Альтернативные виды энергии и загрязнение водных бассейнов
Альтернативные виды энергии и загрязнение водных бассейнов
ХАРЬКОВСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ
"НАРОДНАЯ УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ"
Факультет "Бизнес-управление"
Заочное отделение
Контрольная работа
по предмету
"Экология"
Студентки группы БУ-11
Воликовой С.Л.
ХАРЬКОВ – 1999
Содержание
1. Альтернативные виды энергии 3
1.1. Энергия солнца 3
1.2. Ветровая энергия 4
1.3. Энергия рек 5
1.4. Энергия Земли 6
2. Загрязнение водных бассейнов. Способы очистки 8
2.5. Источники загрязнения внутренних водоемов 8
2.6. Методы очистки сточных вод 11
Список литературы 15
Альтернативные виды энергии
1 Энергия солнца
В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии
резко возрос. И хотя этот источник также относится к возобновляемым,
внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас отдельно рассмотреть
возможности использования солнечной энергии.
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании
непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.
Заметим, что использование всего лишь 0,0125 % этого количества
энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой
энергетики, а использование 0,5 % - полностью покрыть потребности на
перспективу.
К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы
удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных
препятствий такой реализации является низкая интенсивность солнечного
излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое
небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2.
Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию,
необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно
разместить их на территории 130000 км2!
Необходимость использовать коллекторы огромных размеров, кроме того,
влечет за собой значительные материальные затраты. Простейший коллектор
солнечного излучения представляет собой зачерненный металлический (как
правило, алюминиевый) лист, внутри которого располагаются трубы с
циркулирующей в ней жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии,
поглощенной коллектором, жидкость поступает для непосредственного
использования. Согласно расчетам, изготовление коллекторов солнечного
излучения площадью 1 км2 требует примерно 104 тонн алюминия. Доказанные же
на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1,17(109 тонн.
Из написанного ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие
мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления
коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие
материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что
на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые
потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В
рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать"
солнечную энергию на площади от 1(106 до 3(106 км2. В то же время общая
площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13(106 км2.
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоемким видам
производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии
влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а
следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения,
получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой
аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1
МВт(год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется
затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов. В традиционной энергетике на
органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов.
Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится
намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются,
что эксперименты, которые они проведут на опытных установках и станциях,
помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
2 Ветровая энергия
Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более
чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и
повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную
прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и
разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем.
Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все
ее потребности в электроэнергии! Почему же столь обильный, доступный да и
экологически чистый источник энергии так слабо используется? В наши дни
двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых
потребностей в энергии.
Техника XX века открыла совершенно новые возможности для
ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В
начале века Н.Е. Жуковский разработал теорию ветродвигателя, на основе
которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные
получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов
ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные
мельницы. В новых проектах используются достижения многих отраслей знания.
В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой
ветроэнергетической установки - привлекаются специалисты-самолетостроители,
умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в
аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые
разнообразные конструкции современных ветровых установок.
3 Энергия рек
Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в
текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые
считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода, так
как около 3/4 поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором
энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от
Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие
океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в
моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти
мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать
энергию рек.
Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение
водяного колеса, правда, уже в другом обличье (в виде водяной турбины).
Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а
это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее
уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891
году.
Преимущества гидроэлектростанций очевидны: постоянно возобновляемый
самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения
окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы
оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной
гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка
небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во
вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас
воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов,
что объем гигантских египетских пирамид, по сравнению с ним, покажется
ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько
гидроэлектростанций. Вблизи Пятигорска, на Северном Кавказе на горной реке
Подкумок успешно действовала довольно крупная электростанция с
многозначительным названием "Белый уголь". Это было лишь началом.
Уже в историческом плане ГОЭЛРО предусматривалось строительство
крупных гидроэлектростанций. В 1926 году в строй вошла Волховская ГЭС, в
следующем - началось строительство знаменитой Днепровской. Дальновидная
энергетическая политика, проводящаяся в нашей стране, привела к тому, что у
нас, как ни в одной стране мира, развита система мощных гидроэлектрических
станций. Ни одно государство не может похвастаться такими энергетическими
гигантами, как Волжская, Красноярская и Братская, Саяно-Шушенская ГЭС. Эти
станции, дающие буквально океаны энергии, стали центрами, вокруг которых
развились мощные промышленные комплексы.
Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического
потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и
таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать
их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное
количество энергии.
4 Энергия Земли
Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии,
таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о
катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих
жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность
извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она
многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок,
созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии
вулканических извержений говорить не приходится: нет пока у людей
возможностей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения
эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных
недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход
через огнедышащие жерла вулканов.
Маленькая европейская страна Исландия ("страна льда" в дословном
переводе) полностью обеспечивает себя помидорами, яблоками и даже бананами!
Многочисленные исландские теплицы получают энергию от тепла земли, других
местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата
эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами - фонтанами горячей
воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам
принадлежит приоритет в использовании тепла подземных источников (еще
древние римляне к знаменитым баням - термам Каракаллы - подвели воду из-под
земли), жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную
котельную очень интенсивно. Столица город Рейкьявик, в которой проживает
половина населения страны, отапливается только за счет подземных
источников.
Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже
давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники.
Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904
году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь
французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект
использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно
мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты,
использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции
достигла уже внушительной величины - 360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии
существует такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч
киловатт. В 120 км от Сан-Франциско в США производит электроэнергию
геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.
Загрязнение водных бассейнов. Способы очистки
1 Источники загрязнения внутренних водоемов
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических,
химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием
в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут
создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования,
нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие
типы:
механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное, в
основном, поверхностным видам загрязнений;
химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ
токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных
микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или
подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных
электростанций.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются
недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных
предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при
разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве
лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы
первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в
природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые, в
основном, проявляются в изменении физических свойств воды, в частности,
появление неприятных запахов, привкусов и т.д.; в изменении химического
состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии
плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.
Производственные сточные воды загрязнены, в основном, отходами и
выбросами производства. Количественный и качественный состав их
разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических
процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические
примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-
туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и
т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др.
Сточные воды этой группы, в основном изменяют физические свойства воды.
Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие,
нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические
и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы,
фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой
группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие
которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается
биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели
воды.
Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными
загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в
водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную
пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на
дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска,
поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода,
появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические
свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают
непригодной для употребления тонну воды.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он
содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом
резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения,
вода приобретает специфический запах карболки.
На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-
бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается
поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры,
мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют
воду и ухудшают ее физико-химические свойства. На рыбах и на их корме -
беспозвоночных - неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей
древесины и коры выделяются в воду различные дубильные вещества. Смола и
другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода,
вызывая гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы
сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб
нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки.
Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными
микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным.
Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше,
чем воды, в которой они живут.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 кюри на 1 л и
более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны и специальные
резервуары.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов
значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти
стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и
гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические
средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также
в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические
вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают
значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В
результате, снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется
деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и
минеральными удобрениями, которые попадают с полей вместе со струями
дождевой и талой воды. В результате исследований, например, доказано, что
инсектициды, содержащиеся в воде в виде суспензий, растворяются в
нефтепродуктах, которыми загрязнены реки и озера. Это взаимодействие
приводит к значительному ослаблению окислительных функций водных растений.
Попадая в водоемы, пестициды накапливаются в планктоне, бентосе, рыбе и по
цепочке питания попадают в организм человека, действуя отрицательно как на
отдельные органы, так и на организм в целом.
В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать
стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные
жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и
целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов,
предприятий мясо-молочной, консервной и кондитерской промышленности,
являются причиной органических загрязнений водоемов.
В сточных водах обычно около 60 % веществ органического происхождения,
к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы,
грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных
водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.
Нагретые сточные воды тепловых электростанций и других производств
причиняют “тепловое загрязнение”, которое угрожает довольно серьезными
последствиями: в нагретой воде меньше кислорода, резко изменяется
термический режим, что отрицательно влияет на флору и фауну водоемов, при
этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах
сине-зеленых водорослей, так называемого “цветения воды”. Загрязняются реки
и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом
навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.
2 Методы очистки сточных вод
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения
воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были
невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с
резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным
загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и
утилизировать их.
Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или
удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения -
сложное производство. В нем, как и в любом другом производстве, имеется
сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).
Методы очистки сточных вод можно разделить на механические,
химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются
вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется
комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном
случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем
отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные
частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами,
песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а
поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями,
отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых
сточных вод до 60-75 % нерастворимых примесей, а из промышленных - до 95 %,
многие из которых, как ценные примеси, используются в производстве.
Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют
различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями
и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается
уменьшение нерастворимых примесей до 95 % и растворимых до 25 %
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко
дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические
и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов
применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое
применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении
органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других
неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых
сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза
эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых
других областях промышленности.
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона,
ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка
путем хлорирования.
Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть
биологический метод, основанный на использовании закономерностей
биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть
несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры,
биологические пруды и аэротен0ки.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого
материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке
интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит
действующим началом в биофильтрах. В биологических прудах в очистке сточных
вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.
Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее
начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые
существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические
вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком
подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты,
минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает,
отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и
другие мельчайшие животные, пожирая бактерии (не слипающиеся в хлопья)
омолаживают бактериальную массу ила.
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а
после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке,
хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют
также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование
и др.)
Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-
бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий
нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве
искусственного волокна.
Список литературы
1. Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горячего
водоснабжения. – Ташкент: Фан, 1988.
2. Алферова А.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства
промышленных предприятий, комплексов и районов. – М.: Стройиздат, 1987.
3. Бурдаков В.П. Электроэнергия из космоса. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
4. Дверняков В.С. Солнце – жизнь, энергия. – К.: Наукова думка, 1986.
5. Колтун М.М. Солнце и человечество. – М.: Наука, 1981.
6. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения / Под ред. И.К.
Гавич. – М.: Агропромиздат, 1985.
7. Охрана окружающей природной среды / Под ред. Г.В. Дуганова. – К.: Выща
школа, 1990.
8. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. - М.: Энергоатомиздат,
1991.