Реферат: Мировой кризис ресурсов, загрязнение окружающей среды и проблема катализа

Подобный же рост ущерба наблюдается при ускоренном разрушении фа­садов зданий в загрязненной атмосфере городов.

Загрязнение водного бассейна.

Загрязнение водного бассейна в городах следует рассматри­вать в двух аспектах – загрязнение воды в зоне водопотребления и загрязнение водного бассейна в черте города за счет его стоков.

Загрязнение воды в зоне водопотребления является серьезным фактором, ухудшающим экологическое состояние городов. Оно производится как за счет сброса части неочищенных стоков го­родов и предприятий, расположенных выше зоны водозабора дан­ного города и загрязнения воды речным транспортом, так и за счет попадания в водоемы части удобрений и ядохимикатов, вно­симых на поля. Причем, если с первыми видами загрязнения мож­но путем строительства очистных сооружений бороться эффектив­но, то предотвратить загрязнение водного бассейна, производимое сельскохозяйственными мероприятиями, очень сложно.

Важно заметить, что водоочистные сооружения водопроводов не в состоянии очистить питьевую воду от растворов удобрений и ядохимикатов, поэтому питьевая вода может содержать их в себе в повы­шенных концентрациях и отрицательно повлиять на здоровье че­ловека. Рост химизации сельского хозяйства неизбежно будет при­водить к увеличению количества удобрений и ядохимикатов, вно­симых в почву, и соответственно с этим их концентрация в воде будет увеличиваться.

Города также являются мощными источниками загрязнения водного бассейна. В крупных городах в расчете на одного жителя (с учетом загрязненных поверхностных стоков) ежесуточно сбрасы­вается в водоемы около 1 м3 загрязненных стоков. Поэтому города нуждаются в мощных очистных сооружениях.

Загрязнение почвенного покрова.

Охрана почв от загрязнений является важной задачей человека, так как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или поздно попадают в организм человека.

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

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

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

По оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20 - 30 млрд. т. твёрдых отходов, из них 50 - 60 % органических соединений, а в виде кислотных агентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т. Пути попадания загрязнений в почву

можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву:

1) С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и  с осадками выпадают в почву. Это, в основном, газы - оксиды серы, азота и др.

2) Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твёрдые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей.

3) При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

4) С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву. Классификация почвенных загрязнений

Загрязнения почвы трудно классифицируются, в разных источниках их деление даётся по-разному. Если обобщить и выделить главное, то наблюдается следующая картина по загрязнению почвы:

1) Мусором, выбросами, отвалами, отстойными породами. В эту группу входят различные по характеру загрязнения смешанного характера, включающие как твёрдые, так и жидкие вещества, не слишком вредные для организма человека, но засоряющие поверхность почвы, затрудняющие рост растений на этой площади.

2) Тяжёлыми металлами. Данный вид загрязнений уже представляет значительную опасность для человека и других живых организмов, так как тяжёлые металлы нередко обладают высокой токсичностью и способностью к кумуляции в организме.. Это  Cd (кадмий), Cu (медь), Cr (хром), Ni (никель), Co (кобальт), Hg (ртуть), As (мышьяк), Mn (марганец).

3) Пестицидами. Эти химические вещества в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они приближаются к предыдущей группе.

4) Микотоксинами. Данные загрязнения не являются антропогенными, потому что они выделяются некоторыми грибами, однако, по своей вредности для организма они стоят в одном ряду с перечисленными загрязнениями почвы.

5) Радиоактивными веществами. Радиоактивные соединения стоят несколько обособленно по своей опасности, прежде всего потому, что по своим химическим свойствам они практически не отличаются от аналогичных не радиоактивных элементов и легко проникают во все живые организмы, встраиваясь в пищевые цепочки. Из радиоактивных изотопов можно отметить в качестве примера один наиболее опасный - 90Sr (стронций-90), который может откладываться в костных тканях животных и человека.

2.   Пути преодоления проблем ресурсного кризиса

Как уже написано выше основных проблем у данного кризиса две:

¨   Создание малоотходных производительных технологий;

¨   Создание современных технологий по утилизации, обезвреживанию и захоронению уже накопившихся промышленных отходов.

Если проанализировать итоги развития россий­ской экономики в последние годы, то стано­вится очевидным, что механизм нерациональ­ного ресурсопотребления не только не остановлен, но и увеличил обороты, поскольку спад в выпуске продукции опережает сокращение потребления сырья и материалов. Вместе с тем прогресс науки и техники позволяет все более рационально исполь­зовать материальные ресурсы. Одним из важней­ших направлений ресурсосберегающей деятельнос­ти является эффективное использование отходов производства. Среди различных факторов, определяющих их рациональное применение, важную роль играют организационные, в том числе система уп­равления ресурсопотреблением, которой, к сожалению, лишь на немногих заводах уде­ляется внимание.

На основе обобщения отечественных и зарубеж­ных достижений может быть принята следующая ком­плексная система управления рациональным использованием материальных ресурсов (КС УРИР). Ее цель - постоянное развитие ресурсосберегающих методов хозяйствования. Составная часть КС УРИР - комплексная система управления рацио­нальным использованием вторичного сырья.

Система предусматривает проведение следующих меропри­ятий:

¨   научно-технического характера (использова­ние передовой техники и технологии по сбору и переработке вторичного сырья);

¨   экономического (внут­рихозяйственное планирование образования, сбо­ра, использования и реализации отходов, установ­ление цен на эти ресурсы и продукты их перера­ботки, материальное стимулирование их рационального применения, комплексный учет и анализ результа­тов работы с вторичным сырьем);

¨   правового (ис­пользование директивных указаний и инструкций в работе с вторичным сырьем, подбор и расстановка кадров, расширение и упорядочение договорных отношений между поставщиками и потребителями;

¨   экологического (ис­пользование вторичного сырья с учетом аспектов защиты окружающей среды).

Система носит многоуровневый характер и охва­тывает все стадии жизненного цикла вторичных ма­териальных ресурсов:

¨   выявление ресурсов;

¨   планиро­вание их сбора и использования, сбор и подготовку к потреблению или реализации; собственно полезное применение;

¨   реализацию на сторону;

¨   профилактику частичного уничтожения.

Организационно-методической, нормативно-тех­нической и правовой ее основой являются стандар­ты и сертификация вторичных ресурсов. Регламентируя прогрессивные нормы, правила и методы, а также этапы и содержание процессов, стандарты вносят ясность в работу исполнителей, четко раз­граничивая их права и обязанности, а также уста­навливая формы материального и морального сти­мулирования.

КС УРИР регламентируется нормативно-технической документацией, определяющей нормирование, оценку и контроль показателей рационального использова­ния вторичных ресурсов, функции управления и организацию трудовых процессов), а также их вза­имосвязи. Особо следует отметить систему доку­ментов, регламентирующих специализированные функции управления рациональным применением вторичных ресурсов.

Подсистемы КС УРИР показаны на схеме. Предлагаемая стандартизация функций управле­ния использованием вторичных ресурсов, на наш взгляд, даст возможность более рационально ис­пользовать отходы. Она позволяет, во-первых, ликвидировать систематические потери вторичных ресурсов, обусловленные несовершенством орга­низации их выявления, сбора и переработки, во-вторых, повысить долю отходов в общем сырьевом балансе, удельный вес выпускаемых из них това­ров в общем объеме производства.

Комплексная система управления рациональным

использованием ресурсов

3.   Проблема катализа.

Катализ   -   изменение   скорости   химической реакции  в  присутствии веществ  (катализаторов),   многократно   вступающих    в  промежуточное      химическое   взаимодействие    с   участниками    реакции,   но и  восстанавливающих    после   каждого    цикла   промежуточных   взаимодействий   свой   химический  состав.   Если  промежуточное    взаимодействие    с    катализатором   делает        возможным   новый   реакционный   путь,   по    которому   та   же  реакция   протекает  с   большей  скоростью,   чем  без  катализатора, то явление называется положительным катализом и его  нередко отождествляют  с общим  понятием  катализа.  Возможен  и  обратный  случай, называется отрицательным катализом, когда присутствие   катализатора  исключает   один  из   возможных  без него путей реакции и оставляет лишь более медленные, в результате чего реакция замедлятся или даже практически полностью подавляется.  Явления  катализа  распространены  в  природе  и  широко применяются  в  технике.  Каталитическому  воздействию  может   быть подвержено большинство химических реакций. Круг веществ, выполняющих роль катализаторов, весьма  велик.                                                   

Характерной особенностью катализа является сохранение  катализатором своего состава в процессе реакции. Из этого  не следует,  что при течении  каталитической   реакции  катализатор   не  претерпевает  никаких  изменений.  Во многих  случаях наблюдаются  изменения  структуры  катализатора, а  иногда и его  состава  в  результате  взаимодействия  с примесями или  даже  основными  компонентами   реакционной  смеси. Характерным  для  катализа  является  то,  что  все эти изменения представляют собой побочные процессы, ни в коей мере не обусловливающие каталитические действия.        

           Возможность  ускорения   химических  реакций   и  направления  их  в   сторону  образования   желаемых  продуктов  без затраты  энергии  и катализатора  и определяет     исключительно  большое  практическое  значение. Воздействие катализатора на химическую реакцию    осуществляется   путем   промежуточного    химического   взаимодействия   его   с  реагирующими   веществами.  Взаимодействие   с   катализатором  открывает   новый  реакционный   путь,   обычно   более   сложный   по  числу    стадий,  на  котором  катализатор  входит в  состав активного  комплекса  по  крайней   мере  одной   из  стадий. В  соответствии  с  этим  катализатор  можно  определить   как  вещество,   изменяющее  скорость   химической  реакции, участвуя   в   образовании  активного   комплекса  одной   из  стадий  данной  реакции,  и  восстанавливающее  свой   химический состав при его превращении.

Виды катализа.

Выделяют два основных вида катализа вида катализа:

¨   Гомогенный катализ – при таком виде катализа катализатор и участвующие в реакции вещества образуют одну однородную систему.

Примером гомогенного катализа является окисление CO и CO2  в присутствии паров воды.

¨   Гетерогенный катализ – процесс при котором катализатор и  участвующие  в реакции вещества находятся в разных фазах и разделены границей раздела. Чаще катализатор при гетерогенном катализе это твердое тело, а реагирующее вещество – газ или жидкость.

Примером гетерогенного катализа является окисление аммиака в присутствии металлической платины.

¨   Отдельно выделяют микрогетерогенный катализ – в этом случае катализатор находится в каллойдном или высокомолекулярном состоянии.

Примером служат биокаталитические процессы.

Важнейшие  каталитические процессы  в промышленности.

1.   Первым   промышленным   производством,  основанным  на использовании катализа,  явился процесс  Дикона  -  получение  хлора  окислением  хлористого водорода  кислородом воздуха  при 400'  в присутствии солей Сu.

2.   Получение серной кислоты – её получают при окислении SO2 кислородом в присутствии платины. Были также разработаны ванадиевые катализаторы (V2O5  нанесенный в смеси с K2SO4 на различные носители).

3.   Получение азотной кислоты – окисление аммиака на платиновых сетках. Широко используют для производства удобрений, взрывчатых веществ, и других химических продуктов.

4.   Получение каучука синтетического – превращением спирта в дивинил.

5.   Получение моторного топлива при помощи каталитического гидрирования угля и смолы.  

6.   Для повышения качества бензинов используют каталитические реакции циклизации и ароматизации углеводородов на платине.

Катализ в живой природе.

Катализ играет  ведущую роль  в химических  превращениях не  только в  промышленности, но и  в живой природе.  Вся сложная  система управления жизненными процессами  в организмах  основана на сложных   комплексах  химических   превращений,  обуславливающих  брожение,  дыхание,   пищеварение,  преобразование химической энергии в механическую и т. п. Все эти процессы осуществляются с помощью  ферментов - катализаторов  белковой  природы,  образующихся  в  живых     телах.  По  некоторым  свойствам  ферменты существенно  превосходят  промышленные  катализаторы.  В  настоящее  время  широко  ведутся  исследования  синтетических  катализаторов -  органических полупроводниковых      комплексных  соединений,  различных  полимеров  и   характеризующихся  более  простым составом  и моделирующих в известной степени  действие ферментов.

В этом и состоит главным образом проблема катализа, чтобы разработать дешевые, экономичные, сходные по скорости каталитического действия с ферментами живой природы катализаторы. Но не следует забывать и об их экологической безопасности для окружающей среды и человека.   

Заключение.

Оценив состояние окружающей среды и уровень развития производства с точки зрения экологичности, возникает необходимость принятия конкретного решения о способе сохранения и возрождения чистой окружающей среды.

Главное, выбрать наиболее естественный способ, а именно сократить до минимума загрязнение окружающей среды и дать природе возможность регенерироваться за счет внутренних сил.

То есть необходимо прийти к гармонизации отношений природы и техники.

Ведь любое предприятие предназначено для выпуска той или иной необходимой продукции. Однако завод или ферма существуют в окружении конкретной среды – экологических систем, которые неизбежно подвергаются воздействию со стороны производства. Пренебрежение состоянием окружающей среды в интересах экономии средств неизбежно ведет к отрицательным последствиям и для самого предприятия. Решать подобные проблемы предлагается на основе гармонизации отношений природных и технических компонентов путем создания и эксплуатации, так называемых природно-технических или геотехнических систем, которые в свете экологического подхода правильнее рассматривать в качестве эколого-экономических.

¨   Такая система – это совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которая в ходе совместного функционирования обеспечивает, с одной стороны, высокие производственные и прочие целевые показатели, а с другой – поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное в каждом конкретном случае сохранение и воспроизводство естественных ресурсов.

Производство воздействует на природные системы (положительная обратная связь). Эти воздействия (знак «плюс»), т.е. фактически управление, могут проявляться в извлечении природных ресурсов, размещении производственных отходов (загрязнении) и т. п. В свою очередь, окружающая среда также может влиять на предприятие (рис. 1). Подобные воздействия так или иначе могут привести к разрушению управляемой подсистемы, а следовательно, и всей эколого-экономической системы. Чтобы этого не происходило, необходимы компенсационные ответы со стороны управляемой подсистемы по отношению к управляющей через каналы отрицательной обратной связи (знак «минус»). Природные системы не располагают достаточным запасом информации для того, чтобы компенсировать влияние на них производства. Поэтому соответствующие функции управления должен брать на себя человек.

Рис.1. Эколого-экономическая система

Это означает, что в эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления. Он воспринимает информацию от природных систем (окружающей среды) о происходящих в них изменениях, оценивает возможные негативные последствия и передает соответствующую команду управляющей системе (в данном случае – производственному предприятию). В качестве блока управления могут выступать органы власти или специально уполномоченные ими службы (например, службы охраны окружающей среды).

Все эти операции являются частью экологизации производства и оптимизации природопользования.

Из изложенного следует, что эколого-экономические системы должны обеспечивать два принципиальных подхода в управлении окружающей средой.

Первый заключается в предотвращении разрушения природных систем путем рационализации природопользования, т. е. по сути своей ориентирован на охрану природы.

Второй подход это обеспечение высокого качества среды, когда антропогенные факторы не выходят за пределы толерантности (толерантность – устойчивость живого организма к любому экологическому фактору) человеческого организма.

В конечном счете, необходимо решить первую важнейшую задачу: найти пределы толерантности человеческого организма к загрязняющим веществам, содержащимся в выбросах, сбросах и твердых отходах предприятий. Эти пределы и будут лежать в основе нормативов, которые не должны превышаться в окружающей среде (включая воздух, воду, почву, растительность, пищевые продукты). Понятно, что это необходимо, так как полностью изолировать человека от присутствия таких веществ невозможно. Далее предприятие обязано проводить соответствующие мероприятия, чтобы такие нормативы обеспечить.

Список используемой литературы.

1.   Ю. Одум. Основы экологии. М.: Мир, 1975

2.   М. Максимова. В 21 век со старыми и новыми глобальными проблемами.//Мировая экономика и международные отношения, №10, 1998.

3.   А. Федоров. Эпоха глобальной экологической катастрофы и модель мировой системы, способной ей противостоять.// Мировая экономика и международные отношения, №7, 1997.

4.   С. Первушин. Возможности предотвращения глобальной экологической катастрофы.// Российский экономический журнал, №2, 1996.

5.   Воронков Н.А. Основы общей экологии. М.: Агар, 1997.

6.    «Экология», учебное пособие, под общей редакцией проф. С.А. Боголюбова, М.: «Знание», 1997.