Место техногенного кругооборота веществ в биогеохимическом кругообороте

8. Место техногенного кругооборота веществ в биогеохимическом кругообороте

Управление рациональным природопользованием в рамках отраслевой структуры, влияющей на окружающую среду, начинается с оценки прямых и косвенных затрат ОС. Это выражено при наличии экологического контроля и мониторингов ПТГ, возможности проведения ЭЭЭ проектов, паспортизации производственных и соответствующих проектов обезвреживания и утилизации отходов при достижении эффективности природоохранных и ресурсосберегающих технологий. С этой целью мы остановимся на ряде проблем, необходимых к срочному разрешению. В природных экосистемах производство и разложение сбалансированы, в них нет отходов: отходы одних организмов служат средой обитания для других и таким образом осуществляется практически замкнутый кругооборот веществ в природе. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении. Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге - совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.

9. Как изменяется энтропия при сжигании угля и при фотосинтезе?

При наличии вращения устанавливается стационарное состояние, далекое от равновесия с солнечным излучением. Температура в этом состоянии в течение суток совершает небольшие колебания вокруг значения, меньшего единицы. Таким образом, вращение обеспечивает прерывание процесса нагрева и дополнительное охлаждение планеты, что и приводит к уходу неизолированной системы от равновесного состояния с излучением.

Соответственно энтропия планеты без биосферы при отсутствии вращения стремится к максимуму, соответствующему термодинамическому равновесию с излучением. При наличии же вращения энтропия стремится к меньшему стационарному значению.

При наличии вращения энтропия планеты с биосферой возрастает только в первые моменты времени, пока температура возрастает. Как только температура выходит на постоянный уровень, энтропия, совершая суточные колебания, уменьшается линейно со временем. Это происходит благодаря реакции фотосинтеза, осуществляемой биосферой.

Изменение энтропии измеряется в единицах максимально возможного ее изменения при отсутствии вращения и реакции фотосинтеза, время – в десятках суток.

Линейный закон уменьшения энтропии в данной модели обязан лишь сделанному допущению о линейности роста массы глюкозы. Если рост массы биосферы прекращается из-за конечности ресурсов планеты, то энтропия биосферы также выйдет на стационарный уровень. Вывод о возможности уменьшения энтропии в неизолированной системе с потоками тепла через границу под действием двух регулярных факторов : вращения и реакции фотосинтеза, - сделан в следующих упрощающих предположениях : независимость теплоемкости от температуры, постоянство давления; равенство температур реагирующих компонент; заданная постоянная скорость химической реакции вместо учета химической кинетики; применение уравнения состояния идеального газа к воде и глюкозе. Учет отличия уравнения состояния для воды и глюкозы от уравнения состояния идеального газа лишь улучшит ситуацию, т.к. энтропия жидкостей меньше энтропии газов. Детальным учетом кинетики реакции фотосинтеза можно пренебречь, т.к. нас интересует только изменение энтропии системы, а ни одно из вспомогательных веществ не расходуется и не вносит вклад в это изменение. Модель работает, когда ресурсы системы можно считать неограниченными, т.е. на начальной стадии процесса формирования биосферы.

10. В чем суть концепции безотходных или чистых производств?

Безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования». Под малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Термин чистое производство был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г. Было дано следующее определение чистого производства: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.

Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств:

-разработка принципиально новых процессов, при внедрении которых существенно снижается или практически исключается образование отходов и отрицательное воздействие на окружающую среду;

- комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциала энергоресурсов. Комплексный подход, имеющий не только экологическое, но и важное экономическое значение, обеспечивает эффективность таких производств, что в значительной степени ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно привести комплексную переработку полиметаллических руд, апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

- внедрение геотехнологических методов разработки месторождений полезных ископаемых (например, подземное выщелачивание);

- применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи;

- использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов;

- применение методов порошковой металлургии;

- внедрение окислительно-восстановительных технологий с применением кислорода, водорода, озона, свободных радикалов, электрического тока и т.д.;

- использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости;

- разработка плазменных процессов;

- замена химических процессов с использованием кислот и щелочей механическими методами, например, при очистке поверхностей;

- замена прямоточных процессов противоточными;

- внедрение перспективных высокоэффективных мембранных, ионообменных, экстракционных и других методов для разделения и выделения ряда высокоценных и токсичных веществ;

- максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными;

- создание энерготехнологических процессов. - внедрение непрерывных процессов;

- интенсификация и автоматизация процессов и т. д.

Организация производства:

- ключевым является принцип системности. Принцип системности, учитывает взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов. В качестве примера можно привести создание в различных отраслях народного хозяйства замкнутых водооборотных систем,являющихся составной частью безотходною производства.

- цикличность потоков веществ, например создание замкнутых водооборотных и газооборотных циклов. Важнейшие из них - замкнутые водооборотные циклы, которые формируют производственную систему по аналогии с природным круговоротом воды.

- возможность комбинирования производств на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

- возможность отраслевой кооперации производств на основе переработки и утилизации вторичных ресурсов.

- обоснованность района и площадки строительства с учетом фонового загрязнения окружающей среды, перспектив развития данного производства и других производств в регионе;

- создание малоотходных и безотходных территориально-производственных комплексов или эколого-промышленных парков.

- рациональная организация производства.

- создание региональных систем по переработке и обезвреживанию отходов, прежде всего токсичных. Это полигоны, заводы по производству строительных материалов, использующие и обезвреживающие некоторые токсичные материалы в силу особенностей своей технологии (обжиг и спекание при высоких температурах).

Конечной целью безотходного или чистого производства, является максимально возможное удовлетворение потребностей людей (в пище, одежде, жилье и т.д.) без ухудшения (а иногда и с улучшением) среды обитания.

11. Что препятствует созданию безотходного производства?

Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств: Создание малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов, производств и территориально-производственных комплексов является сложной, комплексной, многостадийной и многоуровневой задачей. Каждый этап и каждая стадия ее решения выдвигают свои требования.

а) Технологический процесс:

-разработка принципиально новых процессов, при внедрении которых существенно снижается или практически исключается образование отходов и отрицательное воздействие на окружающую среду;

- комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциала энергоресурсов. Практически все сырьевые источники являются многокомпонентными и в среднем более трети его стоимости приходится на сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке.

- внедрение геотехнологических методов разработки месторождений полезных ископаемых (например, подземное выщелачивание);

- применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи;

- использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов;

- применение методов порошковой металлургии;

- внедрение окислительно-восстановительных технологий с применением кислорода, водорода, озона, свободных радикалов, электрического тока и т.д.;

- использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости;

- разработка плазменных процессов;

- замена химических процессов с использованием кислот и щелочей механическими методами, например, при очистке поверхностей;

- замена прямоточных процессов противоточными;

- внедрение перспективных высокоэффективных мембранных, ионообменных, экстракционных и других методов для разделения и выделения ряда высокоценных и токсичных веществ;

- максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными;

- создание энерготехнологических процессов. Комбинирование технологических энерготехнологических процессов позволяет увеличивать производительность агрегатов, экономить энергоресурсы, сырье и материалы.

- внедрение непрерывных процессов;

- интенсификация и автоматизация процессов и т. д.

б) Аппаратурное оформление:

- разработка принципиально новых аппаратов;

- оптимизация размеров и производительности;

- герметизация;

- использование новых конструкционных материалов, позволяющих увеличить долговечность аппаратов, уменьшить их вес и т.д.

в) сырье, материалы, энергоресурсы:

- обоснованность их качества (в частности, использование сырья и материалов, например технической воды, не более высокого, а строго определенного качества);

- предварительная подготовка сырья и топлива (извлечение из него наиболее токсичных компонентов, например, серы из топлива и т.п.);

- замена высокотоксичных материалов, например ртути, кадмия, свинца и т.д., на менее токсичные вещества при производстве красителей, катализаторов, батареек и других изделий и материалов;

- возможность замены сырья и энергоресурсов на нетрадиционные, местные, попутно добываемые и т.д.

г) Готовая продукции, включая побочную и попутно образующуюся:

- безопасность;

- длительность использования;

- обеспечение возможности и условий для возвращения продукции в производственный цикл после физического и морального износа.

- биоразлагаемость при попадании в окружающую природную среду, например биоразлагаемые пакеты;

- удобство использования, починки, разборки и т.д.

д) Организация производства:

- ключевым является принцип системности. В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс рассматривается как элемент более сложной производственной системы, а на более высоком иерархическом уровне - как элемент всей эколого-экономической системы. В основе создания безотходных или чистых производств, особенно эколого-промышленных парков, лежит принцип системности, который учитывает взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

- цикличность потоков веществ, например создание замкнутых водооборотных и газооборотных циклов. Важнейшие из них - замкнутые водооборотные циклы, которые формируют производственную систему по аналогии с природным круговоротом воды.

- возможность комбинирования производств на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

- возможность отраслевой кооперации производств на основе переработки и утилизации вторичных ресурсов. При организации малоотходных и безотходных или чистых производств большое значение имеет комбинирование и межотраслевое кооперирование на базе комплексной переработки сырья и утилизации отходов.

- обоснованность района и площадки строительства с учетом фонового загрязнения окружающей среды, перспектив развития данного производства и других производств в регионе;

- создание малоотходных и безотходных территориально-производственных комплексов или эколого-промышленных парков.

- рациональная организация производства. При этом подразумевается, что увеличение объема производства и расширение номенклатуры выпускаемой продукции не приводят к невосполнимым потерям природных ресурсов в регионе.

- создание региональных систем (или центров) по переработке и обезвреживанию отходов, прежде всего токсичных. Это полигоны, заводы по производству строительных материалов, использующие и обезвреживающие некоторые токсичные материалы в силу особенностей своей технологии (обжиг и спекание при высоких температурах).

Конечной целью безотходного или чистого производства, является максимально возможное удовлетворение потребностей людей (в пище, одежде, жилье и т.д.) без ухудшения (а иногда и с улучшением) среды обитания.

12. Как используется энергия в безотходном производстве каковы ограничения второго закона термодинамики?

В соответствии с фундаментальными законами сохранения и вторым началом термодинамики («всё должно куда-то деваться») полностью безотходные технологии, как и полностью безотходные предприятия, существовать не могут. Тем более, что любая продукция также является отложенным отходом. Когда говорят о локальных успехах очистки на какой-то территории или в какой-то стране, часто забывают, что при этом сильнее загрязняется другая территория или другая страна, где добывалось сырье и производились полуфабрикаты для «чистого» производства или куда импортируются его отходы, в том числе и в виде импортной продукции. Хорошо известно, например, что состав бытовых отходов в городах России за последние годы заметно изменился за счет огромной массы упаковочных материалов импортных товаров. А ведь это не только бумага и картон, но и

синтетические материалы, металлы, красители. «Экологически чистый» продукт может быть так упакован, что общий эффект его утилизации окажется загрязняющим. Второе начало термодинамики представляет собой обобщение вывода Н. Карно на произвольные термодинамические процессы, протекающие в природе. Позже, в 1850 году немецкий физик-теоретик Рудольф Клаузиус (1822-1888) дал второму началу термодинамики следующую формулировку: «не возможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым». Независимо от Р. Клаузиуса в несколько иной форме этот принцип высказал выдающийся английский физик сэр Уильям Томсон лорд Кельвин (1824-1907) в 1851 году: «не возможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара». После рождения в 1905 году специальной теории относительности, названные законы подверглись коренному пересмотру. Оказалось, что масса, определяемая по инерциальным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и её движение. Понятие энергии также подверглось изменению: энергия E оказалась пропорциональной массе m и скорости света c, сформировав суть нового понятия – «общая или полная внутренняя энергия» Es: Es = mc2. В безотходном производстве используется сырье, материалы, энергоресурсы:

- обоснованность их качества (в частности, использование сырья и материалов, например технической воды, не более высокого, а строго определенного качества);

- предварительная подготовка сырья и топлива (извлечение из него наиболее токсичных компонентов, например, серы из топлива и т.п.);

- замена высокотоксичных материалов, например ртути, кадмия, свинца и т.д., на менее токсичные вещества при производстве красителей, катализаторов, батареек и других изделий и материалов;

- возможность замены сырья и энергоресурсов на нетрадиционные, местные, попутно добываемые и т.д.

13. Возможно ли безотходное производство?

Ответ составлен на примере г.Нижнего Новгорода.

ТБО — эти три буквы знает каждый коммунальщик, да и жильцам они не дают покоя. Накапливается этих ТБО ежедневно очень большое количество, а девать некуда. В цивилизованных странах давно из ТБО извлекают выгоду. Мы же только начинаем это делать, только учимся экономить. Твердые бытовые отходы. Ежегодно их образуется в Нижнем Новгороде около 2 млн куб. м (а также приравненных к ним по токсичности промышленных отходов). Если верить прогнозам специалистов, в 2005 г. ежегодное накопление отходов возрастет до 3 млн куб. м. И что с ними делать? Все сваливать на полигон? Пока так и делается. И ТБО являются источником загрязнения почв, грунтовых вод и атмосферы. На полигоне безвозвратно теряется огромная масса ценных веществ и компонентов, содержащихся в ТБО, — бумаги, стекла, черных и цветных металлов, полимеров, текстильных материалов. Что же предпринимается в Нижнем Новгороде для переработки и утилизации ТБО? Из множества существующих технологий у них внедрены две: переработка отходов на специализированном заводе и сортировка с последующим брикетированием. Последним занимается частная фирма ООО “Промкомплект НН” по личной инициативе. На двух рынках города — Центральном и Сормовском — созданы участки для отделения на стадии сортировки отходов макулатуры, полимеров, деревянной тары и пищевых отходов. Все это суммарно составляет 50 проц. общего количества поступающих отходов и после соответствующей обработки сдается заготовительным организациям. Оставшиеся неутилизируемые фракции брикетируются и вывозятся на полигон (их объем, с учетом прессования, составляет 9 проц. от общего объема отходов, поступающих на сортировку). Этот метод показал свою эффективность на практике и, может быть, в скором будущем будет внедрен на всех рынках и крупных торговых предприятиях города. Переработка отходов производится также на специализированном заводе № 1 мощностью 150000 куб. м в год. В мае-июне в городе проходил конкурс инвестиционных проектов по утилизации ТБО. Была выбрана биотермальная система очистки отходов, запатентованная во многих странах мира, которая совмещает механическую предварительную очистку, анаэробную переработку и процесс горения в кипящем слое. Конечным продуктом переработки ТБО становится биогумус, пригодный для использования в сельском хозяйстве и садоводстве, планирования ландшафтов и в восстановительных экологических мероприятиях. Другим продуктом утилизации отходов по этой технологии является электро- или теплоэнергия. Несмотря на то, что ТБО из жилого фонда — крупный источник вторичного сырья, практическая реализация селективного сбора полезных компонентов отходов представляет собой сложную проблему, связанную с организацией сбора и уровнем цен на вторичное сырье низкого качества. В настоящее время эту проблему в России решил только небольшой город Новочебоксарск в Чувашии. Для всех существующих промышленных свалок имеются технические решения по их переработке. Но пока внедрена только переработка отходов металлургического производства на АО “Нижегородский машиностроительный завод”, на свалке которого было накоплено 2,5 млн т отходов. С начала переработки (ноябрь 1996 г.) освоено около 1 млн т. Однако в последнее время возникли проблемы с реализацией одного из видов продукции: щебеночно-песчаной смеси. На складах скопилось около 300000 т этой продукции, которая может быть использована в дорожном строительстве или в планировочных целях, причем ее цена в 1,5—2 раза ниже применяемого чаще всего песка. Для города и близлежащих районов решен вопрос утилизации отходов загрязненной садоводческой и сельскохозяйственной пленки. ЗАО “Ника плюс” организует прием пленки с выездом за ней на место сдачи и ее дальнейшую переработку. Сбор и прием использованных полиэтиленовых отходов ведет также и ЗАО “ГИНД НН”, которое планирует в октябре 1998 г. пуск производства полимерпесчаной черепицы и тротуарной плитки с применением указанных отходов, а сбор и переработку макулатуры ведут в нашем городе ЗАО “Зареченское” и АО “Нижегородкровля”. В настоящий момент их комитет приступил к созданию единой системы управления отходами лечебно-профилактических учреждений с перспективой образования в городе центра по переработке медицинских отходов.

Похожие работы

Промышленная экология и отходы основных производств

Скачать

14277

0

0

... . Для изучения состояния и прогнозирования изменений, а также управления развитием таких систем возникло новое научное направление - промышленная экология. Промышленная экология рассматривает взаимосвязь материального, в первую очередь промышленного производства, человека и других живых организмов и среды их обитания, т.е. предметом изучения промышленной экологии являются эколого-экономические ...

Основы общей экологии

Скачать

35039

2

0

знением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение. Начинается третий этап (50-е гг. 20 века – до настоящего времени) – превращение экологии в комплексную науку, включающие в себя науки об охране природной и окружающей среды. Из строгой биологической науки экология превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя разделы ...

Экология современного производства

Скачать

39029

1

5

... углей); внедряется дистанционное и программное управление коксовыми машинами; осуществляются мероприятия по улучшению условий труда и предотвращению загрязнения воздушного и водного бассейнов. Современное коксохимическое производство следует рассматривать как большую систему, представляющую собой организованную совокупность технологических процессов, оборудования и рабочих мест, способную ...

Законы экологии

Скачать

18393

0

0

... нее и размножения нежелательных организмов. Если в экосистемы и технологические устройства проникают микроорганизмы, то загрязнение называется бактериологическим или микробиологическим.   ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Шимова, О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н. К. Соколовский. - Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с. 2. Акимова, Т.А. Экология: Учебник для вузов / Т.А. ...