Принципиальные направления инженерной защиты окружающей природной

Защита атмосферы

Основные санитарные требования к качеству атмосферного

воздуха

Основным критерием контроля качества атмосферного воздуха является ПДК токсичных веществ. При санитарной оценке качества атмосферного воздуха принято выражать содержание загрязняющих веществ в мг на м³ воздуха. Это выражение концентрации применимо для любого агрегатног.р._лсостояния примесей. За рубежом, например в США, часто пользуются другой концентрацией:

Щ;^объемныхИ
«"'у|-_:;, ; гдеш

где М — молекулярная масса загрязнителя;

22,4—-объем в литрах 1 моля газа при 25°С и 760 мм рт. ст.

Критерием оценки влияния выбросов предприятий на окружающую среду является уровень практических концентраций примесей в атмосфере, полученных в результате рассеивания «выбросов, по сравнению с предельно допустимыми.

Для атмосферного воздуха установлены соответствующиезначения

пдк.

< Концентрация--вредных веществ в воздухе производственных помещений не должна превышать ПДК_рз, в воздухе для вентиляции производственных помещений — 0,3 ПДК_рз; в атмосферном воздухе населенных пунктов — ПДК_{М р}; в зоне отдыха и курортов - 0,8 ПДК_М._Р.

Нормы ПДК служат исходной базой для проектирования и экспертизы новых машин и механизмов, технологических лиши'1, промышленных сооружениями предприятий, а также для расчета вентиляционных, газопьшеулавливаюпшх и кондиционирующих систем, контролирующих приборов и систем сигнализации.

Основные организации, контролирующие выбросы предприятий в атмосферный воздух, — санитарно-эпидемиологические станции (СЭС); территориальные управления Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих

и.-.СГ-Н фа.чм/1 Т-;< .....,,,,

установок..

Для предотвращения загрязнения атмосферы введены нормативы на выбросы вредных веществ непосредственно из каждого источника (труба, шахта и т.д.). Государственным стандартом (1990г.) установлены величины предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в атмосферу:

. ..:.-•!

\ ПДВ ет-к| количество вредных \ веществ, выбрасываемых в единицу времени (г/с), которое в сумме с выбросами из других источников загрязнения не создает приземной концентрации примеси,

превышающей значение ПДК. Это научно-технический норматив для конкретного источника загрязнения обязательный для данного предприятия.

Физико-химические методы очистки атмосферы от газообразных, загрязнителей

Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами — создание новой безотходной топологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Многие действующие предприятия используют технологические процессы с' открытыми циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в атмосферу подвергаются очистке с помощью ''скрубберов,' фильтров и т.д. Это дорогая технология, и только в редких случаях стоимость извлекаемых из отходящих газов веществ может покрыть расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

Наиболее распространены при очистке газов адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.

Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО2, СО/оксидов 'азота, 8О2, от взвешенных частиц. • Очистка газов от СО2.

а) Абсорбция водой. Простой и дешевый способ, однако эф фективность очистки мала, так как максимальная поглотитель ная способность воды — 8 кг СО₂ на 100 кг воды.

б) Поглощение растворами этанол-аминов по реакции:

' "'

2Я - КН₂ + С0₂ + Н₂0 -> (К - ЫН₃)₂С0₃.

В качестве поглотителя обычно применяется моноэтаноламин.

в) Холодный метанол СНЗОН является хорошим поглотите лем СО₂ при -35°С.

г) Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО2 очень малы

игу и.. ((1=3,1, Д],, Для. ^.звлечения СО₂ из природного газа и удаления продуктов

жизнедеятельности (влаги и СО₂) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.д.) используются молекулярные сита типа СаО.

• Очистка газов от СО.

а) Дожигание на Р1/Рс1 (платино-палладиевом) катализаторе:

б)Конверсия (адсорбционный метод): СО + Н₂О -* СО₂ + Н₂.

• Очистка газов от оксидов азота.

В химической промышленности очистка от оксидов азота на 80% и более осуществляется в основном в результате превращений на катализаторах.

а) Окислительные методы основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением водой и образованием НМОЗ : окисление озоном в жидкой фазе по реакции: 2КО + О₃ +

Н₂О->2НЖ>₃;

окисление кислородом при высокой температуре: 2Ж) + О₂ -> 2НО₂.

б) Восстановительные каталитические методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей. Процесс восстановления можно представить в виде следующей схемы:

М₂О₅ >К₂О₄ >Ш₂ > N0 — — — >Ы₂+О₂. -11°С 21.5°С 140°С600°С 10000°С

Разложение оксидов азота до нейтральных соединений (2МО -> -> М₂ + О₂) происходит в потоке низкотемпературной плазмы (10 000°С). Этот процесс -при более, низких температурах в присутствии катализатора протекает в- • двигателях внутреннего сгорания. Присутствие восстановителей в зоне реакции (угля, графита, кокса) также понижает температуру реакции восстановления. При температуре 1000°С степень разложения N0 в реакции С + 2МО -> СО₂ + М₂ составляет 100%.

При температуре выхлопных газов автомобиля в двигателе внутреннего сгорания возможна реакция:

в) Сорбционные методы.

Это адсорбция оксидов азота водными растворами щелочей и известью СаСОз и адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (угли, торф, силикагели, цеолиты).

• Очистка газов от 8О2-

_ч ТЭС мощностью 1 .млн кВт при работе на каменном угле выбрасывает в атмосферу 1 1 тыс^т, 8О₂, на газе — 20% этого количества.

Очистка дымовых газов электростанций обходится сейчас приблизительно в 300 — 400 тыс. руб. за 1 кВт в год. Снижение доли серы в нефтепродуктах на 0,5% обходится при этом в 30 тыс. руб. на 1т. Методы улавливания 8О₂ требуют больших затрат, их можно разделить на аммиачные, нейтрализации и каталитические.

< Эффективность .очистки зависит от множества факторов: парциальных давлений 8О₂ и О2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличия и свойств твердых и га­зообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности хемосорбентов; потребности в продуктах утилизации 8О₂; требуемой степени очистки газа.

Очистка газов от взвешенных частиц, например пыли. Можно выделить несколько методов улавливания частиц пыли:

гравитационное оседание;

центрифугирование;

электростатическое оседание;

инерционное соударение;

прямой захват;

диффузия.

Все процессы очистки осуществляются с помощью специальных
фильтров скрубберов и т.д)

Защита гидросферы

Характеристика гидроресурсов и сточных вод

Гидросферой называют водную оболочку Земли. Это совокупность океанов, .морей, озер, прудов, болот и подземных вод. Гидросфера — са­мая тонкая;рбрлочка нашей планеты, она составляет лишь 10~-³% общей

массы планеты.

Роль воды во всех жизненных процессах общепризнанна.Без воды человек может жить не более 8 суток, за год он потребляет около 1 т воды. Растения содержат 90% воды. Сельское хозяйство является основным потребителем пресной воды. Вода идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов. Вода необходима практически всем отраслям промышленности.

На электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн т/год.

Указанные производства требуют только пресную воду. Расчеты показывают, что количество пресной воды составляет всего 2,5% всей воды наг^ланете; 85% — морская вода, содержащая до 35 г/л солей.

Методы очистки воды

Чистые сточные воды — это воды, которые в процессе участия в технологии производства практически не загрязняются и сброс которых без очистки^не вызывает нарушений нормативов качества воды водного об:ъекта^Н$р,мативь1._иедины „и утверждены Правилами охраны вод от загрязнения, стачными водами, принятыми Минводхозом, Минздравом и Минрыбхозом в 1974 г. В 1996 г. на базе Роскомвода и Роскомнедр было создано Министерство природных ресурсов РФ. Принят ряд новых законов Российской Федерации, которые значительно меняют сложившуюся нормативно-правовую базу и систему управления и контроля в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Загрязненные сточные воды — это воды, которые в процессе использования загрязняются различными компонентами и сбрасываются без очистки, а также сточные воды, проходящие очистку, степень которой ниже норм, установленных местными органами Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. Сброс этих вод вызывает нарушение нормативов качества воды в водном объекте.

Практически всегда очистка промышленных стоков — это комплекс методов. Наиболее широко используется комбинация механической очистки, • нейтрализации промышленных стоков, или реагентной очистки, и биохимической очистки. Эти операции осуществляются практически во всех комплексах очистных сооружений, в том числе и на станциях аэрации при очистке бытовых (канализационных) стоков. Рассмотрим их подробнее.

1. Механическая очистка стоков

Сюда' "относятся отстой сточных вод в специальных

отстойниках, в которых происходит оседание взвешенных частиц на дно отстойников; сбор нефтепродуктов и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности стоков устройствами типа механических рук и, наконец, фильтрация вод через слой песка примерно 1,5-метровой толщины.

2. Химическая, ил и реагент пая, о чистка

а) . Один,. из_я.. видов обработки сточных вод — реакции

нейтрализации. Нейтрализация — химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора — с помощью кислот. Поскольку химическая природа отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные свойства, а для другого вида отходов —, щелочные свойства. О степени кислотности или щелочности раствора, судят по величине водородного показателя рН. Значение величины рН растворов различных веществ колеблется ог 0 до 14. Небольшие значения рН свидетельствую! о наличии кислотной среды. Чтобы контролировать реакцию нейтрализации, надо знать, какое количество кислоты пли щелочи надо добавить в раствор для получения необходимого значения рН. Для этого используют метод титрования, по объему израсходованного титраита вычисляя количество определяемого

вещества.

б)Реакцииокисления-восстановления.

Любая реакция окисления-восстановления есть одновременное окисление одних компонентой и восстановление других. Наиболее распространенные окислители и восстановители:

Окислители Восстановители

Кислород или воздух и и Хлорит

Озон • Сульфат Ре²⁺

Хлор, гипохлорит Гидросульфит

Перекись водорода Диоксид серы
Перманганат калия Сероводород

Одним из важнейших окисляющих агентов является хлор, поэтому большинство химических операций со сточными водами начинается с хлорирования, чтобы высокотоксичный хлор к концу реагентной обработки полностью удалялся из воды. Окислительно-восстановительные .реакции используются для превращения токсичных веществ в безвредные.

Охрана литосферы

Твердые бытовые отходы и их утилизация

Общая площадь суши Земли составляет 149,1 млн км², из них пригоднзддля обитания людей 133 млн км².

Основные виды загрязнения литосферы — твердые бытовые и промышленные отходы. На одного жителя в городе в среднем приходится в год примерно по 1 т твердых отходов, причем эта цифра ежегодно увеличивается.

В городах под складирование бытовых отходов отводятся большие территории. Удалять отходы следует в короткие сроки, чтобы не допускать размножения насекомых, грызунов, предотвращать агрязнение воздуха. Во многих городах действуют заводы по переработке бытовых отходов, причем полная переработка мусора позволяет городу с населением в 1 млн человек получать в год до 1500 т металла и почти 45 тыс. т компоста — смеси, используемой в качестве удобрения. В результате утилизации отходов город становится чище, кроме того, за счет освобождающихся площадей, занятых свалками, город получает дополнительные территории. Например, в Москве к 1990 г. было зарегистрировано 150 свалок, из них только 3 — действующие. Часть новых кварталов Москвы размещена на территории бывших свалок, и поскольку во время строительства еще не было правильно организованных технологий свалок, то в этих районах города необхо­дим особенно тщательный контроль воздуха на присутствие токсичных веществ.

Правильно „организованная, технологическая свалка — это такое складирование твердыхбытовых отходов,которое предусматривает постоянную, хотя и очень долговременную, переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов.

На заводе по сжиганию бытовых отходов наряду с обезвреживанием происходит максимальное уменьшение их объема (до 90% исходного). Однако, .необходимо учитывать, что сами мусоросжигающие заводы могут загрязнять. окружающую среду, поэтому при их проектировании обязательно предусматривается очистка выбросов в ОС. Производительность, таких заводов по; сжигаемым отходам приблизительно 720 т/с. при круглогодичном и круглосуточном режимах работы.

В сельскохозяйственных районах строятся заводы по переработке старой полиэтиленовой пленки. Например, из собранной ] за год (более 1500 т), очищенной от грязи пленки получают 1300 т труб, которые используют в мелиорации и в крупнопанельных домах.

В Японии, стране высокой бытовой культуры, налажен сбор в специальные контейнеры отходов полиэтилена, которые затем прессуются и из них создаются острова в Тихом океане для за­хоронения неутилизируемых в настоящее время отходов (например, ядерных отходов).

Во многих странах Европы вблизи больших магазинов установлены контейнеры • для . банок и бутылок разного цвета. Специалисты подсчитали, что на собранном таким образом сырье в городе с населением 0,5—1,0 млн человек может в течение года работать стекольный завод.

Принципиальные направления инженерной защиты окружающей природной

Среды.

Основные направления инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий - внедрение ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологии, биотехнология. утилизация и детоксикация отходов и главное - экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ.

Эти принципиальные направления основаны на цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют экологизированными.

Подобно любой экологической системе, где вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизйрованный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам и в первую очередь закону круговорота веществ.

Другой путь, например, создание всевозможных, даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Основная причина загрязнения биосферы - это ресурсоемкие и загрязняющие технологии переработки и использования сырья. Именно эти, так называемые традиционные технологии приводят к огромному накоплению отходов и к необходимости^ очистки сточных вод и утилизации твердых отходов. Достаточно отметить, что ^; ежегодное -накопление на территории бывшего СССР в 80-х годах составляло 12-15 млрд. т твердых отходов, около 160 млрд. т жидких и свыше 100 млн. т газообразных отходов.