Экологические кризисы и методы защиты биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Основные системные и экологические законы и свойства Биосферы как глобальной системы планеты Земля

2. Агроэкосистемы, понятие и примеры; их отличие по энергетике, БП и устойчивости от естественных экосистем

3. Экологический кризис и экологическая катастрофа (понятие и различия). Экологические кризисы в истории человечества. Современный экокризис, его основные причины и особенности

4. Способы утилизации и ликвидации бытовых и промышленных твердых и радиоактивных отходов

5. Охрана природных ландшафтов и почв при разведке и разработке месторождений нефти и газа

Расчетные задачи 1,2



1. Основные системные и экологические законы и свойства Биосферы как глобальной системы планеты Земля

Биосфера - это особая активная оболочка земли, состав, строение и энергетика которой определяется существованием и деятельностью живых организмов. Мощность биосферы составляет 30-40 км. Биосфера включает в себя, прежде всего, «живое вещество», все вещества атмосферы, гидросферы, литосферы, которые участвуют в природном биогеохимическом круговороте. Наиболее густонаселенная часть биосферы - расстояние от корней деревьев до высоты примерно 100 м находится 90% всей биомассы. Жизнь была обнаружена на глубине 10-15 км. Животные даже находятся примерно на 200-300 м. под дном Марианской впадины и до озонового слоя. Биосфера существует 100-200 млн. лет. За это время все живые организмы существовали в биосфере через жесткий естественный отбор прошли десятки и сотни млрд. видов живых организмов они пропустили через себя всю приземную атмосферу, весь объем мирового океана, большую часть почв, колоссальное количество энергии и при этом они создали земную среду - среду своего обитания. Т.е. биота, обладает средообразующей и средорегулирующей функцией. Эти функции реализуются участием всех живых организмов в биогеохимическом круговороте.

Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты Земли. Под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосферу формируют в большей степени не внешние факторы, а внутренние закономерности. Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И. Вернадского.

Закон биогенной миграции атомов дает возможность человечеству сознательно управлять биогеохимическими процессами как в целом на Земле, так и в ее регионах.

Количество живого вещества в биосфере, как известно, не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть константа. Практически данный закон является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия для глобальной экосистемы -- биосферы. Поскольку живое вещество в соответствии с законом биогенной миграции атомов есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то или его количество должно быть постоянным, или должны меняться его энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает значительные перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа видов.

Живое вещество как аккумулятор солнечной энергии должно одновременно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Снижение или увеличение количества живого вещества в одном месте биосферы должно приводить к процессу с точностью наоборот в другом месте, потому что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого вещества или будет наблюдаться их недостаток. Здесь следует учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы человеком.

Помимо константности и постоянства количества живого вещества, нашедшего отражение в законе физико-химического единства живого вещества, в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, несмотря на то, что она и несколько меняется с ходом эволюции. Данное свойство было отмечено Ю. Голдсмитом (1981) и получило название закона сохранения структуры биосферы -- информационной и соматической, или первого закона экодинамики. Для сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости или экологического равновесия. Закон стремления к климаксу -- второй закон экодинамики Ю. Голдсмита, относится к биосфере и другим уровням экологических систем, хотя и имеется специфика -- биосфера более закрытая система, чем ей подразделения. Единство живого вещества биосферы и гомологичность строения ее подсистем приводят к тому, что сложно переплетены эволюционно возникшие на ней живые элементы различного геологического возраста и первоначального географического происхождения. Переплетение различных по пространственно-временному генезису алементов во всех экологических уровнях биосферы отражает правило или принцип гетерогенеза живого вещества. Данное сложение не является хаотичным, а подчинено принципам экологической дополнительности (комплементарности), экологического соответствия (конгруэнтности) и другим закономерностям. В рамках экодинамики Ю. Голдсмита это третий ее закон -- принцип экологического порядка, или экологического мутуализма, указывающий на глобальное свойство, обусловленное влиянием целого на его части, обратного воздействия дифференцированных частей на развитие целого и т. п., которое в сумме ведет к сохранению стабильности биосферы в целом.

Взаимопомощь в рамках экологического порядка, или системный мутуализм, утверждается законом упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности: заполнение пространства внутри природной системы из-за взаимодействия между ее подсистемами упорядочено так, что позволяет реализоваться гомеостатическим свойствам системы с минимальными противоречиями между частями внутри ее. Из данного закона следует невозможность длительного существования «ненужных» природе случайностей, включая и чуждые ей.создан-ные человеком. В число правил мутуалистического системного порядка в биосфере входит и принцип системной дополнительности, который гласит, что подсистемы одной природной системы в своем развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других подсистем, входящих в ту же систему.

К четвертому закону экодинамики Ю. Голдсмита относят закон самоконтроля и саморегуляции живого: живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированию в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде. В биосфере самоконтроль и саморегуляция происходят в ходе каскадных и цепных процессов общего взаимодействия -- в ходе борьбы за существование естественного отбора (в самом широком смысле этого понятия), адаптации систем и подсистем, широкой коэволюции и т.д. При этом все эти процессы ведут к положительным «с точки зрения природы» результатам -- сохранению и развитию экосистем биосферы и ее как целого.

Связующим звеном между обобщениями структурного и эволюционного характера служит правило автоматического поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с абиотическими факторами автодинамически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития. Данный процесс ограничен изменениями, космического и общеземного экосферного масштаба и происходит во всех экосистемах и биосистемах планеты, как каскад саморегуляции, достигающей глобального размаха. Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания следует из биогеохимических принципов В. И. Вернадского, правил сохранения видовой среды обитания, относительной внутренней непротиворечивости и служит константой наличия в биосфере консервативных механизмов и одновременно подтверждением правила системно-динамической комплементарности.

О космическом воздействии на биосферу свидетельствует закон преломления космических воздействий: космические факторы, оказывая воздействие на биосферу и особенно ее подразделения, подвергаются изменению со стороны экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект. Обобщение здесь имеет значение в связи с тем, что зачастую идет поток синхронного воздействия солнечной активности и других космических факторов на экосистемы Земли и населяющие ее организмы.

Следует отметить, что многие процессы на Земле и в ее биосфере хотя и подвержены влиянию космоса и предполагаются циклы солнечной активности с интервалом в 1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16, 11,5(11,1), 6,5 и 4,3 года, сама биосфера и её подразделения не обязательно во всех случаях должны реагировать с той же цикличностью. Космические воздействия системы биосферы могут блокировать нацело или частично.

2. Агроэкосистемы, понятие и примеры; их отличие по энергетике, БП и устойчивости от естественных экосистем

Агроэкосистема -- биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхоз пользования.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы) создаются человеком для получения высокочистой продукции автотрофов (урожая), отличающейся от природных рядом особенностей:

Характерная особенность агроэкосистем -- малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем -- упрощенная структура и обедненный видовой состав.

Человек в конкурентной борьбе за выживание и для удовлетворения все возрастающих потребностей вынужден изменять и даже разрушать природные экосистемы, может, и не желая этого.

В целях рационального использования биологических ресурсов человечеством создаются сельскохозяйственные экосистемы, или агроэкосистемы, предназначенные для получения высокого урожая -- чистой продукции автотрофов. Основными отличиями агроэкосистем от природных экосистем являются:

· снижение в них разнообразия видов, так как видовое разнообразие разводимых человеком растений и животных ничтожно мало по сравнению с природным;

· виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека;

· агроэкосистемы получают дополнительную (кроме солнечной) энергию, субсидируемую человеком;

· чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи биоценоза;

· агроэкосистемы -- это упрощенные системы, неустойчивые и не способные к саморегуляции.

В отличие от индустриальных или урбанизированных экосистем первоначальный процесс формирования агроэкосистемы из естественной экосистемы прост. Условно говоря, достаточно разрыхлить поверхность почвы и заложить необходимые для будущего урожая семена, уничтожив предварительно в достаточной степени естественную растительность. Но при таком весьма примитивном преобразовании естественной экосистемы ощутимо меняется круговорот веществ. Так, после распашки территории активизируются процессы массообмена, проявляющиеся в интенсификации круговорота биогенных элементов.

Некоторые процессы в агроэкосистемах происходят не так, как в природных системах. Так, скорость инфильтрации воды в природных экосистемах выше, что существенно снижает и поверхностный сток, и вероятность развития эрозии почвы. В естественных условиях эрозию сдерживает также растительный покров, сохраняющийся в течение всего года.

Потери влаги в природной экосистеме обычно выше. Вследствие больших потерь влаги по почвенному профилю перемещается меньший объем воды, что снижает вымывание и поступление в грунтовые воды питательных веществ.

В природных экосистемах в больших количествах содержатся органические коллоиды, которые обеспечивают ионообменную и водоудерживающую способность почвы. Потери почвой коллоидов в агроэкосистемах вызваны окислением и разрушением органического вещества, что происходит в результате длительной обработки почвы, а также при орошении. Параллельно окислению органического вещества происходит и интенсивная минерализация, что ведет к значительным потерям его подвижной части. В агроэкосистемах процессы окисления и минерализации усиливаются вследствие снижения густоты растительного покрова и повышения температуры почвы.

В природных экосистемах способность растений поглощать элементы питания выше, чем скорость образования доступных их форм в почве. Растения природных экосистем имеют более разнообразную корневую систему, что позволяет полнее использовать почвенный профиль. Агротехника, при которой уменьшается разнообразие возделываемых культур, не только снижает эффективность использования влаги, но и увеличивает угрозу потери питательных веществ при вымывании их за пределы корнеобитаемого слоя почвы.

В агроэкосистемах значительно чаще происходит чрезмерное увеличение в виде «экологического взрыва» отдельных видов. Упрощение природного окружения человека с экологических позиций очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстановления сообществ.

Человек создает также сложные урбанистические системы, преследуя благую цель -- улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись»" от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.

3. Экологический кризис и экологическая катастрофа (понятие и различия). Экологические кризисы в истории человечества. Современный экокризис, его основные причины и особенности

Нерациональное природопользование является причиной экологических кризисов и экологических катастроф.

Экологический кризис -- это обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов. Он характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие.

Экологическая катастрофа - экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остронеблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.

Различие между экологическим кризисом и экологической катастрофой состоит в том, что кризис - обратимое явление, в котором человек выступает активно действующей стороной, а катастрофа - необратимое явление, и человек уже лишь пассивная, страдающая сторона. В более широком понимании экологические катастрофы -- это фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление живого вещества, например вымирание одних видов и возникновение других.

По масштабам распространения различают локальный, местный, территориальный, региональный, федеральный, трансграничный и глобальный, общий для биосферы, экологический кризис. Экологическая катастрофа также может быть локальной и глобальной. Локальная экологическая катастрофа приводит к гибели или серьёзному нарушению одной или более локальных экологических систем. Глобальная экологическая катастрофа - гипотетическое происшествие, которое возможно в случае превышения допустимого предела неким внешним или внутренним воздействием (или серией воздействий) на глобальную экологическую систему - биосферу.

Всего четверть века назад слово "экология" было известно очень узкому кругу людей. Отношения между обществом и природой интересовали лишь отдельных философов и представителей географических наук.

На рубеже 60-70-х годов человечество узнало, что все большее загрязнение воздуха и водных источников, оглушающие городские шумы, бесчисленные свалки мусора, удручающее оскудение природных ландшафтов -- отнюдь не локальные явления. Под угрозой находятся практически все естественные оболочки (сферы) нашей планеты, многие фундаментальные равновесия в биосфере Земли и даже за ее пределами. Подрыв этих равновесий чреват необратимыми и пагубными для жизни на планете последствиями.

Проблема загрязнения природной среды становится столь острой как из-за объемов промышленного и сельскохозяйственного производства, так и в связи с качественным изменением производства под влиянием научно-технического прогресса. В конечном произведенном продукте остается лишь 1--2% используемого природного ресурса, а остальное идет в отходы, которые не усваиваются природой. Многие металлы и сплавы неизвестны природе в чистом виде, и, хотя они в какой-то мере подвластны утилизации и вторичному употреблению, часть их рассеивается, накапливаясь в биосфере в виде отходов. Проблема загрязнения природной среды полномасштабно встала после того, как в XX в. человек стал изготавливать синтетические волокна, пластмассы и другие вещества, имеющие свойства, которые не только не известны природе, но даже вредны для организмов биосферы. Эти вещества после их использования не поступают в природный кругооборот.

Человек с самого начала своего становления оказывал влияние на окружающую среду. Вместе с тем, на начальном этапе ??п истории это влияние было подобно влиянию любого другого вида животного. Рост численности населения сопровождался увеличением масштабов воздеи?ствия на биосферу, что со временем привело к кризису собирательства, а затем к кризису перепромысла животных.

Выход из него оказался возможным благодаря переходу к воспроизводящему хозяйству - сначала к примитивному поливному земледелию (первая сельскохозяйственная революция), а затем освоениию неполивных земель (вторая сельскохозяйственная революция), что сопровождалось распашкой земель, вырубкой и выжиганием лесов и усилением пастбищной нагрузки. Со временем это привело к существенному изменению состояния экосистем на обширных пространствах и вызвало очередной экологический кризис - кризис продуцентов.

Выход из него оказался возможным благодаря промышленной революции, в ходе которой стали использоваться минеральные источники энергии. Это привело к истощению их ресурсов, а также физическому и химическому загрязнению среды (кризис редуцентов).

В последние 50 лет данный кризис дополнился глобальным энергетическим кризисом потребления, вызванным научно-технической революцией и увеличением масштабов потребления человечеством, численность которого только за это время увеличилась более чем на 4 млрд. человек.

Современное человечество существенно изменяет структуру земной поверхности, состав биоты, химический состав природной среды, энергетический баланс, как отдельных регионов, так и в масштабах планеты.

В силу того, что эти негативные процессы идут на фоне демографического взрыва (численность населения превысила 7,2 млрд. человек), то биосфера планеты оказалась на грани экологической катастрофы, так как около 60% площади естественных экосистем планеты уже потеряли способность к самоочищению (кризис надежности экосистем), развивается техногенное опустынивание, снижается производство первичной биологической продукции, в то время как её потребление достигло критической величины в 10%, а в некоторых регионах с учетом потерь и непроизводительных расходов 30%.

Прогнозы и сценарии дальнейшего развития жизни на Земле показывают, что сейчас человечество находится у пределов допустимой численности и уровня потребления, а дальнейшее развитие экологического кризиса может поставить вопрос о самом существовании человека как биологического вида.

4. Способы утилизации и ликвидации бытовых и промышленных твердых и радиоактивных отходов

Развитие технического прогресса, увеличение численности населения и нерациональное использование природных ресурсов земли, привело к появлению серьезных проблем в области экологии. Нарушение природного равновесия проявляется на локальном и глобальном уровне в виде ухудшения экологической обстановки, климатических и иных изменений на планете. Тема экологической безопасности является довольно актуальной в современном мире. агроэкосистема радиоактивный отход месторождение

Отходы -- вещества (или смеси веществ), признанные непригодными для дальнейшего использования в рамках имеющихся технологий, или после бытового использования продукции. Именно они являются одной из основных современных экологических проблем, которая несет в себе потенциальную опасность для здоровья людей, а также опасность для окружающей природной среды.

Захоронение твердых отходов производств на полигонах и свалках, которое пока наиболее широко распространено у нас, можно рассматривать лишь как временную меру их утилизации, так как большая часть этих отходов подвергается разложению чрезвычайно медленно. При этом методе из сферы возможного полезного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного сырья. Особо вредные промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах и захоранивают в глубоких котлованах. Переработка твердых отходов производств по заводской технологии - наиболее оптимальный метод их использования. При всем разнообразии способов переработки общая схема процесса и применяемого при этом оборудования может быть представлена следующим образом:

Первая стадия - это сортировка отходов, отделение посторонних включений, таких, как ветошь, остатки бумажной и деревянной тары, металлических предметов и т.д. Вторая стадия -измельчение - одна из наиболее ответственных в процессе. В результате одно- или двухстадийного измельчения материал приобретает размеры, достаточные для того, чтобы можно было осуществлять его дальнейшую переработку. На третьей стадии дробленый материал подвергают отмывке от загрязнений, а также еще раз отделяют от посторонних примесей. На четвертой и пятой стадиях высушенные дробленые отходы смешивают при необходимости со стабилизаторами, наполнителями и другими ингредиентами и гранулируют. Характер шестой стадии полностью обусловлен тем, какого рода отходы проходили предварительную обработку. Часто гранулят используют в качестве наполнителя при производстве строительных материалов или в дорожном строительстве; в ряде случаев такой гранулят можно смешивать с товарным продуктом или перерабатывать его в изделия.

Переработка ТБО является самой настоящей необходимостью для жителей земли. Современные мусоросжигающие и мусороперерабатывающие заводы со всем своим арсеналом -- это своего рода целая индустрия переработки и утилизации твердых бытовых отходов городского населения. Утилизация твердых бытовых отходов по состоянию на сегодняшний день является острейшей проблемой современности, требующей применения новых способов и технологий. Это объясняется тем, что применяемые ранее методы утилизации отходов - сжигание и захоронение на свалках -- показали свою нежизнеспособность и, более того, успели привести ряд стран на грань самой настоящей экологической катастрофы.

Сжигание ТБО является наиболее распространенным способом уничтожения твердых бытовых отходов, который применяется на практике более ста лет. Сжигание бытового мусора позволяет добиться существенного снижения объема и массы мусора и позволяет получать в процессе утилизации дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для производства электроэнергии. Естественно, данный способ имеет множество пюсов, но он также не обделен и недостатками. К числу недостатков подобного способа относится то, что в процессе сжигания в атмосферу выделяются вредные вещества, и происходит уничтожение ценных органических компонентов, которые содержатся в составе бытового мусора.

Существуют более современные методики переработки ТБО. Термическая переработка мусора это процесс, при котором предварительно размельченный мусор подвергается термическому разложению. Преимущество, которым обладает данная технология переработки ТБО по сравнению с традиционным сжиганием отходов, заключается, в первую очередь в том, что данная технология более эффективна с точки зрения предотвращения загрязнений окружающей среды. С помощью термической переработки можно перерабатывать любые составляющие отходов, поскольку при данном способе в мусоре не остается биологически активных веществ, и последующее подземное складирование отходов не наносит вреда окружающей среде. Также при данном способе образуется много тепловой энергии, которую можно использовать для самых различных целей.

Плазменная переработка мусора (ТБО) это самый новый способ утилизации ТБО, который по существу, представляет собой газификацию мусора. Данный способ является наиболее перспективным, поскольку технологическая схема подобного производства не предъявляет каких-либо жестких требований к исходному сырью, и позволяет получить вторичную энергию в виде нагретого водяного пара или горячей воды с подачей их конечному потребителю, и также вторичной продукции в виде гранулированного шлака или керамической плитки. По сути, это и есть оптимальный вариант комплексной переработки мусора, представляющий собой полную экологически чистую утилизацию отходов с получением тепловой энергии и различных полезных продуктов из самого «бросового» сырья -- бытового мусора.

Радиохимические заводы, атомные электростанции, научные исследовательские центры, производят один из самых опасных видов отходов -- радиоактивные. Данный вид отходов представляет собой не только серьезную экологическую проблему, но и может создать экологическую катастрофу. Радиоактивные отходы могут быть жидкими (большая их часть) и твердыми. Неправильное обращение с радиоактивными отходами может серьезно усугубить экологическую ситуацию. Данный вид загрязнения является глобальным. Радиоактивные отходы (РАО) -- отходы, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов и не имеющие практической ценности. Радиоактивные отходы являются детищем ХХ века, который вполне справедливо называют веком атома. В наших домах горят лампочки и работают бытовые приборы, электричество для которых поступает с атомных электростанций. Невозможно себе представить современные больницы без источников радиоактивного излучения, служащих как для диагностики, так и для лечения целого ряда заболеваний. Ну и наука, как и производство, не обходятся без разнообразных устройств, в которых широко используются радиоактивные элементы. Вот почему проблема утилизации подобных отходов в последние десятилетия стала одной из наиболее злободневных в плане безопасности окружающей среды. Ведь сегодня объемы радиоактивных отходов насчитывают многие тысячи тонн в год. И все они требуют соответствующего обращения с собой.

Процедура утилизации отходов атомных электростанций гораздо более сложная и требует повышенного внимания. Поэтому такая процедура производится только на специальных заводах, которых сегодня в мире совсем немного. Здесь при помощи специальных технологий химической обработки производится извлечение большей части радиоактивных веществ для их повторного применения. Наиболее современные способы с использованием ионообменных мембран позволяют вновь использовать до 95 % всех радиоактивных материалов. При этом радиоактивные отходы значительно уменьшаются в объеме. Однако, полностью их дезактивировать пока невозможно. Вот почему на следующей стадии утилизации производится подготовка отходов к длительному хранению. А учитывая, что отходы АЭС имеют длительный период полураспада, практически такое хранение можно назвать вечным. Долговременное хранение РАО требует консервации отходов в форме, которая не будет вступать в реакции и разрушаться на протяжении долгого времени. Одним из способов достижения подобного состояния является витрификация (или остеклование). В настоящее время в Селлафилде (Великобритания) высокоактивные РАО (очищенные продукты первой стадии пурекс-процесса) смешивают с сахаром и затем кальцинируют. Кальцинирование подразумевает прохождение отходов через нагретую вращающуюся трубу и ставит целью испарение воды и деазотирование продуктов деления, чтобы повысить стабильность получаемой стекловидной массы. В полученное вещество, находящееся в индукционной печи, постоянно добавляют измельченное стекло. В результате получается новая субстанция, в которой при затвердении отходы связываются со стеклянной матрицей. Это вещество в расплавленном состоянии вливается в цилиндры из легированной стали. Охлаждаясь, жидкость затвердевает, превращаясь в стекло, которое является крайне устойчивым к воздействию воды. По данным международного технологического общества, потребуется около миллиона лет, чтобы 10 % такого стекла растворилось в воде. После заполнения цилиндр заваривают, затем моют. После обследования на предмет внешнего загрязнения стальные цилиндры отправляют в подземные хранилища. Такое состояние отходов остаётся неизменным в течение многих тысяч лет.

5. Охрана природных ландшафтов и почв при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений

Нефтяная промышленность является одним из ведущих потребителей земельного фонда, так как разведка, добыча, промысловая подготовка и транспортировка углеводородного сырья требуют размещения многочисленных нефтепромысловых объектов: скважин, кустовых насосных станций, нефтесборных пунктов, технологических установок, магистральных трубопроводов. На нефтяную промышленность приходится более 20% земель, которые ежегодно выводятся из сельскохозяйственного оборота.

Интенсивная разведка и многолетняя эксплуатация нефтяных месторождений вызывает деформации земной коры, сопровождающиеся вертикальными и горизонтальными смещениями горных пород. Геодинамические процессы, протекающие в перекрывающих и продуктивных толщах, связаны с понижением пластового давления и, как следствие, изменением коллекторских свойств вмещающих пород. Под влиянием проседания почвы происходит заболачивание и подтопление территории, наблюдается искривление стволов скважин, деформация обсадных колонн и разрушение объектов промыслового обустройства. Оседание земной поверхности наблюдается в основном при разработке месторождений, характеризующихся аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД). При их эксплуатации пластовое давление резко снижается, что определяет деформацию поверхности на значительных площадях.

Разведка, разбуривание и разработка нефтяных месторождений должны осуществляться при полном и строжайшем соблюдении мер по охране недр и окружающей среды. Охрана недр предусматривает осуществление комплекса мероприятий, направленных на предотвращение потерь нефти в недрах вследствие низкого качества проходки скважин, нарушений технологии разработки нефтяных залежей и эксплуатации скважин, приводящих к преждевременному обводнению или дегазации пластов, перетокам жидкости между продуктивными и соседними горизонтами, разрушению нефтесодержащих пород, обсадной колонны и цемента за ней. Охрана окружающей среды предусматривает мероприятия, направленные на обеспечение безопасности населенных пунктов, рациональное использование земель и вод, предотвращение загрязнения поверхностных и подземных вод, воздушного бассейна, сохранения лесных массивов, заповедников, охранных зон и т.п.

Состояние окружающей природной среды является одной из наиболее острых социально-экономических проблем, прямо или косвенно затрагивающих интересы каждого человека. Создавая необходимые для своего существования продукты, отсутствующие в природе, человечество использует различные незамкнутые технологические процессы по превращению природных веществ. Конечные продукты и отходы этих процессов не являются в большинстве случаев сырьем для другого технологического цикла и теряются, загрязняя окружающую среду. Человечество преобразует живую и неживую природу значительно быстрее, чем происходит их эволюционное восстановление. Потребление нефти и газа несопоставимо, например, со скоростью их образования. В настоящее время человечество находится в периоде сверх интенсивного использования ресурсов окружающей среды -- расход ресурсов, превышает их прирост, что неизбежно ведет к исчерпанию ресурсов. Современное экологическое состояние территории России можно определить как критическое. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды, и оно представляет реальную угрозу самим биологическим основам здоровья и жизнедеятельности населения страны. Экологическая опасность производства характерна для многих отраслей -- химической, пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, горнодобывающей, производства строительных материалов, транспорта и т.д. По уровню отрицательного воздействия на окружающую природную среду нефтегазодобывающее производство занимает одно из первых мест среди отраслей промышленности и это влияние обусловлено его особенностями. Оно загрязняет практически все сферы окружающей среды -- атмосферу, гидросферу, причём не только поверхностные, но и подземные воды.

В процессе разведочных работ не комплексное проведение исследований и низкое качество интерпретации приводит к пропуску нефтегазоносных горизонтов, неправильному определению фильтрационно-емкостных параметров продуктивных пластов и положения ВНК, ГВК, ГНК. Это является причиной неправильной оценки народнохозяйственного значения залежи и больших потерь углеводородов в недрах. Поэтому разведка должна обеспечивать полноту изучения параметров, необходимых для подсчета запасов и составления технологической схемы или проекта опытно-промышленной эксплуатации.

Основным видом работ при поисках и разведке месторождений нефти и газа является бурение глубоких скважин, которое оказывает мощное технологическое воздействие как на недра, так и на окружающую природу и приводит к возникновению целого комплекса геоэкологических проблем.

Выполнение требований охраны и рационального использования недр при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ достигается применением совершенных методик проектирования и проведения всех видов работ на всех стадиях поисково-разведочного процесса. На этапе региональных работ выбор направления (и рационального комплекса исследований) должен проводиться на основе научно обоснованной геологической модели изучаемого региона. На стадии выявления и подготовки к поисковому бурению основное внимание необходимо обращать на комплексирование различных методов (структурное бурение, сейсморазведка и др.), проводить поиски ловушек различного типа (как структурных, так и неантиклинальных). Такое разграничение довольно условно, так как бурение скважин, строительство транспортных коммуникаций и рекультивация земель характерны для всего цикла геологоразведочных и эксплуатационных работ. Использование автомобильного и гусеничного транспорта, строительство промышленных объектов и магистральных трубопроводов приводит к нарушению физико-механических, химических и биологических свойств почв, грунтов и в целом рельефа осваиваемых площадей.

Важным направлением при охране земель является бурение скважин кустовым методом. При этом снижаются удельные капитальные вложения на каждую скважину, сокращается норма земельного отвода и уменьшается протяженность коммуникаций. Одновременно ограничивается циркуляция пластовых вод при их сборе в систему ППД, что благоприятно влияет на состояние окружающей среды.

В зависимости от интенсивности и продолжительности загрязнения почв и грунтов нефтепродуктами предусматривают техническую, химическую и биологическую рекультивацию. Первая из них включает работы по очистке территории, планировке нарушенных участков и механической обработке почвы (рыхление, дискование) для искусственной аэрации ее верхних горизонтов и ускоренного выветривания загрязнителя. Для восстановления продуктивности нефтепромысловых земель рекомендуется провести их глубокую вспашку и оставить для перегара (гелиотермическая мелиорация). Под влиянием гелиотермической обработки усиливаются процессы деградации нефтепродуктов, улучшается водовоздушный режим и повышается биохимическая активность почв.

С целью создания оптимальных условий для жизнедеятельности бактериальных микроорганизмов, способных ассимилировать углеводороды, кислые почвы подвергаются известкованию. Для восстановления качества дерново-подзолистых почв, которые в результате нефтяного загрязнения трансформировались в техногенные солончаки, применяется гипсование совместно с искусственным увлажнением.



Расчетные задачи 1,2

Задача №1: «Определение степени загрязнения водоносного пласта при разовом воздействии фактора загрязнения»

Условие задачи: При бурении вертикальной скважины с применением промывочной жидкости, содержащей добавку поверхностно активного вещества - сульфанола, произошел в пределах водоносного пласта аварийный сброс бурового раствора.

Требуется определить:

1. Предполагаемую конфигурацию и размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте на время t1, t2 и t3 после аварийного сброса;

2. 2. Степень разбавления загрязняющего потока по состоянию на время t1, t2 и t3;

3. Интервал времени, после которого концентрация сульфанола в водоносном пласте достигнет ПДК, т.е. санитарной нормы.

Исходные данные:

1. Водоносный горизонт представляет собой песчаниковый коллектор с эффективной пористостью П_эф = 3,9%;

2. Направление стока: 45⁰ ;

3. Мощность водоносного горизонта Н = 5м;

4. Скорость естественного рассеяния (диффузии) загрязняющего вещества V₀ = 0,1м/сек.;

5. Объем аварийного выброса (утечки) Q = 4м³ ;

6. Концентрация загрязняющего вещества (сульфанола) в промывочной жидкости С = 2,4%;

7. Условия ПДК для загрязняющего вещества = 0,01мг/л;

8. Время t₁ = 1 час = 3600 сек;

9. Время t₂ = 4 часа = 14400 сек;

10. Время t₃ = 15 часов = 54000 сек;

1. Определим положение границы ореола на время t_1, t_2, t₃:

М₁ = (V₀ + V)* t₁ = (0,001 + 0,02)м/сек * 3600сек = 75,6м;

М₂ = (V₀ + V) * t₂ = (0,001 + 0,02)м/сек * 14400сек = 302,4м;

М₃ = (V₀ + V) * t₂ = (0,001 + 0,02)м/сек * 54000сек = 1134м;

Найдем значения B_1, B_2, B₃ и a_1, a_2, a₃;

a₁ = V * t₁ = 0,02 * 3600 = 72м;

a₂ = V * t₂ = 0,02 * 14400 = 288м;

a₃ = V * t₃ = 0,02 * 54000 = 1080м;

B₁ = V₀ * t₁ = 0,001м/сек * 3600 сек = 3,6м;

B₂ = V₀ * t₁ = 0,001 * 14400 = 14,4м;

B₃ = V₀ * t₁ = 0,001 * 54000 = 54м,

Построим границы ореола загрязнения на время t₁, t₂ и t₃

Измерим площади этих ореолов - S_1, S₂, S₃

В одной половинке ореола 35,5 квадратных сантиметров. Ореол симметричен, состоит из двух половинок. Значит в обоих ореолах целиком 35,5 * 2 = 71 квадратных сантиметра.

Масштаб первого ореола 1:300, т.е. одному сантиметру соответствует 3 метра. Значит одному квадратному сантиметру соответствует 3м * 3м = 9м². Значит, площадь первого ореола равна S₁ = 71 * 9м² = 639м².

Масштаб второго ореола 1:1200, т.е. одному сантиметру соответствует 12 метров. Значит одному квадратному сантиметру соответствует 12м * 12м = 144м². Значит площадь второго ореола равна S₂= 71 * 144м² = 10224м².

Масштаб третьего ореола 1:4500, т.е. одному сантиметру соответствует 45 метров. Значит одному квадратному сантиметру соответствует 45м * 45м = 2025м³ . тогда площадь третьего ореола равна S₃ = 71 * 2025м² = 143 775м²

2. Рассчитаем степень разбавления (N) загрязняющего вещества в ореолах водоносного горизонта на t₁, t₂, t₃:

для t₁ N₁ = = = 32,15

для t₂ N₂ =

для t₃ N₃ = = 6961,28

Далее рассчитывается концентрация загрязняющего вещества в ореолах по состоянию на t₁, t₂, и t₃ при плотности бурового раствора 1,5 г/см³. Для этого концентрацию загрязняющего вещества переведем в мг/л: Cмг/л = С % * 1,5 * 10⁴ = 36000 мг/л.

Определим концентрацию сульфанола в ореолах в мг/л:

Для t₁ C₁ = = 1119,8

Для t₂ С₂ = = 72

Для t₃ С₃ = =

По полученным результатам построим график зависимости концентрации загрязняющего вещества в водоносном горизонте от времени.

Заключение: согласно графику вода в загрязненном пласте достигнет санитарной нормы не ранее, чем через 90 часов.

Ответ: t = 90 часов.

Задача №2: Предприятие выбрасывает в атмосферу несколько загрязняющих веществ (З.В.) с концентрациями в приземном слое Сi.
Требуется: 1) определить соответствие качества атмосферного воздуха
требуемым нормативам; 2) оценить степень опасности загрязнения воздуха, если оно есть; 3) при высокой степени опасности описать применяемые мероприятия по снижению загрязнения воздуха и методы очистки газовых выбросов от вредных примесей. График с логарифмической шкалой концентраций загрязняющего вещества. Разброс концентраций здесь составляет 4 десятичных порядков цифр: 1-10 (0-й порядок), 10-100 (1-й порядок), 100-1000 (2-й порядок), 1000-10000 (3-й порядок). Каждый десятичный порядок цифр на логарифмической шкале вложен в интервал (модуль) 5см шкалы. Шкала времени нормальная, ее можно сужать и расширять путем измерения цены деления. На данном графике цена деления шкалы времени составляет 1 час = 2 мм.

Исходные данные в таблице 1.

Таблица 1.

Загрязняющие вещества, i	Концентрация, Сi, мг/м3	ПДК, мг/м3	Коэффициент опасности, Ai	Класс опасности	Коэффициент, зависящий от класса опасности З.В	Ci * Ai	Jm
Формальдегид (COH2)	0,025	0,012	83,333	4	0,85	2,0833	1,8661
Гексан	52,0	1	1	2	1,3	52	170,1392
Оксиды азота	0,035	0,06	16,667	3	1	0,5833	0,5833
Оксид углерода	4,0	3	0,333	4	0,85	1,332	1,277

1) Таким образом, индекс суммарного загрязнения (J_m) будет равен:

J_m = ? ( C_i * A_i )^q_i = 1,8661+170,1392 +0,5833+1,277 = 173,8657 > 15 =>

чрезвычайно опасное загрязнение.

2) Соответствие качества атмосферного воздуха требуемым нормативам.

Сравнивая содержание загрязняющих веществ с предельно допустимыми концентрациями заключаем:

Содержание формальдегида в воздухе превышает в 0,025/0,012 = 2,08 раза.

Содержание гексана - в 52/1 = 52 раза.

Содержание оксида азота в воздухе не превышает ПДК

3) Меры по снижению загрязнения воздуха:

Для улавливания оксида азота из отходящих газов разработан метод адсорбции оксидов азота торфощелочными сорбентами в аппаратах кипящего слоя.

Формальдегид относится к хорошо растворимым газам, реагирующим со щелочами, содовым раствором и некоторыми другими сорбентами. Поэтому для очистки воздуха от формальдегида используют абсорбцию щелочным или содовым раствором.



Список литературы

1. Экология: Учебник для студентов высш. и сред. учеб. заведений, обуч. по техн. спец. и направлениям, 189 с.

2. Чернова Н.М. Общая экология: Учебник для студентов педагогических вузов. 263 с.

3. Акимова Т.В. Экология. Природа-Человек-Техника.: Учебник для студентов техн. направл. и специал. Вузов

4. Экология : учеб. пособие для вузов / А.И. Ажгиревич [и др.]; под ред. В.В. Денисова. - Изд. 3-е, испр., 2006. - 767 с.

5. Розанов С.И. Общая экология : учеб. для вузов по дисциплине «Экология» для техн. направлений и специальностей / С.И. Розанов. - Изд. 6-е, стер. 2005. - 288 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru

...