Структура и характеристика техногенного объекта

 

Техногенным объектом называется искусственное сооружение, связанное с технической и технологической деятельностью человека, и, как следствие, оказывающее негативное воздействие на окружающую среду. Следовательно, это объект, который после завершения строительства будет функционировать в сфере материального производства:

в промышленности, сельском, водном и лесном хозяйстве, на транспорте и в области связи, в строительстве, торговле и в области общественного питания, материально-технического снабжения и сбыта [4].

Совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью, называется техносферой.

Объектом воздействия является экологическая система, обладающая рядом специфических особенностей, не позволяющих провести ее математическое описание. Эти особенности следующие:

– неадекватность поведения естественных и искусственных объектов составляющих экосистему;

– многомерность протекающих в системе формирующих и деградационных процессов;

– принципиальная неприемлемость традиционных методов оптимизации по экономическим критериям.

Экологические аспекты развития техносферы основаны на принципах охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Функционирование техносферы основано на развитии различных видов природопользования (промышленного, сельскохозяйственного лесохозяйственного и др.). Любой природный ресурс обладает тем или иным потенциалом, который может быть вовлечен в производственный процесс. Размер этого потенциала определяется возможностью комплексного использования природного ресурса, а также его возобновляемостью или невозобновляемостью.

Сущность рационального использования возобновляющихся природных ресурсов состоит в потреблении их годичного прироста. Чрезмерное потребление ресурса сопровождается его сокращением, а при длительной излишне интенсивной эксплуатации может вызвать его деградацию.

Сущность рационального использования невозобновляющихся природных ресурсов состоит в их многократном включении в ресурсные циклы.

Различают природный (биогеохимический), природно-техногенный и техногенный ресурсные циклы.

Ресурсный цикл – обмен веществом, энергией и информацией между природными системами, а также природными системами и обществом.

Техногенные ресурсные циклы связаны с загрязнением окружающей среды. Загрязнением называют привнесение в какую-либо среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее физических, химических или биологических веществ, или агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентрации перечисленных агентов в количествах, вызывающих вредное воздействие на человека, флору и фауну.

Виды воздействия техногенного объекта на окружающую среду можно представить в виде схемы (рис. 2.1).

Многие вредные вещества, загрязняющие окружающую среду не нейтрализуются в биологическом круговороте и пребывают в нем, не распадаясь годами. Они нарушают природное равновесие, газовый, водный и геохимический режимы биосферы. Таким образом, экстенсивное природопользование и открытые системы производства привели к возникновению огромного количества газообразных, жидких и твердых отходов, к истощению большинства невозобновляющихся природных ресурсов, к разрушению и загрязнению окружающей среды, к экологическому кризису.

Для выхода из кризиса необходимо коренным образом менять принципы природопользования, которые могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вид продукции и соответствующий производственный процесс необходимо подбирать к сырью, с целью его комплексного использования.

2. Необходимо разрабатывать последовательные цепочки производственных процессов в которых отходы одного производства служили бы сырьем для другого. Этот принцип обеспечивает переход от открытой системы связей производства и окружающей среды к рециркуляционной системе.

Технология – наука о способах и процессах производства промышленных продуктов из сырья.

 

Д.И. Менделеев так давал определение технологии: «Технология – учение о выгодных приемах переработки природных продуктов в продукты потребные для применения в жизни людей». Он считал, что технология должна «изучить выгоднейшие способы, выбрать из возможных наиболее применимую – по выгодности – данным условиям времени и места, чтобы придать продукту наибольшую дешевизну при

желаемых свойствах и формах». Технология должна обеспечивать производство необходимых продуктов не только с минимальными расходами сырья, энергии, рабочей силы, но и с соблюдением экологических условий, сводящих к минимуму образования всех типов отходов.

Способ переработки – совокупность всех операций, которые проходит сырье до получения из него продукта. Взаимосвязь между отдельными операциями и с происходящими в них процессами называют технологической схемой. Технологическая схема описывается в тексте или последовательным схематическим изображением машин и аппаратов.

Сырьем называют природные материалы или продукты, используемые в производстве промышленных продуктов.

Промышленные продукты могут служить средствами производства или предметами потребления. В то же время многие готовые промышленные продукты могут использоваться как сырье для последующих производств (полупродукты).

Технология делится на механическую и химическую. В механической технологии рассматривают процессы, в которых изменяется форма или внешний вид и физические свойства материала, а в химической – процессы изменения состава, свойств и внутреннего строения вещества.

Сфера охраны окружающей природной среды имеет свой комплекс общепринятых технологических приемов, обеспечивающих соблюдение экологических требований в производственных процессах. Принципы создания технологических процессов в экологии совпадают с общими закономерностями, существующими в технике. Эти закономерности характеризуют протекание технологических процессов, которые могут быть разделены на следующие группы:

1. Механические процессы – подчиняются законам механики твердого тела. К ним относятся: перемещение, измельчение, резание, сортировка, смешение и др.

2. Гидромеханические процессы – используются для жидкостей, газов или включающих их неоднородных систем. Подчиняются законам механики жидкостей – гидромеханики. К ним относятся: перемещение жидкостей и газов, перемешивание в жидкой среде и др.

3. Тепловые процессы – связаны с теплообменом. К ним относятся нагревание, охлаждение, процессы, связанные с изменением агрегатного состояния вещества, и др.

4. Массообменные процессы – заключаются в переходе вещества (массы) из одной фазы в другую путем диффузии. К этой группе относятся следующие процессы перехода веществ:

а) из твердой фазы в жидкую (растворение твердых веществ) или из жидкой фазы в твердую (кристаллизация);

б) из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу (экстракция);

в) из жидкой фазы в парообразную и одновременно из парообразной в жидкую (ректификация);

г) из жидкой фазы в газообразную или из газообразной в жидкую (конденсация);

д) из твердой фазы в газообразную (сублимация) или из газообразной фазы на поверхность твердых тел.

Технологические процессы осуществляются периодически или непрерывно.

В периодическом процессе сырье загружают, используют и выгружают продукт порциями, периодически. При этом процесс происходит во всем объеме технологического аппарата, но его параметры изменяются во времени.

В непрерывном процессе загрузка, обработка и выгрузка производятся непрерывно. При этом все стадии процесса протекают одновременно, но в разных точках аппарата.

Ряд технологических процессов может относиться к дискретно непрерывным, когда один из элементов процесса (загрузка, обработка, выгрузка) может работать в дискретном (периодическом) режиме.

Несмотря на то, что существует огромное количество технологических процессов, большинство из них характеризуется сравнительно ограниченным числом физических законов. Основными из них являются законы сохранения массы и энергии.

По закону сохранения массы количество вещества, поступающего на переработку (Gнач), равно количеству вещества, получаемого в результате переработки (Gкон), т.е. приход вещества равен расходу. Это можно представить в виде уравнения материального баланса:

Gнач = Gкон.

Для периодических процессов материальный баланс составляется на одну операцию, для непрерывных процессов – за единицу времени.

В общем виде материальный баланс может быть выражен формулой

Вт + Вж + Вг = Вт + Вж + Вг,

где Вт, Вж, Вг – массы твердых, жидких и газообразных веществ, поступающих в производство; Вт, Вж, Вг – массы получаемых продуктов.

По закону сохранения энергии количество энергии, введенной в процесс, равно количеству ее, полученному в результате проведения процесса, т.е. приход энергии равен ее расходу.

Многие виды вредных воздействий сводятся к появлению в результате деятельности человека тех или иных видов загрязнений. Перечислим основные из них.

Твердые загрязнения – это отходы горнодобывающих и промышленных производств, бытовой и строительный мусор и т.п. Отходы и мусор отнимают место у природных сообществ. В лучшем случае их удается использовать для рекультивации природной среды – заполнения оврагов, строительства искусственных островов, дорог. В худшем случае они распространяются атмосферными и водными потоками и способны превратить обширные пространства в «индустриальные пустыни».

Ситуация становится гораздо более опасной, если среди твердых загрязнений имеются ядовитые вещества, особенно растворимые в воде. В таком случае твердые загрязнения должны быть подвергнуты специальной обработке, обеспечивающей защиту окружающей природной среды. Например, с помощью химической реакции ядовитые вещества могут быть переведены в безопасную форму. Или же твердые загрязнения могут быть помещены внутрь монолитных бетонных блоков.

Жидкие загрязнения – это, в частности, сточные воды промышленных и сельскохозяйственных производств, а также бытовые. Они обладают способностью просачиваться сквозь верхние слои почвы и отравлять обширные пространства земель и грунтовые воды под ними. Поэтому приходится их тщательно собирать и очищать. Перспективными являются производства с замкнутым циклом использования воды.

Газообразные загрязнения – это разнообразные газообразные отходы промышленных и сельскохозяйственных производств, выхлопные газы автомашин, самолетов и иных транспортных средств. Среди наименее опасных газообразных загрязнений – водяные пары, образующиеся при охлаждении циркулирующих технологических жидкостей электростанций.

Биологические загрязнения обычно связаны с непродуманным вмешательством человека в жизнь природных сообществ.

Тепловые загрязнения – это выбросы тепла в окружающую среду. Известно, что в центрах крупных городов температура воздуха обычно на 2–3 градуса выше, чем за их пределами. Промышленная и бытовая деятельность человека приводит к повышению температуры в планетарном масштабе – за ХХ век на 1–2 градуса. Очевидно, это влияет на климат, причем не вполне пока ясно каким образом. Во всяком случае, следует ожидать усиленного таяния ледников, в том числе в Антарктиде, подтопления прибрежных городов, изменения океанических и морских течений, атмосферных потоков, в итоге – колебаний климата.

Шумовые загрязнения – промышленный и бытовой шум, отрицательно влияющий на психическое и физическое здоровье работников предприятий и окружающего населения. Такие шумовые загрязнители,

как аэропорты, транспортные магистрали, должны быть вынесены за пределы мест отдыха, в том числе мест сна. Другими словами, жилые дома должны быть защищены от шума либо расстоянием, либо специальными сооружениями, либо, наконец, снабжены не пропускающими шум окнами. Анализ шумовой нагрузки – составная часть экологической экспертизы действующих предприятий и инвестиционных проектов.

Вибрационные загрязнения порождены работой различных инструментов, устройств, механизмов. Примером является влияние работы отбойного молотка на окружающих или прохождение поездов на жите-

лей стоящих рядом с железной дорогой домов.

Другие волновые загрязнения обычно вызваны электромагнитным воздействием. Примером является влияние линий электропередач. Если встать под такой линией и в раскинутых руках зажать концы проводов, присоединенных к электрической лампочке, то лампочка загорится. Это показывает величину электромагнитного поля в подобном месте. Поэтому рядом и тем более под линиями электропередач запрещено строить дома и проводить какие-либо работы.