Введение в специальность

ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Природные ресурсы — это совокупность естественных тел и явлений, которые человек использует в своей деятельности в на­стоящее время или сможет использовать в будущем. К природным ресурсам относятся также и преобразованные человеком тела и системы («вторая природа»). Поэтому природные ресурсы иногда делят на первичные и вторичные.

Поскольку одной из проблем природопользования является угроза истощения отдельных ресурсов, существует их классифи­кация по исчерпаемости и возобновимости (рис. 7.). Так, не­исчерпаемые ресурсы — это преимущественно внешние по отноше­нию к Земле процессы и явления, например солнечная энергия и ее производные (энергия движущегося воздуха, падающей воды, морских волн и течений). Исчерпаемые ресурсы — это те вещества и существа, которые присутствуют только на Земле как физически конечном теле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновимые, т. е. способные к самовоспроизводству (растительный, животный мир, мир микро­организмов), невозобновимые, образовавшиеся в недрах Земли и весьма отдаленные от нас эпохи в течение многих миллионов лет (например, рудные и нерудные полезные ископаемые), а также относительно возобновимые, т. е. способные к самовоспроизвод­ству, но в темпах, отстающих от темпов их эксплуатации. Так, процесс образования черноземного горизонта толщиной 1 см

Длится столетия, а разрушен или утрачен он может быть гораздо быстрее.

Лес — ресурс возобновимый, поскольку деревья принадлежат к растительному миру, но древесина как сырьевой ресурс обладает лишь относительной возобновимостью (для образования запаса древесины определенного качества, пригодной для промышлен­ного использования, требуются многие десятилетия).

Особое место занимают вода и атмосфера, которые могут рассматриваться не только в качестве элемента окружающей среды, но и как природные ресурсы.

В количественном отношении масса газов, входящих в постоян­ный состав атмосферы, как и вещества с химической формулой НгО, практически неизменна, и потому их можно относить к неисчерпаемым ресурсам. Но для культурно-бытовых, хозяйствен­ных и промышленных нужд требуется вода определенного каче­ства, преимущественно пресная и свободная от примесей. Исполь­зованию воды в промышленности предшествует сложный процесс водоочистки и водоподготовки. Для сохранения чистоты воздуха применяют воздухоочистительную технику, а также комплекс санитарно-гигиенических и архитектурно-планировочных меро­приятий.

Таким образом, оказывается, что, будучи неисчерпаемыми в количественном отношении, воздух и вода в то же время исчер­паемы качественно и локально, причем сделать их неисчерпаемы­ми — в силах человека.

Для получения энергии, создания необходимой продукции человек находит, добывает и перемещает к местам переработки необходимые природные ресурсы, вовлекая их в ресурсный цикл, под которым понимается совокупность превращений и простран­ственных перемещений определенного вещества или группы ве­ществ, происходящих на всех этапах использования их человеком (включая выявление, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение и возвращение в природу) и протекающих в рамках общественного звена общего круговорота данного вещества или веществ на Земле [6].

Если рассмотреть ресурсный цикл на примере целлюлозно-бумажного про­изводства, то в начале его находится добыча или заготовка древесины, сырья для получения реагентов варочных растворов, забор воды, выработка энергии путем сжигания ископаемого топлива. В процессе получения энергии или при варке древесины с целью получения целлюлозы неизбежны твердые, жидкие и газообразные отходы сырья, материалов, происходит износ оборудования. Получе­ние энергии сопровождается полным разрушением ископаемых энергетических ресурсов, превращением их в нные продукты, а получаемая при варке древесины целлюлоза используется на последующих этапах ресурсного цикла, где требуется вовлечение в цикл дополнительных ресурсов, например веществ, необходимых для отбелки целлюлозы, производства из нее бумаги, картона и др. Далее конеч­ная продукция поступает в пользование в виде книг, писчебумажных принад­лежностей, упаковочных материалов, технических продуктов. Многие побочные продукты, например отработанные щелока, могут частично рекуперироваться, а частично использоваться для получения канифоли, мыла, скипидара, спирта, кормовых дрожжей и других продуктов.

Слово «цикл» подразумевает замкнутость процесса. А в при­роде все вещества находятся в замкнутых биогеохимических циклах. В противном случае они уже перешли бы в какое-то иное состояние, исключающее дальнейшие превращения. Однако ресурсный цикл, который иногда называют «антропогенным круго­воротом вещества», фактически не замкнут (рис. 8). На каждом его этапе неизбежны потери, являющиеся либо следствием особен­ностей технологии, либо иных объективных и субъективных причин,

Считается, что на всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается около 98 % добываемого сырья. Это рас­сеивание характеризуется двумя основными особенностями. Во - первых, рассеиваются в большинстве случаев не исходные, а трансформированные (иногда радикально) ресурсы, а во-вторых, возврат в природу происходит не в места бывшей локализации ресурса, а в совершенно иные. Эти трансформированные или утраченные в ресурсном цикле вещества и оказываются чуждыми живым организмам, т. е. рассматриваются в качестве загрязняю­щих веществ. Известен афоризм: «загрязненные среды — это природные ресурсы, оказавшиеся не на своем месте», и, как было показано выше, охрана качества окружающей среды от загряз­нения в значительной степени основывается на предотвращении поступления отходов в воду, почву и атмосферу.

Извлеченные из отхо­дов, регенерируемые, рекуперируемые

1_. Конечные продукты, изделия, вещества

Износ, коррозия, направленное рассеивание в природе, иные варианты выхода из пользования

ПОТЕРИ

Лом, вторичное сырье

Условные обозначения: I _ последовательные звенья цикла;

Рис. 8. Упрошенная схема ресурсного цикла 66

Нередко загрязняющими веществами оказываются не только заведомо токсичные и вредные отходы производств, но и практи­чески безвредные вещества, образующиеся в качестве попутных продуктов (массы навоза в сельском хозяйстве, диоксид углерода, утонувшая в воде при лесосплаве древесина и др.).

Предотвращение подобных форм загрязнения среды столь же необходимо, сколь и любых других.

Вполне понятно, что все это — инженерные задачи, и решить их реально могут только специалисты конкретных производств: металлурги, строители, инженеры-химики-технологи.

Таким образом, совершенствование ресурсного цикла на всех его этапах — основа защиты окружающей среды и неистощитель - ного использования природных ресурсов.

Рассмотрим некоторые примеры. Совершенствование добычи полезных иско­паемых приводит к более полному извлечению их из мест залегания, при этом сокращается необходимость вовлечения новых месторождений. Контурное за­воднение нефтяных пластов дает возможность полностью извлекать нефть, не оставляя ее в недрах. Подземная газификация углей — известная еще Д. И. Мен­делееву — тоже важнейший резерв для сбережения топлива и более рационального его использования.

При транспортировке сырья и материалов потери твердых (сыпучих) и жидких веществ из-за несовершенства подвижного состава приводят, с одной стороны, к многотоннажным потерям, а с другой — к попаданию чуждых веществ в при­родную среду. Сокращение расстояний перевозки, новые методы передачи энер­гии решают одновременно задачи ресурсосбережения и предотвращения за­грязнения.

При переработке сырья образуется много побочных продуктов и отходов. Так, при производстве из фосфатов экстракционной фосфорной кислоты образуются дигидрат, полугидрат или безводный сульфат кальция, известные под названием фосфогипса, который сбрасывают в отвалы (до 10 млн. т в год). Однако он содержит фосфорную кислоту и может быть использован в сельском хозяйстве как минеральное удобрение, кроме того, фосфогипс поддается утилизации при обжиге в цементной промышленности, что позволяет снижать расход топлива и повышать производительность печей. Известны промышленные способы получения из него серной кислоты, сульфата аммония. Таким образом, типичное загряз­няющее среду вещество может быть рекуперировано, при этом не только умень­шается загрязнение, но и сокращается потребность в использовании дополнитель­ного минерального сырья. А это и есть ресурсосбережение.

При газификации топлив образуются сотни тысяч тонн коксозольных тверды* остатков, десятки тысяч тонн смоляных фусов, гудрона. В большинстве случаев они поступают в отвалы, в результате чего теряется немало ценных продуктов и сильно загрязняется природная среда, особенно вода и почва. Однако фусы можно использовать для дополнительной переработки с исходным топливом, а гудроны -- в качестве добавок при коксовании, для производства вяжущих мате­риалов и получения диоксида серы.

Использование древесины лиственных пород для получения целлюлозы по­зволяет сократить вырубку лесов, т. е. решить важнейшую экологическую задачу сохранения средообразующих свойств лесных насаждений, одновременно экономя хвойную древесину.

Важнейшее значение имеет утилизация материалов, выходящих из пользо­вания. Так, применение 1 т металлического лома освобождает от необходимости добывать несколько тонн минерального сырья, а использование макулатуры — от необходимости вырубать лишние лесные массивы.

Итак, рекуперация отходов ресурсного цикла решает сразу две задачи: позволяет экономить природные ресурсы, в полной мере осуществляя задачу ресурсосбережения, и одновременно сохранять чистоту природных систем.