(С) Пупышев Алексей Валерьевич
В рамкахпроекта «Работай головой!»
1.ВВЕДЕНИЕ.
1.1. Биосфера — наш дом.
Биосфера — этообласть распространения жизни на Земле, включающая насе-
ленную организмами верхнюю часть земной коры, воды рек, озер, водохрани-
лищ, морей, океанов и нижнюю часть атмосферы(тропосферу).Она представля-
ет собой равновесную систему, в которой процессы обменавеществ и энергии
происходят главным образом за счет жизнедеятельностиорганизмов.
Среда обитаниячеловека — окружающая среда(ОС) характеризуется совокуп-
ностью физических, химических и биологических факторов, способных при
определенных условиях оказывать прямоеили косвенное, немедленное или
отдаленное воздействие на деятельность и здоровьечеловека.
Вопросамиразвития ОС занимается экология — наука о взаимоотношении жи-
вых организмов и среды их обитания.Рациональное решение экологических
проблем возможно лишь при оптимальном взаимодействииприроды и общества,
обеспечивающем, с одной стороны, дальнейшее развитие общества, с другой -
сохранение и поддержание восстановительных сил в природе, что достижимо
лишь при проведении широкого комплекса практическихмероприятий и научных
исследований по охране ОС.
1.2.Виды загрязнений.
Атмосфера всегдасодержит определенное количество примесей, поступающих
от естественных иантропогенных источников.К числупримесей, выделяемых
естественными источниками, относятся: пыль(растительного,вулканического,
космического происхождения, возникающая при эррозии почвы, частицы морс-
кой соли); туман, дымы и газы от лесных и степных пожаров; газы вулкани-
ческого происхождения; различные продукты растительного,животного и мик-
робиологического происхождения и др.
Уровеньзагрязнения атмосферы естественными источниками является фоно-
вым и мало изменяется с течением времени.
Антропогенноевоздействие может быть различным по своему составу и за-
висит от типапредприятия ( например, машиностроительное, химическое,
торфяное , энергетическое). Масштабы антропогенного загрязнения также за-
висит от мощности предприятия, их количества и сосредоточенности в расс-
матриваемом регионе.Основными источниками этихзагрязнений является энер-
гетика, промышленность, транспорт, сельское хозяйство идругие виды хо-
зяйственной деятельности человека.Среди отраслейпромышленности наибо-
льшее количество загрязнений дает горнодобывающая, металлергическая, хи-
мическая промышленность, а меньшее - машиностроительная и приборострои-
тельная промышленности. Воздействие, оказываемоечеловеком на ОС велико.
Особенно остройпроблема загрязнения атмосферы стала во второй половине
ХХ века, характеризующейся черезвычайно высокими темпамироста промышлен-
ного производства, выработки и потребления эл/эн, выпускаи использования
в большом количестве транспортных средств (смотрите Схему1 «Взаимодейст-
вие промышленного предприятия с ОС» в Приложении).
Самымираспространенными токсичными веществами,загрязняющими атмосфе-
ру, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO, оксидазота NOx, углево-
дороды СnHm и пыль.Основные примеси атмосферы и их источники приведены в
табл.1.Ежегодные выбросы вредных веществ в атмосферуприведены в табл.2
(данные на 1991 год).
ТАБЛ.1.
┌────────────┬───────────────────────────────────────┬─────────────────┐
│ Примеси │ Основныеисточники │ Среднегодовая │
│ ├─────────────────────┬─────────────────┤ концентрация │
│ │ естественные │ антропогенные │ ввоздухе, мг/м │
├────────────┼─────────────────────┼─────────────────┼─────────────────┤
│Твердыечас-│ вулканические извер-│ Сжигание топлива│ В городах │
│тицы(зола, │ жения, пылевые бури, │ впромышленных и│ 0.04-0.4 │
│пыль идр. │ лесные пожары и др. │бытовых установ-│ │
│ │ │ ках │ │
│SO │ Вулканическиеизвер-│ То же │ В городах │
│ │ жения, окислениесеры│ │ до 0.1 │
│ │ исульфатов, рассеян-│ │ │
│ │ ных в море │ │ │
│NOx │ Лесные пожары │ Промышленность, │ В районах с │
│ │ │автотранспорт, │ развитой промыш-│
│ │ │ теплоэлектрост.│ ленностью до 0.2│
│СО │ Лесные пожары, выде- │Автотранспорт, │ В городах │
│ │ ления океанов, окис- │промышленные │ от 1 до 50 │
│ │ ление торпенов │ энергоустановки,│ │
│ │ │ чернаяметаллур-│ │
│ │ │ гия │ │
│Летучие уг-│ Лесные пожары, при- │Автотранспорт, до│ В районахс │
│леводороды │ родный метан, природ │ жиганиеотходов,│ развитой промыш-│
│ │ ные терпены │ испарение нефте-│ленностью до 3.0│
│ │ │ продуктов │ │
│Полицикли- │ │Автотранспорт, хи│ В районах с │
│ческие, аро-│ - │ мические заводы,│развитой промыш-│
│матические │ │ нефтеперерабаты-│ленностью до │
│углеводороды│ │ вающие заводы │ 0.01 │
└────────────┴─────────────────────┴─────────────────┴─────────────────┘
ТАБЛ.2. Ежегодныевыбросы вредных веществ в атмосферу.
┌────────────────┬─────────────────────────────────┬───────────────────┐
│ Вещество │ Выбросы, млн.т │Доля антропогенных│
│ ├────────────────┬────────────────┤примесей от общих │
│ │ естественные │ антропогенные │ поступлений,% │
├────────────────┼────────────────┼────────────────┼───────────────────┤
│Твердыечастицы │ 3700 │ 1000 │ 27 │
│СО │ 5000 │ 304 │ 5.7 │
│CnHm │ 2600 │ 88 │ 3.3 │
│NOx │ 770 │ 53 │ 6.5 │
│SOx │ 650 │ 100 │ 13.3 │
│CO │ 485000 │ 18300 │ 3.6 │
└────────────────┴────────────────┴────────────────┴───────────────────┘
Превышение концентрации токсичных веществ в загрязненном атмосферном
воздухе над фоновыми в среднем составляют: по оксиду углерода 80-1250 и
более; по диоксиду серы 50-300; по диоксиду азота до 25; по озону до 7
раз.
КромеCO,SOx,NOx,CnHm и пыли в атмосферувыбрасываются и другие более
токсичные вещества.Так, например, вентиляционные выбросызаводов электрон-
ной промышленности содержат пары плавиковой, серной , хромовой и др. ми-
неральных кислот, органические растворители и т.п. Внастоящее время нас-
читывается более 500 вредных веществ, загрязняющихатмосферу.
В числовом видевыбросы в атмосферу предприятий и транспортных средств
ежегодно по всему миру составляют 10 млрд.т газов и пылии столько же са-
жи, а в водоемы, реки и озера — > 500 млрд.мзагрязняющих стоков.
1.3.Вред, наносимый промышленными предприятиями ОС.
Cовременноемашиностроение развивается на базе крупных производственных
об'единений, включающие заготовительные икузнечно-процессовые цехи, цехи
термической имеханической обработки металлов, цехи покрытий и крупное
литейное производство.В состав предприятиятакже входят испытательные
станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессепроизводства ма-
шин и оборудования широко используют сварочные работы,механическую обра-
ботку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные
операции и т.п.
Литейные цехи. Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделение в
атмосферу в литейных цехах являются: вагранки,электродуговые и индукци-
онные печи, участки складирования и переработки шихты иформовочных мате-
риалов; участки выбивки и очистки литья.
При плавке 1 тметалла в открытых чугунолитейныхвагранках выделяется
900-1200 м колошникового газа, содержащего оксидыуглерода, серы и азота,
пары масел, полидисперсную пыль и др.
Термические цехи. Вентиляционный воздух,выбрасываемый из термических
цехов, обычно загрязнен парами и продуктами горениямасла, аммиаком, циа-
нистым водородом идругими веществами, поступающими в систему местной
вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термическойобработки. Источ-
никами загрязнения в термических цехах является такженагревательные печи
работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные и
дробеметные камеры. Концентрация пыли в воздухе,удаляемом из дробеструй-
ных и дробеметных камер, где металл очищается послетермической обработки
достигает 2-7 г/м .
При закалкеи отпуске деталей в масляных ваннах в отводимом от ванн
воздухе содержится до 1% паров масла от массы металла.При цианировании
выделяется до 6 г/ч цианистого водорода на один агрегатцианирования.
Гальваническиецехи. В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вред
ные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и
газов.Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются впроцессах кислот-
ного и щелочного травления.
При нанесениигальванических покрытий (воронение, фосфатирование, ано-
дирование и т.п.) образуются различные вредныевещества.Концентрации HCl,
H SO, HCN, Cr O ,NO, NaOH и др. в удаляемом отгальванических ванн воз-
духе колеблются взначительных пределах, что требует специальной очистки
воздуха перед выбросом в атмосферу.При проведенииподготовительных опера-
ций в гальванических цехах (механическая очистка и обезжиривание поверх-
ностей) выделяются пыль, пары бензина, керосина,трихлорэтилена, тума-
ны щелочей.
Анализдисперсного состава туманов показал, что размер частиц находится
в пределах 5-6 мкм при травлении, 8-10 мкм прихромировании и 5-8 мкм при
цианистом цинковании.
Цехи механическойобработки. Механическая обработка металлов на станках
сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масели эмульсий, кото-
рые через вентиляционную систему выбрасываются изпомещений.
Цехи производстванеметаллических материалов. Вмашиностроении широкое
применение находят стеклопластики, которые содержатстекловолокнистый на-
полнитель исвязующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальде-
гидные, эпоксидные).
При производстве эбонитовых изделий вентиляционнуюсистему попадают
SO, CO,H S, пары бензина, толуола, глицерина, пыль. Особенно много вред-
ных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических
волокон и т.п.
Окрасочные цехи.Токсичные вещества в процессахобезжирования поверх-
ностей органическими растворителями перед окраской, приподготовке лакок-
расочных материалов , при их нанесении на поверхность изделий и сушке
покрытия.Воздух, удаляемый вентиляционными отсосами от окрасочных камер,
напольных решеток, сушильных установок и другихустройств, всегда загряз-
нен парами растворителей, а при окраскераспылением, кроме того, — окра-
сочным аэрозолем.При окраске изделий порошковыми полимерными материалами
в вентиляционном воздухе содержится пыль.
Приобезжировании изделий передокраской в вентиляциоееые выбросы за
счет испарения с поверхности зеркала ванны поступают парыуглеводородов с
интенсивностью, г/(м*мин): бензин 67-83, керосин 17-34, уайт-спирит
83-100.
На территории промышленных предприятий образуются сточные воды (СВ)
трех видов: бытовые, поверхностные и производственные.
Бытовые СВ предприятия образуются при эксплуатации на его территории
душевых, туалетов, прачечных и столовых.Предприятие не отвечает за ка-
чество данных СВ и направляет их на городские (районные)станции очистки.
Поверхностные СВобразуются в результате смывания дождевой, талой по-
ливочной водой примесей, скапливающихся на территории, крышах и стенах
производственных зданий.Основными примесями этих вод являются твердые
частицы (песок, камень, стружки и опилки, пыль, сажа, остаткирастений, деревь-
ев и т.п.); нефтепродукты (масла, бензин и керосин),используемые в двига-
телях транспортных средств, а также органические иминеральные удобрения,
используемые в заводских скверах и цветниках.
ПроизводственныеСВ образуются в результате использования воды в техно-
логических процессах.Их количество, состав и концентрацию примесей опре-
деляют типом предприятия, его мощностью, видамииспользуемых технологичес-
ких процессов.
Типовой составпримесей СВ для цехов и участковпредставлен в табл.3.
Следует отметить, что в сварочных, монтажных, сборочных, испытательных
цехах машиностроительных предприятий СВ содержатмеханические примеси ,
маслопродукты, кислоты и т.п. в значительно меньшихконцентрациях, чем в
рассмотренных цехах.
ТАБЛ.3. Состав примесей СВ для отдельных цеховпредприятия.
┌─────────────┬───────────┬───────────────────┬──────────────┬─────────┐
│ Типцехов │ Виды СВ │ Основные примеси │Концентрация │ Темпера│
│ иучастков │ │ │ примесей, кг/м│ тура, С │
├─────────────┼───────────┼───────────────────┼──────────────┼─────────┤
│Металлургичес│Отохлажде-│Взвешенные вещества│ 0.01...0.05│ 40-45 │
│кие │ния печей │ Масла │ 0.01 │ │
│Литейные │От влажной │ │ │ │
│ │газоочистки│Мелкодисперсная мин│ 2...4 │ 65 │
│ │ │еральная пыль │ │ │
│ │Отгрануля-│Песок, частицы шлака│ 20...40 │ 50 │
│ │торов стер-│ │ │ │
│ │жневых сме-│ │ │ │
│ │сей │ │ │ │
│ │Гидровыбив-│Песок, окалина, глина│ 0.5...15│ │
│ │ки литья и│Органические вещест│ │ 15...30│
│ │регенерации│ ва │ 0.05 │ │
│ │земель │ │ │ │
│Кузнечно-прес│Охлаждение│Взвешенные вещества│ 0.1...0.2│ │
│совые │поковок и │минерального проис-│ │ │
│ │оборудов. │хождения │ │ │
│ │ │Окалина │ 5...8 │ 30...40 │
│ │ │Масла │ 10...15 │ │
│Механические │Отработан-│Взвешенные вещества│ 0.2...1 │ │
│ │ные смазоч-│Сода │ 5...10 │ 15...20 │
│ │ные охлаж- │Масла │ 0.5...2 │ │
│ │дающие жид-│ │ │ │
│ │ кости │ │ │ │
│ │Изгидрока-│Органические раст- │ │ │
│ │мер окрас.│ворители │ 0.1...0.2 │15...25 │
│ │отделений │Масла, краска │ 0.1...0.3 │ │
│ │Отделение │Взвешенные вещества│ 0.1...0.2 │ │
│ │гидровличес│Масла │ 0.03-0.05 │15...20 │
│ │ких испыт. │ │ │ │
│Термические │Промывные │Окалина │ 0.02-0.03 │ │
│ │растворы │Щелочи │ 0.02-0.03 │50...60 │
│ │ │Масла │ 0.01-0.02 │ │
│ │Иззакалоч-│Взвешенные вещества│ │ │
│ │ных ванн │минерального проис-│ │ │
│ │ │хождения │ 0.05-0.25 │ │
│ │ │Тяжелые металлы │ 0.03-0.15 │ 30...40 │
│ │ │Масла │ 0.001-0.01│ │
│ │ │Цианиды │ 0.002-0.05│ │
│Гальваничес- │Промывные │Хром │ 0.005-0.2 │ 20...30 │
│кие │воды │Циан │ 0.005-0.15 │ │
│ │Отработан- │Тяжелыеметаллы │ 0...10 │ │
│ │ные элект-│Кислоты │ 0.04...20│ │
│ │ролиты │Щелочи │ 0.02...30│ │
│ │ │Масла │ 0.02-0.05│ 20...20 │
│ │ │Хром │ 5...200│ │
│ │ │Циан │ 10...100│ │
└─────────────┴───────────┴───────────────────┴──────────────┴─────────┘
Твердые отходымашиностроительного производства содержат амортизацион-
ный лом (модернизация оборудования, оснастки, инструмента),стружки и опил-
ки металлов, древисины, пластмасс и т.п., шлаки, золы, шламы, осадки и пы-
ли (отходы систем очистки воздуха).
В небольшихколичествах промышленные отходы могут содержать ртуть, вы-
литую из вышедших из эксплуатации приборов иустановок.Отходы, образующие-
ся на предприятиях машиностроения в результате использования радиоактив-
ных веществ, обычно содержат небольшое количествоизотопов с коротким пе-
риодом полураспада до 15 сут.Отходы производства, технология переработки
которых еще не разработана, складируют и хранят допоявления новой (раци-
ональной) технологии переработки отходов.
Обычно твердыеотходы предприятия составляют, т/год:
Шлак, окалина, зола… 40000
Горелаяформовочная земля................ 3800
Шламы, флюсы.............................. 600
Абразивы.................................0.5-48
Древесныеотходы.........................100-1500
Пластмассы............................... 780
Бумага, картон............................2.6-12
Мусор....................................150-20000
Наибольшиезагрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических
установок, работающих на углеводородном топливе(бензин, керосин, дизельное
топливо, мазут, уголь, природный газ и др.).Количествозагрязнений определя-
ется составом, об'емом сжигаемого топлива и организацией процесса сгора-
ния.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные
средства сдвигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электричес-
кие станции (ТЭС).
Основныекомпоненты выбрасываеме в атмосферу при сжигания различных ви-
дов топлива в энергоустановках, нетоксичные диоксид углерода и водяной
пар.Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, та-
кие, как оксидуглерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, угле-
водороды, в том числе канцерогенныйбенз(а)пирен, несгоревшие частицы твер-
дого топлива и т.п.
Токсическимивыбросами ДВС являются отработавшие икартерные газы, пары
топлива из карбюратора и топливного бака.Основная долятоксических приме-
сей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС.
Исследованиесостава отработавших газов ДВСпоказывают, что в них со-
держится несколько десятков компонентов, основные изкоторых приведены в
табл.4.Диосид серы образуется в отработавших газах в томслучае, когда се-
ра содержится в исходном топливе (дизельное топливо).
ТАБЛ.4. Состав отработавших газов ДВС.
┌───────────────┬──────────────────────────────────────┬───────────────┐
│ Компоненты │ Содержаниекомпонента, об.доли% │ Примечание │
│ ├─────────────────────┬────────────────┤ │
│ │ карбюраторные │ дизельные │ │
│ │ ДВС │ ДВС │ │
├───────────────┼─────────────────────┼────────────────┼───────────────┤
│ N │ 74-77 │ 76-78 │──┐ │
│ O │ 0.3-8 │ 2-18 │ │ │
│ HO(пары) │ 3.0-5.5 │ 0.5-4 │ Нетоксичен │
│ CO │ 5.0-12.0 │ 1.0-10.0 │ │ │
│ H │ 0-5.0 │ - │──┘ │
│ CO │ 0.5-12.0 │ 0.01-0.50 │──┐ │
│ NOx(вперес- │ до 0.8 │ 0.0002-0.5 │ │ │
│ чете на NO ) │ │ │ │ │
│ CnHm │ 0.2-3.0 │ 0.009-0.5 │ Токсичен │
│Альдегиды │ до 0.2 мг/л │ 0.001-0.09мг/л│ │ │
│ Сажа │ 0-0.04г/м │ 0.01-1.1г/м │ │ │
│Бенз(а)пирен │ 10-20мкг/м │ до 10мкг/м │──┘ │
└───────────────┴─────────────────────┴────────────────┴───────────────┘
Анализданных, приведенных в табл.4, показывает, что наибольшей токсич-
ностью оюладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большоговыброса СО,NOx,
CnHm и др.Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в
чистом виде не токсична.Одпако частицы сажи, обладаявысокой адсорбционной
способностью, несут на своей поверхности частицы токсичных веществ, в том
числе и канцерогенных.Сажа может длительное времянаходится во взвешенном
состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсических
веществ на человека.
Неуклонный ростпоступлений токсичных веществ в ОС прежде всего отража-
ется на здоровье населения, ухудшается качество продукциис/х, снижает уро-
жайность, преждевременно разрушает жилища, оказывает влияние на климат
отдельных регионов и состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели
флоры и фауны.Приведем свойства некоторых примесей.
Оксид углеродаСО. Бесцветный и не имеющий запахагаз. Воздейст-
вует на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызываетудушье.
Оксиды азота NOx.В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO
- бесцветный неимеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на
органы дыхания.Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимо-
действуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический туман
— смог.При контакте с влажной поверхностью слизистойоболочки оксиды азо-
та оьразуют кислоты, которые и приводят к отеку легких.
Диоксиды серы.Бесцветный газ с острым запахом, создает неприятный вкус
во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательныепути.
Углеводороды(пары бензина, пентан, гексан и др.). Обладают наркотичес-
ким действием.
Альдегиды. При длительном воздействии на человека альдегиды вызывают
раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей.
Соединениесвинца. Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина,
возникают заболевания дыхательных путей, мочеполовыхорганов, нервной сис-
темы.Особенно опасны соединения свинца для детейдошкольного возраста.
ТАБЛ.5.Влияние среднесуточных концентрацийзагрязнителей на токсичес-
кое состояние атмосферы.
┌────────────────────┬───────┬─────┬────────────────────────────────────┐
│ Основные вещества, │ Класс │ ПДК│ Состояние воздушного басейнапри │
│загрязняющие воздуш │ опас- │ │ концентрации свыше, мг/м │
│ нуюсреду │ ности │ ├──────────┬──────────┬──────────────┤
│ │ │ │ вызывает │ опасное │ черезвычайно│
│ │ │ │ опасения │ │ опасное │
├────────────────────┼───────┼─────┼────────