Природные ресурсы и их классификация

15. Природные ресурсы  и их классификация.

 

Природные ресурсы (естественные ресурсы) - элементы природы, часть всей совокупности природных условий и важнейшие компоненты природной среды, которые используются (либо могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для удовлетворения разнообразных потребностей общества и общественного производства.

Природные ресурсы являются главным объектом природопользования, в процессе которого они подвергаются эксплуатации и последующей переработке. Главные виды природных ресурсов - солнечная энергия, внутриземное тепло, водные, земельные и минеральные ресурсы - являются средствами труда. Растительные ресурсы, животный мир, питьевая вода, дикорастущие растения - являются предметами потребления.

Под классификацией природных ресурсов понимается разделение совокупности предметов, объектов и явлений природной среды на группы по функционально значимым признакам. Учитывая природное происхождение ресурсов, а также их огромное экономическое значение, разработаны следующие классификации природных ресурсов.

Природная (генетическая) классификация - классификация природных ресурсов по природным группам: минеральные (полезные ископаемые), водные, земельные (в т.ч. почвенные), растительные, (в т.ч. лесные), животного мира, климатические, ресурсы энергии природных процессов (солнечное излучение, внутреннее тепло Земли, энергия ветра и т.п.). Часто ресурсы растительного и животного мира объединяют в понятие биологические ресурсы.

Экологическая классификация природных ресурсов основана на признаках исчерпаемости и возобновимости запасов ресурсов. Понятием исчерпаемости пользуются при учете запасов природных ресурсов и объемов их возможного хозяйственного изъятия.

Выделяют по данному признаку ресурсы:

неисчерпаемые - использование которых человеком не приводит к видимому истощению их запасов ныне или в обозримом будущем (солнечная энергия, внутриземное тепло, энергия воды, воздуха);

почерпаемые невозобновимые - непрерывное использование которых может уменьшить их до уровня, при котором дальнейшая эксплуатация становится экономически нецелесообразной, при этом они неспособны к самовосстановлению за сроки, соизмеримые со сроками потребления (например, минеральные ресурсы);

почерпаемые возобновимые - ресурсы, которым свойственна способность к восстановлению (через размножение или другие природные циклы), например, флора, фауна, водные ресурсы, В этой подгруппе выделяют ресурсы с крайне медленными темпами возобновления (плодородные земли, лесные ресурсы с высоким качеством древесины).

Хозяйственная классификация, когда природные ресурсы классифицируют на различные группы с точки зрения возможностей хозяйственного использования:

по техническим возможностям эксплуатации выделяют природные ресурсы: реальные - используемые при данном уровне развития производительных сил; потенциальные - установленные на основе теоретических расчетов и предварительных работ и включающие помимо точно установленных технически доступных запасов еще и ту часть, которую в настоящее время нельзя освоить по техническим возможностям;

по экономической целесообразности замены различают ресурсы заменимые и незаменимые. Например, к заменимым относят топливно-энергетические ресурсы (они могут быть заменены другими источниками энергии).

К незаменимым принадлежат ресурсы атмосферного воздуха, пресные воды и пр.

Среди классификаций природных ресурсов, отражающих их экономическую значимость и хозяйственную роль, особенно часто используется классификация по направлению и видам хозяйственного использования. Основной критерий подразделения ресурсов в ней - отнесение их к различным секторам материального производства или непроизводственной сферы. По этому признаку природные ресурсы делятся на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства.

Группа ресурсов промышленного производства включает все виды природного сырья, используемого промышленностью. В связи с многоотраслевым характером промышленного производства виды природных ресурсов дифференцируются следующим образом:

Энергетические, к которым относят разнообразные виды ресурсов, используемых на современном этапе для производства энергии:

• горючие полезные ископаемые (нефть, газ, уголь, битуминозные сланцы и др.)
• гидроэнергоресурсы (энергия речных вод, приливная энергия и т.п.);
• источники биоэнергии (топливная древесина, биогаз из отходов сельского хозяйства.);
• источники ядерной энергии (уран и радиоактивные элементы).

Неэнергетические ресурсы, представляющие сырье для различных отраслей промышленности или участвующие в производстве согласно его техническим особенностям:

• полезные ископаемые, не относящиеся к группе каустобиолитов (рудные и нерудные);
• воды, используемые для промышленного производства;
• земли, занятые промышленными объектами и объектами инфраструктуры;
• лесные ресурсы промышленного значения;
• биологические ресурсы промышленного значения.

Ресурсы сельскохозяйственного производства объединяют те виды ресурсов, которые участвуют в создании сельскохозяйственной продукции:

• агроклиматические ресурсы тепла и влаги, необходимые для продуцирования культурных растений и выпаса скота;
• почвенно-земельные - земля и ее верхний слой - почва, обладающая уникальным свойством продуцировать биомассу;
• растительные биологические ресурсы - кормовые ресурсы;
• водные ресурсы - воды, используемые для орошения и пр.

К ресурсам непроизводственной сферы (непроизводственного потребления - прямого или косвенного) относятся ресурсы, изымаемые из природной среды (дикие животные, представляющие объекты промысловой охоты, лекарственное сырье естественного происхождения), а также ресурсы рекреационного хозяйства, заповедных территорий и др.

Широко используется геолого-экономическая классификация полезных ископаемых по основным направлениям их использования в промышленности:

• топливно-энергетическое сырье (нефть, газ, уголь, уран и др.);
• черные, легирующие и тугоплавкие металлы (руды железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и др.);
• благородные металлы (золото, серебро, платиноиды),
• химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты, апатиты и др.);
• техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.).

Отдельные структурные схемы классификации природных ресурсов приведены на рис. 1,2 и 3.

 

Рисунок 1. Классификация природных ресурсов по происхождению

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Классификация природных ресурсов по видам хозяйственного использования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20. Состав и  структура почв.

 

Почва — особое естественно-историческое образование, возникшее в результате изменения поверхностного слоя литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов. Порода, из которой образовалась почва, называется материнской. Исходные минералы и структура породы разрушаются, создаются новые минералы и другая структура, обеспечивающие накопление разложившейся органики. В результате формируется почва — геологическое тело, отличающееся от всех похожих на нее глинистых и песчаных образований тем, что обладает плодородием: дает жизнь растениям и, следовательно, пищу животным и человеку.

Плодородие почвы — ее способность удовлетворять потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, и на этой основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных культур, а также биогенную продуктивность диких форм растительности.

Электромагнитные поля являются универсальным носителем информации в биосфере. По сравнению со звуковой, световой или химической информацией, они распространяются в любой среде обитания с максимальной скоростью, при любой погоде и на любые расстояния, на них реагируют любые биосистемы, они могут поступать из Космоса на Землю. С усложнением биосистем у них появляется способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.

Различают искусственное и естественное плодородие. Искусственное плодородие — результат агрономического воздействия на почву, а естественное плодородие, или просто почвенное плодородие, обусловлено естественными экологическими факторами почвы.

Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной компонент и содержит живые макро- и микроорганизмы (растительные и животные).

Твердая компонента преобладает в почве и представлена минеральной и органической частями. Больше всего минералов первичных, оставшихся от материнской породы, меньше — вторичных, образовавшихся в результате разложения первичных, — это глинистые минералы коллоидных размеров, а также минералы-соли: карбонаты, сульфаты, галоиды и др., выпадающие в осадок из почвенных вод. Процентное содержание в почве способных легко растворяться в воде минералов-солей характеризует ее  степень засоления. Органическая часть представлена гумусом — сложным органическим веществом, образовавшимся в результате физико-химического разложения отмершей органики. Гумус играет ключевую роль в плодородии почвы благодаря питательным веществам, которые он содержит, в том числе и биогенным элементам. Содержание гумуса в почвах колеблется от десятых долей процента до 20—22%. Самые богатые гумусом почвы — черноземы, они же и самые плодородные.

Почвенная биота представлена фауной и флорой. Фауна: дождевые черви, мокрицы, земляные клещи, нематоды и др. перераспределяют гумус и биогенные элементы, повышая ее плодородие. Огромную роль играют дождевые черви, вес которых может превышать вес пасущегося на лугу скота. На гектар черноземной пашни до пяти миллионов особей. Они, по мнению Ч. Дарвина, пропускают через свой кишечник за несколько лет весь пахотный слой. Флора — это грибы, бактерии, водоросли и др., которые перерабатывают органику до исходных неорганических составляющих (деструкторы).

Жидкая компонента почв, вода, может быть свободной, связанной, капиллярной и парообразной. Свободная вода перемещается по порам под действием силы тяжести, связанная адсорбируется поверхностью частиц и образует на них пленку, капиллярная удерживается в тонких порах под действием менисковых сил, г парообразная находится в той части пор, которая свободна от воды. Наиболее доступной для корневой системы растений являются свободная и капиллярная формы воды, труднодоступная — связанная (пленочная) вода, а парообразная влага большой роли не играет. Отношение массы всей воды в почве к массе ее твердой компоненты, обычно выраженное в процентах, именуют влажностью почвы.

Всю жидкую компоненту почв называют почвенным раствором. Он может содержать нитраты, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты и другие соли, а также водорастворимые органические кислоты, их соли, сахара, но преимущественно в свободной и капиллярной воде, в связанной воде вещества труднорастворимы. Концентрация раствора зависит от влажности почвы.

Состав и концентрация почвенного раствора определяют реакцию среды, показателем которой является величина рН. Наиболее благоприятной для растений и почвенных животных является нейтральная среда (рН = 7).

Структура и пористость определяют доступность для растений и животных питательных веществ. Частицы почв, связанные между собой силами молекулярной природы, образуют структуру почвы. Между ними образуются пустоты, называемые порами. Пористость — это доля объема пор в объеме почвы, которая может достигать 50% и более.

 

 

 

 

33.  Классификация  и краткая характеристика методов  очистки промышленных газовых  выбросов от газообразных выбросов.

 
 Очистка газовых  выбросов от газообразных примесей 
Для улавливания газообразных примесей, в виде оксидов серы и азота, сероводорода и др. применяют методы  хемосорбции, адсорбции, каталитического и термического окисления.  
 
 Хемосорбция (абсорбция) основана на поглощении газов жидкими поглотителями с образованием малолетучих химических соединений. Молекулы загрязняющих веществ могут адсорбироваться жидкой поверхностью физически либо взаимодействовать с адсорбентом и превращаться в другие вещества. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, является экзотермическими и обратимыми. Эти свойства используются для выделения чистых концентрированных продуктов. Например, для очистки выбросов от диоксида серы применяется аммиачно-циклический метод. 
Первая стадия  
(NH4)2SO2 + SO2 + H2 2NHO4HSO3 + Q 
при температуре 0-350С протекает слева направо, а при кипячении – в обратном направлении. Поэтому когда раствор, насыщенный NH4HSO3, нагревают, то при этом выделяется концентрированный SO2, который является сырьем для получения серной кислоты. Хемосорбцию проводят в специальных устройствах – абсорберах . В этих аппаратах абсорбция может быть осуществлена противоточно либо прямоточно. Жидкость диспергируется в потоке газа или газовый поток барботирует через жидкость (использование насадочных скруберов, пенных аппаратов, безнасадочных форсуночных абсорберов и др.). В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, сульфат магния и т.д.  
Показателями абсорбционных методов являются степень очистки (ПДК) и коэффициент массопередачи, которые зависят от растворимости газа в абсорбенте, технологического режима в реакторе, скорости химических реакций и др. Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этих методов состоит обеспечивают высокую степень очистки только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны. Многоступенчаты и реакторы имеют большой объем.  
 
Адсорбция – основана на селективном поглощении вредных газов и паров твердыми адсорбентами, имеющими развитую микропористую удельную поверхность (Sуд – отношение поверхности к массе, м2/г). 
В адсорберах очищаемый газовый поток пронизывает снизу вверх слой адсорбента, который состоит из зернистого материала (см. рис.4). При этом вредные примеси связываются адсорбентом и впоследствии могут быть выделены из него. Применяются адсорберы с неподвижным фильтрующим слоем (прерывистого действия) и адсорберы непрерывного действия, в которых адсорбент медленно перемещается и одновременно очищает проходящий через него поток.  
Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей: разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов, санитарная очистка газовых выхлопов.  
Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционной очистки в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, так как обеспечивают высокую производительность по газу, возможность регенерации и возврата продукта в производство. Адсорбционные методы наиболее эффективны для удаления токсичных примесей, содержащихся в малых концентрациях – как завершающий этап очистки газов. Недостаток адсорбционных установок – малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации сорбента.  
 
Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых или жидких катализаторов, то есть на закономерностях гетерогенного или гомогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, в отличие от рассмотренных методов, не извлекаются из газа, а трансформируются либо в безвредные соединения, либо в соединения легко удаляемые из газового потока (в этом случае необходимы дополнительные операции). Трудно провести границу между адсорбционными и каталитическими методами, поскольку такие традиционные сорбенты как активированный уголь и цеолиты, служат активными катализаторами для многих химических реакций. Однако методы утилизации соединений, полученных при катализе иные, чем в адсорбционных процессах. 
Примером каталитического процесса может служить окисление диоксида серы в триоксид на угольном катализаторе. В присутствии паров воды на поверхности угля в результате окисления SO2 образуется серная кислота, концентрация которой после регенерации угля составляет от 15 до 70%. В качестве твердофазных катализаторов могут также использоваться оксиды ванадия, железа, меди или хрома, полиоксидные катализаторы. При жидкофазном каталитическом окислении диоксида серы в качестве катализатора используются соли марганца или железа. В этом случае орошающий раствор поглощает из газа SO2.  
Каталитические методы обеспечивают глубокую очистку газов до ((% при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых концентрациях примесей. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны. Недостаток метода – образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (адсорбцией, абсорбцией), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект. 
 
Термический метод предусматривает высокотемпературное сжигание вредных примесей. Его применяют для удаления горючих веществ, например, предельных и ароматических углеводородов, или монооксида углерода. Простейший метод – факельное сжигание. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса – 750 – 9000С и теплоту горения примесей можно утилизировать. 
Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы с применение на разных стадиях грубой, средней и тонкой очистки, а на стадиях доочистки – использование адсорбционных и каталитических методов.