вод основана, на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные загрязнения, в качестве источника питания и минерализовать их в процессах своей жизнедеятельности. Среди биологических методов защиты окружающей среды биологические методы очистки сточных вод первыми получили развитие и в настоящее время наиболее широко используются. По объему перерабатываемых потоков биологическая очистка сточных вод является самой крупнотоннажной технологией и применяется на подавляющем большинстве очистных сооружений: производственных, городских, локальных и придомовых.

Основные показатели загрязненности сточных вод

Для определения характера и степени загрязненности сточных вод, качества очистки используется ряд показателей.

Органолептические показатели: цвет, вид, запах, мутность, прозрачность. Некоторые вещества обнаруживаются органами чувств человека при очень малых концентрациях (например, хлорфенол - при 0,000004 мг/л). По принятой методике вкус и запах воды определяются для холодной и подогретой до 60°C воды и оцениваются по следующей системе:

0 баллов	запах и привкус не обнаруживаются;
1 балл	обнаруживаются лишь опытным лицом с тонким обонянием и вкусом;
2 балла	обнаруживаются потребителем;
3 балла	обнаруживаются легко, могут быть поводом для жалоб;
4 балла	вода неприятна для употребления;
5 баллов	-вода совершенно непригодна для питья.

В соответствии с гигиеническими требованиями при использовании воды. В питьевых целях интенсивность запаха не должна превышать двух баллов.

Из запахов различают ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, рыбный, сероводородный и неопределенный. Вода, пригодная для питья, не должна иметь запаха. Появление запаха чаще всего связано с образованием сероводорода при гниении серосодержащих органических веществ или при восстановлении сульфатов. Причиной появления запахов и привкусов воды может быть массовое развитие водорослей в водоеме, откуда производится водозабор. При этом в воду поступают продукты обмена веществ водорослей, придающие воде разнообразные запахи и привкусы.

Качественное определение мутности проводят описательно: слабая опалесценция, опалесценция, слабая, заметная и сильная муть. Количественно мутность определяют турбидиметрическим методом по ослаблению проходящего через пробу света. В качестве стандарта используют суспензию SiO2, каолина, формазина.

Прозрачность (или светопропускание) воды обусловлена ее цветом и мутностью, т. е. содержанием в ней различных растворенных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. В зависимости от степени прозрачности воду условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную и сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, полужирный шрифт высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.

Способ биологической очистки заключается в том, что окисление, расщепление и последующее уничтожение органических загрязнений сточной жидкости является результатом процесса жизнедеятельности простейших микроорганизмов. Эти микроорганизмы искусственно культивируются в специальных устройствах (биофильтры, аэротенки и т.д.), через которые проходит обрабатываемая вода.

Всю совокупность биологических методов обработки условно разделяют на две группы, которые зависят от вида используемых микроорганизмов:

Аэробный способ - для очистки воды применяются бактерии, жизнедеятельность которых возможна только при неограниченном доступе кислорода;

Анаэробный способ - использование микроорганизмов, которые не нуждаются в кислороде.

Аэробный способ очистки бытовых и промышленных вод

Аэробный способ очистки бытовых и промышленных вод дополнительно делится на категории, которые определяются типом используемых резервуаров, где выполняется обработка стоков.

Это могут быть: биофильтры, биологические пруды, поля фильтрации, либо аэротенки. В целом, непосредственно на саму сущность метода очистки, вид резервуара не оказывает никакого влияния - все они имеют идентичный способ минерализации загрязняющих веществ.

Основным биологическим веществом для аэробной очистки является «активный ил», который иногда называют биопленкой. На каждом предприятии, в зависимости от состава сточных вод, структура активного ила будет разной. Сам по себе активный ил существует в виде хлопьев темно-коричневого цвета, размер которых не превышает пары сотен микрометров. Среднестатистический ил на 30% состоит из твердых неорганических частиц, а на 70% из живых микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности используют твердые частицы как среду обитания.

Основную часть бактерий в активном иле составляют организмы семейства Pseudomonas, однако разный состав стоков будет определять преобладающую группу микроорганизмов. Главной характеристикой активного ила, которая предопределяет его очистные способности, является возможность бактерий использовать органические загрязнители как средство питания. Такие бактерии поглощают внутрь своей клетки загрязняющие вещества, которые там подвергаются изменению биохимической структуры.

В целом, полная аэробная биологическая очистка бытовых и промышленных стоков, при выполнении всех технологических требований, способна обеспечить удаление около 90 процентов всех окисляемых загрязнений содержащихся в воде. На сегодняшний день технология аэробной очистки требует искусственного ускорения процесса, так как его естественное протекание требует больших временных затрат. Естественная аэробная биологическая очистка осуществляется на специальных полях фильтрации, такой способ, помимо длительного периода протекания, характеризуется ещё и слабой эффективностью, которая не превышает 50% по большинству наиболее распространенных загрязнителей.

Для того чтобы в промышленных условиях ускорить аэробный метод используются специальные емкости, при пребывании в которых сточные воды искусственно насыщаются кислородом. Такие резервуары на дне имеют пористые контейнеры из полимерного материала, в которых культивируются колонии микроорганизмов. Под контейнерами располагаются аэраторы - трубы с маленькими отверстиями, что наполняют воду кислородом.

Также катализирующим фактором является температура жидкости, которая должна поддерживаться на необходимом уровне. К слову, и сами микроорганизмы производят определенную регуляцию среды обитания - в процессе окисления и разложения органических загрязнений происходит выделение значительного количества энергии, что существенно повышает температуру жидкости.

Такие устройства для биологической обработки воды, помимо промышленных очистных сооружений, получили широкое распространение и в бытовых условиях - биофильтры часто применяются при конструировании септиков. Или небольших очистных конструкций индивидуального использования на загородных коттеджах и дачах.

Анаэробный способ очистки бытовых и промышленных вод.

Анаэробный способ очистки подразумевает превращение органических загрязнителей после протекания всех реакций в форму биогаза - метана, который используется в дальнейших технологических процессах для сжигания.

Микроорганизмам, для преобразования загрязнителя в метан, необходимо выполнить 4 этапа разложения:

Трансформация органических веществ в мономерные соединения.

Мономеры в процессе ферментативного распада переходят в форму короткоцепочечных кислот.

Кислоты окисляются в уксусную кислоту.

Далее, происходит образование метана, совместно с которым выделяется углекислый газ.

Состав биогаза, который будет выделяться, и концентрация в нём метана, зависит от состава загрязнений стоков.

Анаэробный способ очистки является основным методом биологической обработки воды в химической и пищевой промышленности, а также бытовых системах фильтрации сточных вод.

Такие биофильтры не теряют эффективность при повышении концентрации загрязняющих веществ в жидкости, кроме того, теряет актуальность вопрос утилизации излишнего количества активного ила.

Немаловажным преимуществом анаэробного метода является уменьшение расходов на оборудование, и сопутствующих эксплуатационных расходов, так как для протекания анаэробной очистки не нужна искусственная аэрация воды.

В целом, эффективность биологической очистки сточных вод бытовых и промышленных предприятий зависит от следующих факторов;

Сточная вода не должна содержать какие-либо агрессивные токсичные вещества (они могут стать причиной гибели микроорганизмов);

Поддержание оптимального температурного режима;

Соблюдение граничной допустимой концентрации загрязнения стоков, важно учитывать нагрузку на ил, по количеству веществ-загрязнителей;

Время протекания реакции;

Необходимый уровень аэрации;

Особенности конструкции очистного сооружения.

Стоит понимать, что любой способ биологической обработки является лишь одним из этапов, необходимых для полной очистки промышленных и бытовых сточных вод. Для того чтобы стоки могли повторно участвовать в технологических процессах либо безопасно утилизироваться, им нужно пройти как минимум 3 стадии очистки: механическую, биологическую и обеззараживание.

Биологические методы очистки сточных вод требуют использования оборудования, которое классифицируется на следующие группы.

Сооружения для естественной очистки стоков:

Поля фильтрации (разделяются на поля наружной и подземной фильтрации);

Фильтрующие колодцы (в основном применяются в бытовых условиях);

Песчано-гравийные фильтры;

Каналы циркуляционного окисления;

Биологические водоемы с природной аэрацией.

Устройства для искусственной биологической очистки воды:

Биофильтры, загружающиеся пеностеклом;

Дисковые биофильтры;

Биофильтраторы;

Биореактор для очистки сточных вод;

Биофильтры с затопленной ершовой загрузкой;

Установки продленной аэрации - аэротенки (способ полного окисления);

Установки для аэрации со стабилизацией лишнего количества активного ила.

Наиболее распространенным устройством, как в промышленной сфере, так и для очистки бытовых стоков, являются аэротенки.

Такие биофильтры в основном выполняются в виде прямоугольных резервуаров с глубиной в 1-2 метра и оснащаются искусственными системами наполнения воды кислородом.

Это довольно компактные биофильтры, отличающиеся высокой эффективностью обработки воды, которые выполняют трехфазное окисление органических загрязнений.

В процессе первой фазы происходит непрерывное увеличение количества активного ила за счет присутствующей в стоках органики, во второй фазе - большая часть органических загрязнений «съедена» илом, и темпы его прироста сократились. В третьей фазе - микроорганизмы испытывают недостаток питательных веществ, что вынуждает их поедать отмершие бактерии, что ведет к саморегуляции всей системы.

Одной из главных особенностей данной технологии, предопределяющих её сущность, является вторичное использование сточной воды. Для того чтобы можно было заново применять уже отработанные сточные воды требуется их качественная очистка и обеззараживание.

Почему энергию, производимую ветряными мельницами, считают экологически чистой? Какой вид загрязнения природы возникает при использовании энергии ветра? Почему ветряки используются в мире недостаточно широко?

экологический атмосфера водный ветряной ядерный

«Экологически чистая энергия» («Зеленая энергия») -- энергия из источников, которые, по человеческим масштабам, являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения. Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов, таких как: солнечный свет, водные потоки, ветер, приливы и геотермальная теплота, которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путем).

В 2013 году около 21% мирового энергопотребления было удовлетворено из возобновляемых источников энергии.

Энергия ветра

Это отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, тепловую и любую другую форму энергии для использования в народном хозяйстве. Преобразование происходит с помощью ветрогенератора (для получения электричества), ветряных мельниц (для получения механической энергии) и многих других видов агрегатов. Энергия ветра является следствием деятельности солнца, поэтому она относится к возобновляемым видам энергии. В поисках альтернативных источников энергии человечество шагнуло далеко вперед. Например, все чаще используется сила солнца, создаются ветряные электростанции. Наверное, именно ветер может рассматриваться как оптимальный способ получения электрической энергии - эффективный, и при этом достаточно экономичный.

Ветер, ветер, ты могуч. Ветряная электростанция - это группа специальных генераторов, которые объединены в систему и используют для создания энергии силу ветра. Особенность таких генераторов в их безопасности для окружающей среды. Сегодня больше всего ветряных станций построено в Германии, Дании, при этом в таких странах не только ниже затраты на энергию, они еще экспортируют установки и технологии в другие государства.

Работают ветряные электростанции по следующему принципу: под воздействием ветра вращаются лопасти конструкции, а благодаря редуктору приводится в действие электрогенератор. Энергия, которая в результате, получается, транспортируется по кабелю.

Мощность ветрогенератора зависит от площади, заметаемой лопастями генератора. Например, турбины мощностью 3 МВт (V90) производства датской фирмы Vestas имеют общую высоту 115 метров, высоту башни 70 метров и диаметр лопастей 90 метров.

Наиболее перспективными местами для производства энергии из ветра являются прибрежные зоны. В море, на расстоянии 10--12 км от берега (а иногда и дальше), строятся офшорные ветряные электростанции. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров.

Ветряные генераторы практически не потребляют ископаемого топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет эксплуатации позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти.

В перспективе планируется использование энергии ветра не посредством ветрогенераторов, а более нетрадиционным образом. В городе Масдар (ОАЭ) планируется строительство электростанции работающей на пьезоэффекте. Она будет представлять собой лес из полимерных стволов, покрытых пьезоэлектрическими пластинами. Эти 55-метровые стволы будут изгибаться под действием ветра, и генерировать ток.

Плюсы

Ветряные электростанции сегодня довольно востребованы, что связано с рядом причин.

Во-первых, это более выгодно, если сравнивать с другими источниками энергии.

Во-вторых, запасы силы ветра неисчерпаемы.

В-третьих, такие мельницы имеют простое устройство, поэтому их монтаж производится довольно быстро. Главное - провести исследования объекта, на котором они будут располагаться.

В-четвертых, производство электроэнергии таким способом намного дешевле, да и позволяет экономить богатства недр.

В-пятых, ветряные мельницы обеспечивают электроэнергией стабильно и надежно.

В-шестых, такие устройства абсолютно безопасны для окружающей среды, что тоже очень важно.

Минусы

С другой стороны, как и любой другой источник энергии, ветряные электростанции имеют и минусы.

Во-первых, ветер не постоянен, то есть дует он по-разному - то сильно, то слабо. Соответственно, не везде возможно их устанавливать.

Во-вторых, ветряные конструкции работают довольно шумно, значит, располагать их нужно вдали от жилых объектов.

В-третьих, такие мельницы могут стать помехой для радио - и телеприборов. Правда, в той же Европе с этим недостатком смирились, и сегодня здесь уже действуют больше 26 000 ветряных электростанций.

Еще один минус - подобные установки могут навредить летящим птицам, поэтому возводить их нужно там, где нет мест их миграции и гнездования.

Вывод:

Как мы уже сказали, ветряная мельница - достаточно шумная установка, однако сейчас предлагаются генераторы, которые работают не так мощно. Например, бесшумный ветрогенератор - это идеальное решение для небольших и средних по размерам объектов, ферм, магазинов, если они располагаются в удаленных районах. Сегодня большой популярностью пользуются вертикальные установки ввиду своей эффективности и простоты монтажа.

Преимущества такой системы следующие:

тихая работа без вибраций;

устойчивость к сильному ветру;

защита корпуса алюминиевым покрытием от молнии;

не имеет значения направление ветра.

Бесшумные домашние ветряные электростанции просты в уходе, монтаже, поскольку здесь нет мелких деталей. Немаловажно, что и вред птицам нанесен, не будет, поскольку дизайн установок таков, что ландшафт не будет нарушен. Еще один интересный вариант - парусный генератор. Конечно, он не отличается привлекательным дизайном, зато может выработать энергию даже при слабом ветре. Подобные ветряные электростанции хороши тем, что благодаря парусу они быстро подстраиваются под движение сил природы, значит, и выработка энергии происходит стабильно.

Конструкции абсолютно экологичны, имеют низкую стоимость, работают без шума и вибраций, а это говорит о том, что у них есть будущее. Каковы перспективы? В целом, экологическая ситуация в мире такова, что природные ресурсы постепенно истощаются, и в скором времени такое решение, как ветряные мельницы, станет самой настоящей реальностью во всем мире. Не случайно жители многих стран постепенно приходят к тому, чтобы установить подобные конструкции и на своем участке.

В России, по мнению специалистов, достаточно потенциальных возможностей для того, чтобы активно развивалась ветроэнергетика. Правда, пока этот процесс идет медленными темпами ввиду отсутствия достаточного финансирования. В случае если ситуация изменится, а государство будет уделять достаточно внимания этому способу получения энергии, в скором времени и наша страна перейдет на альтернативные решения. На сегодняшний день ветряные электростанции в России представлены в республиках Калмыкия и Башкортостан, Чувашия, Коми, в Калининградской, Саратовской, Оренбургской, Ростовской, Мурманской, Астраханской областях, а также в Чукотском автономном округе. Однако специалисты утверждают: в скором времени география расположения ветряков станет значительно шире.

Можно предположить, что со временем этот метод также станет экономически выгодным для широкого применения.

Все большее внимание привлекает использование энергии ветра, поскольку в масштабах планеты энергия ветра в 1000 раз превышает гидроэнергию. В Дании в 1997 г. вращались лопасти 4000 электростанций, использующих энергию ветра. Они обеспечивают 3,7% общего объема потребления электроэнергии. Однако к 2030 г. производство электроэнергии на основе энергии ветра, солнца и биогаза должно увеличиться до 50% общего производства. В итоге планируется вдвое уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Дания является ведущей страной по применению энергии ветра. Национальные программы освоения энергии ветра развернуты также в Нидерландах, Канаде, ФРГ, Франции, Швеции, КНР и других странах. В США планировалось получить с помощью энергии ветра в 2000 г. 2% всей производимой электроэнергии, в Дании и Нидерландах -- 10%. Страны Европейского сообщества планируют довести к 2030 г. долю ветроустановок в производстве электроэнергии до 10%.

Опытные работы, проведенные в ФРГ, показали, что современные оптимальные по энергетике ветроэлектростанции (ВЭС) будут иметь гигантские размеры: на 90-метровых башнях должны вращаться пропеллеры с размахом лопастей 80--100 м, которые приводят в движение роторы генераторов электрической энергии ВЭС. Башни должны отстоять друг от друга на расстоянии трех высот башен, поэтому ВЭС занимают сейчас большие площади.

В качестве главного экологического недостатка ВЭС

Ветрогенераторы создают шум при работе. Производители работают над этим и постепенно шум от ветряных станций снижается. Пока остаётся лишь ставить ветряки подальше от жилых домов;

О лопасти ветряков разбиваются птицы. Тут сложно сказать что-то определённое, поскольку точной статистики на этот счёт нет;

Есть также некоторые данные об искажении телевизионного сигнала вблизи работающих ветряных станций.

Отмечают генерацию ими инфразвукового шума, вызывающего постоянное угнетенное состояние, чувство дискомфорта и беспокойства. Как показывает опыт эксплуатации подобных установок в США, этот шум не выдерживают ни животные, ни птицы. Территории, где размещаются ВЭС большой мощности, оказываются практически непригодными для проживания. Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

механический шум -- шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)

аэродинамический шум -- шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

В настоящее время при определении уровня шума от ветроустановок пользуются только расчётными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не даёт информации о шумности ветроустановки, так как эффективное отделение шума ветроустановки от шума ветра в данный момент невозможно.

Популяции летучих мышей, живущие рядом с ВЭС на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90% летучих мышей, найденных рядом с ветряками, обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряков.

В России построено 1500 ветроустановок разной мощности. В нашей стране целесообразно использовать ВЭС в Калининградской области, на побережье Каспийского и Черного морей, на Байкале, Камчатке и Сахалине, побережье Северного Ледовитого океана.

Почему ветряки используются в мире недостаточно широко?

Основной проблемой является непостоянство ветра. Поэтому в своей работе ветряные электростанции обязательно должна учитывать этот фактор. Поэтому кроме самого ветрогенератора в их составе есть аккумуляторы для накопления энергии, инвертор для управления их зарядом, а также инвертор для преобразования напряжения. То есть, практически все те же вспомогательные компоненты, что и в гелиосистемах.

Проблема при эксплуатации ветряных электростанций также заключается в том, что слишком сильный ветер может вывести установку из строя. Но, несмотря на это, ветряные установки выгодно использовать для получения электроэнергии в некоторых регионах нашей планеты. При этом идеальным вариантом является тот, когда ветрогенератор функционирует в связке с бытовой электросетью или топливным генератором. Тогда электричество будет постоянно, даже когда на улице штиль. Немало случаев, когда ветряки используют вместе с солнечными батареями.

закупка и монтаж зарубежных ветроагрегатов;

трансферт западных технологий и организация производства в России;

кооперация с зарубежными фирмами и производство ветроагегатов в России;

организация производства собственных ветроагегатов, ноу-хау которых защищено международным законодательством.

Высокая стоимость первоначальных вложений. Для проектирования и строительства ветряной фермы требуются немалые средства. Именно эти траты являются основной статьёй расходов при организации ветряных электростанций;

Сложность прогнозирования того количества электроэнергии, которое получается за определённый временной интервал. Невозможно угадать, что будет с ветром и будет ли он вообще. Поэтому существуют определённые риски. Здесь остаётся только тщательное планирование и выбор места строительства;

Для России предпочтительней последний сценарий, однако, он сдерживается существующим налоговым законодательством, монополией производителей электроэнергии, отсутствием инвестиций и развалом производства.

Экологические проблемы ядерной энергетики

Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная.

Первая АЭС была введена в эксплуатацию в Обнинске под Москвой в 1954 году. Мощность ее составляла 5000 квт. В середине 80-х годов в мире насчитывалось более 400 АЭС.

За 30 лет существования АЭС в мире произошло три больших ядерных катастрофы: в 1957 г. - в Великобритании; в 1979 г. в США и в 1986 г. на Чернобыльской АЭС. Кроме того, ежегодно в мире на АЭС в среднем происходит 45 пожаров.

После Чернобыльской катастрофы главную опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Бразилия, Швеция, Италия, Мексика.

Топливно-энергетический комплекс АЭС включает добычу урановой руды, выделение из нее урана (обогащение), производство ядерного топлива, использование его в ядерных реакторах, обработку, транспортировку и захоронение радиоактивных отходов.

Радиоактивные отходы образуются на всех стадиях топливно-энергетического цикла и требуют специальных методов обращения с ними. Наиболее опасным является отработанное в реакторе топливо. В процессе выгорания ядерного топлива выгорает лишь 0,5-1,5%, остальную массу составляют радиоактивные отходы. Часть их подвергается переработке, основная же масса - захоронению. Технология захоронения очень сложная и дорогостоящая.

АЭС является источником теплового загрязнения. На единицу выпускаемой продукции, на АЭС в 2-2,5 раза больше выбрасывается тепла, чем на ТЭС. Объем подогретых вод на АЭС также значительно больше.

Срок эксплуатации АЭС, составляет около 30 лет. Значительные затраты требуются для вывода АЭС из эксплуатации. Основное решение этого вопроса заключается в устройстве саркофага над ними и дальнейшего обслуживания его в течение длительного времени.

Атомная энергетика - сфера деятельности человечества, широко развитая во всем мире. Практически все нужды и потребности человека, связанные с получение энергоносителей, может решить ядерная энергетика. Преимуществами ее использования считается, наряду с несколькими другими, получение экологически чистого продукта - энергоносителей, не опасных для жизни людей и окружающей среды. Однако это вовсе не означает, что сама атомная энергетика не представляет никакой угрозы для планеты и ее жителей.

В чем заключается парадокс?

Основные проблемы ядерной энергетики - это получение в результате работы АЭС и других механизмов отходов. Эти вещества образуются из ядерного топлива и всего того, что связанно с эксплуатацией атомных станций. Например:

одежда обслуживающего персонала;

элементы оборудования;

вода (используемая в реакторах);

тара, в которой хранятся и транспортируются вещества;

сам транспорт и многое другое.

Иными словами, получаемый продукт - энергия - абсолютно экологически чист, но все остальное, что используется для его преобразования (добычи, выработки), несет серьезную угрозу экологии и жизни людей.

Главные задачи:

Создать надежную защиту энергоблоков;

Поддерживать в порядке старые могильники;

Создать новые временные кладбища техники, которая «набрала» предельные дозы облучения и стала опасна; сейчас технику эту закапывают в траншеи на 20-30 лет, а потом будут выкапывать, перерабатывать и компоновать, уплотняя в плотные блоки, чтобы еще раз захоронить, но уже более надежно;

Продолжить дезактивацию и «отмывание» территории и всех объектов от радиации, которые ведутся все эти годы.

Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения.

Ядерная энергетика, широко используемая дала нашей стране много радиоактивных отходов; в основном это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-Морского Флота. Эти отходы накапливаются лавинообразно. К 2000 году накопилось 300 тонн только от списанных атомных подводных лодок. Они представляют «чрезвычайную радиационную опасность для обширных районов России и сопредельных стран».

Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положены подземные ядерные взрывы. Предлагается производить их на острове Новая Земля, на глубине 600 метров в грунте вечной мерзлоты. Там, на бывшем атомном полигоне, имеются заброшенные выработанные шахты и штольни; их-то и можно специальным образом подготовить и разместить в них отработанные твэлы АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий, загрязненные конструкции. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. Остальное сделает ядерный взрыв. После него на глубине 600-700 метров и в радиусе 3,5 км от входа в штольню должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате такого одного взрыва может быть превращено в стекловидную массу до ста тонн радиоактивных отходов.

Такой вариант был предложен в связи с тем, что пока у нас перерабатывается только 30% радиоактивного топлива на единственном заводе в г. Челябинске - 40, производительность завода 3000 т/год. А основной объем отходов лежит «мертвым», но опасным грузом в контейнерах на АЭС; переполнены отходами хранилища морского флота; более 600 тонн радиоактивного «мусора» осталось не выгруженным из реакторов списанных атомных подводных лодок.

Чем опасны отходы производства

Все, что применяется для работы АЭС, имеет активный радиационный фон. Говоря другими словами, эти предметы излучают радиацию, причем воздействие их происходит на все вокруг: человека, землю, атмосферу и прочее. Получается, что все эти предметы радиоактивно опасны. Нет возможности как-либо блокировать излучение, изменить его интенсивность или сделать менее опасным. Кроме того, сила излучения способна не изменяться на протяжении нескольких лет. Это значит, что отработанные вещества, ставшие отходами ядерной энергетики, многие годы имеют радиоактивный фон и несут прямую угрозу экологии.

Однако опасность ядерной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже без них около 250 радиоактивных изотопов попадают в окружающую среду в результате работы ядерных реакторов. Среди них:

Криптон-85. сейчас количество криптона-85 в атмосфере в миллионы раз выше, чем до начала атомной эры. Этот газ в атмосфере ведет себя как тепличный газ.

Тритий или радиоактивный водород. Загрязнение грунтовых вод происходит практически вокруг всех АЭС.

Углерод-14

Плутоний. На Земле было не более 50 кг этого сверх токсичного элемента до начала его производства человеком в 1941 году.

...