Конспект лекций Москва 2006 г. Лекция № Основные источники техногенного загрязнения окружающей среды

Вид материала

Конспект

Содержание Газообразные химические соединения Жидкие дымы, пыли Примеси, выделяемые естественными источниками Антропогенные источники выбросов Аэрозоли (жидкие выбросы в виде паров и туманов) Газообразные выбросы Выбросы транспортных средств Организованный промышленный выброс 4. Сточные воды Сточные воды АСВ (атмосферные сточные воды) ПСВ (производственные сточные воды) 5. Классификация промышленных вод по целевому назначению Виды загрязнений производственных Синтетических полимеров и Синтетического каучука Экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений 2. Твердые отходы Таблица 3.2 Состав ТБО Состав ТПО Физические (энергетические) виды загрязнений ... Полное содержание

Подобный материал:

• «Формы загрязнения природной среды. Загрязнители атмосферы, гидросферы, литосферы., 361.41kb.
• «Химическое загрязнение почв» Общая трудоемкость дисциплины составляет, 25.84kb.
• Тема : «Загрязнение и охрана окружающей среды», 38.66kb.
• Нормативно правовые документы по вопросам формирования государственных информационных, 281.26kb.
• Решение 10 сентября 2007 года №36 город Актау, 22.02kb.
• Загрязнение окружающей среды, 24.54kb.
• Глобальные последствия загрязнения окружающей среды, 130.02kb.
• В. Ф. Панин Конспект лекций по учебной дисциплине "Теоретические основы защиты окружающей, 1559.17kb.
• «Источники загрязнения окружающей среды с. Кюсюр Булунского улуса и их влияние на здоровье, 459.8kb.
• Б. К. Калдыбаев определение загрязнения окружающей среды г. Каракол методами биоиндикации, 68.02kb.

ГАЗООБРАЗНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

ТВЧ


ТВЕРДЫЕ



ЖИДКИЕ

ДЫМЫ, ПЫЛИ

ГАЗООБРАЗНЫЕ



Рис. 1.3 Классификация загрязнений окружающей среды и методов очистки

Например, предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, содержащие: диоксид серы, фтористые газы, металлы. Из тонны пыли, поступающей в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка.

Загрязнения в атмосферу могут поступать из источника непрерывно, периодически или залпами (мгновенно). В случае залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух выделяется большое количество вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях, взрывах, при сжигании быстрогорящих отходов. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды иногда на значительную высоту. Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от:

а) естественных источников;

б) антропогенных источников.

Примеси, выделяемые естественными источниками: пыль растительного, вулканического, космического происхождения, возникающая при эрозии почвы; частицы морской соли; туман, дымы и газы от лесных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения и др.

Антропогенные источники выбросов в атмосферу в виде твердых взвешенных частиц (ТВЧ), аэрозолей, газо- и парообразных выбросов, можно подразделить на:

• стационарные источники (предприятия промышленности, энергетика, животноводческие комплексы);
  
• передвижные источники (транспортные средства (см. рис.3).
  

Пыли и дымы (ТВЧ)- образуются в процессе дробления и истирания; испарения с последующей концентрацией в твердые частицы; горения с образованием в воздухе твердых частиц. Размер частиц пыли составляет от 5 до 50 мкм, дымов – от 0,1 до 5 мкм. Пыли различают по степени дисперсности и химическому составу. Пыли с высокой степенью дисперсности обладают большой суммарной поверхностью и, следовательно, повышенной активностью; полидисперсные пыли – в большинстве случаев образуются при различных видах хозяйственной деятельности; монодисперсные (с размером частиц менее 1 мкм) – возгоны, образующиеся в газах в результате конденсации паров вещества и в процессе химических реакций газообразных компонентов.

Аэрозоли (жидкие выбросы в виде паров и туманов) - мельчайшие капельки распыленных нерастворимых кислот, масел и других жидкостей. Размеры частиц аэрозоля (диаметр капелек жидкости) составляет 03, - 5 мкм и образуются в результате конденсации паров или при распылении жидкости в газе. Парообразные выбросы – это, в основном, выбросы паров растворимых неорганических кислот, которые могут содержаться непосредственно в выбросе или образовываться при взаимодействии некоторых оксидов с влагой воздуха

Газообразные выбросы, поступающие в атмосферу от стационарных источников чаще всего образуются в процессе горения; компоненты в них находятся на молекулярном уровне. Они в основном состоят из оксида или диоксид углерода CO или СО₂; диоксида серы SO_2; оксидов азота N_XO_Y; углеводородов с короткой цепью.

Содержание других газообразных веществ, таких как сероводород, сероуглерод, соединения фтора, хлор и некоторых других составляют менее 1%.

Поскольку по агрегатному состоянию газовоздушные примеси подразделяются на: твердые, жидкие, газообразные и смешанные, то промышленные выбросы представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы. А дисперсной – твердые частицы или капельки жидкости

Особенно сильное загрязнение наблюдается в городах, где имеются предприятия металлургии, химии, нефтехимии, производства удобрений и лесоперерабатывающей промышленности.

Выбросы транспортных средств содержат: оксиды углерода CO, CO₂; оксиды азота N_хO_y; углеводороды, общего состава С_nH_2n+2 - предельные; С_nH_2n; C_nH_2n-2 – непредельные; С₆H₅-R – ароматические; альдегиды ; сажу;

бензапирен.

Выбросы в атмосферу классифицируют также по организации отвода и контроля – на организованные и неорганизованные; по температуре – на нагретые (t выше температуры воздуха) и холодные; по признакам очистки – на выбрасываемые без очистки и после очистки.

Организованный промышленный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы, а неорганизованный – это выброс в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных загрязнений совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию промышленного оборудования, строят очистные сооружения.

Наиболее эффективным направлением снижения выбросов является создание безотходных технологических процессов, предусматривающих внедрение замкнутых газообразных потоков, однако до настоящего времени основным средством предотвращения остается разработка и внедрение эффективных систем очистки газов. При этом под очисткой понимается отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.


4. Сточные воды

Сегодня главными потребителями воды являются сельское хозяйство и промышленность. В среднем один житель Земли потребляет около 200 л воды в сутки. Перераспределение значительной части водных стоков (строительство плотин и дамб, регулирование стоков рек, искусственное орошение и др.) привело к возникновению ряда экологических проблем: затоплению плодородных земель; нарушению природного баланса в некоторых водных бассейнах (например, понижения уровня Аральского моря); снижение скорости течения рек (Волга, Москва-река и др.).

Вследствие антропогенного воздействия природная вода загрязняется различными веществами (см. рис. 1.3), что приводит к ухудшению ее качества. К таким показателям можно отнести:

1. Снижение рН пресных вод в результате загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы и увеличение в них сульфатов и нитратов.
   
2. Повышение жесткости воды, т.е. содержания ионов кальция, магния, кремния вследствие вымывания и растворения подкисленными дождевыми водами карбонатных и других горных пород.
   
3. Повышение содержания в природных водах ионов тяжелых металлов.
   
4. Повышение содержания солей в поверхностных и подземных водах в результате поступления со сточными и атмосферными водами, за счет смыва твердых отходов (из 1000 т городских отходов в грунтовые воды попадает до 8 т растворимых солей)
   
5. Повышение содержания органических веществ, прежде всего биологически стойких (ПАВ, пестициды, продукты их распада)
   
6. Снижение содержания кислорода в результате повышения его расхода на окислительные процессы.
   
7. Снижение прозрачности воды в водоемах и размножение вирусов, бактерий.
   
8. Опасность загрязнения вод радиоактивными изотопами химических элементов.
   

Сточные воды подразделяются на:

- бытовые (БСВ);

- производственные (ПСВ).

- атмосферные или ливневые (АСВ) иногда составляют до 30% стока.

БСВ (бытовые сточные воды) – образуются в процессе жизнедеятельности человека, имеют сравнительно постоянный состав, содержат около 60% органических веществ, около 40% минеральных веществ, а также весьма разнообразный набор различных микроорганизмов и бактерий, которые в сточной воде адсорбируются на поверхности или внутри суспензий, богатых органическими веществами. Многочисленными исследованиями доказано, что доминирующими типами микроорганизмов, выделенных из бытовых сточных вод, являются бактерии группы кишечной палочки, сальмонеллы, стафилококки, стрептококки, энтерококки, клостридии, энтеровирусы, способные при определенных условиях интенсивно размножаться и вызывать различные заболевания у человека (эпидемии дизентерии, холеры, а в последнее время – серозного менингита). Поэтому все сточные воды направляются на городские (районные) станции очистки, где подвергаются механической и бактериологической очистке в аэробных (в присутствии кислорода) или анаэробных (в отсутствии кислорода) условиях. Подробно способы и механизмы биологической очистки БСВ будут рассмотрены в лекции №

АСВ (атмосферные сточные воды) – образуются в результате стока осадков с определенных территорий непосредственно в водные объекты или в системы канализации. Состав этих вод может быть весьма разнообразен, в них могут присутствовать: твердые частицы (песок, камень, стружки, пыль, сажа, остатки растений и т.д.), нефтепродукты, удобрения и т.д.

Атмосферные сточные воды трудно подвергать специальной очистке, поэтому можно использовать только предупредительные меры, такие как различные водозаборы или системы естественной фильтрации. Кроме того, АСТ дополняют бытовые стоки и попадают вместе с ними в водоемы.

ПСВ (производственные сточные воды) - образуются в результате использования воды в различных технологических процессах. При этом 90% забранной воды возвращается обратно в водоемы с различной степенью загрязнения.


5. Классификация промышленных вод по целевому назначению

В
ВОДА
оду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую (рис. 2.1). В промышленности 65-80% воды расходуется на охлаждение. В этом случае она не соприкасается с материальным потоками и не загрязняется (за исключением теплового загрязнения).




Хозяйственно-

питьевая

Техническая

Поливная





Энергетическая

Охлаждающая

Технологическая






Реакционная


Оборотная


Промывающая


Подпиточная

Средообразующая



Рис. 2.1 Классификация вод по целевому назначению

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывающую и реакционную. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями, поэтому подвергается различным видам загрязнения.

Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства.

Промывающую воду – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий.

Реакционную воду используют в составе реагентов, при азеотропной отгонке и других процессах.

Энергетическая вода потребляется для получения пара и нагревания оборудования, помещений, продуктов. В качестве энергетической может использоваться охлаждающая технологическая вода.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения.

С
Подпиточная вода
хема организации оборотного водоснабжения приведена на следующем рисунке (рис. 2.2):


ПП



ОХ

НС

ОС






Рис. 2.2 Организация оборотного водоснабжения

ПП – промышленное производство; ОС – очистка сточной воды;

НС – насосная станция; ОХ – охлаждение воды,

При организации оборотного водоснабжения необходимо предусмотреть очистку сточной воды, охлаждение оборотной воды, обработку и повторное использование сточной воды. Оборотная вода должна соответствовать определенным значениям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешенных веществ, значению ХПК. В настоящее время оборотную воду используют в основном в теплообменной аппаратуре для отведения избыточного тепла. Однако оборотная вода может использоваться в технологическом цикле и в качестве промывающей после соответствующей очистки.


Лекция № 3

Основные источники техногенного загрязнения окружающей среды (продолжение)

Виды загрязнений производственных сточных вод. Твердые отходы. Физические (энергетические) виды загрязнения. Шум. Вибрация. Электромагнитное излучение. Радиоактивное загрязнение.

1. Виды загрязнений производственных
   

сточных вод


Загрязняющие вещества в производственных сточных водах различаются по составу, концентрациям, агрегатному состоянию и сильно зависят от типа производства. Их можно подразделить на следующие составляющие:

• механические взвеси (песок, окалина, металлическая стружка, пыль, флюсы, волокна хлопчатника и т.д.);
  
• минеральные масла и другие нефтепродукты;
  
• неорганические кислоты, соли и щелочи;
  
• поверхностно-активные вещества (ПАВ);
  
• неорганические соли тяжелых металлов.
  

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.

Промышленные сточные воды можно классифицировать и по происхождению, то есть по отраслям промышленности, характеру технологических процессов, фазово-дисперсному признаку и составу. В таблице 3.1 приведены отрасли промышленности, сточные воды которых содержат наибольшее количество примесей, опасных для живой природы.


Таблица 3.1

Промышленность	Основные токсичные примеси
Нефтеперерабатывающая	Нафтеновые кислоты, нефтепродукты, фенолы, сульфиды, хлориды, сульфаты, ПАВ, органические взвеси
Коксохимическая	Фенолы, сероводород, смолы, углеводороды, тиоцианиды, аммиак, цианиды, органические взвеси
Целлюлозно-бумажная	Меркаптаны, сульфиды, спирты, альдегиды, кетоны, органические взвеси
Синтетических полимеров и пластмасс	Стирол, акрилонитрил, акрилаты, сульфаты, фенолы, ароматические углеводороды, альдегиды, спирты, циклогексан, органические кислоты, взвеси
Синтетического каучука	Бутилен, бутадиен, ацетон, органические кислоты и их соли, ацетонитрил, аммиак, альдегиды, спирты, углеводороды,
Экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений	Серная, фосфорная, кремнефтористоводородная кислоты, соединения фтора, хлороводород
Хлорная	Ртуть, хлор, хлориды

Как видно из таблицы, в промышленных сточных водах может содержаться большое количество неорганических и органических соединений. Особое внимание следует уделить химическим загрязнителям промышленных стоков. К ним относятся:

• биологически нестойкие органические соединения;
  
• малотоксичные неорганические соли;
  
• нефтепродукты;
  
• биогенные соединения;
  
• вещества со специфическими токсическими свойствами, в том числе тяжелые металлы;
  
• биологически жесткие (не разлагающиеся) органические синтетические соединения.
  

Для каждого типа химических производств характерен свой состав сточных вод. Например, при нефтепереработке в стоках будут содержаться фенолы и нефтепродукты, но не будет ионов хрома или никеля, а на предприятии, производящем печатные платы – не будет нефтепродуктов и масел.

Поскольку производственные сточные воды могут быть локализованы, то возможно проведение очистных мероприятий непосредственно на производстве. Способы очистки зависят от видов загрязнений и будут подробно рассматриваться в лекции № .


2. Твердые отходы

В процессе жизнедеятельности человека образуется большое количество твердых бытовых отходов (ТБО), которые при соответствующей обработке могут быть использованы как сырье для хозяйственной деятельности. На долю каждого жителя нашей планеты приходится около
20 т отходов в год. Состав их очень разнообразен (таблица 3.2)

Таблица 3.2

Состав ТБО Состав ТПО^*

Пищевые отходы 20 – 38%

Бумага, картон 20 – 36%

Дерево 1 – 4%

Текстиль 3 – 6%

Металлы 2 – 3%

Полимеры 3 – 5%

Уголь, шлак до 2,5%

Кожа, резина 1,5 - 2,5%

Кости 1 – 2%

Стекло 5 – 7%

Камни, керамика 1 – 3%

Металлы черные 13,5%

Металлы цветные 0,5%

Формовочная смесь 6%

Шламы, флюсы 1%

Абразивы <0,1%

Мусор 17%

Древесина 1%

Пластмассы 1%

Бумага, картон <0,1%

Шлак, окалина, зола 60%

Примечание: Данные по производственным отходам приведены для машиностроительного комплекса


Производственные отходы могут содержать ртуть, мышьяк, другие токсичные вещества. Наиболее токсичными являются шламы гальванических производств, содержащие ядовитые соединения свинца, хрома, кадмия, меди, цинка, а также цианиды и хлориды.

Из перечисленных отходов утилизируются только металлы, частично окалина, бумага, картон. Большая часть остальных отходов вывозится на свалки (97%), около 2% сжигается, только 1% перерабатывается с получением полезных продуктов. Способы переработки и сортировки ТБО и ТПО также будут рассматриваться подробно в настоящем курсе.

2. Физические (энергетические) виды загрязнений
   

Физическим загрязнением называют загрязнения, возникающие с изменением физических параметров среды: тепловых, световых, электромагнитных, акустических, радиационных и др.

Примером может служить тепловое загрязнение, которое является результатом повышения температуры среды в связи с промышленными выбросами теплой воды, потоков нагретого воздуха, дымов, газов. Тепловое воздействие может быть вторичным, как результат изменения химического состава среды (парниковый эффект), который возникает в результате антропогенного загрязнения воздуха углекислым газом, метаном, фтор-хлоруглеродами, которые пропускают солнечные лучи, но задерживают тепловое излучение поверхности Земли, тем самым, вызывая повышение температуры атмосферы.

Тепловое загрязнение водоемов приводит к последовательной смене видового состава и нарушению формирования сообществ водорослей.

Развитие промышленности приводит к акустическому загрязнению среды в виде повышения естественного уровня шума и отклонения от нормального состояния звуковых характеристик (силы звука, периодичности). Практически любые звуки, возникающие не из природных

источников и к которым живые организмы не адаптированы в течение эволюции, рассматриваются как антропогенное шумовое загрязнение.

Шум - это волновое колебание упругой среды. С физической точки зрения шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности, отрицательно воздействующее на любые живые организмы, но в наибольшей степени на человека, вызывающее повышенную утомляемость, снижение умственной активности, производительности труда, вызывающее соматические и психические заболевания.

Уровень шума можно характеризовать интенсивностью звука (рис.6). Порог слышимости на частоте 4000 Гц составляет 10-12 Вт/м², болевой порог
10² Вт/м². Пользоваться такими единицами не удобно, поэтому уровень (L) шума принято измерять в относительных единицах – децибелах, тогда

L=10 lgV / V_o,

где V – текущее значение уровня шума, (Вт/м²), а V_о= 10 – 12 (Вт/м²). Слышимый диапазон укладывается в 140 единиц. Уровень шума, измеренный в децибелах – это характеристика интенсивности шума, но поскольку шум относится к волновым колебаниям, то важны и его частотные характеристики.

Степень

опасности



Инфразвук и Ультразвук и

слышимый звук гиперзвук


Инфразвук Слышимый звук Ультразвук Гиперзвук




10^-1 10 2·10⁴ 10⁹ 10¹³

Частота колебаний, Гц

Рис.3.1 Частотная характеристика шума

Физико-биологическая адаптация к шуму невозможна. Чем выше частота звука в области ультразвука и слышимого звука, тем тяжелее вынести шум. Особенно тяжело переносятся внезапные резкие звуки высокой частоты. При шуме в 90 – 100 дБ притупляется острота зрения, появляются головные боли, нарушаются ритм дыхания и пульс, повышается давление, снижается кислотность. Шум более 110 дБ ведет к «шумовому опьянению», а затем к разрушению организма, прежде всего слухового аппарата.

Примерные уровни шума:

140 дБ – Болевые ощущения

130 дБ – раскаты грома

110 дБ – Оркестр поп-музыки

100 дБ – Тяжелый грузовик

70 дБ – Салон легкового автомобиля

50 дБ – Разговорная речь

10 -20 дБ - Шепот

2-3 дБ – Зимний лес в безветренную погоду


Сильный шум – физический наркотик. Звуковое «опьянение» возникает в результате резонанса клеточных структур в ответ на громкие ритмичные звуки, например ритмичную громкую музыку.

Естественные источники шума – сильный ветер, раскаты грома, шум водопада, шелест листвы – не являются главными источниками акустического дискомфорта. Основные источники шума в городах: автомобильный, железнодорожный и авиационный транспорт, вентиляционные и газотурбокомпрессорные установки, санитарно-техническое оборудование жилых зданий, электрические трансформаторы. В Москве около 40% населения подвержено сверхнормативному воздействию шума. В крупных городах вблизи автомагистралей уровень шума достигает 95 дБ, вблизи аэропорта – 98 -105 дБ.

Методы защиты от шума.

• Разработка и внедрение малошумных конструкций двигателей автомобилей, самолетов.
  
• Применение на автомобилях, локомотивах, пневматических перфораторах глушителей.
  
• Внедрение малошумных технологий.
  
• Внедрение шумозащитных сооружений (шумозащитные экраны-стенки на магистралях)
  
• Создание звукопоглощающей среды (архитектурно-планировочные решения, разделение площади на функциональные зоны, посадка деревьев).
  
• Строительство домов с повышенной шумоизоляцией окон и стен.
  
• Использование индивидуальных средств (наушники, резиновые заглушки, пористые заглушки типа «беруши»)
  

Вибрация – сложные колебания в механических системах, которые передаются через грунт и воспринимаются при контакте с вибрирующим телом, при частоте 1 – 100 Гц они воспринимаются как сотрясения. Вибрация может измеряться с помощью как абсолютных, так и относительных величин. Абсолютные параметры – вибросмещение, виброскорость, виброускорение. Относительная величина – уровень виброскорости (Lv) в децибелах, который определяется как

Lv = 20 lg V/ Vo,

где Vo – пороговое значение виброскорости и V – среднеквадратичное значение виброскорости, м/с.

Основные источники вибрации:

• технологическое оборудование ударного действия (молоты, прессы);
  
• мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели);
  
• рельсовый транспорт;
  
• метрополитен неглубокого залегания.
  

Вибрация распространяется по грунту и достигает фундаментов общественных и жилых зданий, которые могут разрушающе действовать на различные конструкции и сооружения. Однако они затухают в грунте примерно с темпом 1 дБ/мин.

Одним из наиболее эффективных методов защиты от вибрации является создание упругой среды с использованием эластичных материалов, таких как резина, для изоляции источника вибрации. Например, такой метод используется сегодня для уплотнения рельсов в местах пересечения и соединения с асфальтовым покрытием.

Естественное магнитное поле Земли, напряженность которого увеличивается с широтой, и региональные аномалии этого поля в местах залежей железной руды являются естественными магнитными полями. За последние несколько десятилетий сформировался новый фактор окружающей среды – электромагнитные поля (ЭМП) радичастот антропогенного происхождения. Диапазоны этих частот представлены в табл.3.3.

Таблица 3.3

Номенклатура диапазонов радиочастот

Номер диапазона	Диапазон частот	Диапазон длин волн	Соответствующее метрическое подразделение
5 6 7 8 9 10 11	От 30 до 300 кГц От 300 до 3000 кГц От 3 до 30 МГц От 39 до 300 МГц От 300 до 3000 МГц От 3 до 30 ГГц От 30 до 300 ГГц	От 104 до 103 м От 103 до 102 м От 102 до 10 м От 10 до 1 м От1 до 0,1 м От 10 до 1 см От 1 до 0,1 см	Километровые волны низкой частоты (НЧ) Гектометровые волны средней частоты (СЧ) Декаметровые волны высокой частоты (ВЧ) Метровые волны очень высокой частоты (ОВЧ) Дециметровые волны (УВЧ) Сантиметровые волны (СВЧ) Миллиметровые волны крайне высокой частоты (КВЧ)

Основные источники электромагнитных полей радиочастот – радиотехнические объекты (РТО), телевизионные и радиолокационные станции (РЛС), термические цеха, некоторые технологические установки.

Напряженность ЭМП возрастает особенно резко вблизи ЛЭП, радио- и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи ( в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических и энергоемких установок, термических цехов и участков (зонах, примыкающих к промышленным предприятиям), городского транспорта.

Зоны с повышенными уровнями электромагнитных полей (источниками которых являются РТО или РЛС) имеют обычно размеры до 100-150 м. При этом даже внутри зданий в этих зонах плотность потока энергии, как правило, выше допустимой. Электромагнитные поля промышленной частоты в основном поглощаются почвой, поэтому на небольшом расстоянии от линии электропередач (50-100 м) напряженность поля падает с десятков тысяч до нескольких десятков вольт на метр.

Для крупного города обычный фон низкочастотного электромагнитного поля соответствует ситуации высокой геомагнитной активности (магнитные бури). В электропоездах уровень ЭМП превышает естественный фон в сотни тысяч раз, а напряженность переменного магнитного поля может достигать 10 мТл.

Гигиенический норматив – 5 кВ/м, но для постоянного проживания вблизи источника ЭМП ( например вблизи ЛЭП) - уровень электрического поля должен быть менее 0,1 мкТл.

Время пребывания человека в зоне действия ЭП с частотой 50 Гц и напряженностью 10 кВ/м не более 3 часов, а для поля напряженностью 20 кВт/м и выше – не более 10 мин. в день.

Результатом продолжительного воздействия ЭМП даже относительно слабого уровня могут быть раковые заболевания, изменение поведения, потеря памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера, синдром внезапной смерти у детей младшего возраста, угнетение половой функции и др. Особенно опасны ЭМП для людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями, аллергиков, физически ослабленных людей.

На сегодняшний день масштабы электромагнитного загрязнения среды стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества.

Радиационное загрязнение возникает в результате действия ионизирующей радиации (излучения), а радиоактивное – в результате превышения уровня естественного содержания радиоактивных веществ в окружающей среде. Радиационное и радиоактивное загрязнения вызывают превышение радиационного фона Земли, к которому все живые организмы адаптированы в ходе эволюции. Превышение нормативов может вызвать серьезные изменения в окружающей среде и организме человека. Наиболее опасным последствием радиационного загрязнения является мутагенный эффект. Мутации передаются в поколениях и могут вызвать стойкие изменения в биосфере.

Сегодня на АЭС получают около 16% производимой в мире энергии. Радиационные технологии также применяются в радиационной терапии и диагностике, радиационном приборостроении, в сельском хозяйстве (радионуклиды).

Ионизирующее излучение – это вид излучения, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов. Основные виды ионизирующих излучений:

α- частицы – ядра гелия, несущие два элементарных положительных заряда, представляют главную опасность при попадании радионуклидов внутрь организма;

β- частицы – ядерные частицы, близкие по физической природе к электронам, возникают при радиоактивном распаде и сразу же излучаются, опасны в основном при попадании радионуклидов на кожные покровы и внутрь организма;

γ - кванты – самые коротковолновые электромагнитные излучения, которые образуются в ходе ядерных реакций и при распаде осколков деления, близки к рентгеновским лучам, но имеют более короткую длину волны, опасны при любой форме воздействия;

n- нейтроны – вылетают из ядер атомов при реакциях деления и синтеза, проникают в биоткань на большую глубину, с нейтронным потоком можно встретиться только при ядерном взрыве или работающем ядерном реакторе, он не возникает при радиоактивном распаде.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Главной характеристикой степени опасности является доза излучения.

Экспозиционная доза – количество γ – излучения. Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность γ -излучения.

Поглощенная доза – количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества. Это физическая доза излучения.

Эквивалентная доза – количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества с учетом качества излучения. Эта доза не может быть измерена, а должна быть рассчитана.

Эквивалентная доза равна

,

где n – количество видов излучения.

Фоновое радиоактивное излучение складывается из трех групп факторов: природного естественного радиационного фона; технологически повышенного естественного фона, вызванного деятельностью человека; искусственных источников излучения (флюорография, рентгенодиагностика и др.).

Таблица 3.4

Системы единиц измерения

Наименование показателей	Единица измерения
	в системе СИ	внесистемная
Экспозиционная доза (Х) Поглощенная доза (К) Эквивалентная доза (Н) Активность (А) Концентрация (объемная активность) радионуклида в атмосфере (воде)	Кулон/кг (Кл/кг). Грей (Гр) Зиверт (Зв) Беккерель(Бк) Бк/м3 (Бк/л)	Рентген (Р) Рад (рад) Бэр (бэр) Кюри (Ки) Ки/м3 (Ки/л)

3. Биологическое загрязнение

Биологическое загрязнение ОС подразделяется на биотическое и (биогенное) и микробное. К биотическому загрязнению относят распространение в окружающей среде биогенных веществ – выделений сельскохозяйственных животных с ферм и индивидуальных хозяйств, выбросов предприятий, производящих определенные виды продовольствия (мясокомбинатов, молокозаводов, пивзаводов, предприятий микробиологического синтеза (БВК)), предприятий, производящих антибиотики, а также загрязнение трупами животных. Биотическое загрязнений может привести и часто приводит к нарушению процессов самоочищения воды и почвы, вторгаясь в естественный круговорот веществ.

Микробное загрязнение возникает вследствие массового размножения микроорганизмов в антропогенных субстратах или в средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека. В результате изменения субстратов ранее безвредные микроорганизмы могут приобретать патогенные свойства или способность подавлять другие микроорганизмы в сообществах. Методы очистки сточных вод от биологических загрязнений будут рассмотрены в лекции №.


5.Экологический анализ промышленного региона

Анализ факторов и масштабов антропогенного воздействия на окружающую среду позволяет сделать вывод о необычайно сложном его характере, что создает трудности при изучении экологического состояния тех или иных регионов. Методология расположения техногенных источников по интенсивности и химическому составу базируется на синтезе трех основных концепций, используемых в мировой практике.

Первая концепция – концепция воздушной среды, как главного фактора создания экологической ситуации в промышленном регионе. Состояние атмосферного воздуха является одним из основных показателей качества окружающей среды, поэтому особое внимание следует уделить расчету рассеивания и количеству выбросов в атмосферу, изучению состава атмосферных выпадений.

Вторая концепция – концепция водооборота промышленного региона, как фактура его жизнеобеспечения. Здесь главное значение имеют ресурсы и количество бытовых и хозяйственных вод, проблемы полноты очистки и сброса сточных вод.

Третья концепция – концепция депонирующих сред. Цель этой концепции – выявление зон воздействия всех видов загрязнений в промышленных агломерациях. Анализ миграции загрязняющих веществ в окружающей среде и динамики всех происходящих при этом процессов очень затруднителен.

Роль и место каждой из концепций меняются в зависимости от промышленной специализации регионов, длительности техногенного воздействия, природных факторов загрязнения и самоочищения среды.

Экологические блоки любого промышленного региона делят на три группы:

• источники выбросов – промышленность, энергетика, транспорт, жилищно-коммунальное хозяйство региона;
  
• транзитные среды - среды, непосредственно принимающие те или иные виды загрязнений, в которых происходят транспортировка и частичная трансформация загрязняющих веществ; к ним относятся воздушная среда, атмосферные выпадения, поверхностные, подземные и грунтовые воды, почвенный покров;
  
• депонирующие среды – среды, в которых накапливаются и преобразуются загрязняющие вещества (донные отложения, почвы, растения, животные, микроорганизмы, население региона).
  

Лекция 4

Основные понятия и методологические принципы формирования безотходных производств

Понятия промышленной экологии, экологически безопасного и экологически чистого производства. Принципы организации безотходного производства. Технологические процессы. Сырье, материалы, энергоресурсы. Аппараты. Готовая продукция.

1. Основные понятия
   

В целях обеспечения комплексного решения проблемы защиты от загрязнений окружающей среды и повышения технико-экономической эффективности производства необходимо рассматривать современные технологические процессы как открытую систему, а, кроме того, обобщить основные принципы рекуперации сырья, материалов и вторичных энергоресурсов. Существует два принципиально различных пути борьбы с загрязнениями.

Первый путь – очистка вредных выбросов промышленных и сельскохозяйственных предприятий, направляемых в окружающую среду (не позволяет решить проблему кардинально, т.к. в процессе очистки часто один вид загрязнений превращается в другой). Например, замена сухих пылеуловителей влажными повышает степень очистки атмосферного воздуха, но усиливает одновременно загрязнение водных стоков. Однако, этот путь, на сегодняшний день, является наиболее приемлемым для предприятий, имеющих достаточно старое промышленное оборудование и не имеющих возможности полностью его модернизировать. И все-таки этот путь является реальной альтернативой существующей сегодня тенденции штрафных выплат. Технологические процессы и механизмы, используемые в этом случае, являются предметом изучения курса «Экологически безопасные технологии»

Второй путь – более радикальный и, в то же время, более экономичный. Он заключается в разработке таких технологических процессов производства, которые бы в максимальной степени имитировали природные процессы. Речь идет о создании малоотходных технологий, которые максимально экономили бы исходное сырье, топливо, материалы и обеспечивали бы безопасность ОС. При этом малоотходные технологии используются и в первом, и во втором случаях, хотя и обеспечиваются разными способами.

Технология - наука, изучающая способы и процессы переработки продуктов природы (сырья) в предметы потребления и средства производства (готовую продукцию). Она традиционно делится на механическую и химическую. В механической технологии рассматриваются процессы, в которых изменяется форма или внешний вид материалов, а в химической технологии – процессы коренного изменения состава, свойств и внутреннего строения вещества.

Термин «безотходная технология» впервые был предложен академиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым. В настоящее время принята такая формулировка понятия безотходная технология (БОТ):

• безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить, в рамках человеческих потребностей, наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и обеспечить защиту ОС.
  

2. Принципы создания экологически чистых и комплексных малоотходных технологий
   

Понятия безотходного и малоотходного производства тесно связаны с загрязнением окружающей среды. Безотходное производство (технология) – представляет собой такой способ производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные ресурсы, а любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования [5]. Теория безотходных технологических процессов базируется на двух основных предпосылках:

• исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов;
  
• создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая позволила бы после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходные элементы нового производства.
  

Однако, такая схема практически неосуществима. Каждый этап технологии по принципу «сырье - готовый продукт – сырье» требует дополнительных затрат энергии, а ее производство (на современном этапе) связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Вторым принципиальным препятствием к созданию замкнутого цикла является износ материалов. Таким образом, признавая прогрессивность «безотходной технологии», следует учитывать ее ограниченность. Она позволяет сократить загрязнение ОС, но не исключает его полностью.

Представить себе абсолютно безотходное производство невозможно, поэтому в качестве промежуточного этапа рассматривается малоотходное производство, под которым понимается такой способ производства, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Рассматривая концепцию безотходного производства, необходимо выделить три ее основных положения.

1. Безотходное производство – это замкнутая система, организованная по аналогии с природными экологическими системами. Его основу составляет сознательно организованный человеком круговорот сырья, продукции и отходов.
   
2. Обязательное включение в производства всех компонентов сырья и максимально возможное использование энергии (ограниченное вторым законом термодинамики), таким образом экологически чистые производства нужно называть малоотходными и ресурсосберегающими.
   
3. Сохранение нормального функционирования окружающей среды, сложившегося экологического равновесия. Критерии качества окружающей среды в настоящее время – ПДК и рассчитанные на их основе ПДВ и ПДС
   

Если рассмотреть более детально эти концептуальные положения теории безотходных производств, то можно выделить ряд взаимосвязанных принципов, необходимых для ее разработки и внедрения.

1. Принцип системности, в соответствии с ним каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы – ТПК в регионе и эколого-экономической системы в целом. Таким образом, принцип системности должен учитывать существующую взаимосвязь производственных, социальных и природных процессов.
   
2. Принцип комплексного использования ресурсов, требует максимального использования всех компонентов сырья, сопутствующих элементов, максимально возможной замены первичных сырьевых и энергетических ресурсов на вторичные.
   
3. Принцип цикличности материальных потоков (замкнутые водо- и газооборотные циклы), должен привести к формированию в отдельных регионах и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии.
   
4. Принцип ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду (атмосферный воздух, воду, поверхность земли, рекреационные ресурсы и здоровье населения) в первую очередь связан с планомерным и целенаправленным ростом объемов производства и его экологического совершенства.
   
5. Принцип рациональности организации производства предполагает оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным путем достижения этой цели являются разработка новых и усовершенствование существующих технологических процесов и производств.
   

Рассмотрим подробнее реализацию принципа цикличности материальных потоков на примере организации замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий. Различают прямоточную и оборотную схемы водоснабжения. Эти схемы представлены на рис. 4.1


ПРОМЫШЛЕННОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
Q_потр

ПРИРОДНЫЙ
ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ Q_ист

ОХЛАДИТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ

Q_ун; Q́_об

ПРОМЫШЛЕННОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
Q_потр

ОЧИСТНОЕ
УСТРОЙСТВО

Q_шл; Q_сбр; Q́́́́́ ́_об

ПРИРОДНЫЙ
ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ Q_ист







ОЧИСТНОЕ
УСТРОЙСТВО

Q_шл; Q_сбр