Инженерная защита окружающей среды. Лекция. Тема 5. Инженерная защита окружающей среды. Тема 5 Инженерная защита окружающей среды Последствия загрязнения природной среды
 Скачать 2.55 Mb.
|
|
Тема 5: Инженерная защита окружающей среды Последствия загрязнения природной среды Современное воздействие человечества и природы характеризуется во многом антропогенным загрязнением окружающей человека природной среды. Под загрязнением необходимо понимать любые изменения атмосферного воздуха, почвы, водоемов и других элементов природы, которые выводят систему из состояния равновесия. В естественных условиях постоянно происходят загрязнения различных форм: появление и размножение в экосистеме чуждых ей видов организмов, например различных бактерий (такое загрязнение называют биологическим); увеличение концентраций тех или иных веществ и внесение в ландшафт чуждых веществ, например в результате природных катастроф или других явлений (ураганы, цунами, извержение вулканов и т.д.); изменение потоков энергии и появление новых источников энергии и т.д. Главным для природных систем является объем загрязнения: в состоянии ли системы справиться с этим загрязнением или нет. По существу загрязнение – все то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы. Загрязнителями являются химические вещества (жидкости, газы, в твердом состоянии), а также различные выбросы энергии, тепло, шум, излучения, вибрация и т.д. В целом загрязнения можно классифицировать по следующим основным критериями: естественное (природное) и антропогенное; первичное, вторичное, многократное; по объектам воздействия: водоемы, почва, атмосфера, ландшафты, недра, растения, животные, люди, климат, территория, регион и др.; прямые, опосредованные, суммарные; по уровню последствий: локальные, региональные, национальные, континентальные, глобальные, катастрофические; по виду энергетического воздействия: механические, физические, физико- химические, химические, биологические в различных проявлениях и сочетаниях; по характеру загрязнения: изъятие природных ресурсов, изменение ландшафтов, преобразование территорий, исчезновение видов, загрязнение окружающей среды; по количественным показателям: в пределах установленных нормативов ниже и выше их; соответствие санитарным и гигиеническим нормам; проявление отрицательных эффектов, степень риска и т.д.; по временным нормативам: кратковременные, длительные, постоянные; по степени воздействия: последствия обратимые и необратимые, эффект явный или скрытый, с наличием вторичных факторов и цепных реакций и т.п. В качестве примера глобального загрязнения в результате хозяйственной деятельности человека, которое ведет к непредсказуемым последствиям, можно привести стойкие органические загрязнители (СОЗ) – это первичные и побочные продукты промышленности. Появились они сравнительно недавно. В настоящее время к СОЗ отнесено 12 веществ: полихлорированные диоксины и фураны, полихлорбифенилы, ДДТ, хлордан, гептахлор, гексахлорбензол, токсафен, алдрин, диелдрин, эндрин и мирекс. Как правило, СОЗ имеют некоторые общие характеристики: они представляют собой малолетучие химически прочные соединения, которые могут оставаться в окружающей среде в течение длительного времени, не подвергаясь разложению. Попав в воздух, СОЗ перемещаются на большие расстояния, вплоть до регионов, расположенных в тысячах километрах от первоначальных источников загрязнения, например таких, как Арктика. СОЗ накапливаются в жировых тканях животных и человека. При этом даже малые концентрации некоторых стойких органических загрязнителей могут приносить существенный вред, приводя к развитию болезней иммунной и репродуктивной системы, врожденным дефектам у детей, раковым заболеваниям. Под воздействием СОЗ произошло резкое снижение численности популяций таких морских млекопитающих, как тюлень, дельфин, белуха. Высокая частота мертворожденных, выкидышей, врожденных пороков развития, болезней репродуктивной системы у женщин – вот неполный перечень последствий воздействия СОЗ на человека. Всеобщее загрязнение окружающей среды в результате человеческой деятельности стало глобальным как по объему, так и по охвату всей планеты. Антропогенное воздействие на окружающую среду характеризуется следующим: 1. Из биосферы выводятся различные по площади территории и акватории, существование экосистем на которых прекращается. 2. Из природной среды непрерывно изымается огромное количество веществ, в виде так называемых «полезных ископаемых»: углеводородного топлива, руд, нерудных минералов и т.д. Так, ежегодная добыча различных руд превышает 100 млрд. куб. м, условного топлива сжигается более 7 млрд. тонн в год. 3. Водные объекты от лужи до океана превращены в место сброса самых разнообразных жидких, твердых и газообразных отходов, включая стоки и канализацию, в место захоронения опасных отходов; большинство водоемов превращены в транспортные системы, берега в набережные, причалы и порты; гигантские объемы воды используются как теплоносители, охладители и как прямые участники технологических и вспомогательных процессов многих производств. Дефицит пресной воды неуклонно возрастает. 4. Атмосфера стала местом гигантских выбросов газообразных, твердых и жидких отходов, кислород воздуха в огромных количествах расходуется на сжигание различных видов топлива и других технологических процессах. Атмосфера перенасыщается соединениями углерода и азота, в т.ч. углекислым газом. 5. Растения, предназначенные природой для наполнения солнечной энергией, потребления углекислого газа и выделения кислорода, используются как топливо, сырье для различных отраслей производства, для изготовления всевозможной тары и т.д. Обезлесивание стало причиной распространения пустыней и полупустыней, высыхания рек и других водоемов, усиления парникового эффекта и других отрицательных изменений в природной среде. 6. Поверхностные почвы повсеместно загрязнены внесением различных химических веществ: от удобрений и средств защиты растений до разливов нефти и нефтепродуктов; огромные площади земель заняты свалками, полигонами отходов и т.п. 7. Антропогенное воздействие нарушило природный баланс биологического разнообразия; многочисленные виды исчезли навсегда, другие неестественно трансформировались, некоторые имеют необычную для природы распространенность и высокую численность. Все это привело к нарушению генофонда природы и снижению стабильности как отдельных экосистем, так и биосферы в целом. 8. Нарушены многие естественные круговороты веществ. Кроме упоминавшихся кислорода и углерода, это в первую очередь сера (около 99% диоксида серы и более 35% других сернистых соединений в атмосфере имеют антропогенное происхождение), азот, фосфор и т.д. Необходимо отметить, что самым бессмысленным и ужасающим по последствиям для всего живого и неживого является война. Результаты любых военных действий беспрецедентны: гибнут люди, материальные ценности, животные, растения, другие живые организмы, резко изменяются условия окружающей среды. Решение проблемы загрязнения окружающей среды должно идти по следующим направлениям: изучение, моделирование и прогноз процессов загрязнения и борьбы с ними; обеспечение абсолютного приоритета решения экологических задач перед всеми остальными, включая экономическую эффективность (в т.ч. величину капитальных затрат), производительность и т.п.; создание промышленных и иных комплексов, реализующих малоотходные, ресурсосберегающие технологии; разработка и внедрение технических методов и средств предотвращения загрязнения и очистки; развитие и широкое использование биологических методов очистки; применение маловодных технологий и замкнутых, бессточных водных систем; обеспечение вторичного использования отходов производства и вышедших из эксплуатации изделий; рациональная планировка застройки и расположения производственных объектов; организация экологически ориентированного управления на всех уровнях: федеральном, региональном, местном, объекте экономики. Природоохранные мероприятия можно разделить на две группы: проводимые с целью предотвращения загрязнения окружающей среды; направленные на ликвидацию последствий загрязнений. Охрана окружающей среды включает в себя правовые, экономические, управленческие вопросы и представляет собой комплекс законодательных актов государственных и региональных органов управления и контроля; экологического мониторинга; научно- исследовательских работ; экономического образования и пропаганды; организационных и контролирующих структур на предприятиях и учреждениях; конкретных мероприятий программ и проектов; системы экономического стимулирования и обеспечения, а также международного сотрудничества, во главе которого стоит политика экологических приоритетов. Важнейшем в решении экологических задач является переход на малоотходное и ресурсосберегающее производство, часто называемое «безотходное производство». Необходимо отметить, что этот термин неточен по существу: нет и не может ни экологически чистого, ни безотходного производства. Полный перевод энергии в так называемую полезную работу, как полный переход одного вещества сырья в другой продукт, противоречит второму закону термодинамики. Переход к малоотходному и ресурсосберегающему производству – процесс длительный, сложный и требующий немалых затрат. В определенном смысле «безотходным» можно назвать производство, при котором происходит комплексная переработка первичного сырья в нескольких стадиях (самостоятельных производств), что в конечном итоге приводит к полному использованию всех компонентов сырья или, в крайнем случае, к получению небольшого количества совершенно безвредных отходов. Поэтому безотходное производство может быть реализовано только в качестве производственно-территориальных комплексов, имеющих замкнутые циклы. Эти циклы должны содержать не только полное использование первичных и вторичных ресурсов, но и максимально возможное использование ряда отходов при производстве продуктов питания, в частности горячую и теплую воду, в строительстве, в том числе дорожном, и т.д. Конкретизируя задачи развития производства в малоотходное с низким уровнем загрязнения, его можно характеризовать следующим образом: предельно ограниченное, точно рассчитанное и обоснованное использование первичных ресурсов; создание таких конструкций изделий, включая упаковку и тару, которые обеспечили бы их вторичное использование, в том числе как вторичные ресурсы; полный отказ от использования экологически грязных технологий, максимально возможная замена ядерных и химических производств; уменьшение энергозатрат; максимальное уменьшение материалоемкости изделий; полная замена материалов, оказывающих особое вредное влияние на окружающую среду, типа фреонов, источников летучих органических соединений и т.п.; наибольшее использование вторичных ресурсов, переход на полную переработку использованных изделий и так называемых отходов производства; обеспечение такого уровня очистки газов, который позволил бы исключить любое загрязнение атмосферы, широко используя биологические методы; исключение любых сбросов в водную среду, в первую очередь за счет создания замкнутых водооборотов и применения маловодных технологий; безусловный приоритет экологическим проблемам по отношению к любым другим при планировании, проектирование организации и реализации любых проектов; полный переход от мероприятий по уменьшению вредных выбросов и очистке к политике предупреждения и предотвращения загрязнения. Такое производство является сберегающим с точки зрения отношения к природе и соответствует истинным стремлениям к экологической чистоте в производстве. В этом смысле любое совершенствование технологии создания новой техники необходимо рассматривать и реализовывать только с позиций постоянного усиления экологических принципов. Когда технологически или с помощью технологического оборудования не удается предотвратить загрязнения среды, применяют различные методы очистки: фильтрация, т.е. пропускание загрязненных воздуха, воды, других газов и жидкостей через перегородки (фильтры), на которых задерживаются примеси; рассеивание, т.е. уменьшение концентрации за счет увеличения объемы воздуха (или воды); отстаивание, т.е. использование разной плотности загрязненного вещества и воды (или другой жидкости); химические методы; электрические методы, основанные на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передача заряда ионов частицам примесей и их осаждения на электродах, а также электролиз. Особую эффективность очистки от загрязнений приносит применение методов биологической очистки. Они по своей сути используют природные процессы. Так, очевидно, что в экосистеме происходит беспрерывная переработка различных веществ, в том числе тех, которые являются для этой экосистемы инородными и в известной степени вредными. Основная идея биоочистки – использование биологических объектов (живых организмов) для сбора и нейтрализации загрязнений. Ими могут быть известные организмы: растения, рыбы, бактерии и т.д., а также специально выведенные для конкретной задачи очистки. Известно, что хвойные деревья накапливают радионуклиды, амброзия поглощает свинец из почвы, водный гиацинт извлекает из воды свинец, калий, никель, ртуть. Использование биологической очистки позволяет получать высокие результаты без использования сложных технических систем и устройств. Очень распространенные антибиотики, вырабатываемые микроорганизмами, по существу очищают организмы человека, животных, растений от возбудителей опасных болезней. Ряд высших растений выделяют фитонциды, которые создают вокруг растений зону, недоступную многим микроорганизмам, в которой содержится в 200 раз меньше бактерий, чем в прилегающей природной среде. Убивают болезнетворных микробов вещества, содержащиеся в чесноке, редьке, перце, луке, хрене и других известных растений. Решая задачу применения биологических методов очистки в конкретном случае, необходимо или выбрать имеющиеся организмы, или создать биотехнологии для выработки новых. Защита атмосферы Смысл защиты атмосферы заключается в ограничении содержания вредных веществ в окружающем воздухе в объеме не выше ПДК. Оптимальным же является полное исключение поступления вредных и посторонних для среды веществ из любых антропогенных источников. Комплексное воздействие нескольких загрязнений должно удовлетворять соотношению: 1 2 1 2 1 i i К К К ПДК ПДК ПДК , где К i – концентрация данного вещества в воздухе, мг/м 3 ; ПДК i – ПДК данного вещества, мг/м 3 По отдельно взятому веществу необходимо учитывать К ф – фоновую концентрацию: (К i + К ф ) ПДК. С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро- и газообразные вещества неорганического и органического происхождения. В связи с этим по агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и смешанные. Отходящие промышленные газы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. В них дисперсионной средой являются газы, прежде всего воздух, дисперсной фазой – твердые частицы или капли жидкости. Системы с твердой дисперсной фазой называются аэрозолями. Их делят на пыли и дымы, с жидкой – туманы. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм (усредненный поперечник), которые быстро оседают под действием силы тяжести, в силу чего такие системы периодически образуются и разрушаются. Частицы дыма имеют размер в пределах 0,1–5 мкм, поэтому они более устойчивы к седиментации. Туманы включают капли жидкости с поперечником 0,3–5,0 мкм. Образуются они как продукт конденсации паров или распыления жидкости в газовой фазе. Из самых общих соображений газовые выбросы классифицируют: а) по методам контроля и отвода: организованные (трубы предприятий); неорганизованные (выхлопные трубы автомобилей): б) по температуре: нагретые (t аэрозоля > t дисп. среды ); холодные (t аэрозоля ≈ t дисп. среды ); в) по признакам очистки: выбрасываемые без очистки; выбрасываемые после очистки. В целом, организованный промышленный выброс – попадание в атмосферу аэрозоля через специально оборудованные газоходы, воздуховоды, трубы; неорганизованный выброс связан с поступлением в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности системы, неудовлетворительной работы газоотсосов. Следует отметить, что газоочистка – это отделение от газоносителя и превращение в неопасное состояние дисперсной фазы. Выбор метода и аппарата разрушения аэрозоля и улавливания дисперсной фазы зависит, прежде всего, от природы системы, ее фракционного состава (табл. 29). Таблица 29 Размер улавливаемых частиц некоторых аппаратов Размеры частиц, мкм Аппараты 40 –1000 Пылеосадительные камеры 20 –1000 5 –1000 Циклоны: диаметром 1–2 м диаметром 1 м 20 –100 Скрубберы 0,9 –100 Тканевые фильтры 0,05 –100 Волокнистые фильтры 0,01 –10 Электрофильтры Защита окружающего воздуха от загрязнений включает в себя следующие основные вопросы: вывод загрязненного воздуха и иных газов из зоны рабочего места и помещения в целом; улавливание и сбор загрязняющих веществ в системе вентиляции; сбор загрязненного воздуха или иных газов в специальных установках с последующей утилизацией или выбросом в атмосферу (например, автомобили для подземных работ); выброс загрязненного воздуха в атмосферу с добавлением чистого воздуха и с учетом последующего рассеивания. ПДВ для проектируемого и действующего предприятий установлены ГОСТ 17.2.3.02–78. Системы для очистки вентиляционных, технологических и иных выбросов в атмосферу разделяют на следующие группы: пылеуловители (сухие, мокрые, электрические, фильтры) (рис. 118); туманоуловители (низко- и высокоскоростные); для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные, нейтрализаторы); многоступенчатые системы очистки. Рис. 118. Схема классификации пылеулавливающих аппаратов |