Л. К. Грек Основи екології Курс лекцій



Сторінка9/14
Дата конвертації27.01.2017
Розмір2.43 Mb.
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
Тема 8. Науково-технічний прогрес та природокористування

План


8.1. Маловідходні технології

8.2. Проблеми, пов’язані з використанням вторинних ресурсів

8.3. Альтернативні джерела енергії

8.4. Види очисного обладнання та споруд


Сильним рукам потрібна тямуща й обережна голова.

Б. Раушенбах
8.1. Маловідходні технології

Науково-технічний прогрес здійснюється у двох взаємообумовлених формах:

  1. еволюційна, яка означає порівняно повільне і часткове вдосконалення традиційних основ науки і техніки;

  2. революційна, яка має вигляд науково-технічної революції та веде до докорінного перетворення продуктивних сил суспільства.

Технічний прогрес сприяє зниженню потреб у паливі та матеріалах, зменшує залежність розміщення обробної промисловості від природних умов і ресурсів. Відбуваються деякі зрушення в розміщенні індустрії, пов’язані з подорожчанням сировини, робочої сили, земельних площ, необхідністю дорогої оборони навколишнього середовища.

Відмінною рисою сучасного стану науково-технічного прогресу стало загострення проблем природокористування і навколишнього середовища. Під природокористуванням розуміють процес експлуатації природних ресурсів з метою задоволення потреб суспільства. Розрізняють види природокористування:



  • раціональне, під яким розуміють мінімальні витрати відновних та невідновних природних ресурсів для задоволення життєвих потреб суспільства при мінімальній шкоді природному середовищу;

  • нераціональне, яке призводить до вичерпання природних ресурсів та супроводжується забрудненням оточуючого середовища.

Вплив науково-технічного прогресу може мати двоїстий характер: з одного боку позитивно впливати на екологічний стан території, а, з іншого – вести до погіршення, деградації, руйнування.

Нині у всіх країнах різко зріс обсяг капіталовкладень на природоохоронні заходи. Так, у валовому внутрішньому продукті США та Японії вони перевищують 2%, а в країнах Західної Європи становлять 1,2 –1,8%. Кошти, що виділяються на природоохоронні заходи, частково витрачаються на будівництво очисних споруд. Проте останні не можуть бути основними засобами для вирішення екологічних проблем у регіонах, оскільки вони:



  • надзвичайно дорогі – в середньому вартість їх спорудження та експлуатації сягає 30% та більше від вартості основних промислово-виробничих фондів;

  • 100% відсоткового очищення досягають рідко і не в усіх галузях промисловості воно є технічно можливим;

  • уловлювання викидів не вирішує проблем відходів, а лише переводить їх у безпечнішу для навколишнього середовища форму. Тому хоча можливості очисних споруд не вичерпано, вони не можуть відігравати головної ролі.

З огляду на це на початку 70-х років у всьому світі переважного розвитку набула стратегія споживання відходів виробництва, ресурсо- та енергозбереження.

За визначенням європейської економічної комісії ООН, “безвідходна технологія – це такий спосіб виробництва продукції (процес, підприємство, територіально-виробничий комплекс), за якого найраціональніше і комплексно використовуються сировина та енергія в циклі “сировинні ресурси – виробництво – споживання – вторинні ресурси” в такий спосіб, що будь-який вплив на навколишнє середовище не порушує його нормального функціонування”.

В основу концепції безвідходних технологій лягли три основні положення. Перше – безвідходне виробництво є практично замкненою системою, організованою за аналогією з природними екосистемами. Друге – обов’язкове раціональне використання всіх компонентів сировини. Третє – безвідходне виробництво, неминуче, впливаючи на навколишнє середовище, не порушує його функціонування, не завдає йому збитків.

Безвідходне виробництво передбачає встановлення повного контролю над рухом матеріальних ресурсів на всіх його стадіях: видобутку сировини, виробничої переробки її, споживання, утилізації відходів виробництва і споживання. Безвідходні технології стають ефективними навіть у тих випадках, коли собівартість одержаної продукції вища, ніж її застосування. Проте необхідно, щоб перевитрати на затрати виробництва продукції в капіталовкладеннях були меншими, ніж економія на зменшенні збитків від забруднення навколишнього середовища.

До основних напрямків впровадження безвідходних технологій відносять:


  • створення територіально-виробничих комплексів (ТВК) із замкненою структурою потоків сировини та відходів у середині комплексу, включаючи комплексну переробку сировини; створення замкнених газо- і водооборотних систем;

  • розроблення принципово нових і вдосконалення діючих процесів і виробництв;

  • переробку та використання відходів виробництва та споживання.


Територіально-виробничі комплекси

Одним з істотних напрямів зменшення витрат сировини і енергії, а також розсіювання відходів виробництва є створення територіально-виробничих комплексів (ТВК) з метою комплексної переробки сировини. У ТВК об’єднуються окремі підприємства і відходи одного з них стають сировиною для іншого. Вже нині золо-шлакові відходи теплових електростанцій використовують для виробництва будівельних матеріалів як наповнювач для бетону, силікатної цегли тощо. Розроблено технологію переробки шламів глиноземного виробництва з високим вмістом феруму. З них запропоновано виготовляти коагулянти, вилучати рідко-земельні елементи, виплавляти чавун. На основі доменних шлаків щороку виробляють понад 30 млн. т цементу. Такі заводи, як Азовсталь, Дніпропетровський завод ім. Петровського та інші перейшли на повне використання шлаків.

У багатьох регіонах України створені подібні ТВК, їх діяльність спрямована на збалансування виробничих процесів та вдосконалення територіальної структури виробництв.
Створення водооборотних систем

Одним із напрямків безвідходного виробництва є створення водооборотних систем, в основі функціонування яких лежить багатократне використання води, після чого чисті води повертаються у водойми. Методи очищення води повинні забезпечувати одночасне вилучення та утилізацію цінних компонентів. Якщо після очищення утворюються токсичні відходи, які неможливо переробити, їх захороняють. Що більша кратність використання води, то досконаліша схема водопостачання. На окремих підприємствах Японії та США кратність використання водних ресурсів у промисловості становить 22-27 разів. Оборотне водопостачання в 20-50 разів зменшує споживання чистої природної води та забруднення водойм, тобто зменшує надходження відходів у природне середовище.


Розробка нових технологічних процесів

Такі процеси вже існують у багатьох галузях промисловості. Вони характеризуються мінімальною кількістю технологічних стадій і поєднанням операцій. Так у чорній металургії розроблено метод прямого добування заліза безпосередньо відновленням рудних концентратів воднем або синтез-газом. При цьому вилучається стадія доменної плавки, а також виробництва коксу. У виробництві сталі за технологією прямого відновлення в 2-3 рази зменшуються витрати води та утворення січних вод, значно зменшуються викиди пилу оксидів сульфуру, а також інших домішок. У хімічній промисловості здійснюється значна інтенсифікація виробничих процесів, створюються агрегати високої одиничної потужності. Так потужність установок для синтезу аміаку зросла в 20 разів, при цьому витрати енергії та свіжої води значно зменшилися.


8.2. Проблеми, пов’язані з використанням вторинних ресурсів
Хоч би якого високого ступеня безвідходності досягали технологічні процеси і виробництва на рівні окремих регіонів, промислових комплексів, на народногосподарському рівні безвідходні технології – це, насамперед, залучення у виробництво вторинних ресурсів.

Використання вторинних ресурсів (відходів, які вдруге можуть бути використані в народному господарстві) дозволяє економити первинні ресурси, покращує стан навколишнього середовища, збільшує випуск продукції.

Підвищення ефективності суспільного виробництва в економічно розвинених країнах відбувається через максимально можливе збереження в обробці вже добутих із природного середовища первинних ресурсів.

Єдиної класифікації вторинних ресурсів (відходів) немає, тому їх розподіляють за кількома принципами:




  • за галузями, де вони утворюються (побутові, сільськогосподарські, промислові, каналізаційні );

  • за конкретними виробництвами (відходи ТЕС, коксохімічного заводу тощо);

  • за агрегатним станом;

  • за тоннажністю;

  • за ступенем використання;

  • за цінністю компонентів;

  • за впливом на довкілля.

До вторинних ресурсів відносять сукупність відходів виробництва і споживання. Джерелами утворення відходів виступають промислові підприємства будівництва, транспорту і зв’язку, сільського господарства, сфери послуг, житлово-комунального господарства та населення. До відходів виробництва (промислових відходів) належать залишки сировини, напівфабрикатів, відходи видобутку й збагачення корисних копалин тощо. Наприклад, відомо, що виплавляння металу супроводжується утворенням шлаків. Їх переробка визначає організацію безвідходного виробництва. Доменні шлаки використовуються для виробництва цементу, бетону, шлакоблоків у будівництві автошляхів. Флотаційні відходи збагачення вугілля використовуються для виробництва силікатної цегли, а відходи коксохімічного виробництва – для виробництва в’яжучих матеріалів. Відходи теплових електростанцій служать сировиною для будівельних матеріалів – бетонних блоків, панелей шляхового покриття, силікатної цегли. У США вони використовуються з цією метою на 20%, у Великобританії – на 60%, у Франції – на 72%, у Фінляндії – на 84%.

Найбільшими постачальниками відходів є гірничодобувний, гірничо-збагачувальний комплекс, металургійна, хімічна та енергетична галузі промисловості. За даними Міністерства екології та природних ресурсів, відвали в Україні займають площу близько 55 тис. га, в яких зосереджено понад 20 млрд. т промислових відходів. Багато з них містять цінні компоненти. Тому ці метали доцільно вилучати і повторно використовувати (у відходах Черкаського заводу Хімреактивів міститься до 65% нікелю, у шлаках Черкаського ВО Хімволокно – 4% цинку). Гірничорудна промисловість України використовує лише 12% добутої гірської маси, тоді як у розвинених країнах - приблизно 66%. У Кривбасі накопичилося понад 4 млрд. м3 відходів гірничої промисловості, з яких отруйні речовини потрапляють навіть у Чорне море.

Важливим джерелом сировини є відходи споживання (побутові відходи) – вироби й матеріали, що використовувалися населенням, втратили свої важливі якості та були викинуті населенням. Дослідження, проведені в Німеччині, показали, що на кожного жителя щорічно припадало 127 кг скла, 173 кг паперу, 1271 кг інших відходів побутового сміття або цінних матеріалів. Одне вибіркове обстеження населення м. Констанца (ФРН) показало, що за відокремленого збирання цінних побутових відходів та їх сортування ще вдома в залишковому смітті вагою 5160 кг містилося 607 кг паперу, 455 кг скла. У ФРН нині встановлено 100 тис. контейнерів для збору утильсировини. Завдяки відкриттю сміттєвої сировинної бази із вторинних ресурсів отримують 55% сталі, 53,5% паперу, 50,6% свинцю, 43,2% скла, 38,5% міді, 38,34% алюмінію, 20% будівельних матеріалів. Побутове сміття стало істотним джерелом сировини в багатьох країнах, а це економить ліс, воду, енергію, паливо. Скажімо, якщо у виробництві скла додають 10% розбитого, то витрати на енергію скорочуються на 2%.

Відходи сільського господарства – це відходи рослинництва і тваринництва. Рослинні відходи (солома) можуть використовуватись як корм худобі, сировина для одержання паперу, сорбент нафтопродуктів та катіонів важких металів зі стічних вод. З відходів тваринництва отримують біогаз та біоперегній.

Джерелами радіоактивних відходів можуть бути АЕС, заводи, на яких одержують ядерне паливо, радіохімічні заводи, дослідні установи. Перші захоронення радіоактивних відходів здійснені в 1944 р. у США в північно-східній частині Тихого океану на відстані близько 80 км від узбережжя Каліфорнії. Тривалий час захоронення радіоактивних відходів здійснювалося у Карському морі дещо східніше від Нової Землі. Металеві контейнери, які використовуються військово-морським флотом для затоплення радіоактивних відходів, руйнуються у морській воді через 10 років, бетоновані – через 30 років. Контейнери з твердими радіоактивними відходами (або ті, що переведені у твердий стан сплавлянням зі склом, асфальтом, змішуванням з бетоном) захороняють:



  • у шахтних виробітках;

  • на дні океану;

  • у соляних відпрацьованих шахтах.

Під час захоронення відходів враховують умови зберігання. Поблизу не має бути населених пунктів чи родовищ корисних копалин. Матеріал контейнерів має витримувати високий тиск, температуру, дію агресивного середовища, зона захоронення не може перебувати у сейсмічно активних районах.

Напрямок природокористування, спрямований на збільшення темпів виробництва, якщо завдяки цьому стабілізуються або навіть сповільнюються темпи використання первинної сировини, називають ресурсозбереженням. Воно досягається за рахунок:

а) упровадження нових технологій;

б) переробки вторинних ресурсів.

Резерви утилізації відходів в Україні дуже значні; вона за багатьма показниками використання вторинної сировини відстає від розвинених країн світу. Так, частка макулатури у виробництві паперу й картону в Україні становлять 20%, а металу з металевого брухту – 17%.

Споживання енергоресурсів у всьому світі безперервно збільшується. У період з 1990 по 2000 р. споживання енергоресурсів на 1 людину збільшилося приблизно в 5 разів. Задоволення зростаючих потреб населення полягає в раціональному використанні енергоресурсів, що і передбачає такий напрямок ресурсозбереження як енергозбереження. Цей напрям НТП дозволяє, насамперед, зменшити енергоємність одиниці продукції за модернізації процесів виробництва. Крім того, зменшення енергоємності виробництва відбувається й за оптимізації галузевої структури народного господарства, коли в ній підвищується частка галузей групи Б, які вирізняються меншою енергоємністю, ніж галузі групи А.

У всіх країнах вдаються до різних заходів у сфері економії енергії на виробництві та в побуті. До них належать: впровадження норм та обмежень витрат енергії, палива з відповідними системами штрафів та перевитрату; вилучення з експлуатації застарілих транспортних засобів із високими витратами палива, обмеження порожніх пробігів автомобілів, впровадження літнього часу, покращення теплоізоляції помешкань тощо.

Істотним резервом економії енергії є використання вторинних енергетичних ресурсів (теплових відходів). Теплові відходи в значних обсягах утворюються в різних галузях промислового виробництва, а також на тепло- і електростанціях. Відпрацьовані пару й гарячу воду використовують для опалення та гарячого водозабезпечення. Теплоту викидних газів можна використати для сушіння, дистиляції, випарювання та здійснення інших процесів. У хімічній промисловості утилізовану теплоту продуктів реакції використовують для попереднього нагрівання сировини (реагентів).

Однак ресурсо- та енергозбереження дозволяють хіба що сповільнити темпи зростання виробництва електроенергії, але не зменшують її абсолютного виробництва, тому НТП має розвиватись з використанням екологічно безпечних, альтернативних джерел енергії.
8.3. Альтернативні джерела енергії
За прогнозами, до 2020 р. ці джерела замінять близько 2,5 млрд. т палива. Їх частка у виробництві електроенергії й теплоти становитиме 8%.
Геліоенергетика

Одним із найбільш перспективних джерел енергії є чисте і практично невичерпне випромінювання Сонця. Сонячна радіація – електромагнітне випромінювання Сонця – основне джерело енергії для всіх процесів, що відбуваються в природі. Сонце завдяки високій температурі його плазми, зумовленій термоядерними реакціями, випромінює в міжпланетний простір величезну кількість теплової енергії – понад 4•1033 ерг/сек. Як вважають фахівці, є всі підстави сподіватися, що завдяки прогресу науки і техніки сонячна енергія найближчим часом буде поставлена на службу людині.

Земна поверхня одержує сонячної енергії в 14-20 тис. разів більше нинішнього рівня світового енерговикористання. Переваги сонячної енергії добре відомі: доступність, практична невичерпність, відсутність забруднюючих середовище впливів. У той же час відомі і недоліки: низька щільність, переривчатість надходження, чергування дня і ночі.

Сонячна енергія може широко використовуватися в народному господарстві. Сонячна енергія може нагрівати воду для різних підприємств, господарств і домашніх потреб. Але найефективніше використовувати сонячну енергію для вироблення електричної. Найбільшого практичного застосування набули фотоелектричні і термодинамічні системи перетворення із застосуванням теплових двигунів.

Для розміщення геліоелектростанцій найбільш придатними є посушливі і пустельні зони, в яких річна кількість опадів не перевищує 250 мм. При ефективному перетворенні сонячної енергії в електричну рівному 10% достатньо використати всього 1% території пустельних зон для розміщення геліоелектростанцій, щоб забезпечити сучасний рівень енергоспоживання.

В Україні перша подібна електростанція потужністю 5 мВт була споруджена в


1985 р. у Криму. За підрахунками, ділянка Кримського півострова площею в 100 км2 здатна забезпечити за рахунок сонячної енергії половину енергетичних потреб автономії. Сьогодні в Криму працює 36 геліостанцій, загальна площа сонячних колекторів складає понад 100 тис. м. Більшість із них працює без накопичувачів енергії, яку б можна було використовувати в хмарну погоду або вночі.
Вітроенергетика

Енергія вітру залежить від його швидкості. В місцях, де середня річна швидкість вітру дорівнює 4 м/с, вигідно використовувати вітродвигуни. Якщо швидкість вітру більша, то доцільно будувати вітроелектростанції. Найбільш придатними є степова і лісостепова зони Європейської частини СНД і Західного Сибіру, деякі райони Східного Сибіру і Далекого Сходу. Особливо сильні вітри (понад 6 м/с ) на Крайній Півночі.

Від вітроелектростанцій на території СНД можна одержувати стільки електроенергії, скільки дадуть її ТЕС від спалювання 10 млрд. тонн нафти.

Невичерпні запаси енергії вітру людина може мати від освоєння стратосфери, де є струминні повітряні течії величезної швидкості.

В Україні перша вітроелектростанція потужністю 100 кВт була побудована в 1931 р. поблизу Севастополя. Фахівці вважають, що на одній тільки Арабатській стрілці (Сиваш) можна встановити 30 тис. вітроелектростанцій і одержати 2 млн. кВт електроенергії. Перспективними зонами будівництва групових вітроелектростанцій є узбережжя Чорного моря, Крим, Карпати, південні степові райони.

Потужність сучасних вітродвигунів коливається в межах від десятків до кількох тисяч кіловат. Вони використовуються для освітлення, помолу зерна, зрошення полів, роботи двигунів тощо. Основною перевагою вітряних двигунів є те, що їх виробництво потребує відносно незначних витрат. Вже сьогодні таке обладнання є конкурентноздатним в тих районах світу де високі ціни на пальне.

Вітроенергетика не зможе стати основним джерелом електроенергії, але разом з розширеним використанням гідроенергії та інших відновлюваних джерел її можна буде застосовувати для задоволення більшої частини потреб в електроенергії.
Енергія припливів і відпливів

Цей спосіб отримання енергії поки що використовується не досить широко. Але його перевага в тому, що цей вид природної енергії, у значній мірі постійний і не залежить від погоди та пори року. Особливістю енергії припливів є її пульсуючий характер, що ускладнює її використання. Припливні електростанції, як правило, будують в тих районах де є теплові електростанції для задоволення потреб в електроенергії в часи пік. До недоліків можна віднести високу вартість будівництва та малу кількість годин роботи за номінальною потужністю.


Геотермальна енергія

В місцевостях де близько до поверхні або на поверхні знаходяться природні гарячі води доцільним є використання геотермальної енергії. До геотермальних джерел енергії у вулканічних районах можна віднести гейзери, гарячі ключі і т. ін.; в невулканічних – глибинні термальні води. Гарячі води можуть бути використані для вироблення електричної енергії, в комунальному теплозабезпеченні, в технологічних цілях.

В наш час починають застосовуватись різноманітні методі отримання альтернативних видів енергії. Однак подібний шлях отримання енергії має недоліки, серед яких такі:


  • далеко не всюди є природні умови для використання альтернативних джерел;

  • подібний процес отримання енергії сьогодні коштує значно дорожче, ніж використання традиційних джерел.



Біотехнології

Одним із важливих напрямків НТП є біотехнології – комплекс біологічних знань і технічних засобів, що використовуються з метою отримання продуктів життєдіяльності клітин.

Початком біотехнологій можна вважати дослідження властивостей мікроорганізмів і розроблення методів їх використання Луї Пастером у середині XIX ст., але корені біотехнологій сягають значно далі, коли було виготовлено дріжджі, молочнокислі бактерії тощо. Нині мікроорганізми дуже широко використовуються в промисловості, де з їхньою допомогою отримують гліцерин, ацетон, вітаміни, антибіотики, гормони, білково-вітамінні концентрати, амінокислоти. Клітини мікроорганізмів, передовсім бактерій і дріжджів, - зручний об’єкт для біотехнологій. Їхні переваги обумовлені швидким ростом, високими темпами збільшення біомаси, здатністю жити в екстремальних умовах та утилізувати різні речовини й матеріали – нафту, вугілля, метали, целюлозу, пластмаси. Біомасу клітини організмів використовують як корми для худоби, продуктами їх життєдіяльності служать ферменти, антибіотики. Біохімічні властивості мікробів корисні для очищення стічних вод, вилуговування металів, вилучення домішок із вугілля.

З допомогою мікробних ферментів створюються повноцінні замінники цукру (монелін, аспартам). Налагоджено випуск глюкозо-фруктозного продукту з кукурудзи, солодких сиропів з деревини.

Мікробіотехнологія застосовується в промисловості з метою утилізації металів із розчинів. Деякі бактерії накопичують до 17% міді, 5% свинцю, 8% кадмію, існують мікроорганізми, здатні поглинати уран.

У сільському господарстві біотехнології дають змогу селекціонувати рослини з великою кількістю білка, азоту або такі рослини, що здатні виділяти отруту проти комах, а це може скоротити використання міндобрив і пестицидів.

У 70-х роках мікробіологічна промисловість зробила спробу синтезувати білок із рідких парафінів, що видаляються з нафти. Однієї тонни сировини достатньо для того, щоб отримати 600 кг кормового білка і вітамінів. Перше виробництво білково-вітамінних концентратів (БВК) було невдалим, бо супроводжувалося забрудненням повітря синтезованими білковими речовинами, а вони є алергенами. Крім того, споживання м’яса тварин, яким згодовували БВК, супроводжувалося зниженням імунітету, через що від промислового виробництва БВК багато країн відмовилося.
8.4. Види очисного обладнання та споруд
Під процесом очистки розуміють:


  • знешкодження сторонніх і небажаних домішок з поверхні або об’єму якого-небудь об’єкту (атмосфери, гідросфери, сировини);

  • звільнення твердих, рідких або газоподібних відходів від шкідливих домішок (тобто очищення відходів від небажаних компонентів).

Позитивне значення очистки полягає у тому, що при ній раціонально розподіляються шкідливі речовини, з’являється можливість їх подальшої переробки.

Треба пам’ятати, що очистка вимагає витрат матеріальних засобів та енергії і глобально не знешкоджує самі забруднювачі. Вона дозволяє видаляти шкідливі домішки. Для токсичних речовин, особливо тих, що погано розчиняються, очистка є лише переміщенням їх в просторі з тих місць, де вони особливо небезпечні або небажані, в інші міста. Часто це призводить до їх небезпечного накопичення в місцях поховання чи скидів і неконтрольованій міграції з цих місць. Тому без вдосконалення методів очистки практично неможливий подальший промисловий розвиток людства.

Головними способами попередження забруднення повітря є видалення джерел їх утворення або шляхом заміни технологій або шляхом повної ліквідації процесу. Сьогодні більш доцільним є застосування підходів, що передбачають зменшення концентрації шкідливих викидів за рахунок використання різноманітних систем очистки повітря від газоподібних забруднювачів та твердих частинок.

Для очистки від газоподібних домішок використовують методи:



  • зв’язування молекул забруднювачів тим чи іншим способом, наприклад, за рахунок дифузії їх в об’єм чи на поверхню поглинача;

  • перетворення забруднювачів в інші менш небезпечні речовини з використанням каталізаторів;

  • допалювання забруднювачів в полум’ї.

Для очистки застосовують різноманітні конструкції апаратів. За способом поглинання пилу розрізняють апарати механічної (сухої та вологої ) та електричної очистки газів.


Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал