Строение и состав газовой оболочки Земли
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1 Охрана воздушной среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1 Строение и состав газовой оболочки Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Источники загрязнения атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Последствия загрязнения атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1 Парниковый эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.2 Разрушение озонового слоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.3 Кислотные осадки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.4 Смог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Нормирование атмосферных загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Уменьшение загрязнения воздушной среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.1 Уменьшение загрязнения от промышленных предприятий . . 16
1.5.2 Уменьшение загрязнения от теплогенерирующих
установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.3 Уменьшение загрязнения от автотранспорта. Рассеивание
загрязнений в атомосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.4 Использование зелёных насаждений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.6 Методы и средства контроля воздушной среды . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6.1 Контроль концентрации пылеобразных примесей . . . . . . . 22
1.6.2 Контроль концентраций газо- и парообразных примесей . . 23
2 Защита гидросферы от загрязнений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1 Характеристика водных ресурсов Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2 Потребители пресной воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Потери пресной воды. Экологические последствия . . . . . . . . . . 26
2.4 Источники загрязнения воды. Экологические последствия
загрязнения природных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 Нормирование и регулирование качества воды в водоёмах . . . . 35
2.6 Методы и приборы контроля качества воды в водоёмах . . . . . . . . 41
2.7 Очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.7.1 Классификация методов очитски сточных вод . . . . . . . . . . 44
2.7.2 Основы процессов и принципы механической
очистки стоков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.7.3 Очистка сточных вод от нефтепродуктов . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.7.4 Физико-химические методы очистки сточных вод . . . . . 52
2.7.4.1 Коагуляция, флокуляция и электрокоагуляция . . . 52
2.7.4.2 Сорбция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.7.4.3 Экстракция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.4.4 Ионный обмен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.7.3.5 Электродиализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.7.4.6 Гиперфильтрация (обратный осмос)
и ультрафильтрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.7.4.7 Другие методы физико-химической очистки
сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.7.5 Химическая очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.7.5.1 Нейтрализация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.7.5.2 Окисление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.7.6 Биологическая очистка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.6.1 Общие представления о биологической очистке
сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.6.2 Влияние факторов на биологическую
очистку стоков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.7.6.3 Методы и сооружения биологической очистки . . . . 65
2.7.7 Глубокая очистка и обеззараживание сточных вод . . . . . 67
2.7.8 Оборотные системы водоснабжения
промышленных предприятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3 Уменьшение загрязнения окружающей среды твердыми отходами . . . 75
3.1 Классификация твёрдых отходов. Транспортировка твёрдых
отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.2 Полигоны для твёрдых отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3 Хранение и нейтрализация токсичных промышленных отходов . . . 80
3.4 Переработка и утилизация твёрдых отходов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4.1 Переработка твёрдых отходов на компост . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4.2 Рециклизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.3 Обработка осадка сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.4.4 Отходы как источник энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.5 Безотходное и малоотходное производства . . . . . . . . . 85
4 Контроль и управление качеством окружающей природной среды . . 89
4.1 Нормативно-правовые и организационные основы
охраны природной среды в Российской Федерации . . . . . . . . . . . . 89
4.1.1 Природоохранное законодательство России . . . . . . . . . 89
4.1.2 Управление охраной природной среды в России . . . . . . . . . 93
4.2 Экологический контроль и мониторинг
окружающей природной среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.1 Экологический мониторинг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.2 Экологический контроль состояния окружающей среды . . 98
4.3 Экологическая паспортизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.4 Экологическая экспертиза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.5 Экономический механизм природопользования . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.5 1 Платность природных ресурсов России . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.5.2 Лицензирование природопользования . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.5.3 Арендные отношения в природопользовании . . . . . . . . . 105
4.5.4 Экологическое страхование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.5.5 Экологические фонды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.6. Международное сотрудничество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 108
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
В В Е Д Е Н И Е
Предлагаемый вниманию читателя конспект лекций по учебной дисциплине “Теоретические основы защиты окружающей среды” посвящен процессам, принципам, методам защиты окружающей среды.
В разделах 1 и 2 рассмотрены источники и последствия химического загрязнения атмосферы и гидросферы, излагаются санитарно-гигиенические принципы нормирования загрязняющих веществ, представлены процессы, принципы, методы, средства инженерной защиты воздушной и водной оболочек планеты.
В разделе 3 рассмотрены источники и последствия загрязнения земель и почв, представлены процессы, принципы, методы сбора, хранения, захоронения, обезвреживания, переработки и утилизации бытовых и промышленных твердых отходов.
В разделе 4 обсуждаются вопросы организации природоохранной деятельности, в том числе в рамках международного сотрудничества.
Такие понятия и термины, как “глобальный экологический кризис”, “катастрофическое потепление климата”, “экологическая катастрофа” давно стали общим местом и в средствах массовой информации, и в научных публикациях, и на международных совещаниях самого высокого уровня, таких, как недавняя международная конференция по глобальному потеплению в Копенгагене (декабрь 2009г.). К такому восприятию проблемы химического и физического (энергетического) загрязнения биосферы мир шел в течение всего двадцатого века. Хотя, разумеется,движение к сегодняшнему глобальному экологическому кризису началось с тех самых пор, когда человек решительно выделился из животного мира и стал доминирующим видом в биосфере. Это движение в течение длительного времени было незаметым для массового сознания. Только в двадцатом веке, когда очевидные негативные изменения в состоянии окружающей среды стало возможным обнаружить в течение периода жизни отдельного человека, в обществе стало “прорастать” осознание нарастающих угроз среде обитания на конкретной территории и через “локальное” осознание – понимание экологических угроз для всей биосферы.
В общей проблеме загрязнения окружающей среды в первую очередь выделилась задача обеспечения чистоты атмосферного воздуха, поскольку загрязнение атмосферы представляет угрозу как здоровью человека, так и всей окружающей среде. В литературе широко используется пример одного из исследователей в области загрязнения атмосферы Дж. Голдсмита, в котором указывается, что человек потребляет в среднем в сутки 1 кг пищи, 1,5 кг воды, а через его легкие проходит 12 кг воздуха, при этом он может прожить пять недель без пищи, пять дней без воды, и только пять минут без воздуха. Из-за загрязнения воздуха в промышленных районах происходит рост числа различных заболеваний дыхательных путей. Так, в США с 1950 г. по 1965 г. процент смертности от эмфиземы легких увеличился в 10 раз, с 1920-х по 1970-е годы во многих странах число заболеваний раком легких увеличилось в десятки раз, например в Англии в 40 раз. Этот рост связывают, главным образом, с содержанием в продуктах сгорания топлива, прежде всего на ТЭС и в ряде других выбросов в атмосферу, канцерогенных веществ.
Еще в конце 19 века в Германии были обнаружены поражения больших площадей леса вблизи металлургических заводов в результате выбросов диоксида серы. Исследователи из США Эшби и Фритс на основе статистического анализа толщины древесных колец обнаружили замедленный рост деревьев в промышленных районах Среднего Запада США. Подобных свидетельств негативного влияния антропогенной деятельности на биосферу Земли в течение двадцатого столетия становилось все больше и больше.
Однако надо было случиться знаменитому Лондонскому смогу (1952г.), появлению Римского клуба и докладов по его заказу, прежде всего, изданию доклада «Пределы роста» (1972г.), докладу комиссии ООН Х.Г. Брундтланд «Наше общее будущее» (1988г.), наконец, конференции ООН по окружающей среде и развитию (1992г. г. Рио-де-Жанейро), чтобы исследования процессов загрязнения биосферы приобрели системный характер. и была сформирована стратегия выхода человечества из экологического кризиса в виде широко известной концепции устойчивого развития. Для осуществления последней разработаны международные экологические стандарты, процедуры международной сертификации товаров и услуг, технологий самих призводств, систем экологического менеджмента (управления) на соответствие экологическим стандартам, прежняя международная торговая организация – Генеральное соглашение по тарифам и торговле (ГАТТ,1947г.) преобразована во Всемирную торговую организацию (ВТО,1995г.) принято Соглашение по техническим барьерам в торговле (СТБТ,1993). Круг ведения Соглашения включает технические регламенты, стандарты и правила сертификации. Все эти меры должны способствовать – через механизм мировой торговли – преодолению экологического кризиса и, одновременно, не должны быть использованы как инструменты торговой политики.
Таким образом, приступая к изучению теоретических основ защиты окружающей среды, то есть к зучению, прежде всего, физических и химических процессов, на основе которых сегодня строятся системы инженерной защиты атмосферы, гидросферы, литосферы, мы отдаем себе отчет в том, что инженерная защита окружающей среды является частью сложнейшего комплекса экономических, организационно-правовых, социально-политических, научно технических процессов, направленных, так или иначе, на преодоление глобального экологического кризиса. Данные вопросы рассмотрены в учебной дисциплине “Введение в защиту окружающей среды”.
1 ОХРАНА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Строение и состав газовой оболочки Земли
Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара, атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле.
Атмосфера – газовая оболочка Земли, масса которой около 5,9×1015т.
В зависимости от температуры в газовой оболочке различают несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли.
В тропосфере, простирающейся на высоте от 7 до 18 км над уровнем моря (минимум над полюсами и максимум над экватором), происходит интенсивное вертикальное перемещение воздуха и здесь находится основная его масса (до 80 %). Именно здесь происходят все те явления, которые мы именуем погодой – образуются все осадки, облака, грозы и штормы. С увеличением высоты температура в тропосфере понижается до - 50°С.
Таблица 1.1 - Газовый состав атмосферы
| Компоненты | Содержание, % по объёму | Компоненты | Содержание, % по объёму |
| 1 Азот 2 Кислород 3 Аргон 4 Диоксид углерода 5 Неон 6 Гелий 7 Криптон 8 Ксенон | 78,090 20,940 0,930 0,033 1,8×10-3 5,2×10-4 1×10-4 8×10-6 | 9 Оксид азота 10 Водород 11 Метан 12 Диоксид азота 13 Озон 14 Диоксид серы 15 Оксид углерода 16 Аммиак | 2,5×10-4 5×10-5 1,5×10-4 1,5×10-4 2×10-6 2×10-8 1×10-5 1×10-6 |
Выше тропосферы находится стратосфера, протяжённость которой около 50 км. Температура в ней вначале остаётся постоянной, а с высотой повышается до + 10°С из-за поглощения озоном ультрафиолетового излучения. Над стратосферой лежит мезосфера, выше которой расположена термосфера, где температура повышается от 200°С до 1500°С.
С высотой уменьшается атмосферное давление. Газовый состав атмосферы представлен в таблице 1.1 [1,3].
Атмосфера состоит в основном из кислорода и азота. Кислородно-азотный состав сохраняется примерно до высоты 400…600 км. Выше 600 км в атмосфере до высоты 1600 км преобладает гелий. Далее преобладает водород.