Промышленная
экология
Промышленное
производство и его воздействие на окружающую среду.
Ещё в начале
века Вернадский отметил, что деятельность человека стала сравнима с
геологическими преобразованиями. В настоящее время человек использует более 60%
суши и более 15% речных вод. Ежегодно человек добывает более 100 миллиардов
тонн руды, уничтожая более 20 миллионов гектаров леса. В своей деятельности
человек использует более 500 тысяч химических соединений. Из них более 40 тысяч
вредны для человека, более 15 тысяч токсичны.
Схема
потребления ресурсов городом с населением более 1 миллиона человек.
Вода - 626000 тонн/сутки
Сточные воды - 500000
тонн/сутки
Топливо:
1) Уголь – 4000 тонн/сутки
2) Нефть – 2800 тонн/сутки
3) Газ – 2700 тонн/сутки
Загрязнение воздуха:
1) СО – 450 тонн/сутки
2) Пыль – 150 тонн/сутки
3) SOx – 150 тонн/сутки
4) CxHy – 100 тонн/сутки
5) NOx – 100 тонн/сутки
Воздействие
человека на биосферу сводится к четырём главным формам:
Изменение
структуры земной поверхности (строительство водохранилищ, осушение болот и
т.д.).
Изменение
состава биосферы, круговорота и баланса слагаемых её веществ (изъятие полезных
ископаемых, выброс различных загрязнений и т.д.).
Изменение
энергетического, в частности, теплового баланса отдельных регионов земного шара
и биосферы в целом.
Изменения,
вносимые в совокупность живых организмов (уничтожение одних видов и создание
новых видов).
Классификация
загрязнений окружающей среды.
Загрязнением в
узком смысле слова называется внесение в какую-либо среду, не характерное для
неё химических, физических и биологических компонентов.
Непосредственными
объектами загрязнений служат компоненты экотопа. Косвенными объектами
загрязнений служат составляющие биоценоза. Первую классификацию загрязений
предложил американский учёный Парсон. Она заключает в себя следующие типы
загрязнений:
Сточные воды.
Минералы, неорганические
кислоты и соли.
Органические
кислоты и соли.
Твёрдый сток.
Вещества,
имеющие питательную ценность для растений.
Радиоактивные
вещества
Носители
инфекции
Существует и
иная классификация, которая первоначально делит загрязнения на естественные и антропогенные.
К антропогенным
относятся:
Механические
(загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без
физико-химических последствий).
Химические
(изменение естественных химических свойств среды).
Физическое
(шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).
Биологическое
(загрязнение путём внесения в среду биологического организма).
Загрязнением в
широком смысле слова называется внесение в ту или иную экологическую систему
несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений,
прерывающих круговорот веществ, потоки энергии и информации, вследствие чего
данная экосистема разрушается, или снижается её продуктивность.
Согласно этому
определению, загрязнение среды можно классифицировать следующим образом:
1) Выработка
лесных
насаждений.
2) Зарегулир-ие
водотоков.
3) Карьерная
разработка.
4) Дорожное
строительство.
5) Эрозия почв.
6) Осушение
земель.
7) Урбанизация.
8) Пожар.
1) Фактор
беспокойства.
2) Нарушение
баланса
популяций.
3) Нерегул-мый
отбор,отстрел,
браконьерство.
4)Перепромы
сел.
5) Случайная и
направленная
акклиматизация
видов.
См. физическое
Параметри
ческое
Ингридиентное
Минеральное:
1) Продукты
сгорания
ископаемого
топлива.
2) Отходы
химических
производств.
3) Шахтные
отвалы.
4) Отходы
металлургии
Органическое:
1) Бытовые
стоки и
мусор.
2) Отходы
пищевой
промышлен-
ности.
3) Микробио-
логические
препараты.
Ингридиентное
загрязнение – это совокупность веществ, качественно или количественно чуждых
биоценозу.
Параметрическое
загрязнение – это изменение качественных параметров окружающей среды.
Биоценотическое
загрязнение – это воздействие на состав и структуру популяций организма.
Социально-деструктивное
– это изменение ландшафта и экосистем в процессе природопользования.
Последствия
загрязнений:
Загрязнение
есть нежелательный процесс потерь вещества, энергии, труда и средств,
превращенных в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.
Загрязнение
снижает продуктивность как отдельных экологических систем, так и всей биосферы
в целом.
Загрязнение
имеет следствие необратимых разрушений как отдельных систем, так и всей
биосферы в целом, включая воздействия на глобальные физикохимические параметры
среды.
Загрязнение
прямо или косвенно ведёт к ухудшению физического и морального состояния
человека.
Загрязнение
атмосферы.
Структура и
состав атмосферы.
Атмосфера – это
газовая оболочка Земли, состоящая из нескольких слоёв, между которыми находятся
переходные слои – паузы.
Наиболее
плотная – нижняя часть атмосферы – тропосфера. Она содержит 80% всего воздуха.
Протяжённость тропосферы - 7-10
километров на полюсах и 16-18 километров по экватору. Температурный интервал
тропосферы – от +40оС до –50оС.
За тропосферой
следует стратосфера, а между ними – тропопауза. Протяжённость стратосферы
примерно 40 километров. До высоты 30 километров температура стратосферы
примерно –50оС, а затем начинает расти и на высоте 50 километров
составляет +10оС. Это связано с наличием в стратосфере озонового
слоя, расположенного на высоте 25-40 километров.
За стратосферой
следует стратопауза, а далее – мезосфера. Т.к. озона в мезосфере существенно
меньше, то и ниже температура. На высоте 80 километров температура примерно
равна –70оС.
За мезосферой
следует мезопауза, а потом – термосфера или ионосфера. Для неё характерно
существенное повышение ткмпературы с высотой. На высоте 600 киломеров
температура равна +1500оС, однако тела в ионосфере нагреваются
примерно до +200оС.
После ионосферы
следует ионопауза, а за ионопаузой – экзосфера. Её высота – более 800
километров от Земли.
До высоты 100
километров состав воздуха практически не меняется. Выше – газы переходят в
атомарное состояние. Выше 600 километров в атмосфере преобладает гелий, а выше
2000 километров – водород.
Источники
загрязнения атмосферы.
Существуют два
разных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.
От естественных
источников в атмосферу поступает: пыль космическая (до 5 миллионов тонн в год),
пыль вулканическая, пыль растительная, пыль от эрозий почвы, морская соль, дымы
от пожаров, вулканические газы, газы от разложения растений и животных, газы от
жизнедеятельности растений и животных. Естественные загрязнители носят
распределённый характер. Уровень загрязнения одних является фоновым и мало
изменяется. Особую роль играет атмосферная пыль. Она способствует конденсации
паров воды и образованию осадков. Пыль и капли воды поглощают жёсткое
ультрафиолетовое излучение и защищает живые организмы от излучения.
Основными
источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются: теплоэнергетика,
транспорт, промышленность, нефтепереработка и газопереработка, испытания
оружия. Самые распространённые загрязнители атмосферы: оксиды углерода, диоксид
серы, пыль, оксиды азота, углеводороды. В воздухе атмосферы присутствуют более 500
вредных веществ антропогенного происхождения.
Классификация
промышленных выбросов в атмосферу.
Промышленные
выбросы можно классифицировать:
По организации
отвода и контроля.
Организованный
(выброс через специально созданные газоходы, воздуховоды и шахты).
Неорганизованный.
По температуре.
Нагретые
выбросы (когда температура выбросов больше температуры окружающей среды).
Холодные
выбросы (когда температура выбросов равна температуре окружающей среды).
По признаку
очистки.
Выбросы без
очистки (организованные или неорганизованные).
Выбросы после
очистки (организованные).
Выбросы делятся
на первичные и вторичные.
Первичные
(поступают непосредственно от источника выброса).
Вторичные
(продукты преобразования первичных в атмосфере).
Классификация
источников загрязнений воздушной среды.
По назначению.
Технологические.
Вентиляционные.
По месту
расположения.
Незатенённые
или высокие находятся в зоне недеформированного воздушного потока с высотой
больше чем 2,5 высоты окружающих зданий.
Затенённые
расположены на высоте от 2 метров до 2,5 высоты окружающих зданий.
Наземные
расположены на высоте от 0 до 2 метров от поверхности земли.
По
геометрической форме.
Точечные
(трубы, шахты).
Линейные
(открытые окна, аэрационные фонари).
По режиму
работы.
Непрерывные
Периодические
Залповые
Мгновенные
По дальности
распространения.
Внутриплощадные
(когда выбросы создают повышенную концентрацию загрязняющих веществ. Случается
только на промышленных площадках, но не в населённых пунктах).
Внеплощадные
(когда повышенная концентрация загрязняющих веществ создаётся в населённых
пунктах).
Химические
превращения веществ в атмосфере.
Практически все
химические вещества, попадая в атмосферу претерпевают превращения под действием
солнечного света. Так, молекула А при взаимодействии с квантом света переходит
в возбуждённое состояние: А+hν®A*.
В дальнейшем
возможны следующие превращения:
Дизактивация за
счёт излучения: А*®hν.
Дизактивация за
счёт соударения: A*+D®D*+A.
Диссоциация: A+®C+B.
Чаще всего,
вновь образовавшиеся при диссоциации молекулы очень активны, и приводят к цепи
химических превращений, в результате которых образуются нежелательные
соединения, например фотохимический смог.
Последствия
загрязнения атмосферы.
Запылённость.
Запылённость
атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли. Существует
стандарт на суммарную запылённость атмосферы: 1500 кг/га. В промышленных
районах запылённость достигает 60000 кг/га. Частицы пыли сокращают доступ
ультрафиолетовой радиации и образуют ядра конденсации паров воды. Всё это
увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к похолоданию климата.
Пыль, попавшая на поверхность ледников, поглощает энергию и способствует их
таянию. С другой стороны, промышленная пыль содержит токсичные вещества.
Мелкодисперсная пыль свободно проникает в лёгкие и приводит к фиброзным
изменениям. Токсичные вещества, содержащиеся в пыли, проникают через слизистую
в организм и отравляют его. Особенно опасна асбестовая пыль. Она вызывает
микротравмы на клеточном уровне, что приводит к раковым заболеваниям.
Загрязнение
оксидами углерода.
Основную роль в
прозрачности воздуха играет углекислый газ. Он свободно пропускает
ультрафиолетовое излучение, но является экраном для инфракрасного излучения.
Это приводит к повышению температуры преземного слоя атмосферы. Оксид углерода
СО или угарный газ не оказывает влияния на физическое состояние атмосферы, но
при этом влияет на организмы животных (разрушает гемоглобин, расстраивает
нервную и сердечно-сосудистую системы).
Загрязнение
оксидом серы.
Наиболее
загрязнено соединениями серы северное полушарие. При сжигании топлива в
атмосферу выбрасывается SO2, который
потом окисляется до SO3.
Соединяясь с водой, оксиды серы образуют серную и сернистую кислоты, которые,
взаимодействуя с пылевыми частицами, образуют сульфаты и сульфиды. Накопление
кислот и сульфатов в атмосфере приводит к выпадению кислотных осадков. В
настоящее время, плотность дождевой воды над промышленными районами превышает
норму в 10-1000 раз. Изменение рН атмосферных вод наиболее сильно сказывается
на действии ферментов и гормонов живых организмов. Крупные виды в меньшей
степени страдают от изменения рН, т.к. их защищает кожа. Наиболее сильно на
кислотность воды реагирует молодь. В подкисленных водных экосистемах все
организмы быстро вымирают или из-за прямого воздействия ионов водорода или
из-за невозможности разложения или из-за отравления вредными веществами,
образующимися из-за действия кислот на почву.
Оксиды азота.
Оксиды азота
поступают в атмосферу в основном с выхлопными газами автомобилей, а также в
результате высокотемпературного сжигания топлива тепловых электростанций. Под
воздействием ультрафиолетовых лучей оксид и диоксид азота превращаются друг в
друга с образованием атомарного кислорода и азота. Атомарный кислород и озон
вступают в соединение с углеводородами с образованием свободных радикалов –
молекул, с незаполненными связями, вследствие чего обладающие высокой химической
активностью. Свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с веществами,
находящимися в атмосфере, образуя вторичные загрязнения – фотохимический смог.
Загрязнение
гидросферы.
Гидросфера –
это водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность морей, озёр, рек,
болот, ледников и подземных вод.
Пресная вода
составляет только 2,5% от всех запасов воды. Примерно 70% пресной воды
содержится в ледниках. Площадь всех озёр на земном шаре примерно 2 миллиона км2,
болот 3 миллиона км2. Более 50% болот находится на территории нашей
страны.
Употребление
воды.
Ежегодно люди
расходуют около 3000 км3 воды, из них 150 км3
безвозвратно. Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. Причём ¾
безвозвратно. Например: на производство 1 тонны пшеницы расходуется 1,5 тонны
воды, на производство 1 тонны риса – 7 тонн воды, 1 тонны хлопка – 10 тонн
воды.
В
промышленности вода используется для следующих целей:
Приготовление
растворов.
Охлаждение и
нагрев жидкостей и газов.
Для
теплоэнергетических целей.
Для очистки
растворов и газовых смесей.
Для
транспортировки сырья.
Для удаления
отходов.
Для мытья
оборудования, тары.
На производство 1 тонны стали
расходуется до 20
тонн воды, 1
тонны азотной кислоты – 180 тонн воды, 1 тонны пластмассы – 1000 тонн воды, 1 тонны
синтетического каучука – 3000 тонн воды. Среднехимический комбинат ежедневно
расходует около 2 миллионов м3 воды высокого качества.
Качество воды –
это совокупность химических, физических, биологических и бактериологических
показателей, обуславливающих пригодность воды для использования в
промышленности, сельском хозяйстве и быту.
Источники
загрязнения гидросферы.
Атмосферные
воды, промывающие из воздуха естественные и искусственные загрязнения.
Промышленные
сточные воды.
Бытовые сточные
воды.
Ежегодно в мире
образуются около 1 триллиона м3 сточных вод. Из них примерно 20%
сбрасываются без очистки.
При
технологических процессах образуются следующие виды сточных вод:
Реакционные
воды - образуются в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными
продуктами, так промежуточными и конечными.
Воды,
содержащиеся в сырье и исходных материалах в исходном и связанном виде.
Загрязнены аналогично реакционным водам.
Промывочные
воды – образуются после мытья оборудования, сырья, тары. Загрязнены исходными и
конечными продуктами.
Водные
абсорбенты и экстрагенты.
Охлаждающие
воды в основном не соприкасаются с технологичными продуктами и могут
использоваться в системах оборотного водоснабжения.
Бытовые воды.
Атмосферные
осадки, стекающие с промышленных площадок – особенно агрессивны, т.к.
загрязнены выбросами предприятий.
Загрязнение
гидросферы существенно опаснее, чем загрязнение атмосферы по следующим
причинам:
Процессы
регенерации или самоочищения происходят в водной среде существенно медленнее,
чем в атмосфере.
Источники
загрязнения водоёмов более разнообразны.
Естественные
процессы, протекающие в водной среде, более чувствительны к загрязнению. Сами
по себе имеют большее значение для жизни на Земле, чем процессы, протекающие в
атмосфере.
Загрязнения
литосферы.
Литосфера – это
верхняя твёрдая оболочка Земли, включающая в себя земную кору и верхнюю часть
мантии Земли.
Литобиосфера –
эта та часть литосферы, в которой присутствуют живые организмы. Наиболее сильно
подвергаются загрязнению поверхностный слой литосферы (почва).
Существуют
следующие источники загрязнения почвы:
Жилые дома и
бытовые предприятия. В числе загрязнений – бытовой мусор, пищевые отходы,
строительный мусор и т.д.
Промышленные
предприятия сбрасывают твёрдые и жидкие отходы в т.ч. чрезвычайно токсичные
(цианиды, тяжёлые металлы).
Теплоэнергетика.
В числе отходов – сахар, несгоревшие частицы, шлак, оксиды серы.
Сельское
хозяйство. В числе отходов – ядохимикаты, удобрения.
Транспорт. В
числе отходов – соединение свинца, углеводороды.
Самоочищения
почвы практически не происходит. Поэтому ядовитые вещества накапливаются в ней,
поглощаются растениями и далее передаются по трофическим цепям.
Ущерб от
загрязнения окружающей среды.
Для поддержания
качества окружающей среды требуются существенные затраты.
Качество
окружающей среды – это степень соответствия окружающей среды потребностям живых
организмов.
Так, согласно
последним исследованиям, в промышленно-развитых странах на поддержание качества
окружающей среды требуется примерно 2,5% от национального дохода.
Средства на
сохранение окружающей среды можно разделить на три группы:
Затраты,
связанные с уменьшением выбросов в окружающую среду – это затраты на
строительство и эксплуатацию очистных сооружений, санитарно-защитных зон, на
разработку и внедрение замкнутых и малоотходных технологических процессов, на
создание систем контроля и управления уровня загрязнения среды.
Затраты на
компенсацию социальных последствий выбросов – это затраты, связанные с
ухудшением качества среды. Они заключаются в снижении хозяйственной ценности
природных ресурсов, потерь рабочего времени за счёт заболеваний. Ухудшение
функций естественных и антропогенных экосистем.
Затраты на
возмещение потерь сырья и продуктов с выбрасываемыми газами, сточными водами и
твёрдыми отходами. Все выбрасываемые продукты могут быть сырьём данных или
других производств.
Ущерб,
наносимый природе, подразделяется на социальный, моральный и экономический.
Экономический
ущерб – это фактические потери, нанесённые хозяйству вследствие загрязнения
среды.
Экономический
ущерб может быть фактическим, возможным и предотвращенным.
Возможный ущерб
– это ущерб, который мог быть нанесён хозяйству при отсутствии
природоохранительных мероприятий.
Предотвращённый
ущерб – это разность между возможным и фактическим ущербом.
Расчёт
предотвращенного ущерба в результате снижения сброса примесей в водные объекты.
=400 рублей/тонна
- безразмерный
коэффициент, значение которого зависит от конкретного водоёма.
- приведённая масса
снижения сброса примесей источника в водный объект.
, где и соответственно приведённая сброса примесей в водный объект до
и после ввода в действие очистных сооружений.
- вид сбрасываемой примеси.
- количество сбрасываемой примеси.
и - масса примесей -го вида, сбрасываемых до и после ввода очистных сооружений.
- безразмерный
коэффициент, показатель относительной опасности -го вида.
- предельно
допустимая концентрация в воде водоёма определённой категории водопользования -го вещества.
Если указано,
что данного вещества в водоёме не должно быть, т.е. , то .
Расчёт
предварительного ущерба в результате снижения выбрасываемых примесей в воздух.
=33 рубля/тонна
- безразмерный
коэффициент, характеризующий относительную опасность загрязнения воздуха над
развитыми территориями или водоёмами.
- поправочный коэффициент, зависящий от высоты источника
выброса, скорости оседания загрязняющего вещества и разности температур между
выбросом и окружающей средой .
Остальные
параметры аналогичны предыдущей формуле. Для СО: .
Список
литературы
Для подготовки
данной работы были использованы материалы с сайта http://isfakultet.narod.ru/