Неумолимая поступь научно-технического прогресса породила одну из сложнейших проблем - человек и окружающая его природная среда. Неизбежное вмешательство человека в ход естественных процессов сопряжено с нарушением сложившегося в природе равновесия, с развитием стихийно-разрушительных процессов (загрязнение атмосферы, истощение водных и лесных ресурсов и т.п.). Поэтому вопросам охраны и рационального использования природных ресурсов в современных условиях придается особое значение.
Законодательные. Наиболее важным в обеспечении нормального процесса по охране атмосферного воздуха является принятие соответствующей законодательной базы, которая бы стимулировала и помогала в этом трудном процессе. Атмосферный воздух - жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. (статья 1 Федерального закона №96-ФЗ от 04.05.1999 г. «Об охране атмосферного воздуха»).
В соответствии со статьей 4 Федерального закона «Об охране окружающей среды» атмосферный воздух относится к объектам охраны окружающей среды от загрязнения, истощения, деградации, порчи, уничтожения и иного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности.
Архитектурно планировочные. Данные мере направлены на регламентацию строительства предприятий, планирование городской застройки с учетом экологических соображений, озеленение городов и др. При строительстве предприятий необходимо придерживаться правил установленных законом и не допускать строительство вредных производств в городской черте. Необходимо осуществлять массовое озеленение городов, т. к. Зеленые насаждения впитывают из воздуха многие вредные вещества и способствуют очищению атмосферы.
Необходима также капитальная реконструкция (а не косметический ремонт) дорожного покрытия, строительство современных транспортных развязок, выпрямление дорог, устройства звукозащитных барьеров и озеленение придорожной полосы.
Технологические и санитарно- технические. Можно выделить следующие мероприятия: рационализация процессов сжигания топлива; улучшение герметизации заводской аппаратуры; установка высоких труб; массовое использование очистных устройств и др. Следует отметить, что уровень очистных сооружений в России находится на примитивном уровне, на многих предприятиях они отсутствуют вовсе и это несмотря на вредность выбросов этих предприятий.
Не менее важной задачей является воспитание у Россиян экологического сознания. Отсутствие очистных сооружение конечно можно объяснять нехваткой денег (и в этом есть большая доля правды), но даже если деньги и есть их предпочитают потратить на что угодно, только не на экологию. Отсутствие элементарного экологического мышления особенно ощутимо сказывается в настоящее время. Пока в России не появится поколение с полноценно сформированным экологическим сознанием, не будет заметно существенного прогресса в осмысление и предупреждении экологических последствий деятельности человека.
В . Охрана атмосферного воздуха.
Атмосферный воздух занимает особое место среди других компонентов биосферы, значение его для всего живого на Земле трудно переоценить. Потребность человека в воздухе зависит от его состояния, условий работы и колеблется от 15 до 150 тыс. м 3 в сутки. Воздух используется в качестве исходного материала во многих промышленных процессах, поскольку служит окислителем в процессах горения. При этом воздух должен иметь определенный состав и любые отклонения от нормы опасны для здоровья. Химический состав чистого воздуха указан в таблице 1.
Из таблицы следует, что воздух состоит в основном из азота, кислорода и относительно меньшего количества аргона, диоксида углерода. Все остальные имеющиеся в воздухе газы содержатся в незначительных количествах.
Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя живые организмы озоновым слоем от жестких ультрафиолетовых лучей. Воздушная атмосфера обладает способностью к самоочищению, что происходит при перемешивании приземных слоев воздуха, при вымывании растворимых в воде веществ атмосферными осадками, а также путем осаждения загрязняющих веществ на поверхность земли.
Таблица 1.
Концентрация и общее количество газов в атмосфере воздуха
| Вещество | Концентрация в чистом сухом воздухе на уровне моря (% об.) | Общее Количество в атмосфере (10 9 т) |
| Азот (N 2) | 78,084 | 3 900 000 |
| Кислород (O 2) | 20,9476 | 1 200 000 |
| Аргон (Ar) | 0,934 | |
| Диоксид углерода(CO 2) | 346*10 -6 | |
| Неон (Ne) | 18,18*10 -6 | |
| Криптон (Kr) | 1,14*10 -6 | |
| Метан (CH 4) | 2,0*10 -6 | |
| Гелий (He) | 5,24*10 -6 | |
| Озон (O 3) летом | < 0,07*10 -6 | |
| Зимой | < 0,02*10 -6 | - |
| Ксенон (Xe) | 0,087*10 -6 | |
| Закись азота (N 2 O) | 0,5*10 -6 | |
| Монооксид углерода(CO) | < 1*10 -6 | 0,6 |
| Водород (H 2) | 0,5*10 -6 | 0,2 |
| Аммиак (NH 3) | < 1*10 -6 | 0,02 |
| Диоксид азота (NO 2) | < 0,02*10 -6 | 0,013 |
| Монооксид азота (NO) | < 0,002*10 -6 | 0,005 |
| Диоксид серы (SO 2) | < 1*10 -6 | 0,002 |
| Сероводород (H 2 S) |
Загрязнение атмосферного воздуха. В последнее время наблюдается существенное загрязнение атмосферного воздуха. Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на состояние экосистем. Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами: выветриванием горных пород, вулканической деятельностью, ветровой эрозией почвы, массовым цветением растений, дымом от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение атмосферы связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно стало значительно превосходить природное загрязнение атмосферного воздуха.
В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона). При региональном загрязнении в среду негативного воздействия вовлекаются значительные пространства. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:
1) газообразные (диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и т.д.)
2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.)
3) твердые (нерастворимые соли, многие соединения тяжелых металлов, высокомолекулярные органические вещества).
Главные загрязнители атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека – диоксид углерода, диоксид серы, монооксид углерода, оксид азота и твердые частицы. Помимо этих загрязнителей в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 200 наименований вредных веществ, среди которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца ртути, кадмия, никеля, хрома, кобальта, аммиак, фенол, бензол, хлорорганические соединения.
В настоящее время наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха охватывает все большие города. В 2000 году в России сеть станций, наблюдающих за химическим составом и кислотностью осадков, состояла из 124 станций федерального уровня. Пробы анализируются на содержание 10-20 компонентов. Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществлялась в 484 пунктах. В пробах определяются ионы сульфатов, значения рН, а также бензапирена и соединения тяжелых металлов.
Основной задачей человечества в современный период является полное осознание важности экологических проблем, и кардинальное их решение в короткие сроки. Необходимо развивать новые методы получения энергии основанные не на деструктуризации веществ а на других процессах. Человечество как единое целое должно взяться за решение этих проблем, ведь если ничего не делать Земля скоро прекратит свое существование как планета пригодная для обитания живых организмов.
Заключение
Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты её от загрязнения, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. Атмосфера может содержать определённое количество загрязнителя без проявления вредного воздействия, т.к. происходит естественный процесс её очистки.
Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.
Стандарты качества определяют уровни качества воздуха и предельно допустимые выбросы (ПДВ), которые необходимо выдерживать для обеспечения безопасности жизни.
Контролирующие органы обязаны осуществлять количественный и качественный контроль.
Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование применения передовых технологических процессов, замена вредных материалов безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих.
Один из главных источников загрязнения атмосферы углекислым газом - автомобильный транспорт. Есть несколько видов борьбы с этим видом загрязнений: техническое совершенствование двигателей, топливной аппаратуры, электронных систем подачи топлива; повышение качества топлива, снижение содержания токсичных веществ в выхлопных газах в результате применения дожигателей топлива, каталитических катализаторов; использование альтернативных видов топлива, например сжатого природного газа.
Кроме того, открыт способ утилизации углекислого газа с помощью новейших технологий. Диоксид углерода извлекают из дымовых газов. Операцию проводят высокоэкономичным методом газоразделения с помощью ионообменных мембран, при этом концентрацию углекислоты доводят до 98-99%. Очищенный диоксид углерода закачивают в хранилища (газгольдеры), откуда он поступает на дальнейшую переработку.
Введение новых технологий снизит накопление углекислого газа в атмосфере и поможет не только создать альтернативное сырье для синтеза многих органических соединений, основой для которых сегодня служит нефть, но и решить важные экологические проблемы.
1) создание безотходных и малоотходных технологий и технологических средств комплексного использования сырья и утилизации отходов производства, организацию ТПК с замкнутой системой материального баланса вещества, включая отходы производства;
2) ликвидацию местных котелен и переход на централизованное обеспечение теплом от крупных ТЭЦ и ТЭС;
3) замену топлива - предпочтительнее топливо с меньшим количеством продуктов неполного сгорания (вместо угля и мазута использовать природный газ);
4) предварительную очистку сырья и топлива от вредных примесей, в частности, снижение содержания серы в топливе;
5) электрификацию производства, транспорта и быта, замену пламенного нагрева электрическим;
6) использование трубопроводов, гидро- и пневмотранспорта для пылящих материалов;
7) замену прерывистых технологических процессов непрерывными.
Самой действенной мерой охраны атмосферного воздуха является строительство предприятий, работающих по принципу безотходной технологии, с замкнутыми технологическими процессами, с исключением выбросов в атмосферу абгазов и хвостовых газов. Внедрение даже частичной рециркуляции абгазов, замена угля и мазута природным газом дали в последние годы хороший экологический и экономический эффект. Изменение технологии должно идти по пути уменьшения количества выбросов и сокращения затрат на очистку газов в расчете на единицу продукции.
Одним из перспективных направлений является внедрение газоочистки с применением системы каталитического дожигания. Оно применяется для очистки паров растворителей красок, содержащих органические и не окисленные вещества: эфиры, углеводороды, толуол, ксилол и др. Воздух, загрязненный парами, вентилятором подается в теплообменник, нагревается там до 350 0С за счет тепла очищенного воздуха, затем поступает в топку-нагреватель, где в результате сжигания природного газа температура его повышается до 450 0С. Далее в контактном аппарате в присутствии катализатора загрязненные вещества окисляются до углекислого газа и паров воды. Очищенный воздух (степень очистки 99 %) охлаждается в теплообменнике и выбрасывается в атмосферу.
Немалое практическое значение для газоочистки имеют и профилактические мероприятия, заключающиеся в улучшении условий сжигания топлива, в совершенствовании конструкции фильтров и другого газо-пылеулавливающего оборудования, в герметизации технологических линий и т.д. Охране атмосферного воздуха способствует перевод автомобилей на сжиженный газ, при этом в 3-4 раза снижается выделение окиси углерода и других токсичных веществ. Газобаллонные автомобили появились в Москве в 1960 г. С 1975 г. производится серийный выпуск автомашин ЗИЛ-138, ЗИЛ-138-В1, ЗИЛ- ММЗ-45023, ГАЗ 52-07, ГАЗ 53-07, ГАЗ 24-07. Автомобили работают и на сжатом газе. Переоборудовать бензиновый двигатель на газовый несложно. При этом почти не уменьшается мощность двигателя, но снижаются эксплуатационные расходы. В автомобилях используется и газовый конденсат (самостоятельно или в смеси с дизельным топливом). Четко проявляется тенденция перевода автомобилей с бензина на дизельное топливо, которое дешевле, менее дефицитно и более экологично.
В качестве источника энергии в некоторых странах используется и спирт (например в Бразилии), и навоз (с переработкой на газ), и отходы кокосовых орехов и мандаринов и т.д. Появляются автомобили, работающие на водороде (его калорийность равна 30000 ккал/кг, в то время как у углерода она равна 7000 ккал/кг). Весьма заманчиво использование электро автомобилей. Однако широкого распространения они пока, к сожалению, не получают, так как они маломощны. Кроме того, у них тяжелые и недостаточно емкие аккумуляторы.
Появляются автомобили, использующие солнечную и механическую энергию, энергию ветра. Их пробег при одной заправке аккумуляторов от солнечных батарей достиг 200 км. Такие автомобили получают распространение в Швейцарии, Англии и других странах.
Концентрация загрязнений на строительных площадках в результате работы механизмов и автотранспорта достаточно высока. Переводятся на электропривод электросварочные аппараты, грузоподъемные механизмы, компрессоры, насосы, сваебойные агрегаты, средства малой механизации, бульдозеры, экскаваторы, работающие в основном на двигателях внутреннего сгорания. Исправный, хорошо отрегулированный двигатель выбрасывает в 10 раз меньше окиси углерода, чем неисправный или плохо отрегулированный. Еще большего (20-кратного) снижения этого компонента можно достичь, применяя электронную схему зажигания, используя каталитические нейтрализаторы. Следует, однако, отметить, что каталитические нейтрализаторы нельзя применять в автомобилях, работающих на этилированном бензине, так как соединения свинца нарушают процессы катализа.
Замена тетраэтилсвинца менее вредными антидетонаторами, например соединениями марганца, увеличивает срок службы нейтрализаторов. Введение барий содержащих присадок позволяет на 70-90 % уменьшить содержание сажи и на 60-80 % - канцерогенных веществ. Вот почему внедрение в производство неэтилированного бензина имеет огромное эколого-экономическое значение.
На каждом предприятии и для каждого территориально-промышленного комплекса разрабатывается план мероприятий по охране атмосферного воздуха, который включает в себя мероприятия, обоснованные экологически и технико-экономически, которые являются составной частью комплексного плана мероприятий по охране и рациональному использованию природных ресурсов на предприятии или территориальном-промышленном комплексе, а также общие мероприятия по охране воздушного бассейна.
Технологические мероприятия
Технологические мероприятия включают в себя:
Замена местных котельных на централизированное тепло от крупных ТЭЦ и ТЭС;
Предварительная очистку сырья и топлива от вредных примесей;
Использование трубопроводов, гидро-, и пневмотранспорта для пылящих материалов;
Использование безопасных технологических процессов на основе внедрения принципиально новых технологий и оборудования;
Замену топлива: предпочтительней топливо с меньшим количеством продуктов сгорания (вместо угля и мазута - природный газ).
Одним из наиболее перспективных направлений газоочистки является применение системы каталитического дожигания для очистки паров растворителей красок, содержащих органические и неокисленные вещества: эфиры, углеводороды, толуол и др.
Большое значение имеют и профилактические мероприятия, заключающиеся, в основном, в улучшении условий сжиганий топлива, в совершенствовании конструкции фильтров и другого газо- и пылеулавливающего оборудования, в герметизации технологических линий и т.д.
Существуют различные методы очистки выбросов твердых, жидких и газообразных примесей. На основе этих методов разработано значительное количество устройств, установок и аппаратов, при комплексном использовании которых может быть достигнута высокоэффективная очистка пылегазовых выбросов до 99,99%.
Изучив выше перечисленные методы, предлагаю на данном предприятии использовать предварительную очистку сырья и топлива от вредных примесей в частности снижение содержания серы в топливе, так как данное предприятие использует продукты переработки, которые содержат серу, а предварительная очистка сырья и топлива увеличит высокую эффективность работы оборудования.
Также предлагаю руководству предприятия рассмотреть метод замены топлива: предпочтительней топливо с меньшим количеством продуктов сгорания (вместо угля и мазута - природный газ). Однако этот метод будет финансово-экономически невыгодным, так как импорт газа с соседних стран довольно дорогостоящий.
Одним из дешевых методов очистки в технологических методах, является профилактические мероприятия, заключающиеся в улучшении условий сжиганий топлива.
Инженерно-организационные мероприятия
В том случае, когда существующие методы очистки не обеспечивают санитарных норм, прибегают к инженерно-организационным мероприятиям. Основные виды инженерно-организационных мероприятий состоят в следующем:
Снижение интенсивности и организации движения автотранспорта. Для этого ведется строительство объездных и окружных дорог вокруг городов и населенных пунктов, устройство развязок пересечений дорог на разных уровнях, организация на основных городских магистралях движениия по типу «зеленая зона».
На данном предприятии для уменьшения загрязнения автотранспортом предлагаю: прокладывать дороги в выемках; вокруг дорог создавать зеленые «волны»; располагать трассы на разных уровнях.
Увеличение высоты дымовых труб. Чем выше труба, тем лучше рассевание пылегазовых выбросов в атмосфере. Следует заметить, что при выбросах через высокие дымовые трубы повышается общее фоновое загрязнение воздуха. С увеличением высоты трубы резко возрастает ее стоимость, поэтому на практике не рекомендуется строительство труб более 150м.
Специальными исследованиями установлено, что концентрация веществ в выбросах зависит от высоты трубы и выражается следующей формулой:
Если дымовая труба высотой 100 м позволяет рассеивать вредные вещества в радиусе 20 км, то труба высотой 250 м увеличивает радиус рассевания до 75км. Рассматривая данное предприятие, можно сделать вывод, что трубы высотой от 32 м до 58 м, расположенные на промплощадке имеют не большой радиус распространения вредных веществ.
На данном предприятии трубы изготовлены из металла и кирпича.
Нужно отметить, что данные строительные материалы имеют свойства коррозии, если металл железо; и свойство разрушаться (кирпич). Эти факторы невыгодны предприятию, прежде всего по экономическим соображениям, так как поддержка исправности и нормального функционирования труб являются неотъемлемой частью производства продукции.
Повышение скорости движения газов в дымовой трубе. Это способствует увеличению начального подъема выбросов, улучшению условий их рассеивания. С другой стороны, при этом возрастает гидравлическое сопротивление дымовой трубы и соответственно удельные энергозатраты на транспортировку газов.
Борьба за чистоту атмосферного воздуха в настоящее время стала важнейшей задачей отечественной гигиены. Эта задача решается путем законодательных предупредительных мероприятий: планировочных, технологических и санитарно-технических. Постановление Совета Министров СССР «О мерах борьбы с загрязнением атмосферного воздуха и об улучшении санитарно-гигиенических условий населенных мест» (1949) запрещает министерствам и ведомствам вводить в действие предприятия и цехи, не обеспечив их эффективной очисткой промышленных выбросов.
В законе «Об охране природы в РСФСР», принятом в 1960 г., атмосферный воздух рассматривается как объект природы, как природное богатство, подлежащее охране. Закон вменяет в обязанность исполкомам, предприятиям, учреждениям и другим организациям проводить комплекс мероприятий, предупреждающих загрязнение атмосферного воздуха: внедрение рациональной технологии, исключающей поступление в атмосферу вредных отходов, применение эффективных очистных и рекуперационных сооружений и т. п. Закон требует неукоснительного соблюдения гигиенических норм чистоты атмосферного воздуха. Одним из наиболее существенных мероприятий, осуществленных Советским государством в этом направлении, является регламентация для атмосферного воздуха населенных мест предельно допустимых концентраций химических и механических примесей, т. е. такого их содержания, при котором исключена возможность как прямого воздействия этих примесей на организм человека, условия жизни, работоспособность и самочувствие, так и косвенного влияния на здоровье благодаря значительным потерям биологически ценных ультрафиолетовых лучей солнца, снижению прозрачности атмосферы, губительному действию на растительность и т. п. Иначе говоря, предельно допустимые концентрации - это такие количества атмосферных загрязнений, которые не могут нанести какого-либо ущерба здоровью населения. Величины этих концентраций устанавливаются путем длительных экспериментов на животных, причем допустимой считают такую концентрацию, которая при многодневном воздействии не вызывает сколько-нибудь существенных функциональных изменений и биохимических реакций. Уровни предельно допустимых концентраций должны лежать ниже величин, при которых наблюдаются не только нарушения реактивности, но даже какие-либо защитные или приспособительные реакции.
В санитарном законодательстве СССР для предельно допустимых уровней атмосферных загрязнений приняты два значения концентраций: максимально разовая и среднесуточная. Первая из них представляет собой норматив, с которым следует сравнивать наиболее высокую концентрацию обнаруженного в атмосфере загрязняющего вещества; вторая является средним арифметическим из величин, полученных в течение суток путем многократных измерений, регистрируемых графически непрерывно или периодически. Сопоставляя полученные с помощью анализа воздушной среды величины загрязнений с регламентированными нормативами, можно количественно охарактеризовать содержание вредных примесей, а затем оценить чистоту атмосферного воздуха с санитарной точки зрения.
Ниже приведена таблица 1 предельно допустимых концентраций некоторых вредных примесей в атмосферном воздухе населенных мест (извлечение из СН 245-63).
| Наименование вредных веществ | Предельно допустимая концентрация в мг/м 3 | |
| максимально разовая | средне-суточная | |
| 1. Акролеин 2. Амилацетат 3. Ацетон 4. Бензол 5. Бутилацетат 6. Винилацетат 7. Дихлорэтан 8. Метанол 9. Метилацетат 10. Мышьяк (неорганические соединения, кроме мышьяковистого водорода) 11. Окись углерода 12. Окись азота 13. Пыль нетоксическая 14. Ртуть металлическая 15. Сернистый ангидрид 16. Сероводород 17 Сероуглерод 18 Сажа (копоть) 19. Формальдегид 20. Фенол 21 Фтористые соединения 22. Хлор 23. Хлористый водород 24. Этилацетат |
0,30 0,1 0,35 2,40 0,1 0,2 3,0 1,5 0,07
- |
0,10 0,1 0,35 0,80 0,1 0,2 1,0 0,5 0,07 0,003 |
Наличие регламентированных предельно допустимых концентраций атмосферных загрязнений дает возможность органам санитарного надзора в соответствии с санитарным законодательством предъявлять предприятиям требования об осуществлении мероприятий технологического и санитарно-технического характера. Целью этих требований является предохранение воздушного бассейна городов от промышленных выбросов и ограничение содержания вредных примесей в атмосферном воздухе. Санитарным органам при утверждении проектов нового строительства предприятий, электростанций и других объектов предоставлено право отказа, если в рассматриваемой документации не предусмотрены установки по очистке промышленных выбросов. К таким установкам относятся различные пыле- и газоочистные устройства, освобождающие дымовые газы от летучих аэрозолей и вредных газообразных примесей. К сожалению, современная техника не обеспечивает полноценной очистки дымовых газов от этих веществ. Поэтому даже при эксплуатации наиболее эффективных очистных сооружений необходимо предусматривать устройство достаточно высоких заводских труб. Благодаря последним выброс дыма и золы происходит в зону быстро перемещающихся над земной поверхностью воздушных потоков.
Существенное гигиеническое значение имеет использование в качестве топлива тех сортов угля, которые обладают наименьшей зольностью, а также рационализация режима сжигания топлива, обеспечивающего полное его сгорание.
Важная роль в борьбе с загрязнением атмосферного воздуха принадлежит газификации и электрификации производственных процессов, широкому применению газа и электричества в быту, теплофикации городов и т. п. На всех промышленных предприятиях должны быть созданы условия для предупреждения загрязнения воздушной среды вредными примесями путем усовершенствования технологии, герметизации оборудования и др. Во многих случаях представляется возможной рекуперация выделяющихся парообразных веществ, т. е. частичный возврат в производство ценных материалов путем извлечения их из смеси с воздухом с помощью поглотителей, конденсацией паров или перегонкой. Как рекуперация, так и утилизация отходов производства с целью получения из них ценных материалов является чрезвычайно выгодной с экономической точки зрения и имеет существенное гигиеническое значение.
Наконец, санитарное законодательство СССР предусматривает для защиты атмосферного воздуха промышленных городов от химических и механических загрязнений планировочные мероприятия. Эти мероприятия заключаются в том, что при планировке предприятий регламентируются санитарно-защитные зоны, представляющие собой минимальные расстояния (разрывы) между промышленными объектами и жилыми районами города. Санитарно-защитные зоны способствуют рассеиванию промышленных выбросов и тем самым снижают содержание вредных примесей (по мере удаления от источника загрязнения атмосферного воздуха) до допустимых величин. Ширина защитной зоны устанавливается в зависимости от токсичности выделяющихся примесей и условий технологического процесса (от 50 до 1000 м). При этом необходимо учитывать розу ветров (см. стр. 61) и располагать жилые районы по отношению к предприятиям с наветренной стороны. Для заводов, изготовляющих синтетические лекарственные средства, ширина защитной зоны должна составлять не менее 1000 м, а для производств алкалоидов, галеновых препаратов, органопрепаратов, фармацевтических солей калия и др.- не менее 100 м.
Для борьбы с загрязнением воздуха уличной пылью необходимо применять поливку улиц, их механизированную уборку, усовершенствованные покрытия, озеленение территории и т. п.
Общие подходы к снижению и предотвращению загрязнения атмосферы можно классифицировать по двум основным направлениям: 1) мероприятия, проводимые с целью предотвращения негативных воздействий на окружающую среду; 2) мероприятия, направленные на ликвидацию последствий вредных воздействий.
Мероприятия, снижающие выброс загрязняющих веществ и уровень вредных воздействий:
- ? совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;
- ? изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов (удаление серы из топлива, переход с угля на нефть или газ, с бензинового топлива на водородное и др.);
Таблица 2
|
загрязнителей |
Основные источники загрязнения |
Возможное влияние на состояние атмосферы |
|
Взвеси (крошечные частицы и капли), находящиеся во взве- шенном состоянии |
Разработка полезных ископаемых, вспашка почвы, металлургические производства |
Изменение климата, состояния озонового слоя, создание смога |
|
Углеводороды (УВ) и другие летучие органические соединения |
Химическая, нефтехимическая промышленность, сжигание топлива, выбросы транспорта, курение |
Нарушение теплообмена атмосферы с гидросферой, изменение климата, состояния озонового слоя, усиление парникового эффекта |
|
Угарный газ (СО) |
Сжигание топлива, транспорт |
Нарушение теплового баланса верхних слоев атмосферы, изменение климата |
|
Оксиды азота (NxOy) |
Сжигание топлива, авиация, транспорт, минеральные удобрения |
Образование кислотных осадков, изменение состояния озонового слоя, создание смога |
|
Оксид серы (SO2) |
Сжигание топлива, металлургические производств |
Изменение климата, кислотные осадки |
|
Озон (О3) в приземном слое и другие фотохимические окислители |
Фотохимические реакции в атмосфере |
Изменение климата, сильное влияние на здоровье человека |
|
Тяжелые металлы (Hg, Cd, Zn, Cu и др.) |
Транспорт, металлургия |
Сильное влияние на живые организмы |
|
Радиация |
Естественная и искусственная (медицина, ядерная энергетика) |
Злокачественные образования и генетические мутации |
- ? установка очистных сооружений с последующей утилизацией улавливаемых отходов;
- ? комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды;
- ? научно-исследовательские и научно-технические разработки, результаты которых делают возможным и стимулируют внедрение перечисленных выше мер - разработка стандартов на качество окружающей природной среды, оценка экологической емкости экосистем, создание системы эколого-экономических показателей хозяйственной деятельности и др.
Мероприятия, позволяющие снижать степень распространения загрязняющих веществ и других вредных воздействий:
- ? строительство высоких и сверхвысоких труб;
- ? нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;
- ? доочистка используемых ресурсов перед поступлением к потребителю (установка кондиционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях);
- ? устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных объектах, озеленение городов и поселков;
- ? оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей (с учетом гидрометеорологических факторов) для минимизации их отрицательных воздействий;
- ? рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров, шумовых нагрузок и др.
Рассмотрим в качестве примеров некоторые принципиальные схемы очистки выбросов в атмосферу. Для очистки газовых выбросов обычно используют осаждение пыли в гравитационном, центробежном, электрическом или акустическом полях, методы абсорбции, хемосорбции и реагентные.
Очистка газовых выбросов от пыли чаще всего осуществляется в аппаратах-циклонах.
Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры, например тканевые с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем. Основную группу составляют разнообразные тканевые фильтры - хлопковые, шерстяные, капроновые, лавсановые, стекловолоконные.
Электрофильтры - наиболее совершенные аппараты для очистки газов от пылей и туманов. Процесс очистки основан на так называемой ударной ионизации газа в зоне разряда. Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, частично ионизированы за счет внешних воздействий. При достаточно большом напряжении, подаваемом на электроды, в электрическом поле движение ионов и электронов настолько ускоряется, что, сталкиваясь с молекулами газов, они ионизируют их, расщепляя на положительные ионы и электроны. Образовавшийся поток ионов ускоряется электрическим полем, и реакция повторяется (наступает лавинообразный процесс). Этот процесс называется ударной ионизацией. Электрофильтры обычно делают с отрицательными электродами, при этом положительно заряженные частицы под действием электростатических, аэродинамических сил и силы тяжести осаждаются. Периодическая очистка фильтра достигается встряхиванием электродов.
Очистка промышленных выбросов от токсичных газообразных примесей осуществляется с использованием: 1) абсорбции - промывки выбросов жидкими растворителями; 2) хемосорбции - промывки растворами реагентов, химически связывающими примеси; 3) адсорбции - поглощения примесей твердыми активными веществами; 4) химических превращений примесей в присутствии катализаторов (каталитические методы).
При абсорбции поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают в зависимости от растворимости в ней удаляемого газа, его температуры и парциального давления. Например, для удаления из технологических выбросов аммиака NH3, хлороводорода HCl, фтороводорода HF целесообразно в качестве абсорбента применять воду, так как растворимость этих газов в воде велика. В других случаях можно применять раствор серной кислоты (для улавливания водяных паров) или вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов) и др. Регенерация растворителя, т.е. десорбция из него газов проводится путем повышения температуры или понижения давления в термических или вакуумных десорберах.
Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:
H2S + Na4As2S5O2 = Na4As2S6O + H2O.
Регенерация раствора проводится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:
2Na4As2S6O + О2 = 2Na4As2S5O2 + 2S.
В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты - это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими или газообразными смесями. Это или природные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полимеры (смолы).
Адсорбция процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твердыми веществами. При физической адсорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (избирательность), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты - активные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.
Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. В последние годы каталитические методы применяются для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода СО в нетоксичные: газообразный азот N2 и диоксид углерода СО2. При этом используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глиноземе, медь, никель, хром и др:
- 2 NO + 2СО > кат N2 + 2СО2;
- 2 NO + 2Н2 > кат N2 + 2Н2О;
- 2СО + О2 > кат 2СО2.
Нормирование качества воздуха и регламентация условий выбросов загрязняющих веществ
Нормирование качества воздуха - это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на атмосферу. Гигиенические нормативы - наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества воздуха.
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.
ПДКвозд. - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе. ПДК макс. раз. характеризует разовое, единовременное воздействие на организм человека, к которому он более устойчив в допустимых пределах, чем к хроническому, так как после снятия воздействия организму дается время для самовосстановления. ПДК раб. зоны рассчитывается на относительно здоровую (работоспособную) часть населения, воздействие на которую происходит в рабочее время. Содержание загрязняющих веществ, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называется пороговым уровнем.
При больших количествах загрязнителя проявляются последствия для здоровья. Они зависят как от концентрации вредного вещества, так и от длительности его воздействия (экспозиции).
Уровень загрязнения воздуха определяется тремя факторами:
- 1) поступление загрязнителей в воздух (величина выброса);
- 2) объем пространства, в котором они рассеиваются (высота выброса, направление и скорость ветра, разность t0, влажность воздуха);
- 3) удаление загрязнителей из воздуха (расстояние до источника выброса).
Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воздуха, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня. В дальнейшем почвенные микроорганизмы или другие природные процессы могут поглотить и ассимилировать загрязняющие вещества, полностью устранив их из среды. К сожалению, современная цивилизация производит такие количества и такие типы загрязняющих веществ, что мнение «природа сама справится с загрязнением» не выдерживает критики.
Сорок четыре города России имеют высокий уровнь загрязнения воздуха (индекс загрязнения более 14). К ним относятся такие крупные города и промышленные центры, как Москва, Екатеринбург, Красноярск, Магнитогорск, Новосибирск, Челябинск, Кемерово.
Выпадения свинца и кадмия от зарубежных источников составляют около 30% суммарного загрязнения этими металлами европейской территории России, однако в западных регионах России эта доля значительно больше. Таким образом, трансграничный перенос существенно загрязняет территорию РФ.