Тема19. Комплексное использование сырья, топлива и материалов. Понятие ресурсосбережения. Безотходные (малоотходные) технологии.
1. Понятие биотехнологии
2. Биотехнологии переработки отходов
3. Биотехнология защиты атмосферы
4. Биотехнология охраны земель.
5. Биотехнология очистки вод.
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 микроорганизмов. 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 о 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.
История биотехнологии насчитывает тысячелетия (производство хлебопечения, виноделие, сыроделие и т. д.). Однако ежегодно появляются новые прикладные направления биотехнологии, общим подходом для которых являются искусственное создание условий для эволюционных, биогеохимических процессов на Земле в виде характерных биореакторов, реализующихся с большими скоростями, оставаясь совместимыми по своим продуктам с окружающей природной средой.
Принципиальная связь биогеотехнологи с геомикробиологией и биотехнологией может быть представлена схемой на рис. 30.
На протяжении столетий человечество добывало металлы из богатых и относительно простых по химическому составу руд. По мере истощения запасов таких руд стали использовать полиметаллические и более бедные руды. При этом традиционные способы добычи металлов сопровождались загрязнением окружающей природной среды в виде отходов, шлаков (полезно используется не более 2% сырья). При этом извлекался только один элемент, а сопутствующие — накапливались в отвалах.
Более совершенным и менее антропогенным является гидрометаллургический метод, основанный на использовании водных растворов, одним из разновидностей которого является бактериально-химическое выщелачиванис металлов. Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. К таким минералам относятся сульфиды железа, меди, никеля, цинка, кобальта, свинца, молибдена, серебра, мышьяка. При этом металлы переходят из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную. Полученные концентрированные (до 50 г/л) железосодержащие растворы отправляются на экстракцию и электрохимическую обработку (аналогичные операции обработки и других металлов).
Биотехнология выщелачивания металлов может применяться как для непосредственной обработки в пласте, так и в заброшенных карьерах и отвалах, что в целом улучшает охрану окружающей природной среды (более 5% металлов в мире добывается в настоящее время таким способом и в перспективе его применение несомненно возрастет).
Тионовые бактерии находят также применение для предварительного понижения содержания серы в рудном сырье. Содержание серы в углях может достигать 10-12%, а сжигание их приводит к образованию сернистого ангидрида и в дальнейшем к выпадению кислотных дождей. Принципиально биотехнология снижения серы в углях аналогична выщелачиванию металлов. Попутно при этом будут выделяться содержащиеся в углях германий, вольфрам, никель, бериллий, ванадий, золото, медь, кадмий, свинец, цинк.
При добыче каменного угля зачастую выделяется метан являющийся причиной взрывов и смертельных случаев па шахтах (статистика свидетельствует, что добыча 1 млн. т угля сопровождается смертью 1 шахтера). Наряду с имеющимися способами борьбы с метаном в шахтах применяется и биотехнологический, в основу которого положен процесс поглощения метана метаноокисляющими бактериями в угольных пластах и выработанных пространствах.
Для метаноокисляющих бактерий метан служит одновременно источником углерода и энергии (1/3 расходуется на увеличение биомассы, а 2/3 — на образование внеклеточных органических соединений и углекислого газа). Метаноокисляющие бактерии выращиваются в ферментерах, концентрируются и непосредственно в шахте приготавливается рабочая суспензия с добавками азота и фосфора, которая закачивается в пласт из расчета 30-40 л на 1 т угля. Необходимый для развития бактерий кислород подается в пласт компрессорами. Содержание метана в этом случае снижается более чем в 2 раза и в 1,5 раза повышается отдача угольного пласта.
Заметное место среди средств повышения вторичной добычи нефти принадлежит также биотехнологии. При нефтедобыче извлекается не более 50% ее запасов в пласте, что обусловленно 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 нагнетальной скважины. Это вызывает микробное разрушение нефти с образованием углекислого газа, водорода, низкомолекулярных органических кислот, которые поступают в анеробную зону пласта и разрушаются анаэробными метангенерирующими бактериями с образованием метана. Разрушение нефти и образование 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.
- Тема 1. Введение
- Тема 2. 2. Предмет природопользования и его основные дефиниции: объект, субъект. Принципы и методы рационального использования и воспроизводства природных ресурсов
- Тема 3. Изменение природной среды и эволюция «человечества».
- Тема 4. Природные ресурсы и их классификация: критерии и группировка. Возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы
- 1.Понятие «Природные ресурсы».
- Классификации природных ресурсов
- Тема 5. Природно-ресурсный потенциал территории. Неравномерность запасов природных ресурсов по территории. Размещение производства
- Тема 6. Почвенные ресурсы. Понятие деградации почвенных ресурсов (эрозия, подтопление, загрязнение, нарушение и пр.) и ее причины.
- Использование земельных ресурсов, их деградация.
- Тема 7. Водные ресурсы. Запасы водных ресурсов в мире и в России и их структура. Загрязнение водных ресурсов и его тенденции. Охрана водных ресурсов: основные направления.
- Удельная водообеспеченность экономических районов России
- Динамика объемов оборотной воды
- Загрязнение воды и его последствия
- Тема 8. Лесные ресурсы. Функции лесных ресурсов.
- Глава 9. Сохранение биоразнообразия. Особо охраняемые природные территории.
- Тема 9. Сохранение биологического разнообразия, как условие нормального функционирования и развития экосистем
- 10. Особо охраняемые природные территории: заповедники, заказники, национальные парки и их роль в рациональном природопользовании
- Тема 11. Минеральные ресурсы: состав и структура.
- 11.2. Добыча и использование руды
- Образование и использование отходов при выплавке стали (млн. Т)
- Экспорт железной руды и продуктов ее переработки (1995 г.) без стран снг
- Тема 12. Топливно-энергетическИе ресурсы
- 12.1. Тенденции изменения запасов топливно-энергетических ресурсов и их добыча
- 13. Альтернативные энергетические ресурсы (энергия солнца, ветра, приливов и отливов, геотермальная энергия) и проблема расширения их использования
- Стоимость производства электроэнергии при различных технологиях
- Тема 14. Экологическое регулирование, прогнозирование и последствия природопользования. Естественный базис природопользования
- 15. Экономика природных ресурсов. Оценка воздействий на окружающую среду.
- Тема 16. Проблема отходов. Техногенный тип современного природопользования.
- Тема 17. Стандарты качества окружающей среды
- Санитарно-гигиенические нормативы
- Комплексные нормативы качества
- Тема 18. Опыты прогнозирования отрицательных воздействий на окружающую среду
- Тема19. Комплексное использование сырья, топлива и материалов. Понятие ресурсосбережения. Безотходные (малоотходные) технологии.
- 2. Биотехнология переработки отходов
- 20. Концепция устойчивого развития общества
- Кризис и обратные связи
- Россия в контексте устойчивого развития