Конспект лекции "проблемы использования полезных ископаемых и энергетических ресурсов". Экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых

Экологические основы природопользования

Курс лекций для студентов СПО дневной и заочной форм обучения

Лекция 7 . Проблемы использования и воспроизводства природных ресурсов

Вода является неисчерпаемым природным ресурсом в общепланетарном масштабе, так как ее общее количество на планете поддерживается постоянным влагооборотом между океаном, атмосферой и сушей земного шара.

Вода занимает 70,8% общей поверхности планеты. На долю Мирового океана приходится 97% всех запасов водных ресурсов. Большая часть пресных вод (70%) содержится в ледниках и снежных покровах. На подземные воды приходится 23% запасов пресных вод, следовательно, доступными для использования остаются всего только 7% пресных вод. Ежегодный забор воды в РФ из водных источников для использования составляет 75 млрд м 3 .

Основной проблемой в настоящее время является загрязнение пресных вод различными загрязнителями: пестицидами и ядохимикатами, нефтью и нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.

В табл. 1 представлены данные о содержании некоторых органических веществ в промышленных водах.

Содержание загрязняющих веществ в промышленных сточных водах

Загрязняющие вещества

Сток в мировом масштабе,

млн т в год

Нефтепродукты

26,563

Фенолы

0,460

Отходы производства синтетических волокон

5,500

Растительные органические остатки

0,170

Всего

33,273

Основными направлениями рационального использования водных ресурсов являются: вторичное использование, применение новых технологий очистки, организационные мероприятия.

Вторичное использование воды применяется на промышленных предприятиях в различных технологических процессах.

Новые технологии очистки воды. В настоящее время применяются более совершенные методы очистки воды: физико-химические, биотехнологические. К физико-химическим методам относятся: радиационные, ионообменные, окислительно-восстановительные и другие методы очистки.

Организационные мероприятия сводятся к административно-правовому и экономическому регулированию водопользования. Отношения в сфере использования и охраны водных объектов регулируются Водным кодексом РФ, принятым 18 октября 1995 г. Государственный экологический контроль осуществляет Государственная инспекция по охране водных ресурсов, которая контролирует состояние водоочистного оборудования, наличие разрешений на водопользование, следит за состоянием водоохранных зон.

Проблемы использования полезных ископаемых

Полезные ископаемые - минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их для обеспечения жизнедеятельности человека и в сфере материального производства. Полезные ископаемые делят на твердые (угли, руды, нерудное сырье), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (природные горючие и инертные газы).

Классификация полезных ископаемых. Место полезных ископаемых в классификации природных ресурсов определено в лекции 6. (рис. 2). Рассмотрим теперь классификацию полезных ископаемых.

Полезные ископаемые подразделяют на металлические, неметаллические, горючие и водоминеральные (рис. 3

Рис. 3 . классификация полезных ископаемых

Использование полезных ископаемых . В России добывается нефти около 17%, газа - 25%, каменного угля -15%, товарной железной руды - 14% всего объема этих ископаемых, добываемых в мире. Запасы полезных ископаемых позволяют сохранять уровень добычи на протяжении сотен лет, но при условии освоения технологии на более значительной глубине (5-7 км). В целом проблемма количественного роста минерально-сырьевой базы России стоит лишь для ограниченного круга полезных ископаемых (марганец, хром, сурьма, ртуть).

Положение дел в области охраны недр и горной экологии в последние годы значительно ухудшилось. Главными причинами этого являются как общее состояние экономике страны, так и недостаточно продуманные преобразования в системе управления минерально-сырьевым комплексом. Существует множество предпосылок для хищнического освоения минерального потенциала страны.

Растения как индикаторы состава почв. Химический состав почв определяет распространение отдельных видов, а иногда и целых групп растений. Можно наблюдать появление особых форм растений на почвах с повышенным содержанием того или иного химического элемента (уродливость, особая окраска лепестков и др.).

Некоторые виды растений, а иногда сообщества растений избирательно развиваются на разных месторождениях. Такие виды и сообщества служат индикаторами полезных ископаемых. Существуют растения - индикаторы на повышенное или пониженное содержание минеральных веществ в почве, на засоление или повышенную кислотность почв.

На почвах, богатыми минеральными веществами, растут пролески, сныть, растения черноземных степей и низинных болот. На почвах, бедных минеральными веществами, растут росянка, сабельник, подбел, т. е. растения верховых болот. Растения, произрастающие на почвах, богатых азотом (нитратных), - крапива, кипрей, бузина.

Древесные растения по мере убывания требовательности к минеральным веществам в почве группируются следующим образом: 1) ясень, вяз, бук; 2) пихта, ольха черная, липа, граб, дуб, клен; 3) осина, кедр, ольха серая, ель обыкновенная; 4) сосна обыкновенная, береза.

Проблемы использования земельных ресурсов

Виды использования земель. Любой вид использования земель ведет к их деградации. Под деградацией понимается перестройка и разрушение естественных экосистем, снижении и ликвидация их способности обеспечивать устойчивость окружающей среды. Различают два вида использования земель - индустриальное и сельскохозяйственное.

Индустриальное использование земель, начиная от добычи полезных ископаемых и кончая их переработкой, созданием промышленной инфраструктуры и населенных пунктов, сопровождается полным разрушением экосистем, почвенного слоя, нарушением режима водных объектов, загрязнением всех сред.

Сельскохозяйственное использование земель также ведет к уничтожению естественных экосистем и к насаждению монокультур на значительных территориях.

В России застроенные территории занимают порядка 1 млн км 2 , сельскохозяйственные земли - 2,2 млн км 2 , дороги и прогоны - 8,2 тыс. км 2 , водные объекты - 710 тыс. км 2 . Таким образом, можно утверждать, что, как минимум, на 14% территории России нарушены и сильно нарушены экосистемы. Общая площадь таких земель составляет 2,5 млн км 2 . Пострадавшие территории разбросаны пятнами и служат очагами возмущения окружающих их естественных экосистем.

Экологическая роль почвы и ее свойства . Почва образуется из горных пород при длительном воздействии растений, животных, микроорганизмов и климата. В отличие от горной породы почва обладает особым свойством - плодородием.

Плодородие почвы - ее способность удовлетворять потребность растения в необходимых для его жизни веществах. Плодородие зависит от химического состава, физических свойств и водного режима почвы.

Свойства почвы в совокупности создают определенный экологический режим. Итогом процессов, происходящих в почвенной экосистеме, является гумус - органическое вещество почвы, результат взаимодействия живых организмов и материнской породы. В черноземах содержание гумуса может достигнуть 10%, в подзолистых почвах - 2-4%. Толщина гумусового слоя у черноземов на равнине может достигать 60-100 см, а у лесных почв - 10-30 см. Тонкий гумусовый горизонт имеют горные почвы, называемые неполноразвитыми. Разрушение почвы обычно идет путем обеднения ее питательными веществами, ухудшения структуры и вследствие этого - эрозии, т.е.физического уничтожения.

Виды эрозии и меры борьбы с ними. Почвенная эрозия в значительной степени зависит от агротехники обработки земли. Истощенная пахотная земля легче поддается эрозии, так как, теряя гумус, она теряет способность поглощать и удерживать воду. Различаю ветровую и водную эрозии (рис. 4).

Рис. 4. Виды почвенной эрозии

Вызванное интенсивное перемещение частиц почвы и подстила-ющих ее пород по земной поверхности (выдувание, развевание, навевание, черные бури и т. д.) называют ветровой эрозией . Она может происходить в любое время года и при любой силе ветра, однако чаще всего при сильных ветрах -15-20 м/с, когда почва взрыхлена и на ней еще не развились сельскохозяйственные культуры.

Водная эрозия представляет собой смыв почвы струйками и ручейками талой или ливневой воды.

Приемы борьбы с эрозией почв весьма разнообразны и зависят от почвенно-климатических и агроэкономических условий. По защите почв от ветровой и водной эрозии разработаны следующие мероприятия:

в районах распространения ветровой эрозии - почвозащитные севообороты с полосным размещением посевов и паров, кулисы, залужение сильно эродированных земель, буфернык полосы из многолетних трав, и др.

в районах распространения водной эрозии -обработка почв и посев сельскохозяйственных культур поперек склона, контурная вспашка, углубление пахотного слоя, и другие способы обработки, уменьшающие сток поверхностных вод.

в горных районах - устройство противоселевых сооружений, террасирование, облесение и залужение склонов, регулирование выпаса скота, сохранение горных лесов.

Заболоченные земли. Болота в России занимают 108,7 млн га, что составляет 6,3% общей площади земельного фонда страны. Болото определяется как географический ландшафт с переувлажненной почвой, специфической болотной растительностью и болотным типом почвообразования, обусловливающим развитие восстановительных процессов и неполное разложение растительных остатков, накапливающихся в виде торфа. Заболачивание возможно только при условии постоянного или длительного переувлажнения почвы.

Образование болот всегда сопровождается накоплением торфа, залежи которого имеют большей частью глубину 2-4 м, (иногда их глубина доходит до 10 м). Торф - это скопление неполностью разложившихся остатков болотных растений, образующееся в условиях избыточной влажности и недостаточной аэрации. Он состоит из органического вещества и золы. Болота бывают низинные, верховые и переходные.

Низинные болота характеризуются сильной обводненностью, проточностью вод, большим видовым разнообразием растительности, значительным колебанием уровнем грунтовых вод, зольностью, высокой степенью разложения торфа.

Верховые болота имеют слабую обводненность, характеризуют- ся застойностью вод, преобладанием сфагновых мхов и ограниченным видовым составом растительности.

Переходные болота занимают промежуточное положение. Им свойственна значительная обводненность и слабая проточность.

Болота представляют собой ценные земельные угодья. После осушения на них ведется добыча торфа. Почвы осушенных болот очень плодородны. На осушенных низинных и частично переходных болотах выращивают лес, картофель, зерновые культуры, капусту, свеклу, лен, при этом урожай зерновых достигает 30-40 ц/га, а картофеля-300-400 ц/га.

Проблемы использования и воспроизводства растительного мира

Рациональное использование растительного мира в России предполагает прежде всего эффективное использование земель лесного фонда России и повышение их продуктивности, а также использование многофункциональных свойств лесных биогеоценозов в интересах народного хозяйства страны в целом, а не только некоторых его отраслей.

Комплексное освоение лесных ресурсов предполагает рациональное и максимальное использование главного продукта леса - деревьев, причем не только стволовой древесины хвойных и лиственных пород, но также переработку отходов лесосечного производства и деревообработки, пней, коры, древесной зелени.

В комплексное освоение входит использование недревесной продукции: плодов, семян, соков, грибов, ягод, лекарственных растений, организация сенокошения, развитие пчеловодства, охоты и использование рекреационных функций лесов.

Воспроизводство растительного мира можно рассматривать в широком биогеоценотическом или экосистемном смысле, т. е. как возобновления сообщества. Воспроизводство может быть естественным, искусственным и комбинированным.

Естественное воспроизводство - процесс образования новых поколений экосистем естественным путем. Оно может протекать стихийно, как процесс самовозобновления - это пассивная форма воспроизводства, а может быть регулируемым процессом, направляемым человеком - активная форма возобновления (выборочная рубка, мероприятия по хранению подроста и т. д.).

Искусственное воспроизводство выражается в том, что семена, растения или их части вводятся в почву не природой, а человеком (посев, посадка, и т. д.).

Комбинированное возобновление - сочетание искусственного и естественного воспроизводства на одном и том же участке.

Проблемы использования и воспроизводства животного мира

Почти во всех экосистемах животные по числу видов преобладают над растениями, хотя биомасса их во много раз меньше. В ненарушенных природных экосистемах каждый вид животного занимает свою определенную нишу и выполняет определенную работу.

Деление животных на полезных и вредных очень относительно: даже общепризнанные вредители оказываются не всегда опасными для природных экосистем.

Рациональное использование диких животных . Животные приносят человеку большую пользу. Они служат пищей, используются для производства одежды, как лекарственное сырье и т. д. Мясную продукцию дают 20 видов диких копытных (особенно лоси, косули, северные олени, сайгаки, кабаны), 7 видов боровой дичи (рябчики, тетерева-косачи, глухари, белая куропатка и др).

На внешнем и внутреннем рынках высоко ценятся шкурки соболей, черно-бурых лисиц, бобров, горностаев, белок и др. К началу XXв. резко сократились запасы пушных и других зверей. На грани полного истребления оказались соболь, калан, речной бобр, морской котик, выхухоль, а также белый медведь, уссурийский тигр, а среди копытных - зубр, пятнистый олень, сайгак, кулан и др.

Продолжаются работы по одомашниванию животных. Например, лось может стать скороспелым мясо-молочным и вьючным домашним животным. В седле лось может нести 80-120 кг, а запряженный в сани -до 300-400 кг. Ведутся работы и изучаются возможности по одомашниванию антилопы канны, мускусного овцебыка и некоторых других видов.

Особо охраняемые природные территории

Особо охраняемые природные территории России являются наименее загрязненными по мировым стандартам территориями, и через несколько лет они могут стать центром экологического возрождения России.

Сегодня в мире существует свыше 2000 заповедников, а в России насчитывается 100 заповедников, в том числе 16 биосферных общей площадью более 34 млн га или около 2,2% территории страны.

Заповедник - особо охраняемая территория, на которой полностью запрещена любая хозяйственная деятельность (включая туризм) в целях сохранения природных комплексов, охраны животных и растений, а также слежения за происходящими в природе процессами.

С помощью заповедников решаются три главные задачи:

охрана флоры, фауны и природных ландшафтов со строго ограниченным или полностью запрещенным пребыванием на его территории;

исследование и контроль состояния экосистем и входящих в них популяций животных и растений (заповедники являются научными учреждениями, где работают биологи разного профиля);

восстановление популяций редких и исчезающих видов растений и животных.

Государственные природные заказники - это временно охраняемые природные комплексы, предназначенные для сохранения, воспроизводства и восстановления одних природных ресурсов (объектов) в сочетании с ограниченным, регламентированным и рациональным использованием других. В России создано более 1500 заказников, которые подразделяются по функциональному назначению: зоологические, ботанические, ландшафтные, гидрологические, геологические .

Национальные природные парки используются в природоохранных, рекреационных, просветительских, научных и культурных целях.

Крупнейший национальный парк Европы “Валдайский” расположен между Москвой и Санкт-Петербургом на площади около 160 тыс. га. В России имеется 35 национальных природных парков общей площадью 7 млн га.

Памятники природы и особо ценные лесные массивы - как правило, образцы типичных ландшафтов, мест произрастания редких и ценных видов растений, обычно выполняющие функции микрозаповедников местного значения. В настоящее время в Российской Федерации охраняется около 8000 памятников природы.

Вопросы для самопроверки

Назовите основные методы очистки промышленных вод.

Какие существуют виды полезных ископаемых?

Какие факторы определяют плодородие почвы?

Какие меры позволяют предупредить водную и ветровую эрозию почв?

Какая флора и фауна соответствует каждому виду болот?

Назовите типы и основные задачи особо охраняемых природных территорий России.

Такие показатели начинают разрабатываться не только для выявления избыточного количества загрязняющих веществ, но и для установления дефицита в питьевой воде жизненноважных (эссенциальных) химических элементов. В частности, такой показатель в отношении селена имеется для стран ЕЭС.

Нормативный подход является начальным шагом оценки состояния воды, позволяющим быстро и с небольшими затратами определить приоритетные загрязнители и выработать практические рекомендации по снижению или прекращению негативных последствий загрязнения воды.

Однако он не учитывает проявлений синергизма и антагонизма при совместном воздействии загрязняющих веществ. Это особенно касается случаев, когда эти вещества присутствуют в концентрациях, приближающимся к значениям ПДК, и такая вода употребляется длительное время. Установлено, что долговременный эффект низких доз может иметь более пагубное влияние на популяцию водных организмов, чем острое, но кратковременное токсическое воздействие. Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурного режима, вертикальной зональности водной массы и других характеристик. К существенным недостаткам нормативного подхода относится недостаточность экспериментальных наблюдений при установлении значений ПДК

Строгому соблюдению качества используемых водоисточников согласно нормативным показателям в настоящее время уделяется повышенное вни - мание во всех развитых странах. В США в 1974 году принят специальный закон о безопасности питьевой воды.

Надежные оценка и прогноз состояния водной системы являются очень сложной задачей ввиду того, что на эту систему воздействуют многочисленные и изменчивые во времени природные и антропогенные факторы, а в водной среде происходят сложные физико-химические и микробиологические процессы.

Для понимания таких процессов, необходимо учитывать донные отложения, которые принимают активное участие в химическом обмене «вода-осадок». Это особенно актуально в случае подтока в водную среду глубинных флюидных компонентов. О широком распространении и высокой интенсивности такого подтока свидетельствуют мощные и протяженные залежи газогидратов в донных осадках шельфов , накопление ртути и других тяжелых металлов в илах озер. Газогидратный слой обнаружен в донных отложениях озера Байкал.

Установлена важная роль в химических реакциях, происходящих в воде, соединений углерода, серы, азота и фосфора, окислительно-восстановительного потенциала, микроорганизмов. Например, биогенные процессы (биофильтрация) определяют поведение в озере Байкал и терригенных, и биогенных компонентов .

Наилучшим способом получения эмпирических данных о процессах в водной среде является гидрогеохимическое картирование с последующим обоснованием сети мониторинга. Информация, полученная в результате длительных режимных наблюдений, служит основой для прогноза состояния водной системы во времени .

В настоящее время для целей экологического прогнозирования широко применяется компьютерное моделирование гидрогеохимических процессов загрязнения поверхностных и подземных вод с использованием высококачественных программ . Это позволяет вовлечь в сферу изучения огромные массивы данных и получить качественно новую информацию.

Более надежный экологический прогноз дает изучение в лабораторных условиях модельных экологических систем с участием живых организмов.

Перспективным направлением оценки и прогноза состояния водных систем является подход, заключающийся в выяснении их ответных реакций на поступление загрязняющих веществ в течение длительного времени. Искусственное постепенное подкисление небольшого озера в северо-западной экологически чистой части провинции Онтарио (Канада) в течение 8 лет показало, что трудно обнаруживаемые необратимые изменения в цепочке экологических взаимодействий внутри водоема происходили уже в самой начальной стадии негативного воздействия .

Этот подход считается наиболее прямым и эффективным методом прогноза изменения состояния всей водной экосистемы в ответ на химическое, физическое и биологическое воздействия. Именно он будет вносить основной вклад в создание научной базы, необходимой для регулирования поведения экосистем.

В последние годы в развитых странах для оценки и прогноза состояния окружающей среды и ее компонентов стала широко применяться концепция экологического риска. Основные принципы и критерии, лежащие в основе ее методологии, - идентификация риска, оценка воздействия загрязнения на население, биосферу и окружающую среду, оценка доза - ответ, управление риском и определение путей его уменьшения, выяснение условий приемлемости риска, разработка методов и способов контроля.

Оценка и прогноз состояния водных систем, загрязняющихся под воздействием природных или антропогенных процессов, заметно различаются. Управление такими природными процессами, как современная вулканическая и флюидная активность Земли, по существу невозможно. Поэтому усилия должны быть направлены главным образом на минимизацию негативных последствий.

Рациональное водопользование в Российской Федерации должно включать выработку стратегии водозащитных мер на всей территории, разработку и реализацию долгосрочной программы охраны питьевых вод от загрязнения и истощения с учетом региональных природных и социально-экономических особенностей. Министерство природных ресурсов РФ разработало проект Программы по рациональному использованию и охране водных ресурсов, исходя из концепции перехода страны к устойчивому развитию . Под устойчивым развитием водного хозяйства понимается такое состояние водных объектов, гидротехнических сооружений и эксплуатационных мероприятий, при котором гарантируются надежное обеспечение населения и народного хозяйства Российской Федерации качественной водой в необходимом количестве и режиме, стабильное воспроизводство водных ресурсов, восстановление и охрана водных объектов, предупреждение и ликвидация последствий вредного воздействия вод, восстановление и сохранение устойчивости водных экосистем.

Угроза устойчивому развитию водного хозяйства в Российской Федерации определяется действием нескольких отрицательных факторов . Во-первых, на европейскую часть России, где проживает большинство населения и сосредоточен основной промышленный, сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока. Во-вторых, качество воды ухудшается и ежегодно увеличивается число водных объектов с высоким и очень высоким уровнем загрязнения. Около половины населения России использует питьевую воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества, а в ряде регионов (низовья Волги, Южный Урал, Кузбасс) загрязнение воды достигло уровня, опасного для здоровья. Положение усугубляется старением основных производственных фондов и низким технологическим уровнем водного хозяйства, нестабильностью финансового состояния предприятий-водопользователей, несовершенством хозяйственно-экономического механизма.

В качестве практических мер решения проблем рационального водопользования предлагается:

– учет всех источников загрязнений и уровня очистки сбросных вод;

– разработка методов моделирования последствий загрязнения поверхностных и подземных вод по всем направлениям их использования:

– экономическое стимулирование разработок и внедрений водооборотных схем с минимально возможной долей естественного водозабора;

– расширять практику эксплуатации мелких водозаборов, позволяющую снизить отрицательное воздействие водозабора на все элементы гидросферы и в целом на окружающую среду ;

– реализация наиболее эффективных, экономичных и своевременных профилактических мероприятий, учитывающих сложные процессы в водных экосистемах.

35 Средства защиты воды . Меры по защите водных объектов от промышленных загрязнений включают:

♦ применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения ;

♦ предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников;

Водообеспечение потребителей воды может быть прямоточным, последовательным и оборотным. При прямоточном водоснабжении вся забираемая вода за исключением безвозвратных потерь (испарение, пролив, включение в продукцию) после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды и сведения к минимуму сброса стоков в водоемы - внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Оборотную воду используют в теплообменных аппаратах для отведения избыточного тепла, для промывки деталей, изделий, а также в качестве растворителя или реакционной среды.

В зависимости от целевого назначения оборотного водоснабжения возможны схемы с охлаждением, с очисткой оборотной воды и комбинированные схемы с одновременной очисткой и охлаждением воды.

Для предотвращения коррозии, биологического обрастания трубопроводов и аппаратуры часть оборотной воды выводят из системы, добавляя свежую воду из водоема или очищенные сточные воды (продувочная вода). Кроме того, некоторая часть воды теряется на охладительных установках - градирнях (испарение с поверхности, разбрызгивание). Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов и подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5-10% от ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в промышленных производствах в 10-50 раз.

В замкнутой (бессточной) системе вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Замкнутые системы технически сложнее, но они в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства. Их следует вводить на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях.

Замкнутая система водоснабжения обеспечивает экономию свежей воды во всех производствах, максимальную рекуперацию сточных вод и практически исключает загрязнение окружающей среды .

Различные методы очистки сточных вод (рис. 10.8) подразделяют на рекуперационные и деструктивные . Первые предусматривают извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и дальнейшую их переработку. При деструктивных методах очистки загрязнители разрушаются путем окисления или восстановления с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков. Механическая очистка служит предварительным этапом очистки производственных сточных вод. Удаление взвешенных примесей достигается отстаиванием, фильтрованием или циклонированием. Отстаивание производят в отстойниках (рис. 10.9, А), песколовках, осветлителях различных конструкций. При отстаивании отделяются и осадки, и всплывшие примеси - жиры, масла, нефтепродукты, которые удаляют с помощью нефтеловушек. Для интенсификации осаждения взвешенных частиц вода подвергается действию центробежной силы в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Конструктивная схема гидроциклона (рис. 10.9, Б) аналогична схеме циклона для очистки газов.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных примесей твердых или жидких веществ. Распространены два основных типа фильтров: зернистые я микрофидьтры. В зернистых фильтрах воду пропускают через насадки из несвязных пористых материалов (антрацит, песок, мраморная крошка и др.). Фильтрующие элементы микрофильтров изготавливают из сеток с ячейками размером от 40 до 70 мкм и из сплошных пористых материалов. Для очистки сточных вод от масло-продуктов широко используют пенополиуретан, который обладает большой маслопоглотительной способностью.

Химическую очистку используют для удаления растворимых примесей из сточных вод перед спуском их в водоем или городскую канализацию, иногда до или после биологической очистки, а также в замкнутых системах водоснабжения. Основные методы химической очистки: нейтрализация, окисление и восстановление. Нейтрализации подвергают сточные воды, содержащие кислоты или щелочи с целью приведения реакции среды близкой к нейтральной (рН = 6,5 - 8,0). Нейтрализацию проводят смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы. Осваивается способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО2 , SО2 , NO2 , что позволяет одновременно проводить эффективную очистку от вредных компонентов и самих газовых выбросов.

Окисление применяют для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.), извлечение которых нецелесообразно либо невозможно другими способами. В качестве окислителей при очистке сточных вод используют газообразный и сжиженный хлор, кислород воздуха, озон и другие реагенты. Озон, являясь сильным окислителем, способен разрушать в водных растворах органические вещества и другие примеси. Озонирование применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов, фенола, сероводорода, цианидов и других примесей. Одновременно обеспечивается устранение привкусов, запахов, обесцвечивание и обеззараживание воды. К преимуществам озонирования (по сравнению с хлорированием) относится и возможность получения озона непосредственно на очистных сооружениях в озонаторах, где он образуется из кислорода воздуха под действием электрического разряда.

Биологическая очистка сточных вод играет главную роль в освобождении воды от органических и некоторых минеральных загрязнений. Она сходна с природным процессом самоочищения водоемов. Биоочистка осуществляется сообществом организмов, которое состоит из различных бактерий, водорослей , грибков, простейших, червей и др. Процесс очистки основан на способности этих организмов использовать растворенные примеси для питания, роста и размножения.

Под действием микроорганизмов могут протекать два процесса - окислительный (аэробный) и восстановительный (анаэробный). В аэробных процессах микроорганизмы, культивирующиеся в активном иле либо в биопленке, используют растворенный в воде кислород. Для их жизнедеятельности необходимы постоянный приток кислорода и температура 20-30"С. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода, основной процесс здесь - сбраживание ила. Эти методы применяют для очистки от органики сильно концентрированных сточных вод и для обезвреживания осадков,

Биологическая очистка сточных вод может проходить в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах) и в искусственных сооружениях - аэротенках и биофильтрах разной конструкции. Биологическую очистку производственных сточных, вод проводят обычно. в искусственных условиях, где процессы очистки протекают с большей скоростью.

Аэротенк представляет собой разделенный перегородками на отдельные коридоры железобетонный резервуар, который оборудован устройствами для принудительной аэрации. Процесс очистки в аэротенке идет по мере пропускания через него аэририруемой смеси сточной: воды и активного ила, состоящего из живых организмов и твердого субстрата (отмершей части водорослей и различных твердых остатков). За несколько часов основная масса органики перерабатывается. Из аэротенка смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник. Осевший на дно активный ил отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Избыток его направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк.

В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой кусковой загрузки, в качестве которой используют щебень, гравий, .шлак, керамзит, пластмассу, металлическую сетку и другие материалы, на поверхности которых образуется биологическая пленка, выполняющая те. же функции, что и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах. Окислительная мощность биофильтров увеличивается при подаче в них сжатого воздуха в направлении, противоположном фильтрованию.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется большая масса осадков, которые необходимо утилизировать либо обезвредить и изолировать. С этой целью применяют уплотнение активного ила, обезвоживание, термическую обработку и другие операции. После обезвреживания осадки можно использовать в качестве органо-минеральных удобрений или компонента некоторых материалов. При внесении обработанного ила на поля существуют количественные ограничения, обусловленные присутствием в иле токсичных ионов металлов и следовых количеств токсичных органических соединении. Разработаны технологии рекуперации активного ила, с помощью которых получают белково-витаминные продукты, кормовые дрожжи и технические витамины для комбикормовой промышленности .

Эффективная очистка промышленных и коммунально-бытовых сточных вод представляет одну из наиболее актуальных инженерно-экологических проблем. Она усложняется использованием общих систем канализации для бытовых и промышленных стоков, широким применением гидросмыва экскрементов человека и животных, смешиванием продуктов их жизнедеятельности с растворами стиральных порошков, шампуней и других СПАВ; Даже при очистке сточных вод биологическим методом из них извлекается не более 90% органических веществ и всего лишь 10-40% неорганических соединений.

Существующие процессы биологической очистки сточных вол позволяют разрушать только относительно простые органические соединения, степень очистки от неорганических и сложных органических веществ гораздо ниже. Это приводит к необходимости получения новых штаммов микроорганизмов, пригодных для очистки специальных промышленных стоков: Уже есть множество примеров использования селекционированных штаммов для улучшения очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, фенолы, цианиды и другие токсичные загрязнители.

Физико-химические методы используют для глубокой очистки сточных вод, удаления из них тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких) и растворимых примесей. По сравнению с другими методами очистки они имеют ряд преимуществ и область их применения в последние годы постоянно расширяется. К этой группе методов относятся: коагуляция, флотация, сорбция, ионный обмен, экстракция, гиперфильтрация, электрохимическая очистка, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация и другие.

К ним примыкают электрохимические методы очистки сточных вод, включающие процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ. Все эти процессы происходит при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимическая очистка позволяет извлекать из сточных вод растворимые и взвешенные примеси без использования химических реагентов, обеспечивает возможность автоматизации технологического процесса очистки, упрощает эксплуатацию очистных сооружений. Основной недостаток электрохимических методов - большое потребление электроэнергии.

При проектировании очистных сооружений промышленных предприятии необходимо выбрать эффективные методы и схемы очистки сточных вод. Наиболее рациональным считается сочетание оборотных систем водоснабжения, методов локальной и общей очистки. Локальная очистка позволяет извлечь из стоков разных производств наиболее ценные компоненты, а также вещества, затрудняющие общую очистку. Воды, очищенные от характерных для данного производства примесей, проходят вторую ступень очистки в общезаводских очистных сооружениях. В общем стоке можно использовать нейтрализующие, коагулирующие и другие свойства, компонентов локальных стоков.

Производственные сточные воды разделяют или объединяют в потоки по преобладающим загрязнителям с учетом мест образования и количества стоков. При отсутствии резко выраженных видов загрязнений все производственные сточные воды объединяют в один поток, устанавливая на входе очистных сооружений специальные емкости - коллекторные усреднители.

Перспективным направлением водообеспечения и зашиты водных объектов от загрязнения является создание межотраслевых водохозяйственных систем, учитывающих взаимосвязанное развитие технологий производства, водопользования, обработки и утилизации отводимых вод (Кухарь и др., 1989). В представленной на рис. 10.10 схеме предусматриваются оборотное и повторное использование вод, локальная и общая очистка стоков на предприятиях промышленности и энергетики. Часть промышленных сточных вод, прошедших локальную очистку, и стоки коммунального хозяйства обрабатываются совместно на централизованных (региональных, городских) очистных сооружениях. Межотраслевые водохозяйственные системы позволяют использовать очищенные бытовые и промышленные сточные воды для орошаемого земледелия, а тепло сбросных вод электроэнергетики - для интенсификации сельскохозяйственного производства (например, обогрева теплиц) и рыбного хозяйства . При этом одновременно решаются и природоохранные проблемы, так как экономятся водные ресурсы, уменьшается сброс сточных вод в водоемы.

37. Недра. Понятие о недрах. Классификация полезных ископаемых . Особенности добычи и использования полезных ископаемых в недрах и Мировом океане. Опасные тенденции возрастания использования минеральных и углеводородных ресурсов.

Под недрами понимают верхнюю часть земной коры, в пределах которой осуществляется добыча полезных ископаемых.

Полезные ископаемые - горная порода, непосредственно используемая в народном хозяйстве, а также природные минеральные образования, из которых могут быть извлечены минералы, ценные для различных отраслей.

Для основных видов продукции горных предприятий природными ресурсами служат полезные ископаемые, которые делятся на горючие, металлические и неметаллические.

Классификация полезных ископаемых:

топливно-энергетические - нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды и т. д.;

рудные ресурсы - железная и марганцевая руда, бокситы, хромиты, медные, свинцово-цинковые, никелевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и т. д.;

Комплексным минеральным сырьем является твердое минеральное топливо - уголь, горючие сланцы. В нем различаются горючая часть (88-60 %) и балласт (12-40 %). Горючая часть содержит углерод, водород , а также примеси кислорода и азота, серу. В органической горючей части во многих случаях присутствует пирит (марказит). Балласт состоит из смеси минералов окиси кремния, глинозема, карбонатов (извести), а также сульфатов, железа, никеля, хрома, ртути и редких металлов.

Многие из этих компонентов балластной части легко возгоняются при сжигании и вместе с дымовыми газами поступают в атмосферу. При сжигании такого топлива на крупных тепловых электростанциях, а также при производстве кокса большое внимание уделяется предварительному извлечению этих соединений в процессе обогащения, например, серного колчедана. Так, с разреза «Кимовский» и угольных шахт «Мосбасса» (Тульская область) ежегодно отправляется на обогащение более 2 млн. т угля, содержащего до 10 % примеси серного колчедана (пирита).

На углеобогатительной фабрике уголь из разреза или шахты проходит специальное обогащение, что позволяет получать твердое топливо - товарный угольный концентрат, не содержащий вредных примесей серы (серного колчедана), глину для производства кирпича на местном кирпичном заводе. Пиритный концентрат является ценным сырьем для производства серной кислоты.

Пользование недрами для разработки месторождений полезных ископаемых требует применения наиболее рациональных эффективных методов извлечения из недр основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых. Наряду с расширением масштабов применения открытого способа добычи угля, руд черных и цветных металлов, агрохимического сырья большое внимание уделяется совершенствованию систем подземной добычи, В результате значительно повысилось извлечение запасов, что позволило существенно увеличить производство минерального сырья при экономии трудовых и капитальных затрат. Например, сквозное извлечение железа с 1960 по 1980 гг. увеличилось с 68,2% до 73,7%, а апатитов - с 84 до 87,8%, калийных солей - с 26,8 до 32,7%. Сквозное извлечение угля увеличилось за этот период с 69,7 до 81,4 процента. С 60-х годов XX в, развиваются и мощности по обогащению железной руды: производство концентрата с содержанием железа более 65% только в период с 1965 по 1975 год увеличилось в 63,5 раза, а производство железорудных окатышей - нового вида железорудной продукции - увеличилось за этот же период в 40 раз. Десятки миллионов тонн угля теряются в отвальных породах, которые образуются на разрезах и шахтах.

Уголь в отвальных породах может служить надежной базой обеспечения местных потребностей в топливе. В нашей стране на Коркинском разрезе (Челябинская область) более 30 лет работает гидравлический крутонаклонный сепаратор, позволяющий извлекать из отвальных углистых пород разреза ежегодно более 250 тысяч тонн угля. В настоящее время такие установки работают в Подмосковном бассейне и других. Применение установок на угольных разрезах и шахтах позволяет существенно снизить себестоимость добываемого угля и повысить степень извлечения угля из недр при добыче. При разработке месторождений в 90-х годах XX в. увеличилась степень извлечения руды из недр. С помощью открытого способа добычи цветных металлов извлекается около 70% полезных ископаемых. На рудниках и шахтах при подземном способе добычи широко используются системы закладки выработанного пространства. Применение закладочных комплексов позволяет враз снизить потери руды в недрах, улучшить качество добываемого сырья, в несколько раз снизить трудовые затраты. В результате ежегодные безвозвратные потери руды цветных и редких металлов в недрах снизились на 1,5 миллиона тонн. Значительные резервы имеются для повышения качества и производительности работ в связи с применением прогрессивных методов добычи - кучного и подземного выщелачивания, позволяющих отрабатывать запасы бедных, забалансовых руд, хвостов обогащения.

Отмеченные направления совершенствования разработки месторождений полезных ископаемых требуют создания специализированных высокопроизводительных машинных комплексов, широкого внедрения автоматизации и телемеханизации, решения сложных задач совершенствования технологических процессов добычи на комплексной основе.

Охрана недр.

Почвозащитные мероприятия должны проводиться в комплексе. Комплексность определяется мелиоративно эффективным и экономически целесообразным сочетанием четырех групп почвозащитных мероприятий: организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических. Организационно-хозяйственные мероприятия включают установление правильного сочетания и взаимоувязанного размещения на местности необходимых организации территории (границ, полей, дорог и т. д.) и остальных грех 1рупп почвозащитных мероприятий с учетом природно-экономических условий хозяйства.

Агротехнические почвозащитные мероприятия проводятся во всех зонах и при любых природно-экономических условиях и подразделяются на следующие подгруппы.

Минеральные ресурсы - полезные ископаемые, которые образуются естественным образом в земной коре. Они могут иметь органическое и неорганическое происхождение.

Были идентифицированы более двух тысяч минералов, и большинство из них содержат неорганические соединения, образованные различными комбинациями восьми элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, и Mg), которые составляют 98,5% от коры Земли. Мировая промышленность зависит от около 80 известных минералов.

Месторождением полезных ископаемых является скопление твердых, жидких или газообразных минералов, в или над земной корой. Минеральные ресурсы являются невозобновляемыми и исчерпаемыми природными ресурсами, а также могут обладать металлическими (например железо, медь и алюминий), а также неметаллическими свойствами (например, соль, гипс, глина, песок, фосфаты).

Минералы представляют собой ценные . Это чрезвычайно важное сырьё для многих базовых отраслей экономики, которое являются основным ресурсом для развития. Управление минеральными ресурсами должно тесно интегрироваться с общей стратегией развития, а при эксплуатации полезных ископаемых следует руководствоваться долгосрочными целями и перспективами.

Минералы обеспечивают общество всеми необходимыми материалами, а также дорогами, автомобилями, компьютерами, удобрениями и т.д. Спрос на полезные ископаемые растет во всем мире по мере роста населения, а добыча минеральных ресурсов Земли ускоряется и возникают экологические последствия.

Классификация минеральных ресурсов

Энергетические (горючие) минеральные ресурсы (уголь, нефть и природный газ)	Неэнергетические минеральные ресурсы
	Металлические свойства	Неметаллические свойства
	Драгоценные металлы (золото, серебро и платина)	Строительные материалы и камни (песчаник, известняк, мрамор)
	Черные металлы (железная руда, марганец)	Другие неметаллические минеральные ресурсы (соль, сера, поташ, асбест)
	Цветные металлы (никель, медь, олово, алюминий, свинец, хром)
	Феросплавы (сплавы железа с хромом, кремнием, марганцем, титаном и др.)

Карта минеральных ресурсов мира

Роль минеральных ресурсов

Минеральные ресурсы играют важную роль в экономическом развитии стран мира. Есть регионы богатые минералами, однако неспособные их добывать. Другие регионы, добывающие ресурсы, имеют возможность расти с экономической точки зрения и получать ряд преимуществ. Значение минеральных ресурсов можно объяснить следующим образом:

1. Промышленное развитие

Если минеральные ресурсы могут быть извлечены и использованы, промышленность, в которой они используются будет развиваться либо расширяться. Бензин, дизельное топливо, железо, уголь и т.д. необходимы для промышленности.

2. Занятость населения

Наличие минеральных ресурсов создает рабочие места для населения. Они позволяют квалифицированным и неквалифицированным кадрам иметь возможность трудоустройства.

3. Развитие сельского хозяйства

Некоторые минеральные ресурсы служат основой для производства современного сельскохозяйственного оборудования, техники, удобрений и т.д. Они могут быть использованы для модернизации и коммерциализации сельского хозяйства, которые помогают развивать аграрную отрасль экономики.

4. Источник энергии

Существуют различные источники энергии, такие как бензин, дизельное топливо, природный газ и т.д. Они могут обеспечить необходимой энергией промышленность и населенные пункты.

5. Развитие собственной независимости

Развитие минерально-сырьевой отрасли позволяет создать больше рабочих мест с высоким качеством продукции, а также независимость отдельных регионов и даже стран.

6. И многое другое

Минеральные ресурсы являются источником иностранной валюты, позволяют зарабатывать на развитии транспорта и связи, увеличивать экспорт, поставки строительных материалов и т.д.

Минеральные ресурсы океанов

Океаны покрывают 70% поверхности планеты и задействованы в огромном количестве различных геологических процессов, ответственных за формирование и концентрацию минеральных ресурсов, а также являются хранилищем для многих из них. Следовательно, океаны содержат огромное количество ресурсов, которые в настоящее время являются основными потребностями человечества. Ресурсы в настоящее время добывается из моря или районов, которые раньше были в его пределах.

Химические анализы показали, что морская вода содержит около 3,5 % растворенных твердых веществ и более шестидесяти идентифицированных химических элементов. Извлечение растворенных элементов, а также добыча твердых полезных ископаемых, почти всегда экономически затратная, так как учитывается географическое расположение объекта (транспортировка), технологические ограничения (глубина океанических бассейнов) и сам процесс добывания необходимых элементов.

На сегодняшний день, основными минеральными ресурсами, получаемыми из океанов являются:

• Соль;
• Калий;
• Магний;
• Песок и гравий;
• Известняк и гипс;
• Железомарганцевые конкреции;
• Фосфорит;
• Металлические осадки, связанные с вулканизмом и вентиляционными отверстиями на дне океанов;
• Золото, олово, титан и алмаз;
• Пресная вода.

Добыча многих минеральных ресурсов из глубин океанов, является слишком затратной. Тем не менее, рост населения и истощение легко доступных наземных ресурсов, несомненно, приведет к более широкой эксплуатации древних месторождений и увеличения добывания непосредственно из вод океанов и океанических бассейнов.

Добыча минеральных ресурсов

Целью добычи минеральных ресурсов является получение полезных ископаемых. Современные процессы горнодобывающей промышленности включают поиск минералов, анализ потенциальной прибыли, выбор метода, непосредственная добыча и переработка ресурсов, а также окончательная рекультивация земель по завершению работ.

Добыча полезных ископаемых, как правило, создает негативное воздействие на окружающую среду, как в ходе горных работ, так и по их окончанию. Следовательно, большинство стран мира приняли правила, направленные на снижение вредного воздействия. Безопасность труда уже давно является приоритетной, а современные методы значительно уменьшили количество несчастных случаев.

Особенности минеральных ресурсов

Первой и самой основной характеристикой всех минералов является то, что они встречаются в природе. Минералы не производятся под влиянием человеческой деятельности. Тем не менее, некоторые минералы, такие как алмазы, могут быть изготовлены человеком (они называются синтезированными алмазами). Однако, такие искусственные алмазы классифицируются как минералы, потому что отвечают их основным пяти характеристикам.

Помимо того, что они формируется благодаря естественным процессам, твердые минеральные вещества стабильны при комнатной температуре. Это означает, что все твердые минералы, которые встречаются на поверхности Земли, не изменяются в форме при нормальной температуре и давлении. Эта характеристика исключает воду в жидком состоянии, однако включает ее твердую форму - лед - в качестве минерала.

Минералы также представлены химическим составом или структурой атомов. Атомы, которые содержатся в минералах расположены в определенном порядке.

Все минералы обладают фиксированным или переменным химическим составом. Большинство минералов состоят из соединений или различных комбинаций кислорода, алюминия, кремния, натрия, калия, железа, хлора и магния.

Образование минералов является непрерывным процессом, однако очень длительным (уровень потребления ресурсов превышает скорость формирования) и требует наличия многих факторов. Поэтому минеральные ресурсы относятся к невозобновляемым и исчерпаемым.

Распределение минеральных ресурсов неравномерное по всему миру. Это объясняется геологическими процессами и историей формирования земной коры.

Проблемы использования минеральных ресурсов

Горнодобывающая промышленность

1. Пыль, появляющаяся в процессе добычи, вредит здоровью и вызывает заболевания легких.

2. Добыча некоторых токсичных или радиоактивных минералов несет угрозу жизни людей.

3. Взрыв динамита при ведении горных работ очень рискованный, так как высвобождающие газы чрезвычайно ядовитые.

4. Подземные горные работы является более опасным, чем наземные, поскольку существует высокая вероятность несчастных случаев, связанных с обвалами, наводнением, недостаточной вентиляцией и т.д.

Быстрое истощение минералов

Повышение спроса на минеральные ресурсы вынуждает добывать все большее количество полезных ископаемых. В результате чего увеличивается потребность в энергии и появляется больше отходов.

Разрушение почвы и растительности

Почва - это самый ценный . Проведение горных работ способствует полному разрушению почвы и растительности. К тому же, после экстракции (получения минералов), все отходы сбрасываются на землю, что также влечет за собой деградацию.

Экологические проблемы

Использование минеральных ресурсов привело ко многим экологическим проблема, среди которых:

1. Превращение продуктивных земель в горные и промышленные районы.

2. Добыча минералов и процесс экстракции являются одними из главных источников загрязнения воздуха, воды и почвы.

3. Добыча включает в себя огромное потребление энергетических ресурсов, таких как уголь, нефть, природный газ и т.д., которые в свою очередь являются невозобновляемыми источниками энергии.

Рациональное использование минеральных ресурсов

Не секрет, что запасы минеральных ресурсов на Земле стремительно сокращаются, поэтому необходимо рационально использовать существующие дары природы. Люди могут экономить минеральные ресурсы за счет использования возобновляемых ресурсов. Например, при использовании гидроэлектроэнергии и солнечной энергии, в качестве источника энергии, можно сохранить полезные ископаемые, такие как уголь. Минеральные ресурсы также могут быть сохранены за счет рециркуляции. Хорошим примером является переработка металлолома. Кроме того, использование новых технологических методов добычи и подготовка шахтеров, сберегает минеральные ресурсы и сохраняет жизни людей.

В отличие от других природных ресурсов, минеральные ресурсы являются невозобновляемыми, и они неравномерно распределены по планете. Для их формирования требуются тысячи лет. Одним из важных путей сохранения некоторых минералов является замещение дефицитных ресурсов на обильные. Полезные ископаемые, для получения которых требуется большое количество энергии, должны перерабатываться.

Добыча минеральных ресурсов оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, в том числе уничтожает места обитания многих живых организмов, загрязняет почву, воздух и воду. Эти негативные последствия могут быть сведены к минимуму за счет сохранения минерально-сырьевой базы. Полезные ископаемые оказывают все большее влияние на международные отношения. В тех странах, где были обнаружены минеральные ресурсы, их экономика значительно улучшилась. Например, нефтедобывающие страны Африки (ОАЭ, Нигерия и т.д.) считаются богатыми из-за прибыли, полученной от нефти и ее продуктов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Проблемы использования полезных ископаемых

Полезные ископаемые – минœеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно использовать их для обеспечения жизнедеятельности человека и в сфере материального производства. Полезные ископаемые делятся на твердые (угли, руды, нерудное сырье), жидкие (нефть, минœеральные воды) и газообразные (природные горючие и инœертные газы).

Классификация полезных ископаемых. Полезные ископаемые делятся на металлические, неметаллические, горючие и водоминœеральные ископаемые. Их можно сгруппировать в следующие виды ресурсов:

Рудные ресурсы – желœезная и марганцевая руда, бокситы, хромиты, медные, свинцово-цинковые, никелœевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, сурьмяные руды, руды благородных металлов и т.д.

Природные строительные материалы – известняк, доломит, глины, песок, мрамор, гранит.

Нерудные полезные ископаемые – яшма, агат, горный хрусталь, гранат, корунд, алмазы и т.д.

Горно-химическое сырье – апатиты, фосфориты, поваренная и калийная соли, сера, барит, бром- и йодосодержащие растворы и т.д.

Топливно-энергетические – нефть, газ, уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды и т.д.

Гидроминœеральные ресурсы – подземные пресные и минœерализированные воды.

Минœеральные ресурсы океана – рудоносные жилы, пласты континœентального шельфа и желœезомарганцевые включения на глубинах 3-6 км (около 78% минœеральных ресурсов находится под водой Мирового океана).

Минœеральные ресурсы морской воды – желœезо, свинœец, уран, золото, натрий, хлор, бром, магний, поваренная соль, марганец.

Использование полезных ископаемых. В России добывается нефти около 17%, газа – 25%, каменного угля – 15%, товарной желœезной руды – 14% всœего объёма этих ископаемых, добываемых в мире. Запасы полезных ископаемых позволяют сохранять уровень добычи на протяжении сотен лет, но при условии освоения технологии на более значительной глубинœе (5-7 км). В целом проблема количественного роста минœерально-сырьевой базы России стоит лишь для ограниченного круга полезных ископаемых (марганец, хром, сурьма, ртуть).

На протяжении многих лет сохраняются на высоком уровне потери в недрах при подземной добыче угля (23,5%), в т.ч. коксующегося (20,9%), хромовой руды (27,7%), калийных солей (62,5%).

Неудовлетворительно используется при добыче нефтяной газ, которого в России сожжено в факелах многие миллиарды кубических метров.

Острой проблемой остается застройка площадей залегания полезных ископаемых, что влечет дополнительные потери их в недрах и впоследствии – большие затраты на добычу.

Горнопромышленный комплекс превратился в настоящее время в один из самых крупных источников нарушения и загрязнения окружающей природной среды. Загрязнители, выбрасываемые горнодобывающей промышленностью, так разнообразны по составу и так велико их количество, что в ряде районов вызывают непредсказуемые последствия, губительно сказывающиеся на состоянии экосистем.

Прирост разведанных запасов полезных ископаемых не покрывает их добычи. В то же время экспорт сырья непрерывно возрастает.

Ресурсонасыщенность России, которая измеряется количеством потребляемых ресурсов на душу населœения, в 1,5-3 раза ниже, чем в промышленно развитых странах. Вскоре Россия из экспортера минœерального сырья может превратиться в его импортера.

Растения как индикаторы полезных ископаемых. Химический состав почв определяет распространение отдельных видов, а иногда и целых групп растений. Можно наблюдать появление особых форм растений на почвах с повышенным содержанием того или иного химического элемента (уродливость, особая окраска лепестков и др.).

Некоторые виды растений, а иногда сообщества растений изобретательно развиваются на разных месторождениях. Такие виды и сообщества служат индикаторами полезных ископаемых. Существуют растения-индикаторы на повышенное содержание минœеральных веществ в почве, на засоление или повышенную кислотность почв. В природе происходит миграция химических элементов при участии живых организмов. На базе этого был разработан биогеохимический метод поиска полезных ископаемых.

На почвах, богатых минœеральными веществами, растут пролески, сныть, растения черноземных степей и низинных болот. На почвах, бедных минœеральными веществами, растут росянка, сабельник, подбел, ᴛ.ᴇ. растения верховых болот. Растения, произрастающие на почвах, богатых азотом, (нитратных) – крапива, кипрей, бузина.

Большинство растений растет при нейтральных или слабощелочных реакциях почв, но есть и такие, которые растут на сильнокислых или сильнощелочных почвах. Растения нейтральных почв: клевер красный, тимофеевка, овсяница луговая и растения широколиственных лесов. Растения кислых почв: щучка, вереск, брусника, черника, щавель, белоус. Растения щелочных почв: пролеска, лиственница, ясень.

Древесные растения по мере убывания требовательности к минœеральным веществам в почве группируются следующим образом: ясень, вяз, бук; пихта͵ ольха черная, липа, граб, дуб, клен, осина, кедр, ольха серая, ель обыкновенная, сосна обыкновенная, береза.

Проблемы использования полезных ископаемых - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Проблемы использования полезных ископаемых" 2017, 2018.

При добыче и переработке полезных ископаемых происходит масштабное воздействие человека на природную среду. Возникающие при этом экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых, требуют всестороннего изучения и незамедлительного решения.

Чем характеризуется добывающая отрасль?

В Российской Федерации широко развита добывающая отрасль, ведь на территории страны расположены месторождения основных видов полезных ископаемых. Эти скопления минеральных и органических образований, находящиеся в земных недрах, эффективно применяются, обеспечивая жизнедеятельность людей и производство.

Все полезные ископаемые можно разделить на три группы:

• твердые , подразделяющиеся на: уголь, руды, нерудные материалы и др.;
• жидкие , основными представителями этой категории являются: пресная, минеральная вода и нефть;
• газообразные , к которым относится природный газ.

В зависимости от назначения производится добыча полезных ископаемых следующих видов:

• рудных материалов (железных, марганцевых, медных, никелевых руд, бокситов, хромитов и благородных металлов);
• строительных материалов (известняка, доломита, глины, песка, мрамора, гранита);
• нерудных ресурсов (яшмы, агата, граната, корунда, алмазов, горного хрусталя);
• горно-химического сырья (апатитов, фосфоритов, поваренной и калийной соли, серы, барита, бром- и йодсодержащих растворов;
• топливно-энергетических материалов (нефти, газа, угля, торфа, горючих сланцев, урановых руд);
• гидроминерального сырья (подземных пресных и минерализированных вод);
• минеральных образований океана (рудоносных жил, пластов континентального шельфа и железомарганцевых включений);
• минеральных ресурсов морской воды.

На долю российской добывающей промышленности приходится четверть мирового объема добычи газа, 17% добываемой в мире нефти, 15% – каменного угля, 14% – железной руды.

Предприятия добывающей промышленности стали крупнейшими источниками загрязнения природной среды. Вещества, которые выбрасываются горнодобывающим комплексом, оказывают губительное воздействие на экосистему. Проблемы негативного воздействия добывающей и перерабатывающей промышленностей стоят очень остро, так как затрагивают все сферы жизни.

Как влияет отрасль на земную поверхность, воздух, воду, флору и фауну?

Масштабы развития добывающей отрасли поражают: при пересчете объемов добычи сырья на одного жителя планеты получится примерно 20 тонн ресурсов. Но лишь десятая часть из этого количества приходится на конечные продукты, а все остальное является отходами. Развитие горнодобывающего комплекса неминуемо ведет к негативным последствиям, основными из которых являются:

• истощение сырьевых ресурсов;
• загрязнение окружающей среды;
• нарушение естественных процессов.

Все это приводит к серьезным экологическим проблемам. Можно посмотреть на отдельных примерах на то, как влияют на окружающую среду различные виды добывающих производств.

На месторождениях ртути происходит нарушение ландшафта, образуются отвалы. При этом происходит рассеивание ртути, являющейся токсичным веществом, губительно влияющей на все живое. Аналогичная проблема возникает на разработке залежей сурьмы. В результате работ остаются скопления тяжелых металлов, загрязняющих атмосферу.

При добыче золота используются технологии для отделения благородного металла от минеральных примесей, сопровождающиеся выделением в атмосферу ядовитых компонентов. На отвалах месторождений руд урана наблюдается присутствие радиоактивного излучения.

Чем опасна добыча угля:

• деформацией поверхности и углесодержащих пластов;
• загрязнением воздуха, воды и почвы в районе расположения карьера;
• выбросом газа и пыли при выносе пустых пород на поверхность;
• обмелением и исчезновением рек;
• затоплением брошеных карьеров;
• образованием депрессионных воронок;
• обезвоживанием, засолением слоя почвы.

На территории, расположенной вблизи от рудника, происходит создание антропогенных форм (оврагов, карьеров, терриконов, отвалов) из отходов сырья, которые могут простираться на десятки километров. На них не могут расти ни деревья, ни другие растения. А стекающая с отвалов вода с токсическими веществами наносит вред всему живому на больших прилежащих площадях.

На месторождениях каменной соли происходит образование галитовых отходов, переносимых осадками в водоемы, служащие для снабжения жителей ближайших населенных пунктов питьевой водой. Вблизи разработок магнезитов происходит изменение кислотно-щелочного баланса почвы, приводящее к гибели растительности. Изменение химического состава почвы приводит к мутациям растений – изменению окраски, уродливости и т. д.

Происходит и загрязнение земель сельскохозяйственного назначения. При транспортировке полезных ископаемых пыль может разлетаться на большие расстояния и оседать на почве.

Со временем земная кора истощается, снижаются запасы сырья, падает содержание полезных ископаемых. Вследствие этого возрастают объемы добычи и количество отходов. Одним из путей выхода из сложившейся ситуации является создание искусственных аналогов природных материалов.

Защита литосферы

Одним из методов, позволяющих защитить земную поверхность от губительного воздействия горнодобывающих предприятий, является рекультивация земли. Частично решить экологическую проблему можно с помощью заполнения отходами разработок образовавшихся выемок.

Поскольку во многих породах содержится не один вид полезных ископаемых, необходимо оптимизировать технологии, производя добычу и переработку всех имеющихся в руде компонентов. Такой подход не только окажет положительное влияние на состояние окружающей среды, но и принесет немалый экономический эффект.

Как сохранить окружающую среду?

На современном этапе развития промышленных технологий необходимо предусматривать мероприятия по охране окружающей среды. В приоритете находится создание малоотходных или безотходных производств, способных значительно уменьшить губительное воздействие на экологию.

Мероприятия, помогающие решить проблему

При решении проблемы защиты окружающей среды важно использовать комплексные мероприятия: производственные, экономические, научно-технические, социальные.

Улучшить экологическую ситуацию можно с помощью:

• более полного извлечения ископаемых из недр;
• применения промышленностью попутного нефтяного газа;
• комплексного использования всех компонентов пород;
• мероприятий по очистке вод при подземных разработках;
• применения шахтных сточных вод в технических целях;
• использования отходов в других производствах.

Во время добычи и переработки минерально-сырьевых ресурсов необходимо использовать современные технологии, позволяющие сократить выбросы вредных веществ. Несмотря на затратность применения передовых разработок, вложения оправданы улучшением экологической ситуации.