🗊Презентация Основные причины перехода общества на малоотходные, ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии

К У Р С Л Е К Ц И Й «Принципы создания ресурсосберегающих, малоотходных, экологически безопасных технологических процессов»

Основные причины перехода общества на малоотходные, ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии 1. Негативные последствия хозяйственной деятель- ности человеческого общества, выражающиеся в интенсивном загрязнении и деградации природных экологических систем и в нарушении их материальных и энергетических балансов; 2. Интенсивное и нерациональное использование первичного материального ресурса в хозяйственной деятельности, что приводит к истощению природных богатств. Рассмотрим, в чем конкретно проявляется каждая из этих причин.

Антропогенное воздействие привело к такой степени загрязнения окружающей природной среды, когда ее естественная емкость становится не способной к процессам самоочищения, обмена веществом и энергией. Антропогенное воздействие привело к такой степени загрязнения окружающей природной среды, когда ее естественная емкость становится не способной к процессам самоочищения, обмена веществом и энергией. Загрязнением окружающей природной среды считается физико-химическое изменение состава природного вещества, которое угрожает состоянию здоровья и жизни человека, окружающей среде его обитания. Под загрязнением природной среды понимается поступление в нее веществ, микроорганизмов, энергий в количествах, вызывающих изменение состава и свойств компонентов природы.

Загрязнение подразделяется на естественное (космическое) и антропогенное (техногенное). Загрязнение подразделяется на естественное (космическое) и антропогенное (техногенное). Естественное загрязнение возникает в результате многих природных факторов и причин, природных катастроф и происходит без влияния человека на природные процессы. Антропогенное загрязнение вызывается совокупностью хозяйственной деятельности человека, самой разнообразной по характеру и результатам воздействия на окружающую среду. Можно выделить четыре главных фактора воздействия человека на окружающую природную среду:

 изменение структуры земной поверхности;  изменение структуры земной поверхности;  изменение химического состава окружающей природной среды, влияние деятельности человека на круговорот веществ в биосфере. Этот фактор связан с добычей природных ресурсов, с выбросами и сбросами различных химических веществ в окружающую среду;  изменение энергетического (теплового) баланса отдельных регионов и планеты в целом. Эти воздействия оказывают серьезное влияние на климат нашей планеты;  изменения, вносимые человеком в живую природу. Это главным образом потребление отдельных видов организмов, выведение новых пород животных и видов растений, перемещение организмов в новые места обитания и т.д.

Загрязнение окружающей среды может быть механическим, физическим, химическим, радиационным и биологическим. Загрязнение окружающей среды может быть механическим, физическим, химическим, радиационным и биологическим. К механическим веществам-загрязнителям относятся пыли и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Физические загрязнения представляют собой электромагнитные излучения, шум, вибрацию, звук и тепловую энергию. Химическими загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, поступающие в объекты окружающей среды и вступающие с ней во взаимодействие.

Химические загрязнения являются основным фактором неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду. Химические загрязнения являются основным фактором неблагоприятного антропогенного воздействия на окружающую среду. К ним относятся минеральные химические соединения: кислоты, основания, соли, оксиды азота, серы, углерода и различных металлов, эмульсии, ионы тяжелых металлов, а также различные органические вещества. Многие химические загрязнители обладают аллергическим, токсическим и канцерогенным действием и наносят вред живым организмам. Источниками антропогенного загрязнения окружающей природной среды служат самые разные объекты производственной и хозяйственной деятельности человека.

Основные источники загрязнения Основные источники загрязнения окружающей среды Основными источниками загрязнения окружающей среды выступает хозяйственная деятельность человека, основными видами которой являются: • промышленность; • транспорт; • сельское хозяйство; • коммунальное хозяйство Среди промышленных предприятий основную долю в загрязнение биосферы вносят предприятия:

• электроэнергетики, особенно теплоэнергетики (до 32 %); • электроэнергетики, особенно теплоэнергетики (до 32 %); • черной и цветной металлургии (до 20 %); • химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности (до 10 %); • на долю транспорта приходится до 26 % (в США доля транспорта в общее загрязнение биосферы составляет 60 %). Основными природными средами загрязнения являются: • атмосферный воздух; • природные поверхностные воды; • почвы.

Негативные последствия глобального химического загрязнения атмосферы связаны с процессами: Негативные последствия глобального химического загрязнения атмосферы связаны с процессами: • образования кислотных дождей; • разрушения озонового слоя стратосферы; • возникновения «парникового эффекта»; • образования токсического и фотохимического смога Рассмотрим химию этих процессов. Кислотные дожди. Наличие в атмосфере паров воды и загрязняющих веществ  оксидов серы (SO2, SO3), азота (NO, NO2), а также хлористого водорода (HCl)  является причиной образования кислых атмосферных осадков.

Кислотными осадками называют дожди, туман, снег, которые имеют антропогенное происхождение из-за содержания в них соединений, способных образовывать серную и азотную кислоты. Кислотными осадками называют дожди, туман, снег, которые имеют антропогенное происхождение из-за содержания в них соединений, способных образовывать серную и азотную кислоты. Механизмы образования кислот в атмосфере могут быть различными. Одним из путей образования H2SO4 в атмосфере основан на участии в окислении SO2 гидроксильного радикала (ОН•): ОН• + SO2 → HSO3• HSO3• + O2 →SO3 + HO2• SO3 + H2O → H2SO4 В дальнейшем серная кислота либо выпадает на поверхность Земли, либо дает соли, реагируя главным образом с аммиаком. Соли обычно выводятся из атмосферы вместе с дождями или за счет гравитационного оседания.

Другой механизм образования серной кислоты связан с окислением SO2 в облачных каплях. При этом окислению подвергается частица SO32- или HSO3-. В роли окислителя выступают пероксид водорода или озон: Другой механизм образования серной кислоты связан с окислением SO2 в облачных каплях. При этом окислению подвергается частица SO32- или HSO3-. В роли окислителя выступают пероксид водорода или озон: HSO3- + H2O2 + H3O+ = H2SO4 + 2H2O HSO3- + O3 + H3O+ = H2SO4 + H2O + O2 Образование HNO3 в атмосфере происходит двумя основными путями. Первый путь – это реакция радикала ОН• с оксидом азота (IV): OH• + NO2 → HNO3 Эта реакция происходит днем, поскольку радикал ОН• присутствует в атмосфере только в дневное время.

Известен и другой механизм генерации азотной кислоты, реализующийся путем взаимодействия NO2 с озоном с образованием радикала NO3•: Известен и другой механизм генерации азотной кислоты, реализующийся путем взаимодействия NO2 с озоном с образованием радикала NO3•: NO2 + O3 → NO3• + O2 NO3• + NO2 → N2O5 N2O5 + H2O = 2HNO3 Образующиеся в атмосфере кислоты входят в состав туманов, облачных и дождевых капель. Значения рН для данных природных образований находятся в следующих пределах: туман – 2,9-4,9; облака – 4,4; дождевая вода – 4,7-5,5. Кислотный дождь – одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды, которую справедливо называют опасной болезнью биосферы.

Кислотные дожди Наличие в атмосфере паров воды, оксидов серы и азота является причиной образования кислых атмосферных осадков: 2SO2 + O2 = 2SO3 2NO + O2 = 2NO2 SO3 + H2O = H2SO4 2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3  

Кислотные дожди Образующиеся в атмосфере кислоты входят в состав в состав туманов, облачных и дождевых капель. дождевых капель. Величина рН таких образований 2,9 – 5,5. Кислотный дождь – одна из наиболее тяжелых форм загрязнения биосферы, которую справедливо называют «опасной болезнью биосферы».

"Парниковый эффект". Одна из важнейших глобальных проблем современности связана с повышением температуры земной поверхности. Изменение климата ученые связывают с изменением содержания в атмосфере "парниковых газов» (H2O, CO2, CH4, N2O, фреоны). "Парниковый эффект". Одна из важнейших глобальных проблем современности связана с повышением температуры земной поверхности. Изменение климата ученые связывают с изменением содержания в атмосфере "парниковых газов» (H2O, CO2, CH4, N2O, фреоны). Под термином "парниковый эффект" понимается специфическое явление, связанное с поглощением энергии солнечной радиации земной поверхностью с преобразованием ее в теплоту и препятствием теплового излучения с поверхности Земли в космос. В конце XVIII века начался заметный рост в атмосфере концентрации СО2, связанный вначале с вырубкой лесов, а затем с процессами сжигания природного углеводородного топлива.

Хотя СО2 является самым важным из антропогенных "парниковых" газов, не он один имеет значение. Хотя СО2 является самым важным из антропогенных "парниковых" газов, не он один имеет значение. Немногим более чем на половину эффект связан с СО2, но и другие газы, включая метан, оксид азота (I), фреоны, также вносят существенный вклад в общий результат.

Нарушение озонового слоя одна из наиболее острых химических проблем глобальной экологии, которая связана с опасностью антропогенного воздействия на химические процессы в стратосфере, чреватые уменьшением в ней общего содержания озона. Стратосферный озон регулирует поток УФ-квантов, задерживая наиболее опасную часть радиации Солнца с длинами волн менее 285 нм. Одним из важных процессов, протекающих в верхних слоях атмосферы является диссоциация О2 с образования атомарного кислорода: О2 + hν → O* + O (3Р)

На высоте 30 – 50 км начинаются реакции взаимодействия атомарного кислорода с О2, приводящие к образованию озона. Образование озона - это фотохимический процесс с использованием энергии света: На высоте 30 – 50 км начинаются реакции взаимодействия атомарного кислорода с О2, приводящие к образованию озона. Образование озона - это фотохимический процесс с использованием энергии света: О + О2 → О3* (1) О3* + М → О3 + М * (где М - О2 или N2) (2) О3* + М → О3 + М * (3) Тепловое рассеивание энергии колебательного возбуждения происходит на высоте 25 км в результате реакции: О + О3 → 2О2 + 392 кДж, (4) которая является реакцией разложения озона

К уменьшению концентрации озона в стратосфере ведет также реакция поглощения солнечного света с λ < 310 нм, являющаяся наиболее существенной для сохранения жизни на земной поверхности: К уменьшению концентрации озона в стратосфере ведет также реакция поглощения солнечного света с λ < 310 нм, являющаяся наиболее существенной для сохранения жизни на земной поверхности: О3 + hν → (1∆)O2 + O* (5) Молекула синглетного кислорода (1∆) О2 не отличается высокой реакционной способностью. Более эффективно она взаимодействует с озоном: О2(1∆) + О3 → 2О2 + О Фотохимическая теория образования озона была сформулирована С. Чепменом в 1930 г. в форме уравнений (1–5). Первые три реакции описывают образование озона, а две последние – его разрушение.

Существуют другие процессы разрушения озона, содержащие водород-, азот- и хлорсодержащие соединения. Эти соединения являются катализаторами разрушения озона в стратосфере. Существуют другие процессы разрушения озона, содержащие водород-, азот- и хлорсодержащие соединения. Эти соединения являются катализаторами разрушения озона в стратосфере. Атомарный хлор образуется и в результате фотохимического разрушения фреонов. Основные положения гипотезы об участии фреонов в разрушении стратосферного озона, опубликованные в 1974 г. в статье М. Молины и Ш. Роуленда, сформулированы в форме следующих тезисов: • фреоны исключительно антропогенные компоненты, поступление которых в тропосферу равно их промышленному производству; • будучи чрезвычайно химически устойчивыми в условиях тропосферы, фреоны имеют большое время жизни (40 – 150 лет) ;

• в стратосфере они подвергаются фотолизу коротковолновым УФ-излучением Солнца с высвобождением атомов хлора в соответствии с реакциями: • в стратосфере они подвергаются фотолизу коротковолновым УФ-излучением Солнца с высвобождением атомов хлора в соответствии с реакциями: CFCl3 + hν → •CFCl2 + Cl CF2Cl2 + hν → •CF2Cl + Cl • атомы хлора атакуют молекулы озона, разрушая их и образуя оксид хлора. Последний взаимодействует с атомарным кислородом, в результате чего вновь образуется активный атом хлора – важный компонент хлорного цикла разрушения озона: Cl + O3 → ClO + O2 ClO + O → Cl + O2

Токсический и фотохимический смог Причиной токсического смога является повышенная концентрация SO2 в атмосфере, который взаимодействуя с парами воды и кислородом атмосферы, образует H2SO3 и H2SO4. При высокой влажности воздуха наличие кислотных продуктов приводит к обра­зова­нию густого тумана, который захватывает частицы сажи и пыли. Такой токсичный туман называют токсичным или ″лондонским″ смогом, в память о трагедии 1952 года, когда в Лондоне от него погибло около 4000 человек.  

Фотохимический смог (смог лос-анджелесского типа), основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопные газы, образуется при наличии в атмосфере углеводородов, оксидов азота, инверсии температуры, интенсивного солнечного излучения и отсутствия ветра. Фотохимический смог (смог лос-анджелесского типа), основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопные газы, образуется при наличии в атмосфере углеводородов, оксидов азота, инверсии температуры, интенсивного солнечного излучения и отсутствия ветра. Взаимодействие СnН2n+2, NxOy, O2, O3 под действием солнечной энергии приводит к образованию токсичных пероксиацилнитратов: СnН2n+2 + RCHO + NO +NO2 + O2 + O3 + һν = RCOOONO2

В загрязнении Мирового океана участвуют: В загрязнении Мирового океана участвуют: • нефть и нефтепродукты; • синтетические поверхностно активные вещества (СПАВ); • химикаты, применяемые в сельском хозяйстве (пестициды, гирбициды, минеральные и органические удобрения); • соединения тяжелых токсичных и радиоактивных металлов. На акваторию океанов, морей и рек поступает более 12 млн. т нефти, огромные территории в местах добычи загрязнены нефтью. Более 30 химических элементов опасны для гидробионтов морей и океанов.

Перечисленные загрязнения отрицательно влияют и на физическое здоровье человека. Перечисленные загрязнения отрицательно влияют и на физическое здоровье человека. К концу ХХ столетия в России: • продолжительность жизни мужчин составила 63,9 года(69,5 лет в середине века); • частота сердечнососудистых и онкологический заболеваний возросла в 1,5 раза; • число детей с отставанием в умственном и физическом развитии возросло в 10 раз. Один из примеров. Из-за резкого ухудшения экологической обстановки в Кемеровской области к концу ХХ столетия заболеваемость раком легких превысила средний уровень по России на 47 %, бронхиальной астмой – на 38 %, заболеванием крови у детей в 1,5 раза.

Характер антропогенного воздействия на окружающую среду и его усиление В современную эпоху на интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею качество природной среды объективно влияют две группы факторов: • научно-техническая революция, вызвавшая интенсификацию производственных процессов; • демографические факторы. Обе группы факторов взаимообусловлены, поскольку, с одной стороны, достижения НТР реализуются в ходе производственной деятельности людьми, с другой стороны, достижения НТР объективно влияют на увеличение численности народонаселения на Земле благодаря росту производства товаров народного потребления.

Динамика численности населения в России

Рост объема промышленного и сельскохозяйственного производства Одновременно с ростом численности населения Земли растут и потребности общества, происходит увеличение объема промышленного и сельскохозяйственного производства. Темпы роста объемов промышленного и сельскохозяйственного производств: • удвоение производства электроэнергии происходит каждые 7–10 лет; • объем всех видов промышленной и сельскохозяйственной продукции возрастает вдвое за 30–35 лет.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ Для удовлетворения своих экономических потребностей, для производства необходимых продуктов, развития искусственной среды обитания человек использует природные ресурсы. К природным ресурсам относятся любые объекты и явления, используемые в народном хозяйстве и служащие средством существования человеческого общества. Природные ресурсы могут выступать в роли средств труда, источников сырья, энергии, материалов и в качестве предметов потребления. В основу их классификации положено три признака:

• по источникам происхождения природные ресурсы подразделяются на биологические, минеральные и энергетические; • по источникам происхождения природные ресурсы подразделяются на биологические, минеральные и энергетические; • по использованию в качестве производственных ресурсов они делятся на земельный и лесной фонд, водные и гидроэнергетические, обитателей вод, лесов, степей (фауна) полезные ископаемые. Полезные ископаемые подразделяются на: • рудные; • топливно-энергетические; • запасы минерально-химического сырья; • редкие металлы промышленного назначения; • строительные материалы

• по степени истощения ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые. К невознобновляемым относятся те ресурсы, которые не возрождаются или восстанавливаются в сотни раз медленнее, чем расходуются: • топливно-энергетические ресурсы (каменный уголь, нефть, природный газ); • металлорудное сырье; • строитиельные матералы

К возобновляемым природным ресурсам относятся: К возобновляемым природным ресурсам относятся: • растительный мир; • животный мир; • некоторые минеральные ресурсы (глауберова и поваренная соль, осаждающиеся в озерах и морских лагунах). Эти ресурсы по мере использования постоянно восполняются, однако процессы возрождения разных ресурсов протекают с разной скоростью. Например, у животных – в течение нескольких лет, возобновление лесов – 60-80 лет, почвы восстанавливаются через несколько тысячелетий.

Неисчерпаемые ресурсы делятся на: Неисчерпаемые ресурсы делятся на: • водные; • климатические; • космические К водным ресурсам относятся все воды Земли – воды океанов, морей, рек, озер, ледников, горных снегов, подземные и атмосферные воды. К климатическим ресурсам относятся атмосферный воздух и энергия ветра. К космическим ресурсам относятся солнечная радиация и энергия морских приливов и отливов.

Та часть природных ресурсов, которая реально вовлекается в хозяйственную деятельность человека, называется природно-ресурсным потенциалом и является важнейшим понятием природопользования. Та часть природных ресурсов, которая реально вовлекается в хозяйственную деятельность человека, называется природно-ресурсным потенциалом и является важнейшим понятием природопользования. Под природопользованием понимается совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению и воспроизводству. Природопользование включает: • извлечение и переработку природных ресурсов; • их охрану, возобновление и воспроизводство; • использование и охрану природных условий жизни человека

РЕСУРСНЫЙ ЦИКЛ Для производства материалов, машин, механизмов и других необходимых человеческому обществу продуктов человек в результате своей хозяйственной деятельности вовлекает природные богатства в ресурсный цикл. Ресурсный цикл – это совокупность превращений и перемещений вещества и энергии в пространстве и во времени на всех этапах их использования человеком. В природных системах движение веществ реализуется по замкнутому циклу, а в антропогенной деятельности ресурсный цикл не замкнут, поскольку используемые в нем вещества не возвращаются в места их изъятия.

Современная эпоха характеризуется все возрастающим потреблением материально-сырьевых ресурсов: Современная эпоха характеризуется все возрастающим потреблением материально-сырьевых ресурсов: • добыча угля превысила 3·109 т/год (1900 г.-700∙106); • извлекается ежегодно нефти 2·109 т (1900 г.-300∙106); • добыча природного газа возросла в 100 раз; • ежегодно используется около 55 % суши и 50 % прироста лесных ресурсов; • в результате строительства и горных разработок ежегодно перемещается более 4000 км3 породы; • сжигается 7·109 т природного топлива ежегодно; • ежегодно добывается 100∙109 т минеральных ископаемых, а на производственные и бытовые нужды расходуется 4·103 км3 воды (10 % объема речного стока)

Масштабы антропогенных воздействий на биосферу

Ежедневные потребления ресурсов и выбросы современного мегаполиса

В последние десятилетия быстро растет потребление всех видов природных ресурсов, что создает угрозу их истощения. В последние десятилетия быстро растет потребление всех видов природных ресурсов, что создает угрозу их истощения. Уровень потребления возобновляемых ресурсов начал превышать скорость их возобновления. Стала очевидна ограниченность запасов многих невозобновляемых ресурсов. Относительно невозобновляемых ресурсов, истощение которых со временем неизбежно, задача человека заключается в том, чтобы найти заменитель природного или искусственного происхождения. Вот некоторые примеры. В России стоимость разведанных и предварительно оцененных запасов минерального сырья составляет

примерно 28 трл. американских долларов, что эквивалентно по стоимости 2 млн. т золота или валовому национальному продукту страны за 20 лет. примерно 28 трл. американских долларов, что эквивалентно по стоимости 2 млн. т золота или валовому национальному продукту страны за 20 лет. Доля России в мировой добыче составляет: каменного угля до 15 %, железной руды – 14, нефти – 17, природного газа – 25 % На протяжении многих лет сохраняются высокие потери при подземной добыче каменного угля – 23,5%, хромовых руд – 27,7 %, калийных солей – 62,5 %. Большие потери минерального сырья имеют место в процессах его транспортировки и обогащения – при этом теряется 30 % олова, 25 % железа, молибдена, вольфрама. Сжигается в факелах более 10 млрд. м3/г нефтегаза.

Использование недр связано с ежегодным извлечением из них около 150 млрд. т горных пород, которые содержат более 20 млрд. т полезных компонентов. Использование недр связано с ежегодным извлечением из них около 150 млрд. т горных пород, которые содержат более 20 млрд. т полезных компонентов. При современной технологии добычи и переработки полезных ископаемых только 5 – 10 % от всего объема извлекаемых минеральных ресурсов реализуется в виде конечной продукции производства, остальное является отходами. Примеры Ежегодный объем отвалов «пустой» породы горнодобывающих предприятий России составляет 2,5 млрд. м3 горной массы.

В Свердловской области отвалы горных пород занимают 50 тыс. га земельных площадей. В Свердловской области отвалы горных пород занимают 50 тыс. га земельных площадей. В районе Курской магнитной аномалии при добыче железной руды отвалы горных пород составляют 1 млрд. м3. Заводы черной металлургии ежегодно образуют порядка 70 млн. т шлаков, примерно такое же количество шлаков и золы дают все тепловые электростанции, работающие на твердом углеводородном топливе. Твердые промышленные отходы образуются на металлообрабатывающих предприятиях. При обработке поковок в стружку уходит до 50 % массы металла.

Антропогенные воздействия на круговороты веществ в биосфере Антропогенные воздействия оказывают влияние на круговороты H2O, C, O2, S, P, N и других химических элементов. Влияние хозяйственной деятельности на круговорот воды проявляется в увеличении атмосферных осадков в промышленных регионах, что связано с большим количеством в атмосферном воздухе тонкодисперсных твердых частиц – аэрозолей и пылей, которые ускоряют процесс конденсации водяных паров. Строительство гидротехнических сооружений препятствует стоку речных и озерных вод, что сопровождается загрязнением воды химическими и биологическими отходами.

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается определенным соотношением в атмосфере СО2 и О2 естественные процессы потребления и поступления которых в атмосферу сбалансированы. Жизнедеятельность живых организмов поддерживается определенным соотношением в атмосфере СО2 и О2 естественные процессы потребления и поступления которых в атмосферу сбалансированы. Антропогенные воздействия оказывают заметное влияние на круговорот углерода в биосфере, что связано в большей степени с технической энергетикой и промышленным производством. За последние годы масса СО2, образующегося за счет процессов сжигания природного углеводородного топлива, возрастает на 2,2·109 т в год. Суммарное поступление углерода из техногенных источников в атмосферу оценивается в 5∙109 т/год.

Антропогенное воздействие на круговорот углерода

Антропогенное воздействие на круговорот кислорода Естественный круговорот О2 в биосфере нарушается за счет его участия в следующих процессах: • расходования кислорода на сжигание природного углеводородного топлива (1,5·1010 т О2 в год); • разложения отмерших растительных остатков Мировой суши (230∙109 т О2); • окисления (коррозии) металлов (340·106 т О2/год); • окисления загрязнений в водных экосистемах, что приводит к сокращению числа продуцентов кислорода.

Антропогенное воздействие на круговорот серы Определенный дисбаланс в природные циклы массообмена серы вносят отходы промышленных предприятий и транспорта Главная эмиссия SO2 происходит при сжигании серусодержащих каменных углей и нефти и при производстве черных и цветных металлов. Общемировая масса техногенных выбросов серы к концу ХХ столетия составляла 110∙106 т. Общегодовое количество серы, вовлеченное в биогеохимический цикл характеризуется цифрами: • из океана в атмосферу поступает 82, а осаждается – 96 млн. т; • с суши в атмосферу -139, возвращается – 116 млн. т

Антропогенное воздействие на круговорот азота, фосфора, калия В процессе сельскохозяйственного производства эти элементы искусственно вводятся в виде минеральных удобрений. • В процессе мирового производства зерновых культур одновременно с урожаем в биологический круговорот вовлекается: 48∙106 т азота; 36·106 т фосфора (в пересчете на P2O5); 4,5∙106 т калия • Распределение масс азота в мировом сельском хозяйстве: 30·109 т азота (1970 г.) 60·109 т азота (1990 г.) Возникла проблема азота, имеющая не только биогеохимическое, но и экологическое значение.

Во-первых, искусственное введение азота в обрабатываемые почвы нарушает сбалансированность массообмена в системе «почва-растительность», избыточный азот вовлекается вводную миграцию и аккумулируется в водных системах. Во-первых, искусственное введение азота в обрабатываемые почвы нарушает сбалансированность массообмена в системе «почва-растительность», избыточный азот вовлекается вводную миграцию и аккумулируется в водных системах. Это вызывает интенсивный рост водной растительности, что приводит к зарастанию водоемов и перегрузки их продуктами разложения растительных остатков. Во-вторых, высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышенную концентрацию этих соединений в продуктах питания и питьевой воде. В третьих, оксиды азота, поступая в атмосферу, играют существенную роль в образовании смога.

Нарушения биогеохимического круговорота фосфора связаны со следующими антропогенными факторами: • извлечение фосфора из минеральных руд и шлаков; • производство препаратов, содержащих фосфор, используемых в индустрии и в быту; • производство фосфорсодержащих кормов, вывоз их в зоны потребления; • добыча морепродуктов и потребление их на суше, которое влечет перераспределение биогенных фосфатов из океана на сушу

Накопление металлов в биосфере Среди многих негативных последствий хозяйственной деятельности человека важное значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в природных средах. Таблица – Общемировая добыча металлов

Парадоксальная особенность использования металлов в мировом производстве заключается в их активном рассеивании. Источниками их техногенного рассеивания служат процессы: • транспортировки металлических руд; • обогащения металлических руд; • сортировки металлических руд; • металлургического передела руд За десятилетие (1965-1975 гг.) в мире было рассеяно: меди – 600; цинка – 500; свинца – 30; молибдена – 50 тыс. тонн Вся технология современного использования металлов (химическая, электротехническая, радиотехническая, машиностроение и др.) сопровождается их рассеиванием в окружающей среде.

Среди других процессов техногенного рассеивания металлов являются процессы сжигания природного углеводородного топлива, главным образом каменного угля. Массы тяжелых металлов, ежегодно поступающие в окружающую среду техногенным путем, сопоставимы с количеством металлов, участвующих в глобальных процессах массообмена. Например, количество марганца и хрома, поступающих в биосферу в результате процессов сжигания каменного угля в течение года, близки к величине выноса их растворимых форм речным стоком со всей суши.

Поскольку тяжелые металлы являются необходимым компонентом биокатализаторов и регуляторов важных физиологических процессов, то высокая концентрация их в окружающей среде в высокоактивном рассеянном состоянии оказывает отрицательное влияние на живые организмы. Среди металлов–загрязнителей наибольшую опасность для живого организма представляют Hg, Pb, Mn, Sn, Cu, Mo, Cr, Ni, Co, Cd. Своеобразные биогеохимические аномалии свинца образуются вдоль автомагистралей. В отходящих газопылевых выбросах металлообрабатывающих предприятий содержится высокая концентрация лигирующих металлов (W, V, Cr).

Факторы взаимодействия общества и природы Характер взаимодействия общества и природы следует рассматривать через призму социальных отношений. На всех этапах развития человечества природная среда влияет на развитие общественного производства, являясь совокупным фактором воспроизводства общественного продукта, расселения, территориального разделения труда и размещения производительных сил. Систему «общество – окружающая среда» нужно рассматривать как совокупность двух подсистем: социально-экономическую и социально-экологическую.

Взаимодействие основных факторов в системе «общество - окружающая среда»

Социально-экономическая подсистема характеризует влияние НТР с учетом демографии и урбанизации на развитие и территориальное размещение производительных сил. Социально-экономическая подсистема характеризует влияние НТР с учетом демографии и урбанизации на развитие и территориальное размещение производительных сил. Социально-экологическая подсистема анализирует влияние производительных сил на количественное и качественное истощение природных ресурсов. Научный подход к проблеме природопользования, рассматриваемый в рамках данной системы, предполагает взаимодействие, взаимосвязь и взаимообусловленность основных факторов . Развитие производительных сил, направленное на повышение экономического уровня жизни людей, без учета экологического фактора приведет к невосполнимому дефициту природных ресурсов.

Все выше изложенное свидетельствует о том, что перед человечеством стоит проблема смены принципа природопользования. Проблема охраны природной среды от антропогенного воздействия неразрывно связана с развитием принципов рационального природопользования, создания ресурсрсберегающих, малоотходных и экологически безопасных технологических процессов. Точкой отсчета разработки и осуществления таких принципов принято считать конференцию ООН «Человек и окружающая среда» (Стокгольм, 1972 г.). Следующий шаг был сделан на конференции ООН «Окружающая среда и развитие» (Рио – 1992).

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

Рациональное природопользование – основа охраны окружающей среды Рациональное природопользование – это такое соотношение между достигнутым уровнем мощностей технологических систем и темпами их роста, которое обеспечивает сохранение качества природной среды в определенных строго заданных пределах. Рациональное природопользование рассматривает природные (экологические) процессы и хозяйственную деятельность человека как единую биоэкономическую систему “производство-окружающая среда”.

Этапы взаимодействия производства и окружающей среды При рассмотрении этого вопроса используют, как правило, три временные шкалы: прошлое, настоящее и будущее. Прошлое. На раннем этапе (середина ХХ столетия) охрана окружающей среды была связана с созданием и внедрением средств и методов безопасной изоляции и захоронения промышленных отходов. Настоящее. Сейчас охрана окружающей среды переживает период постепенного осознания необходимости создания малоотходных технологий в основном производстве, а не в сложных и дорогостоящих процессах обращения с отходами.

Будущее. В процессе взаимодействия производства и окружающей среды должно произойти: • резкое снижение отрицательного воздействия на природные среды, на единицу валового внутреннего продукта (ВВП); • основные технологии должны перейти в ранг малоотходных, а необходимость создания технических систем для очистки, переработки и обезвреживания отходов должно быть сведено к минимуму; • учет экологического фактора в производстве необходимо проводить уже сейчас, поскольку разрабатываемые технологии в настоящее время будут эксплуатироваться в течение долгого времени.

Рациональный подход природопользования должен опираться на два фундаментальных принципа: • возможно полное использование природного ресурса; • доведение неиспользованных отходов производства до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами. Основные задачи рационального использования природных ресурсов в качестве сырья и источников энергии сводятся к следующему: • полное комплексное извлечение из месторождений всех полезных компонентов, используя такие методы добычи полезных ископаемых, которые не допускают их потерь;

• безотходное использование полезных ископаемых в производстве; • использование вторичных продуктов производства, которые представляют собой отходы переработки минерального сырья и являются сложными химическими продуктами, дальнейшая утилизация которых требует разработки специальных технологических схем; • вторичное использование материалов после выхода изделия из употребления; • использование, так называемых, “бедных месторождений”; • поиск и освоение новых источников полезных ископаемых; • поиск новых источников энергетических ресурсов;

• использование новых минеральных веществ в качестве заменителей дефицитных материалов; В результате технической деятельности людей огромное количество вещества теряется безвозвратно. Перед человечеством стоит сложная, но реально осуществимая задача - научиться вновь концентрировать рассеянное вещество и повторно его использовать, т.е. воспроизводить природные ресурсы. Назовем основные методы реальной политики рационального использования природных ресурсов: • применение ресурсосберегающих технологий, новых знаний и методов для рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты природной среды;

• применение экологически безопасных производств, осуществляющих полную комплексную переработку используемого сырья без отходов в замкнутой технологической цепи; • применение экологически безопасных производств, осуществляющих полную комплексную переработку используемого сырья без отходов в замкнутой технологической цепи; • применение малоотходных технологий с выбросами вредных веществ, не превышающих предельно допустимые концентрации; • разработка и применение норм предельно допустимых выбросов и сбросов, мест размещения отходов по каждому экологически опасному предприятию; • разработка и применение норм предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве, атмосфере, рабочей зоне, водоемах и продуктах питания.

Основной путь перехода на рациональное природопользование человечество видит в разработке и внедрении новых подходов к проблеме устойчивого развития общества. Комиссия ООН по окружающей среде и развитию дала следующее определение устойчивому развитию общества: ”… это такое общество, которое способно удовлетворять нужды сегодняшнего поколения, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять их собственные нужды”. Сюда, в первую очередь, следует отнести развитие и практическое внедрение ресурсосберегающих технологий.

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ Ресурсосберегающим называют такое производство, которое не нарушает естественного круговорота веществ и не ведет к разрушению природных экосистем. В ресурсосберегающей технологии предполагается создание оптимальных технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Ресурсосберегающие технологии имеют значительные преимущества перед традиционными, поскольку они позволяют: • значительное сокращение добываемого и перерабатываемого первичного материального ресурса, в том числе топливно-энергетического, металлорудного сырья и строительных материалов;

• уменьшение загрязнения окружающей среды от переработки ПМР; • уменьшение земельных площадей, отводимых под складирование и размещение промышленных и бытовых отходов; • сокращение выбросов в окружающую среду при производстве продукции из ВМР по сравнению с использованием ПМР, в основном, за счет исключения из производственного процесса ряда технологических стадий (производство стали, бумаги из отходов); • снижение размера ущерба, наносимого окружающей среде антропогенным воздействием (утилизация хлорсодержащих отходов при производстве титана позволяет на 45 % снизить выброс хлора).

Старые, традиционные технологии тоже могут быть переведены в ранг ресурсосберегающих, поскольку они располагают значительными резервами экономии природных ресурсов, которые заключаются в следующем: • в изменении технологического процесса, способствующего резкому сокращению образования отходов; • в усовершенствовании технологического оборудования, условий его эксплуатации и обслуживания, направленное на снижение количества образующихся отходов; • в замене исходного сырья на более совершенное, которое даст меньше отходов, не изменяя качества конечного продукта.

Ресурсосберегающие технологии должны развиваться в двух направлениях: Ресурсосберегающие технологии должны развиваться в двух направлениях: • экологизация общественного производства; • создание безотходных и малоотходных технологических процессов. Рассмотрим подробнее эти направления. Экологизация производства. Экологизированное производство ‒ это такое производство, при котором образование отходов производства и потребления сведено к минимуму за счет повышения степени замкнутости технологических процессов, что предотвращает загрязнение окружающей среды.

Бытует мнение, что разработка эффективных способов утилизации, обезвреживания, рекуперации отходов производства и потребления позволит решить проблемы, связанные с предотвращением загрязнения окружающей среды. Бытует мнение, что разработка эффективных способов утилизации, обезвреживания, рекуперации отходов производства и потребления позволит решить проблемы, связанные с предотвращением загрязнения окружающей среды. Опыт ряда стран показал, что такой подход позволяет только перемещать отходы из одной природной среды в другую или перекладывать решение этого вопроса на плечи следующих поколений. В принципе техническое решение утилизации отходов производства и потребления возможно при сохранении в неизменном виде основных технологий, но при этом возникают другие проблемы (пример → SO2 в металлургии и теплоэнергетики).

В идеале для сохранения окружающей природной среды отходы не нужно производить! В идеале для сохранения окружающей природной среды отходы не нужно производить! Однако, существующие технологические процессы не могут работать по замкнутому циклу. Отсюда, основной задачей экологизации производства становится: • повышение степени замкнутости традиционных технологических процессов; • разработка новых малоотходных и ресурсосберегающих технологий. При управлении производственной деятельностью человек должен обеспечить такую организацию производства, при которой не допускается ухудшения биологической продуктивности биосферы.

Экологизированное производство должно базироваться на следующих основных принципах: • безотходности или малоотходности; • пространственной компактности; • замкнутости технологического цикла; • вписываемости продуктов производства в естественные биогеохимические круговороты; • сбалансированности всех производственных мощностей; • создание условий труда, благоприятных для работающего персонала.

Общая схема экологизированного производства

Критерием регулирования техногенных нагрузок в рамках требований экологизации производства считают принцип обеспечения качества жизни при минимальных затратах. Критерием регулирования техногенных нагрузок в рамках требований экологизации производства считают принцип обеспечения качества жизни при минимальных затратах. Такой подход получил название принципа приоритета социальной эффективности. Такой принцип может быть реализован только при условии активного вмешательства человека в традиционные технологии, делая их экологически безопасными и ресурсосберегающими. Важная роль в процессе перехода на прогрессивные технологии принадлежит новым достижениям научно-технического процесса.

Резюме. Во всех случаях подход, при котором исключаются или уменьшаются отходы производства, должен быть приоритетным по сравнению с технической политикой, направленной на переработку, утилизацию, обезвреживание или захоронение отходов. Резюме. Во всех случаях подход, при котором исключаются или уменьшаются отходы производства, должен быть приоритетным по сравнению с технической политикой, направленной на переработку, утилизацию, обезвреживание или захоронение отходов. Безотходное и малоотходное производство Имеется несколько определений термина ”безотходная технология”. ”Безотходная технология‒ есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защиту окружающей среды” (Б.Н, Ласкорин).

”Безотходная технология‒это такой способ производства продукции, при котором рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы ‒ производство ‒ потребление ‒ ВМР» (Европейская экологическая комиссия ООН). ”Безотходная технология‒это такой способ производства продукции, при котором рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы ‒ производство ‒ потребление ‒ ВМР» (Европейская экологическая комиссия ООН). Безотходная технология является экологической стратегией промышленного производства, включающая комплекс мероприятий, которые способны обеспечить минимальные потери природных ресурсов при максимальной экономической эффективности. Здесь следует дать понятие термину «технология». Технология – есть наука, изучающая способы и процессы переработки природного сырья в предметы потребления и средства производства.

Существуют технологии механические и химические. Существуют технологии механические и химические. В механической технологии рассматриваются процессы, которые приводят к изменению формы или внешнего вида материала. В химической технологии происходят процессы коренного изменения свойства, состава и внутреннего строения вещества. Химические технологии используются во многих производствах: • основная химическая промышленность; • черная и цветная металлургия; • химическая технология топлива; • целлюлозно-бумажная и гидролизная промышленность; • гальваническое производство и др.

Любая технология, осуществляемая традиционными методами, в своей основе предполагает образование самых разнообразных отходов производства. Любая технология, осуществляемая традиционными методами, в своей основе предполагает образование самых разнообразных отходов производства. Отходами называются полупродукты или продукты незавершенного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения. Производственные отходы являются следствием несовершенства технологических процессов, неудовлетворительно организованного производства, а также несовершенного экономического механизма. Отходы в технологическом процессе образуются в основном за счет:

• наличия примесей в сырье, т.е. тех компонентов сырья, которые не используются в данном процессе для получения товарного продукта; • протекания побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ; • неполноты протекания процесса, т.е. остатков полезного компонента сырья. Традиционные технологические процессы обладают крайне низкой степенью замкнутости, другими словами современная технология является экологически невыдержанной. Необходим переход на новые безотходные технологические процессы.

КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА Концепция безотходных технологических процессов базируется на двух основных предпосылках: • исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов; • создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая позволила бы после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходные элементы нового производства. В концепции безотходной технологии существует два подхода.

Первый подход говорит в пользу теоретической и практической возможности создания такой технологии и основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым вещество может быть преобразовано в продукцию. Первый подход говорит в пользу теоретической и практической возможности создания такой технологии и основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым вещество может быть преобразовано в продукцию. Следовательно, можно создать такой технологический цикл, в котором все экологически опасные отходы будут преобразованы в исходное сырье или безопасный продукт. Второй подход отрицает возможность создания безотходной технологии. Подобно тому, как энергию в соответствии со вторым законом термодинамики нельзя полностью перевести в полезную работу, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный и безопасный продукт.

Признавая прогрессивность безотходной технологии, следует учитывать ее ограниченность. Она позволяет сократить загрязнение природной среды, но не исключает его полностью. Признавая прогрессивность безотходной технологии, следует учитывать ее ограниченность. Она позволяет сократить загрязнение природной среды, но не исключает его полностью. Учитывая это, под безотходной технологией следует понимать идеальную модель производства, к которой должен стремиться всякий реальный технологический цикл. И чем больше будет это приближение, тем меньшим будет экологически опасный след. Концепция безотходного производства подразумевает гармонию процессов производства и потребления с окружающей средой, базирующихся на основных законах экологии, сформулированных американским экологом и журналистом Барри Коммонером:

• все связано вместе со всем. В биосфере все организмы связаны друг с другом и со средой обитания и любое изменение параметров среды обитания или взаимоотношений между микроорганизмами приведет к изменениям, которые в случае их глобальности могут стать необратимыми; • все должно куда-то деваться. В природе ничто не возникает из ничего и не исчезает бесследно, поэтому если в результате деятельности человека возникли какие-то вещества. То необходимо найти способ их утилизации и способы возвращения химических элементов в естественный биогеохимический круговорот;

• природа знает лучше, что делать, а люди должны решать, как сделать это возможно лучше. В природе для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, есть фермент, который может ее разложить. • природа знает лучше, что делать, а люди должны решать, как сделать это возможно лучше. В природе для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, есть фермент, который может ее разложить. Многие же вещества, синтезированные человеком (ксенобиотики), настолько по химическому составу отличаются от природных, что в естественных условиях они не разлагаются и накапливаются в природе в виде загрязнений; • ничего не дается даром. Этот закон утверждает, что все чего-то стоит и все, что человек берет от природы, должно быть рано или поздно возмещено, так как глобальная экосистема есть единое целое, в котором не может быть что-то выиграно и потеряно.

Исходя из данных законов экологии, технологический процесс не должен приводить к нарушению каких-либо звеньев экосистемы, а если какие-то нарушения и произошли, то они должны быть все устранены. Исходя из данных законов экологии, технологический процесс не должен приводить к нарушению каких-либо звеньев экосистемы, а если какие-то нарушения и произошли, то они должны быть все устранены. Наименьшее число нарушений в экосистеме будет совершать то производство, которое имеет высокую степень замкнутости. В подобном производстве производственные отходы сводятся к минимуму, а поток материалов приближается к замкнутому круговороту вещества в природных системах. В связи с этим проблемы разработки безотходных и малоотходных технологий должны рассматриваться как стратегическое направление рационального использования природных ресурсов.

Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Малоотходное производство ‒ это такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на природную среду доведено до санитарно-гигиенических норм. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное и безопасное хранение. В связи с этим возникает вопрос, какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направляться на длительное хранение?

В ряде отраслей промышленности России имеются количественные показатели оценки безотходности. Например, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемый долей полезных веществ, извлекаемых из перерабатываемого сырья,по отношению ко всему его количеству: Кк = (Мп / Мс)∙100, %, где Мп ‒ масса готовой продукции; Мс ‒ масса переработанного сырья. В ряде металлургических производств данный коэффициент превышает 80 %.

В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства, который рассчитывается по формуле: В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства, который рассчитывается по формуле: Кбn = 0,33∙(Кбпор + Кбв + Кбпг), где Кбn ‒ коэффициент безотходности; Кбпор, Кбв, Кбпг ‒ коэффициенты использования соответственно породы, образующейся при горных выработках, шахтной воды и пылегазовых выбросов. Добыча угля является одним из самых материалоемких и экологически сложных процессов. Для этой отрасли производство является малоотходным, если коэффициент безотходности превышает 75 %.

Для количественной оценки использования сырья в многотоннажных технологических процессах используют безразмерный коэффициент Кс, характеризующий безотходность или малоотходность производственного процесса: n Кс = ∑Мпi / МС i =1 где Мпi ‒ масса i-й готовой продукции; n ‒ число видов продукции; МС ‒ масса основного сырья. Если Кс = 1, технологический процесс считается безотходным; Кс = 0,9 ÷ 1,0 ‒ почти безотходным; Кс = 0,5 ÷0,9 ‒ малоотходным; Кс = < 0,5 ‒ отходным.

Основные принципы создания безотходных и малоотходных производств При создании безотходных и малоотходных производств необходимо решать ряд смежных технических, технологических, организационных, экономических, психологических и других задач. В тоже время для разработки и внедрения безотходных технологических процессов можно выделить ряд важных взаимосвязанных принципов. Одним из таких принципов является принцип комплексности использования природных ресурсов. Этот принцип основан на максимальном использовании всех компонентов, содержащихся в минеральном сырье (Ag, Bi, Pt и платиноиды и более 20 % Au получают попутно при переработке комплексных руд; Ga, In → из Zn руд).

Другим принципом является принцип цикличности материальных потоков в производстве, к которым можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. Другим принципом является принцип цикличности материальных потоков в производстве, к которым можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. Применение этого принципа должно привести к формированию сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. Третьим принципом создания безотходного производства является принцип рациональности его организации, который основан на требовании разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго -, материало - и трудоемкости производства. В его основе лежит поиск новых экологически безопасных сырьевых и энергетических технологий.

Важным принципом является и принцип ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду, который связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, почвы, здоровье людей. Важным принципом является и принцип ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду, который связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, почвы, здоровье людей. К главным направлениям создания безотходных производств следует отнести: • комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов; • совершенствование существующих и разработка принципиально новых технологических процессов и эффективного технологического оборудования; • кооперация различных производств с целью использования отходов одних производств в качестве технологического сырья для других производств.

Основные пути создания безотходных и малоотходных технологий Изменение технологии основного производства. Это наиболее перспективный путь создания ресурсосберегающих безотходных производств. Возможны три уровня совершенствования и изменения технологии производства: • повышение уровня эксплуатации и улучшение культуры производства; • реконструкция или техническое перевооружение производства с переводом его в ранг ресурсосберегающих и безотходных; • создание принципиально новой технологии, отличающейся высокой степенью инженерно-эколого-экономического совершенства

2. Утилизация твердых промышленных и бытовых отходов. 2. Утилизация твердых промышленных и бытовых отходов. Твердые отходы в каждом конкретном случае могут быть использованы в качестве техногенного сырья для получения полупродуктов, товарных продуктов и энергии. При этом уменьшается неблагоприятное воздействие производства на природные среды, уменьшаются затраты на размещение, складирование отходов и содержание полигонов. В смежных отраслях отпадает необходимость добычи, обогащения и последующего передела природного сырья. 3. Замыкание в цикле стоков, выбросов и вторичных энергоресурсов. В цикле можно замкнуть воду, растворители, газы, некондиционные полуфабрикаты, вторичные энергоресурсы, что позволяет реально уменьшить количество отходов и сократить потребление ресурсов.

4. Выпуск продукции принципиально нового качества. Такой продукцией могут быть долговечный механизм или материал, которые обеспечивают получение необходимого результата при меньшем расходе сырья и энергии, использование которых не связано с неблагоприятным воздействием на природные системы. Экономия ресурсов в любой технологии резко сокращает неблагоприятные воздействия на природу. Например, экономия топлива и сырья в теплоэнергетике и металлургии приводит к уменьшению зольных отвалов, количества шлаков, дымовых газов и сточных вод.

5. Критерии инженерного, экологического и экономического совершенства технологий. 5. Критерии инженерного, экологического и экономического совершенства технологий. Выбирая оптимальные технические решения специалист должен учитывать следующее: • технология должна быть экологически совершенной; • осуществляться при допустимом с экономических позиций уровне затрат; • обладать высоким инженерным совершенством, быть простой и надежной. К критериям инженерного совершенства относится: • доступность используемого сырья; • возможность создания установок большой мощности; • гибкость и простота управления технологическим процессом;

• высокий уровень механизации и автоматизации работ; • высокий уровень механизации и автоматизации работ; • привлекательность производства для обслуживающего персонала. Критериями экологического совершенства являются: • ограниченное количество отходов; • возможность их квалифицированного использования; • создание замкнутых циклов материалов и энергии; • комплексная переработка сырья. Критерии экономического совершенства: • низкие удельные капитальные затраты; • умеренный расход сырья и энергии; • высокая производительность труда.

Имеется еще ряд критериев совершенства технологических процессов, которые могут быть отнесены ко всем трем группам. Имеется еще ряд критериев совершенства технологических процессов, которые могут быть отнесены ко всем трем группам. Надежность и безаварийность ‒ это критерий инженерного и экологического совершенства, учитывающий стабильную работу , в том числе и безотходных технологий. Высокое качество и универсальность продукции ‒ это критерий экономической эффективности технологии и высокого уровня инженерных разработок, при которых потребности общества удовлетворяются при минимальных расходах ресурсов и меньшем негативном воздействии производства на природные среды. Высокая селективность ‒ критерий полноты использования сырья, который предполагает отсутствие брака и побочных продуктов.

Создание малостадийных технологий и комбинирования технологических процессов. Создание малостадийных технологий и комбинирования технологических процессов. Чем меньше стадий, тем легче управлять процессом, тем меньше образуется отходов. Комбинирование в одной технологии получения нескольких продуктов позволяет избежать промежуточной переработки полупродуктов и связанных с этим расходов и потерь. Пример. В производстве минеральных удобрений комбинирование в одном процессе получения аммиака, карбамида и сложных удобрений сокращает потребление энергии на 30 %, удельные затраты и расход металла на 25 % и в 3 раза уменьшает расход воды на технические нужды, сокращает образование отходов.

РЕЦИКЛИНГ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ПРИОРИТЕТА МЕЖОТРАСЛЕВОЙ КООПЕРАЦИИ

В результате низкого уровня использования отходов продолжается интенсивное их накопление в природной среде. Объемы неиспользованных отходов в виде техногенных месторождений на сегодняшний день в нашей стране достигли 90 млрд. т. В результате низкого уровня использования отходов продолжается интенсивное их накопление в природной среде. Объемы неиспользованных отходов в виде техногенных месторождений на сегодняшний день в нашей стране достигли 90 млрд. т. На Урале ежегодно образуется около 5 млрд. т различных отходов: в т.ч.: • 6,5 млн. т хвостов обогащения медных и медно-цинковых руд; • накоплено свыше 220 млн. т хвостов обогащения; • складировано более 110 млн. т медных шлаков, которые содержат в среднем: - 0,37 % Cu; - 2,29 Zn; - 0,29 % S; - 7 т Au; - 150 т Ag; - 23 тыс. т Bi; - 8 тыс. т Cd. В хвостохранилищах уральских обогатительных фабрик находится более 46 млн. т отходов, содержащих цветные металлы. В Свердловской области, для которой характерна высокая концентрация промышленных производств, ежегодно образуется порядка 190 млн. т промышленных отходов⃰. Появившиеся в последние десятилетия техногенные ресурсы и техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития, в первую очередь, горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Техногенные месторождения привлекают к себе особое внимание по двум причинам: • возможностью их использования в качестве минерально-сырьевых ресурсов; • экологической опасностью для человека и природных сред, ⃰ Баранова А. За пять лет на Среднем Урале количество выбросов сократилось на десятки тысяч тонн // Областная газета от 30 декабря 2014 г.

Впервые понятия ”техногенные минеральные ресурсы” и ”техногенные месторождения” были введены академиком Н.В. Мельниковым в начале 70-х годов прошлого века. Впервые понятия ”техногенные минеральные ресурсы” и ”техногенные месторождения” были введены академиком Н.В. Мельниковым в начале 70-х годов прошлого века. В 1982 году академиком М.И. Агошковым была предложена классификация георесурсов, в которую, наряду с природными минеральными образованиями, вошли техногенные минеральные ресурсы⃰ [16]. Данная классификация дает следующие понятие этим терминам: • под техногенными минеральными ресурсами понимаются ”… запасы минерального сырья, содержащиеся в отходах горнообогатительного и металлургического производства в пределах какого-либо предприятия, региона или страны в целом”; • техногенное месторождение это ”… скопление техногенных минеральных ресурсов, образовавшихся в результате складирования отходов производства, пригодное для эффективной разработки и переработки с целью производства товарной продукции”. Академиком К.Н. Трубецким введено новое понятие ресурсо воспроизводящих геотехнологий⃰ ⃰, которое включает технологии целенаправленного создания и разработки техногенных месторождений, обеспечивающие возможность их эффективного освоения, а также предложена классификация техногенных месторождений⃰ ⃰ ⃰ . ⃰ Агошков М.И. Развитие идей и практики комплексного освоения недр // ИПКОН АН СССР. 1982. 26 с. ⃰ ⃰ Трубецкой К.Н., Рогов Е.И., Никитин М.Б. Обоснование оптимальных параметров создания и разработки техногенных месторождений // Комплексное использование минерального сырья. 1986. № 8. С. 7-11. ⃰ ⃰ ⃰ Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия // Горный журнал. 1989. № 12. С. 6-9.

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Горное производство Горное производство является источником огромного количества отвалов, вмещающих вскрышные породы, убогие руды, а также – отходы обогащения. В эту группу техногенных месторождений входят терриконы угольных шахт и разрезов, отвалы карьеров сульфидных руд цветных металлов, оксидных и силикатных руд черных и лигирующих металлов, шламо – и хвостохранилища горнообогатительных фабрик. По содержанию и запасам полезных компонентов хвосты обогащения руд черных и цветных металлов являются более перспективными по сравнению с месторождениями − отвалами горнодобывающих предприятий. При производстве медных, цинковых, и пиритных концентратов образуется ежегодно 5−7 млн. т отходов обогащения, в которых содержится: • 0,3-0,4 % Zn; • 0,2-0,3 Cu; • 20-25 S; • более 35 % Fe. Например, в Черемшанском шламохранилище Высокогорского ГОКа сосредоточено около 40 млн. т отходов обогащения железных руд. За год на горнообогатительных комбинатах России накапливается более 150 млн. т хвостов мокрой магнитной сепарации. Например, в шламохранилище Качканарского ГОКа накопилось 900 млн. т отходов основного производства – добычи и обогащения титаномагнетитов, которые содержат большое количество ценных металлов, в том числе Sc, Ga, Sr, Ti. При этом количество Sc в отходах превышает 100 000 т, что составляет более 60 % мировых запасов этого металла.

В хвостохранилищах 10 обогатительных фабрик УрФО, перерабатывающих руды цветных металлов (медные и медно−цин­ко­вые), запасы отходов обогащения составляют около 209 млн. т, которые содержат 770 тыс. т Cu, 620,5 тыс. т Zn и 45811 тыс. т S. В хвостохранилищах 10 обогатительных фабрик УрФО, перерабатывающих руды цветных металлов (медные и медно−цин­ко­вые), запасы отходов обогащения составляют около 209 млн. т, которые содержат 770 тыс. т Cu, 620,5 тыс. т Zn и 45811 тыс. т S. По общим запасам хвостохранилдища Уральских предприятий существенно превосходят многие природные месторождения этих металлов. ⃰ Макаров А.Б. Техногенные месторождения минерального сырья //Соросовский образовательный журнал. 2000. Т.6. № 8. С. 76-80.

Металлургическое производство Металлургическое производство Запасы металлов в отходах металлургических производств, преимущественно в шлаках и шламах, также значительны. На крупнейших уральских предприятиях черной металлургии запасы промышленных отходов составляют десятки и сотни миллионов тонн: • Нижне−Тагильский комбинат − доменных шлаков 30  млн. т, сталеплавильных шлаков 20,5 млн. т; • Магнитогорский комбинат – шлаков доменных 160,65 млн. т; • Серовский завод – шлаков мартеновских 4,3 млн. т; • Челябинский комбинат – шлаков металлургических 2,6 млн. т. Среди предприятий цветной металлургии Урала наиболее крупными промышленными отходами, образующими техногенные месторождения, обладают: • Карабашский, Красноуральский медеплавильные комбинаты, Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ); • Соликамский магниевый завод (ОАО ”СМЗ”) и Березниковский титано-магниевый комбинат (ОАО ”Корпорация ВСМПО−АВИСМА”). На двух уральских заводах, производящих металлический магний, ОАО ”Корпорация ВСМПО−АВИСМА” и ОАО ”Соликамский магниевый завод” количество ежегодно образующихся магнийсодержащих металлургических шламов составляет более 14 тыс. т.

Лесная и деревообрабатывающая промышленность Лесная и деревообрабатывающая промышленность В лесной и деревообрабатывающей промышленности ежегодный объем древесных отходов в среднем по Российской Федерации составляет более 300 млн. м3, что связано с не рациональными технологиями переработки древесной массы. На территории России складировано более 1 млрд. м3 древесных отходах. Ежегодный прирост таких отходов в целом по стране достигает десятки млн. м3. По данным статистического Управления Свердловской области объем древесных отходов при механической переработке древесного сырья предприятиями лесного комплекса составляет 38,3 % от объема перерабатываемой древесной массы, в том числе кусковые отходы составляют 24,75 %, мягкие (опилки, стружка) – 13,55 %. Таблица − Количество древесных отходов, образующихся на предприятиях Свердловской области за 1-е полугодие 2013 г. 

Гальваническое производство Гальваническое производство Крупнотоннажным видом отходов предприятий машиностроения, военно-промышленного комплекса, радиотехнической и электронной промышленности служат шламы, источниками которых являются гальванические производства. Шламы гальванических производств содержат, в основном, ионы цветных и благородных металлов: Cr, Cu, Zn, Ni, Bi, Ag, Au и др. Эти отходы накапливаются в отвалах, шламохранилищах и полигонах. Переработка шламов гальванических производств позволит использовать их в качестве техногенного сырья для получения композиционных пигментов, неорганических сорбентов, материалов и изделий строительного назначения, ингредиентов различного функционального назначения: наполнителей, промоторов адгезии резины к металлам, активаторов вулканизации. Производства полимерных материалов По уровню использования пластических масс в качестве конструкционных материалов в расчете на единицу ВВП Россия отстает от США в 5 раз, а в качестве упаковочных материалов в расчете на одного человека примерно в 7−10 раз. Вместе с тем, образование полимерных отходов в России составляет ежегодно порядка 0,9 млн. т. В структуре образующихся полимерных отходов содержится: • 34 % полиэтилена; • 20,4 – ПЭТФ; • 17 − ламинированной бумаги; • 13,6 – ПВХ; • 7,6 – полистирола; • 7,4 % − полипропилена. Наибольшим уровнем переработки характеризуются отходы из полиэтилена (20 %), полипропилена (17 %), полистирола и ПТЭФ (по 12 %), поливинилхлорида (10 %).

К основным направлениям переработки полимерных отходов в России можно отнести следующие: К основным направлениям переработки полимерных отходов в России можно отнести следующие: • изготовление из полимерных отходов товарных продуктов, в том числе для поставки на экспорт (дробленка, гранулят, агломерат из ПЭ, ПВХ, ПС, ПП, ПТЭФ); • разнообразной товарной продукции производственно-технического и бытового назначения методами литья, прессования, экструзии; • древесно-полимерных материалов строительного назначения. Энергетические производства Техногенными месторождениями тепловых электростанций, работающих на твердом природном углеводородном топливе (каменный уголь, горючие сланцы, торф), являются золоотвалы. Зола, это твердый остаток, образующийся при сгорании твердого топлива, состоящий из тонкодисперсного порошка, так называемой золы-уноса и шлака – сплавленного кускового материала. Ежегодный выход золы на электростанциях АО ”Свердловэнерго” составляет 6,7 млн. т. Шлаки используются в строительстве, зола-унос складируется в золоотвалах. В небольшом количестве она применяется в цементной промышленности в качестве сырья и добавок, в производстве строительной керамики и асфальтбетона. Наиболее ценным компонентом каменноугольной золы являются алюмосиликатные микросферы (АСМ), представляющие собой полые сферические частицы с размером от 50 до 250 мкм и толщиной стенки от 2 до 10 мкм. Внутренняя полость частиц заполнена молекулярным азотом и оксидом углерода (IV).

Современное состояние рециклинга промышленных отходов Современное состояние рециклинга промышленных отходов Разработанная и принятая ”Концепция долгосрочного социально-экономического развития России до 2020 г.” предусматривает создание развитой индустрии переработки и утилизации отходов в стране на основе набора организационных, правовых, технологических, технических условий, необходимых для достижения поставленных приоритетов. А это означает, что перерабатывать промышленные отходы в недалеком будущем предстоит отраслям, не производящим их. Это отметил и бывший президент России Д.А. Медведев в своем выступлении на заседании Совета безопасности РФ в январе 2008 г. ”… сектор чистых технологий не возможен без решения вопросов утилизации отходов. Действительно современный вариант ответа на эту ситуацию – это создание в стране отходоперерабатывающей индустрии”. Основной задачей на первом этапе создания новой отрасли экономики является разработка и реализация концептуальных основ рециклинга промышленных отходов на основе межотраслевой кооперации, так называемого межотраслевого рециклинга. Это позволит создать комплексные межотраслевые системы обращения с отходами, которые, используя индивидуальный химический состав, полезные свойства каждого отдельного вида отхода, и будут производить высококачественный товарный продукт с прогнозируемыми свойствами, отличными от свойств индивидуальных отходов.

Анализ литературных данных и собственный многолетний опыт работы в области использования промышленных отходов в качестве техногенного сырья послужили основанием для разработки структурной системы рециклинга отходов, в основу которой положен межотраслевой принцип их переработки. Анализ литературных данных и собственный многолетний опыт работы в области использования промышленных отходов в качестве техногенного сырья послужили основанием для разработки структурной системы рециклинга отходов, в основу которой положен межотраслевой принцип их переработки. На наш взгляд приоритетное значение при разработке и реализации концептуальных основ структурной системы рециклинга промышленных отходов приобретают технологические и технические условия, поскольку использование отходов в качестве вторичного сырья требует разработки, в первую очередь, экологически безопасных инновационных технологических процессов и высокотехнологичного отечественного оборудования. • Первым этапом в развитии этого направления является проведение комплексных исследований всех видов отходов, предполагаемых вовлекать в совместный технологический передел, с целью установления их элементного, химического и фазового состава, определения класса токсичности и радиационной безопасности, физико-механи­ческих и полезных свойств. • Следующий этап − это научно-обоснованный выбор методов переработки отходов, направленных на создание малоотходных, ресурсосберегающих, экологически безопасных технологических процессов их регенерации, рекуперации и утилизации.

• Разработка инновационных технологий и высокотехнологичного оборудования для глубокой переработки промышленных отходов с целью получения высоколиквидных продуктов, обладающих потребительскими свойствами в соответствии с нормативными требованиями и высоким жизненным циклом, определяющими области их применения, являются завершающими этапами системы межотраслевого рециклинга. • Систему рециклинга можно представить в виде основных элементов, характеризующихся соответствующими критериями и определяющие набор технологических и технических условий, лежащих в основе комплексной переработки отходов

• Основным элементом в этой шестизвенной системе являются конкретные промышленные отходы, вовлекаемые в совместный технологический передел, поскольку использование определенного химического состава и полезных свойств каждого вида отхода позволит разработать физико-химические закономерности процессов их переработки с использованием инновационных технологий и получением продуктов, обладающих высокими потребительскими свойствами. • Основным элементом в этой шестизвенной системе являются конкретные промышленные отходы, вовлекаемые в совместный технологический передел, поскольку использование определенного химического состава и полезных свойств каждого вида отхода позволит разработать физико-химические закономерности процессов их переработки с использованием инновационных технологий и получением продуктов, обладающих высокими потребительскими свойствами. • Кроме определения химического состава и свойств необходимо установить способность того или иного вида отхода к регенерации, поскольку отход не всегда представляет собой готовое вторичное сырье. Чаще всего отходы необходимо подвергать предварительной обработке или регенерации, другими словами нужно его восстановить до состояния вторичного материала, который можно вовлекать в дальнейший технологический передел. • Основным критерием выбора эффективного метода переработки отходов должен быть принцип комплексности использования техногенного сырья, который основан на максимальном извлечении всех полезных компонентов с последующей их утилизацией в полезные продукты производства или потребления. Важным критерием выбора метода является принцип, который смог бы обеспечить создание и разработку гибких технологических процессов, позволяющих при минимальных изменениях параметров технологического процесса получать различные продукты или вовлекать в передел другие виды отходов.

• Инновационные отечественные технологии переработки отходов должны разрабатываться, как и при переработке природного сырья, с учетом критериев их инженерного, экологического и экономического совершенства. Здесь нужно пользоваться решениями, отвечающими ряду требований. Технология должна вписываться в природные системы, т.е. должна быть экологически совершенной, осуществляться при допустимом, с экономических позиций, уровне затрат и, наконец, обладать высоким инженерным совершенством, быть простой и надежной. • Такие технологии должны быть обеспечены высокоэффективными технологическими аппаратами, многофункциональность которых позволит осуществлять в одном аппарате несколько различных технологических процессов и получать конечный продукт высокого качества. Гибкие автоматизированные технологические линии, разработанные с использованием таких аппаратов, являются важнейшим техническим условием системы рециклинга. • Продукт, получаемый в процессе переработки техногенного сырья должен быть экологически безопасен, обладать качественно новыми полезными свойствами или свойствами аналога, получаемого из природного или технического сырья, которые и будут определять области его применения.

• Таким образом, такая шестизвенная система «отходы - методы переработки – инновационные технологии – эффективное оборудование – продукт переработки – потребительские свойства», на наш взгляд, может служить методологией разработки технологических процессов и эффективного оборудования комплексной переработки промышленных отходов. • Развитие рециклинга по данному сценарию приведет к созданию в регионе индустрии рециклинга на основе межотраслевой кооперации как сектора региональной экономики. Особое значение для функционирования такой межотраслевой системы имеют эффективная деятельность субъектов хозяйствования и взаимодействие между ними в области комплексной переработки промышленных отходов. Рассмотрим на конкретном примере жизнеспособность структуры системы рециклинга отходов на основе приоритета межотраслевой кооперации. В технологический передел вовлекаем промышленные отходы трех совершенно разных производств: химической, лесной и деревообрабатывающей и электротехнической промышленности.

Виды отходов Виды отходов 1. Дисперсные отходы предприятий деревообрабатывающей промышленности (ДОК) – древесные опилки хвойных и смешенных пород. 2. Фенолсодержащие сточные воды производства фенолформальдегидных смол (”надсмольные” воды). 3. Отходы производства и переработки слоистых пластиков (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит). полезные свойства отходов: мягкие древесные отходы (опилки, стружка) • уникальный химический состав (целлюлоза, лигнин, экстрактивные вещества, водорастворимые сахара); • высокие физико-механические свойства и текстурные характеристики, в частности высокоразвитая удельная поверхность; • обладают высокой адсорбционной способностью к ионам тяжелых металлов и молекулам органических веществ; • такие отходы являются дешевым, высококачественным, доступным и воспроизводимым сырьем.

отходы производства и переработки текстолита отходы производства и переработки текстолита Относятся к термопластичным полимерам и используются для получения листовых и намотанных электроизоляционных материалов, используемых в электротехнической промышленности. • способны улучшать технологические показатели композиционных материалов, используемых для изготовления изделий и деталей методом горячего прессования, в частности показатель текучести. Среди многочисленных материалов конструкционного назначения, используемых в машиностроении, электротехнической промышленности, в строительной индустрии, в качестве товаров народного потребления, применение получили массы древесные прессовочные (ГОСТ 11368-79). Такие легкие и прочные композиционные материалы на основе древесины, прочность которой на растяжение превосходит прочность ряда марок конструкционных сталей, были созданы в 60-х годах ХХ столетия. Исходным сырьем для производства таких материалов служат дисперсные частицы деловой древесины и товарные синтетические полимеры (фенолоформальдегидные или мочевиноформальдегидные смолы), а также некоторые модификаторы, улучающие технологические и эксплуатационные свойства композитов и, как следствие, деталей и изделий из них изготовленных.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Получение древесно-полимерного термопластичного композита (ДПТК), обладающего свойствами масс древесных прессовочных, из техногенного сырья, в частности: • древесные отходы использованы в качестве адсорбента и природного полимерного наполнителя композиционной смеси; • фенол и формальдегид ”надсмольных” вод − в качестве полимерного вяжущего; • отходы производства и переработки текстолита в качестве модификатора. ЗАДАЧИ: • провести регенерацию твердофазных отходов; • обосновать основные методы переработки данного вида отходов; • экспериментально установить величину адсорбции фенола древесным сорбентом в зависимости от дисперсности сорбента и температуры сорбции; • определить оптимальные параметры процесса вторичной поликонденсации древесно-фенольной смеси с формальдегидом (мольное соотношение С6Н5ОН : СН2О; массовое соотношение Ж : Т; объемы растворов щелочных катализаторов; время протекания каждой стадии процесса; температура на соответствующей стадии процесса; количество добавляемого модификатора; условия сушки композита); • разработать рецептуру получения ДПТК, при которой его эксплуатационные и технологические свойства соответствуют свойствам масс древесных прессовочных;

• оценить остаточную концентрацию фенола в конденсатных водах, образующихся на стадии сушки композита; • оценить остаточную концентрацию фенола в конденсатных водах, образующихся на стадии сушки композита; • разработать технологию производства ДПТК и эффективное оборудование для ее осуществления; • разработать ионообменную технологию утилизации фенола из конденсатных вод. Процесс регенерации твердофазных отходов заключался: для древесных мягких отходов в их механическом фракционировании через вибросито с ячейкой сита 0,1- 5,0 мм; для отходов текстолита − в дроблении, измельчение и фракционировании через сита с размером ячеек 0,15 − 2,0 мм В качестве основных методов рекуперации и утилизации ценных компонентов перерабатываемых отходов выбраны процессы сорбции и поликонденсации, способствующие высокой степени их использования и созданию гибких технологических процессов.