Роль человека в биосферных процессах

        выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы, сырье и снизит тепловую нагрузку на окружающую среду.

В черной и цветной металлургии необходимо внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное и рациональное использование рудничного сырья:

        вовлечение в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производств, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными водами;

        использование отвальных твердых отходов горного и обогатительного производства в качестве строительных материалов, дорожных покрытий и т.д. вместо специально добываемых минеральных ресурсов;

        использование ресурсосберегающих процессов, позволяющих интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоносителей, снизить объем отходящих газов и вредную нагрузку на окружающую среду;

        резкое сокращение расхода свежей воды и уменьшения количества сточных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных систем водоснабжения;

        разработка и широкое внедрение на металлургических предприятиях высокоэффективного очистного оборудования, а также устройств контроля и мониторинга окружающей среды;

        разработка и внедрение новых малоотходных и безотходных процессов получения стали: бездоменного и бескоксового, порошковой металлургии; автогенных процессов в цветной металлургии.

На транспорте необходимо внедрение экологически чистых видов топлива (газа, неэтилированных бензинов), устройство каталитического дожигания и улавливания вредных веществ, широкое внедрение электромобилей.

В холодильной технике и технике кондиционирования переходить от хладагентов на базе хлоросодержащих углеводородов (фреонов), разрушающих озоновый слой, к озонобезопасным смесям, состоящим только из фторуглеводородов.

В машиностроении разрабатывать системы водоочистки для гальванических производств, переходить к замкнутым системам рециркуляции воды и извлечению металлов из сточных вод, в области обработки металлов шире внедрять получение деталей из пресс-порошков.

В целлюлозно-бумажной промышленности внедрять процессы с низким расходом свежей воды на единицу продукции, используя замкнутые и бессточные системы промышленного водоснабжения; максимально использовать экстрагирующие соединения, содержащиеся в древесном сырье для получения целевых продуктов; совершенствовать процессы отбеливания целлюлозы с помощью кислорода и озона; улучшать переработку отходов лесозаготовок биотехнологическими методами в целевые продукты; создавать производственные мощности по переработке бумажных отходов, в том числе макулатуры.

        Вопрос 5. Сущность плановых и оперативных организационных мероприятий.

Группа организационных мероприятий связана с управлением, структурой и функционированием создаваемых или действующих природно-промышленных систем и подразделяется на плановые и оперативные.

Плановые мероприятия рассчитаны на длительную перспективу с учетом развития производства и непроизводительной инфраструктуры крупных природно-промышленных систем. Основу их составляют мероприятия, обеспечивающие рациональное взаимное расположение структурных единиц природно-промышленного комплекса.

К подгруппе оперативных относятся мероприятия, применяемые в экстремальных ситуациях, возникающих на производстве или в природной среде. Экстремальные ситуации на производстве обычно сопровождаются авариями: взрывы, пожары, разрывы трубопроводов и приводят к залповым выбросам и сбросам, загрязняющим окружающую среду.

Рассмотренные мероприятия представляют основные направления деятельности человека, которые позволяют создавать экологически чистые производства и технологии, снижать вредную нагрузку на окружающую среду, а в случае ее возникновения, оперативно устранять причины и последствия аварийных ситуаций.

        Вопрос 6. Назовите основные элементы системы водного хозяйства населенного пункта.

      Вопрос 7. Роль биотехнологии в охране природы.

Биотехнологии, как направления науки и практики, являются пограничной областью между биологией и техникой отраслей человеческой деятельности. Они представляют собой совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью организмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание технологических процессов, основанных на продуктах жизнедеятельности биологических объектов, микробных культур, сообществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и информации. Методами и приемами биотехнологии являются фундаментальные и прикладные наработки микробиологии, биохимии, биофизики, клеточной и генной инженерии, их сочетание.

Заметное место среди средств повышения вторичной добычи нефти принадлежит также биотехнологии. При нефтедобыче извлекается не более 50 % ее запасов в пласте, что обусловлено прочной связью нефти с породой. Повышение нефтедобычи пласта на 10-16 % равносильно открытию нового месторождения. После закачивания воды для активизации биохимической активности микробов применяется аэрация в зоне нагнетательной скважины. Это вызывает микробное разрушение нефти образованием углекислого газа, водорода, низкомолекулярных органических кислот, которые поступают в анеробную зону пласта и разрушаются анаэробными метангенерирующими бактериями с образованием метана. Разрушение нефти с образованием газов приводит к разжижению ее, увеличению текучести и повышению газового давления в пласте, что сопровождается увеличением нефтедобычи (в отдельных случаях до 30 %) и снижению антропогенного воздействия на окружающую природную среду.

Биотехнология переработки отходов

Не отрицая важности для окружающей природной среды (ОПС) большого опыта и разнообразия механических и физико-химических методов утилизации твердых бытовых отходов, реальную перспективную альтернативу им представляют биотехнологические методы. Особую важность биотехнологии переработки отходов обуславливает уже не долговременная исчерпаемость традиционных энергоносителей: угля, нефти, газа, а также далеко не бесспорные экологические характеристики атомных электростанций.

Биотехнология переработки твердых отходов не только позволяет утилизировать биогаз и снизить энергетический дефицит, но и в значительной степени уменьшить антропогенную нагрузку на ОПС, в т.ч. уменьшить компоненты парникового эффекта.

В США, Японии, Германии насчитываются сотни, а в Китае имеются десятки тысяч ферментеров для получения электроэнергии индивидуального пользования в жилом секторе и сельскохозяйственных фермах путем переработки собственных и с незначительным добавлением растительных отходов. В нашей стране получение биогаза не вышло из стадии опытно-промышленных исследований, но перспектива применения биотехнологии в этом направлении, особенно для сельских регионов, очевидна.

Биотехнология защиты атмосферы

Молекулы, служащие источником дурно пахнущего загрязнения воздуха, образуются в результате множества различных процессов. Эти молекулы часто являются органическими и могут быть подвергнуты микробной деградации.

Дурно пахнущие запахи могут удаляться биотехнологически в «сухих» или «мокрых» биореакторах.

«Мокрый» реактор или биоскруббер работает как реактор с насадкрй с иммобилизированной биомассой и противотоком жидкости Дурно пахнущие газы при этом переносятся из газовой фазы в жидкую, как в обычном скруббере, а затем окисляются закрепленной биомассой. Основные преимущества этого процесса:

        большая эффективность поглощения, биоокисление практически до нуля снижает дурно пахнущие загрязнения, резко уменьшается объем поглощающей жидкой фазы;

        параллельно решается проблема удаления сточных вод.

«Сухой» биореактор загружается насадкой из биоактивного сорбирующего материала (компост, торф), через который продуваются загрязненные газы. Сорбированные соединения активно окисляются микробными сообществами, развивающимися на поверхности насадки, одновременно регенерируя ее.

Биотехнология охраны земель

Загрязненность почв неорганическими ионами и нехватка полезных органических, избыток пестицидов и других вредных минеральных добавок приводят к снижению урожайности и качества сельскохозяйственных культур, а также эрозии и дефляции почвы. При этом традиционные удобрения и методы внесения их в почву являются весьма затратными. (По мнению специалистов США, на производство стакана молока необходимо расходовать в настоящее время стакан дизтоплива).

В настоящее время в России и за рубежом проводится большая работа по селекции и получению методами генетической инженерии микроорганизмов, способных при внесении их в почву вместе с осадками продуцировать полимеры, переводящие тяжелые металлы в неподвижные формы, и осуществляющие одновременно процесс азотфиксации (усвоение атмосферного азота).

Уже не одно десятилетие насчитывает опыт применения красного калифорнийского червя для получения биологически ценного удобрения (биогумуса) из клетчаткосодержащих и широкого спектра органических отходов, а также для улучшения структуры почв, аэрирования. Прошедший через червя гумус обогащен всеми необходимыми аминокислотами, микроэлементами.

Одним из наиболее распространенных и стойких загрязнений земель является нефть. Естественная микрофлора, адаптируясь, способна разрушить загрязнения такого типа. Смешение загрязненной нефтью почвы с измельченной сосновой корой ускоряет на порядок скорость разрушения нефти за счет способности микроорганизмов, существующих на поверхности коры, к росту сложных углеводородов, входящих в состав сосновой смолы, а также адсорбции нефтепродуктов корой. Такой биотехнологичвский прием получил название «микробное восстановление загрязненной нефтью почвы».

Биотехнология очистки вод

Биологическая очистка природных и сточных вод в настоящее время является достаточно изученным и широко применяемым методом, значение и роль которого со временем будет только возрастать в связи с требованиями экологичности и экономичности современных видов производств.

Для обеспечения стандартов качества очищенных вод, соответствующих нормативам ВОЗ, современными приемами биотехнологии являются:

        селекция и конструирование искусственных микробных ассоциаций;

        совершенствование иммобилизационных комплексов;

        ферментативный катализ;

        физико-химические воздействия;

        генно-инжениринговые комбинации.

Более эффективный и перспективный метод очистки вод с заданными деструктивными свойствами является геноинжениринговый. Он заключается в использовании методов рекомбинантной ДНК: соединений определенных катаболических последовательностей специфических генов, ответственных за деструкцию какого-либо звена молекулы ксенобиотика, обеспечивающего его устойчивость. Введение в гены быстрорастущих штамбов позволяет получить эффективные культуры, которые после помещения в биореакторы обеспечивают эффективную детоксикацию вод.

Биотехнология переработки отходов растительности

Отходы растительности — это не подлежащие утилизации по экономическим, экологическим и санитарно-гигиеническим соображениям клетчаткосодержащие остатки: спад листьев; ботва свеклы, моркови, картофеля; листья капусты; очистки картофеля; образующиеся в больших количествах стебли зерновых.