Національнийтехнічний університет України
Київськийполітехнічний інститут
Модульнаконтрольна робота
здисципліни: «Інформаційнітехнології в екології»
Виконав: ПотаповД.П.
ПН-62, ПБФ
Київ2011
Зміст
1. Антропогенний вплив на довкілля
1.1 Вплив діяльності людини надовкілля
1.2 Визначення ступеня забрудненостіатмосфери
1.3 Очищення викидів в атмосферу
2. Волоконно-оптичні сенсори
2.1 Характеристики оптичного волокнаяк структурного елемента датчика
2.2 Волоконні світловоди івимірювальні пристрої на їхній основі
3. Техногенне навантаження на природнесередовище. Медико-демографічні проблеми сучасної України, пов’язані з цимнавантаженням
Висновки
Перелік посилань
1. Антропогенний вплив на довкілля
1.1 Вплив діяльності людини надовкілля
Господарська діяльність людини зумовилапошкодження і вичерпування природних ресурсів, що призводить до деформаціїсформованих протягом багатьох мільйонів років природного кругообігу речовин таенергетичних потоків на планеті. Внаслідок цього почалося прогресуюче руйнуваннябіосфери Землі, що може набути характеру незворотних процесів і навколишнєсередовище може стати непридатним для існування.
Основні джерела антропогенногозабруднення довкілля.
З появою людини на планеті Землявелику роль у глобальній екосистемі стали відігравати взаємовідносинисуспільства і природи. Особливо швидко посилюється вплив суспільства на природуу зв'язку з розвитком машинного виробництва.
Завдяки цьому масштаби впливусуспільства на природу поширюються так швидко, що людство поступово перетворюєтьсяу потужну геологічну силу, яка впливає на природні процеси. На всі кругообіги,що здійснюються у природі, людина прямо чи опосередковано мас вплив. Підвпливом антропогенних факторів відбуваються зміни у природі.
Завойовуючи природу, людство значноюмірою підірвало природні умови власної життєдіяльності.
Достатньо навести деякі цифри іфакти. Відомо, що за останні 100 років людство більше ніж у тисячу разівзбільшило чисельність енергетичних ресурсів; за останні 35 років відбулосязростання більше ніж у 2 рази обсягів індустріальної і сільськогосподарськоїпродукції. Загальний обсяг товарів;! послуг у розвинутих країнах через кожні 15років зростає у 2 рази. Звідси відповідно збільшується і кількість відходівгосподарської діяльності, які забруднюють атмосферу, водойми, ґрунт.
Взявши у природи 100 одиницьречовини, людство використовує 3—4, а 96 одиниць потрапляє у відходи. У розрахункуна кожного мешканця індустріальне розвинутих країн, щорічно добувається близькоЗО тонн природних ресурсів, з них лише 1—1,5% набирає форми продукту, щоспоживається, а решта потрапляє у відходи. .
Внаслідок спалювання палива часткавуглекислого газу в атмосфері збільшилася за останні 30 років на 25—30 %. Запередбаченням футурологів, це може призвести на початку XXI століття допідвищення середньої температури на 1,5-2 °С і зростання площі пустель.
Щорічно світова промисловість скидаєв річки понад 160 куб. м шкідливих стоків, щорічно в ґрунти людством вноситься500 млн. тонн мінеральних добрив і близько 4 млн. тонн пестицидів, більшачастина яких осідає в ґрунтах та виноситься поверхневими водами в річки, озера,моря та океани, в дуже значних кількостях накопичується в штучних водосховищах,які живлять водою промислові центри.
Пестициди (включаючи гербіциди,інсектициди та фунгіциди) — хімічні речовини, що використовуються для знищеннябур'янів, грибків, бактерій, різноманітних комах та тварин. Більшістьпестицидів є синтетичними хіміка тами, що мають токсичні властивості. Головнаїхня властивість і роль — знищувати різні форми життя. Всі пестициди єнебезпечними.
На всіх стадіях виробництва,транспортування, зберігання та утилізації пестициди забруднюють навколишнєсередовище. Вони проникають у водойми, де накопичуються у рибі та в іншихводних організмах. Річки та дощі переносять пестициди в інші регіони, де вониотруюють ґрунти, джерела питної води, моря, вбивають рослин і тварин. Людиназавершує цикл отруєння, страждаючи від своїх не виважених дій. Зараз на Земліне залишилося куточка, не забрудненого пестицидами. Рівень забруднення 65 %сільськогосподарських угідь країн Західної Європи перевищив допустимі норми.
Птахи, ссавці, риби та корисні комахигинуть під час застосування пестицидів на полях, особливо при їх внесенні задопомогою авіації.
На сьогодні в Україні накопичено 11тис. тонн застарілих пестицидів. Проблема Їхньої утилізації не вирішена. Багатосховищ, де вони зберігають ся, знаходяться в незадовільному стані.
У світі близько 25 млн.сільськогосподарських робітників щороку отруюються пестицидами. Безпосереднійвплив їх на людину полягає в ураженні та зміні функцій печінки, захворюванняхцентральної нервової, серцево-су динної та дихальної систем. Пестицидинегативно впливають на репродуктивну функцію людини.
Дуже уразливі до дії пестицидів діти.Споживаючи продукти із залишками пестицидів та забруднену питну воду, дитячийорганізм реагує структур ними змінами систем та окремих органів. Накопиченняпестицидів в організмі призводить до появи різноманітних захворювань, включаючионкологічні.
Ефект спільної дії пестицидів та радіонуклідівнаукою вивчений недостатньо. Для умов України, територія якої сильно забрудненавнаслідок Чорнобильської катастрофи, цей фактор має особливе значення. Отруйніречовини потрапляють у навколишнє середовище. У різних областях Українивиявлено значне забруднення пестицидами ґрунтів. Навіть після припинення їхзастосування проблема не вирішується. Ці отрути можуть зберігатися внавколишньому середовищі десятки років, продовжуючи свою згубну дію на всіланки екосистеми.
Вся планета нині страждає відантропогенного тиску, він виявляється через забруднення навколишнього природногосередовища, виснаження природних ресурсів і деградацію екосистем, ґрунтів,хижацьке винищення лісів.
До основних антропогеннихзабруднювачів довкілля, крім шкідливих речовин, що викидаються промисловими підприємствами,пестицидів і мінеральних добрив, що застосовуються в сільському господарстві,забруднень усіх видів транспорту, належать також транспортні та виробничі шуми,іонізуюче випромінювання, вібрації, світлові та теплові впливи, які детальнішебудуть розглянуті далі.
1.2 Визначення ступеня забрудненостіатмосфери
Згідно з нормативно-технічноюдокументацією нормування якості навколишнього природного середовищаздійснюється з метою встановлення гранично допустимих норм впливу на навколишнєсередовище, що гарантує екологічну безпеку населення та збереження генетичногофонду, забезпечує раціональне використання і відтворення природних ресурсів заумов стійкого розвитку господарської діяльності. В Україні розроблені та діютьнормативи ГДК, перевищення котрих за певних умов негативно впливає на здоров'ялюдини.
У табл. 8.29 наведено ГДК деякихнайбільш поширених шкідливих речовин. Як видно навіть з цього невеликогопереліку, нижня межа токсичності шкідливих речовин, тобто їх ГДК, сильновідрізняється.
Таблиця 8.29. Гранично допустиміконцентрації (мг/м3) деяких шкідливих речовин для повітря населених місцевостейРечовина ГДК с.д ГДК м.р К Тверді речовини (пил) 0,15 0,2 3,0 Двоокис сірки 0,05 0,5 1,0 Двоокис азоту 0,04 0,085 0,8 Окис азоту 0,06 0,4 1,2 Окис вуглецю 3,0 5,0 60 Аміак 0,04 0,2 0,8 Хлористий водень 0,2 0,2 4,0 Ціанистий водень 0,01 — 0,2 Окис кадмію 0,001 _ 0,02 Свинець 0,0003 0,03 0,006 Сірководень 0,005 0,03 0,1 Бенз(а)пірен 0,000001 — 0,00002 Фенол 0,003 0,01 0,06 Формальдегід 0,003 0,035 0,06 Фтористий водень 0,005 0,2 0,1
Примітка:/>На територіях, які підлягаютьпосиленій охороні, встановлюються більш жорсткі вимоги — ГДК повинні бутизменшені на 20 %.
У випадку присутності в атмосферномуповітрі декількох речовин, які мають здатність до сумарної дії, сума їхньоїКонцентрації не повинна перевищувати одиниці при розрахунку за виразом:
/>
Де/>— фактичні концентрації речовин ватмосферному повітрі;
/>— гранично допустиміконцентрації тих самих речовин.
У табл. 3.29 ГДКсд — середньодобовагранично допустима концентрація забруднювача в повітрі, котра не справляє налюдину опосередкованої шкідливої дії при цілодобовому вдиханні;
ГДК м.р — максимально разова граничнодопустима — концентрація забруднювача в повітрі (населених місць), що невикликає рефлекторних реакцій в організмі людини.
Ефект сумації мають:
— ацетон, акролеїн, фталевийангідрид;
— ацетон та фенол;
— ацетон та ацетофенол;
— ацетон, фурфурол, формальдегід,фенол;
— ацетальдегід та вінілацетат;
— аерозолі п'ятиокису ванадію таокисів марганцю;
— аерозолі п'ятиокису ванадію тасірчистий ангідрид;
— аерозолі п'ятиокису ванадію татриокису хрому;
— бензол та ацетофенон;
— вольфрамовий та сірчистийангідриди;
— гексахлоран та фазолон;
— 1, 2-дихлорпропан, 1, 2,3-трнхлорпропан та тетра-хлоретилен;
— ізобутенилкарбінол, ди метил вінілкаринол;
— метил гід ропіран та метилентетрагідропірея;
— озон, двоокис азоту таформальдегід;
— окис вуглецю, двоокис азоту,формальдегід, гексан;
— сірчистий ангідрид та аерозольсірчаної кислоти;
— сірчаний ангідрид та нікельметалевий;
— сірчистий ангідрид та сірководень;
сірчистий ангідрид та двоокис азоту;
— сірчистий ангідрид, окис вуглецю,пил конверторного виробництва;
— сірчистий ангідрид, окис вуглецю,двоокис азоту та фенол;
— сірчистий ангідрид та фенол;
— сірчистий ангідрид та фтористийводень;
— сірчаний та сірчистий ангідриди,аміак та окиси азоту;
— сильні мінеральні кислоти (сірчана,соляна та азотна);
— фенол та ацетофенон;
— фурфурол, метиловий та етиловийспирти;
— циклогексан та бензол;
— етилен, пропілен, бутилен, амілен.
Ефект потенціювання притаманний такимречовинам:
— бутилакрилат та метилметакрилат зкоефіцієнтом 0,8;
— фтористий водень та фторсолі зкоефіцієнтом 0,8. Потенціювання — взаємне посилення впливу двох або
більшої кількості агентівнавколишнього середовища, при котрому сумарний ефект їхнього взаємного впливуперевищує суму ефектів, що виникають при ізольованій дії кожного з цих агентівзокрема.
Речовини, для котрих не визначені ГДКнаселених місць, оцінюються за орієнтовними безпечними рівнями впливу ОБРВ.
Для того, щоб визначити станзабруднення повітря декількома речовинами, що діють одночасно, частовикористовують комплексний показник — індекс забруднення атмосфери (ІЗА). Дляйого розрахунку, нормовані на відповідні значення ГДК, середні концентраціїдомішок за допомогою розрахунків приводять до концентрації двоокису сірки(коефіцієнт К в табл. 3.8), а отримані значення додають. Отриманий таким чиномпоказник ІЗ А вказує, у скільки разів сумарний рівень забрудненості атмосферикількома речовинами перевищує ГДК двоокису сірки.
Для кожного населеного пунктувизначено конкретний перелік п'яти пріоритетних домішок, за котримирозраховується індекс забруднення атмосфери ІЗАГ).
Викиди характеризуються кількістюзабруднюючих речовин, їхнім хімічним складом, концентрацією, агрегатним станом.
Промислові викиди поділяються наорганізовані та неорганізовані. Організовані промислові викиди — це викиди, щонадходять в атмосферу через спеціально споруджені газоходи, повітропроводи татруби.
Неорганізовані викиди надходять ватмосферу у вигляді не напрямлених потоків внаслідок порушення герметизації,невиконання вимог охорони атмосфери при навантаженні та розвантаженні,порушення технології виробництва або несправності обладнання.
За агрегатним станом викидиподіляються на IV класи: І — газоподібні та пароподібні; II — рідкі; III —тверді; IV — змішані.
За величиною маси викиди об'єднані в6 груп, т/доб: 1 група — маса менше 0,01 включно; 2 група — від 0,01 до 0,1; 3група — від 0,1 до 1; 4 група — від 1 до 10; 5 група — від 10 до 100; 6 група —понад 100.
Викиди підлягають періодичнійінвентаризації, під котрою слід розуміти систематизацію відомостей про розподілджерел викидів на території об'єкта, їхню кількість та склад.
Метою інвентаризації (рис. 3.7) є:визначення викидів шкідливих речовин, що надходять в атмосферу від об'єктів;оцінка впливу викидів на навколишнє середовище, встановлення ГДВ або ТПВ;вироблення рекомендацій з організації контролю викидів; оцінка стану очисногообладнання та екологічності технологій і виробничого обладнання; плануваннячерговості природоохоронних заходів.
/>
Рис. 3.7. Схема алгоритмуінвентаризації викидів в атмосферу
Інвентаризація здійснюється один разна 5 років згідно з Інструкцією з інвентаризації викидів забруднюючих речовин ватмосферу. Джерела забруднення атмосфери визначаються на основі схемвиробничого процесу підприємства. Для діючих підприємств контрольні точкивстановлюються по периметру санітарно-захисної зони. Заміри параметрів викидівздійснюють працівники лабораторії підприємства або лабораторіїсанітарно-епідеміологічної станції.
Основними параметрами, котріхарактеризують викиди забруднюючих речовин в атмосферу, є вид виробництва,джерело виділення шкідливих речовин, джерело викиду, число джерел викидів,координати розташування викиду, висота джерела викиду, діаметр устя труби,параметри газоповітряної суміші на виході з джерела викиду (швидкість, об'єм,температура), характеристика газоочисних пристроїв, види та кількість шкідливихречовин тощо.
Шкідливі речовини, що потрапляють ватмосферу від промислових та транспортних підприємств, енергетичних установок,транспортних засобів, розчиняються в повітрі та переносяться рухомими потокамиповітря на великі віддалі. Розсіювання забруднень призводить до зниженняконцентрації шкідливих речовин в зонах їхнього викиду та до одночасногозбільшення площ із забрудненими повітрям.
На характер поширення шкідливихречовин в атмосфері та на величину зон забруднення впливають метеорологічніумови (горизонтальний та вертикальний рух мас повітря, їх швидкість,температура, вологість, дощ, сніг, наявність хмар).
Крім метеорологічних факторів, нарозсіювання забруднень впливає рельєф місцевості, наявність лісів, водоймищ,гір тощо. На забрудненість міст та населених пунктів впливає їхнє планування таозеленення.
Розрахунок забруднення атмосферивикидами промислових підприємств виконується згідно з Методикою розрахункуконцентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидахпідприємств (ОНД-86) або за Збірником методик розрахунку концентраційнихвикидів в атмосферу забруднюючих речовин різними виробництвами.
/>
1.3 Очищення викидів в атмосферу
Методи та засоби очищення викидів ватмосферу.
Однією з особливостей атмосфери є їїздатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбуваєтьсявнаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею,поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами.Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю,діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовнодіоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи можеакумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи йогов нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належитьґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15—35 °С мікроорганізмипереробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однакможливості природи щодо самоочищення мають обмеження, що слід враховувати прирозробці нормативів ГДВ.
Одним з основних показників очищеннявикидів є ступінь їхнього очищення від шкідливих речовин К :
/>
де М у — маса шкідливих речовин, яківловлюються в очисному пристрої;
М заг — загальна маса шкідливихречовин у викидах.
Ступінь очищення повинен визначатисяза кожною забруднюючою речовиною. Ступінь очищення поділяється на проектний тафактичний, а за рівнем — на максимальний та експлуатаційний.
Для оцінки забезпеченості підприємствочищенням в часі використовується коефіцієнт забезпеченості технологічнихпроцесів газоочищенням:
/>
де Т то— час роботи технологічногообладнання; Т r — час роботи газоочисних установок.
За несприятливих метеорологічнихумов, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров'янаселення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахуноктехнічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.
Сучасні вимоги до якості та ступеняочищення викидів досить високі. Для їхнього дотримання необхідновикористовувати технологічні процеси та обладнання, котрі знижують або повністювиключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечуютьнейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче таенергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин;закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовуватиантитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого паливана газ.
Способи очищення викидів в атмосферувід шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:
— очищення викидів від пилу тааерозолів шкідливих речовин;
— очищення викидів від газоподібнихшкідливих речовин;
— зниження забруднення атмосферивихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів тастаціонарних установок;
— зниження забруднення атмосфери притранспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.
Для очищення викидів від шкідливихречовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні такомбіновані методи.
Механічні методи базуються навикористанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципівсепарації, дифузії, захоплювання тощо.
Фізичні методи базуються навикористанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації,кристалізації, поглинання.
У хімічних методах використовуютьсяреакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення.
Фізико-хімічні методи базуються напринципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.
Гравітаційні пилоочисні камерипрацюють за принципом зниження швидкості руху газів до рівня, коли пил та частинкирідини осідають під впливом сил ваги. Ефективність роботи пилоочисних камер
/>
Гравітаційні пилоосаджувальні камери— це порожнинна або з полицями коробка з листової сталі з бункером для збиранняпилу. Довжина коробки:
/>
/>
При зниженні висоти камери процесочищення поліпшується, тому порожнину камери розділяють полицями, котріпроектуються під кутом або з можливістю регулювання. Гравітаційніпилоосаджувальні камери придатні для осадження частинок пилу діаметром понад 50мкм. Гідравлічний опір гравітаційних камер лежить в межах 50—150 Па. Швидкістьгазу — 0,2—1,5 м/с. Камери забезпечують ступінь очищення не більше 50 %, томуїх використовують як попередній ступінь пиловловлювання.
Інерційні сепаратори працюють напринципі різкої зміни напрямку потоку газів. У місцях зміни напрямкувідбувається осідання твердих частинок забруднюючих речовин. Сепараторидозволяють осаджувати частинки діаметром 25— ЗО мкм. Інерційні газоочисникимають продуктивність від 45 до 582 м3/год. До цього типу можна віднести іжалюзійні пиловловлювачі, котрі мають гідравлічний опір 100—400 Па, допускаютьтемпературу газу, що очищається, до 450 °С, швидкість на підході до решітки —15—25 м/с.
Циклонні сепаратори працюють запринципом використання відцентрового ефекту. Відокремлення твердих частинок вних відбувається під дією відцентрових сил:
/>
Практично використовуються такі типициклонних сепараторів:
— горизонтальні пиловловлювачі, котріпрацюють за принципом надання газам вихороподібного кругового руху за допомогоювертушки з системою невідхилюваних лопатей;
— вертикальні сепаратори, що працюютьза принципом подавання газу зверху через горизонтально встановлену кільцевукрильчатку, котра надає газові обертового руху; тверді частинки осідають надні, а очищений газ відводиться через центральну трубу;
— вертикальні сепаратори зтангенціально розташованою вхідною частиною. У цьому сепараторі затриманий газнадходить збоку або знизу і набуває тангенціального руху, котрий виносить твердічастинки до стінок, а потім в пило збирачі;
— ротаційні струменеві пиловловлювачіє різновидом відцентрового циклонного сепаратора, в котрому вихороподібністьруху газу посилена тангенціальним повітряним потоком. У них пил накопичується всередині повітряного середовища і під дією гравітаційних сил падає на днопило-збирача.
Апарати мокрого очищення газів відпилу працюють за принципом промивання газів. Ці види очисних пристроївзастосовуються на дільницях фарбування виробів, нанесення полімерних покриттів,в замкнених системах повітрокористування. Такі пристрої дозволяють очищати газивід дрібних механічних забруднень. Існує велика кількість апаратів мокрогоочищення газів. Застосовуються і прості водяні завіси, через котріпропускаються забруднені потоки повітря.
За принципом роботи апарати мокрогоочищення газів поділяються на порожнинні і насадкові; барботажні та пінні;ударно-інерційні; відцентрові; динамічні та турбулентні промивачі.
Порожнинні та насадковіапарати-скрубери працюють за принципом пропускання газів через потік розпиленоїрозбризканої або стікаючої по насадках води. Швидкість потоку газів неперевищує 1—1,2 м/с, гідравлічний опір апаратів не перевищує 250 Па. Витратаводи складає до 10 м3 на 1 м апарата. Найбільш повно скрубери видаляють часткирозміром більше 10 мкм. Недоліком скруберів є часте забивання отворіврозпилювачів.
При роботі барботажних та піннихапаратів забруднені гази проходять через шар рідини або піни. Апарати маютьвеликий гідравлічний опір (до 2000 Па). Вони дозволяють вловлювати часткирозміром до 2 мкм. Продуктивність апаратів конструкції ЛТІ — від 2 до 45 тис.м3/год, швидкість проходження газів — до 2 м/с, ступінь очищення — до 99 %.
Апарати ударно-інерційного типупрацюють за принципом інерційного осаджування механічних забруднень під часзміни напрямку газового потоку над поверхнею рідини. Найбільшого застосуваннянабули статичні пиловловлювачі типу ПВМ, ротоклони та скрубери ударної дії.Продуктивність ударно-інерційних апаратів — 2500—90 000 м3/год. Швидкість потокугазу — до 56 м/с, ступінь очищення — до 98 %. Витрата води — 0,8—4 м3/год на1000 м3газу.
Відцентрові апарати мокрого очищеннягазів працюють за принципом завихрення газів спеціальними лопатками або зарахунок тангентального підведення газу з одночасним зрошенням з форсунок. їхвикористовують для очищення димових газів з великим вмістом сірчаних газів,забезпечуючи ступінь очищення до 90 %. Використовуються також динамічні татурбулентні промивачі.
При роботі електростатичних установокочищуванні гази пропускають через електростатичне поле високої напруги (до 50кВ), створюване спеціальними електродами. При проходженні через електричне полечастинки набувають негативного заряду і притягуються до електродів, котріз'єднані із землею, тому мають позитивний заряд відносно частинок. Для очищенняелектродів передбачена спеціальна механічна система. Електростатичний методочищення газів дозволяє вловлювати частинки розміром до 0,1 мкм. Початковівидатки на створення електростатичних фільтрів вищі, ніж для апаратів іншихтипів, однак експлуатаційні видатки нижчі. Споживання енергії цими пристроямискладає 0,8—0,6 кВт на 10 000 м3 газу.
У пористих фільтрах забруднені газипропускають через тканину, сукно, повсть, синтетичні матеріали (нітрон, лавсан,хлорин), металеві сітки, гравій тощо. Ці фільтри забезпечують високу якістьочищення. Основний їхній недолік — зниження тиску газу після фільтрації, високавартість експлуатації, часта заміна фільтрувальних елементів.
Найбільш поширеними апаратами дляочищення газів від механічних частинок е рукавні фільтри, основним елементомкотрих є рукавоподібний мішок, натягнений на трубчасту раму. При проходженнігазів через мішок пилові частинки залишаються на тканині. Видалення пилу змішків здійснюється механічним витрушуванням, продуванням його в зворотномунапрямку, очищенням струменями повітря, використанням низькочастотнихакустичних генераторів для відокремлення твердих частинок від мішка.
Використовуються також зернистіфільтри, в тому числі з металокераміки, а також тканинні рулонні фільтри, котрізабезпечують високу якість очищення. Однак їхнім недоліком є невисокапилоємність та швидке засмічування.
У технологічних вентиляційних таенергетичних викидах на підприємствах найбільш часто зустрічаються діоксидсірки, оксиди азоту, оксиди та діоксиди вуглецю, мінеральні речовини відвиробництва будівельних матеріалів, сполуки металів, феноли, синтетичніматеріали, лакофарбові матеріали тощо.
Методи очищення викидів відгазоподібних речовин за характером фізико-хімічних процесів з очищуванимисередовищами поділяються таким чином:
— промивання викидів розчинниками, щоне сполучаються із забруднювачами (метод абсорбції);
— промивання викидів розчинами, щовступають в хімічне з'єднання з забруднювачами (метод хемосорбції);
— поглинання газоподібнихзабруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);
— поглинання та використаннякаталізаторів;
— термічна обробка викидів;
— осаджування в електричних тамагнітних полях;
— виморожування.
Метод абсорбції базується нарозділенні газоповітряної суміші на складові частини шляхом поглинанняшкідливих компонентів абсорбентом. В якості абсорбентів вибирають рідини,здатні поглинати шкідливі домішки. Для видалення з викидів аміаку, хлористогота фтористого водню використовується вода. Один кілограм води здатен розчинитисотні грамів хлористого водню та аміаку. Сірчисті гази у воді розчиняютьсяпогано, тому витрата води у цьому випадку дуже велика. Для видалення з викидівароматичних вуглеводнів, водяної пари та інших речовин застосовується сірчанакислота. Для здійснення процесу очищення газових викидів
методом абсорбції застосовуютьсяплівкові, форсункові, трубчасті апарати — абсорбери. Об'ємна витрата рідини
/>
де m — маса домішок, що підлягаютьвидаленню;
/>— початкова і кінцеваконцентрації шкідливої домішки в рідині.
Площа контакту газу з рідиною
/>
Значення/>є вищим при зустрічному русігазу та рідини, ніж при русі в одному напрямку. Процес абсорбції повиненобов'язково передбачати застосування десорбції — регенерації рідини з метоювилучення розчинених домішок.
Метод хемосорбції базується напоглинанні газів та пари рідкими і твердими поглиначами з утворенням хімічнихсполук. Цей метод використовується при очищенні викидів через вентиляціїгальванічних дільниць. При цьому розчинником для очищення викидів відхлористого водню є 3 %-й розчин їдкого натру. Цей метод використовується такождля очищення викидів від окисів азоту.
Метод адсорбції базується на селективномувилученні з газових сумішей шкідливих домішок за допомогою твердих адсорбентів.Найбільш широко як адсорбент застосовується активоване вугілля, іонообміннісмоли тощо.
Необхідна маса адсорбента:
/>
Геометричні параметри адсорбентавибираються та розраховуються за номограмами або за аналітичними залежностями.
Каталітичний метод базується наперетворенні токсичних компонентів викидів у менш токсичні або нешкідливі зарахунок використання каталізаторів. Швидкість каталітичних реакцій можнавизначити згідно з рівнянням
/>
В якості каталізаторів використовуютьплатину, метали платинового ряду, окиси міді, двоокис марганцю, п'ятиокисванадію тощо.
Каталітичний метод використовуєтьсядля очищення викидів від окису вуглецю за рахунок його окислення до двоокисувуглецю.
Термічний метод базується надопалюванні та термічній нейтралізації шкідливих речовин у викидах.
Цей метод використовується тоді, колишкідливі домішки у викидах піддаються спаленню. Термічний метод ефективний увипадку очищення викидів від лакофарбових та просочувальних дільниць. Системитермічного та вогневого знешкодження забезпечують ефективність очищення до 99%.
Загалом послідовність вибору типуочисних пристроїв та фільтрів така:
— виявлення характеристик викидів(температура, вологість, вид та концентрація домішок, токсичність, дисперсністьтощо);
— визначення типу очисного пристроюабо фільтра за витратою газу, необхідним ступенем очищення, можливостямивиробництва та іншими факторами;
— знаходження робочої швидкостігазів;
— техніко-економічний аналіз можливихваріантів очищення;
— розрахунок параметрів очисногопристрою;
— проектування та вибір очисногопристрою або фільтра. При виборі засобів очищення викидів в атмосферу слід
керуватися такими рекомендаціями:
сухі механічні способи та пристрої неефективні при видаленні дрібнодисперсного та липкого пилу;
— мокрі методи не ефективні приочищенні викидів, в котрих містяться речовини, що погано злипаються і утворюютьгрудки;
— електроосаджувачі не ефективні увипадку видалення забруднень з малим питомим опором і котрі погано заряджаютьсяелектрикою;
— рукавні фільтри не ефективні дляочищення викидів з липкими та зволоженими забрудненнями;
— мокрі скрубери не можназастосовувати для роботи поза приміщеннями в зимових умовах.
Зниження забруднення атмосферивихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння
У викидах двигунів внутрішньогозгоряння (ДВЗ) міститься понад 100 шкідливих сполук, котрі умовно можнаподілити на шість груп:
— діоксид вуглецю, водяна пара,водень, кисень;
— оксид вуглецю;
— окиси азоту;
— вуглеводні;
— альдегіди;
— сажа.
При використанні в ДВЗ етилованих бензинівз вихлопними газами в атмосферу викидаються сполуки свинцю.
При згорянні 1 тонни бензину ватмосферу викидається, кг: оксидів вуглецю — 39,5; вуглеводнів — 34; окисівазоту — 20; діоксид у сірки — 1,55; альдегідів — 0,93. При згорянні 1 тоннидизельного пального в атмосферу викидається, кг: оксиду вуглецю — 21;вуглеводнів — 20, окисів азоту — 34; альдегідів — 6,8; сажі — 2.
Масовий склад викидів значною міроюзалежить від режимів експлуатації та справності систем ДВЗ і своєчасностіпроведення регулювань.
На збільшення витрати пального ташкідливих речовин у вихлопних газах карбюраторних двигунів найістотнішевпливають зношеність жиклерів карбюратора, порушення регулювання системихолостого ходу та регулювання рівня пального в карбюраторі, зношеність деталейприскорювального насоса, підвищення гідравлічного опору повітряного фільтра,неправильна установка запалювання, неправильна величина зазору в контактахпереривача та їхнього забруднення, нагар на свічках запалювання, зниженатемпература охолоджувальної рідини, зношеність деталей кривошипно-шутунногомеханізму, порушення регулювання між клапанами та штовханами тощо.
Згадані несправності збільшуютьвитрату пального на 10 %, а кількість шкідливих речовин у викидах — на 15—50 %.
У дизельних ДВЗ на збільшення витратипального та складу вихлопних газів впливають наступні несправності: зменшеннятиску вприскування, покриття голки форсунки смолистими відкладеннями,закоксовування сопел розпилювачів, зношеність плунжерних пар паливного насоса,засмічування повітроочищувача, зміна кута вприскування, зниження температуриохолоджувальної рідини, зношеність деталей паливного насоса, газорозподілу ташатунно-кривошипного механізму.
Залежно від виду несправності витратапального в дизельних двигунах може збільшуватися до 20 %, а кількість викидівшкідливих речовин — на 20—100 %.
Зниження викидів шкідливих речовинДВЗ можна досягти застосуванням таких методів: рідинної та полум'яноїнейтралізації; ежекційного допалювання; використанням каталізаторів; подачеюповітря у випускний колектор; застосуванням антидимових фільтрів тощо.
Зниження вмісту шкідливих речовин увикидах ДВЗ можна забезпечити і за рахунок застосування присадок до пального —метанолу, водню, скрапленого газу та емульсій.
2. Волоконно-оптичні сенсори
2.1 Характеристики оптичного волокнаяк структурного елемента датчика
довкілля забрудненістьвикид
Перш ніж оцінювати значимість циххарактеристик в даній області застосування, відзначимо загальні перевагиоптичних волокон [1]:
— широкосмужність (передбачається додекількох десятків терагерц);
— малі втрати (мінімальні 0,154дБ/км);
— малий (близько 125 мкм) діаметр;
— мала (приблизно 30 г/км) маса;
— еластичність (мінімальний радіусвигину 2 мм);
— механічна міцність (витримуєнавантаження на розрив приблизно 7кг);
— відсутність взаємної інтерференції;
— безіндукційність (практичновідсутній вплив електромагнітної індукції, а отже, і негативні явища, зв'язаніз грозовими розрядами, близькістю до лінії електропередачі, імпульсами струму всиловій мережі);
- взривобезопасність (гарантуєтьсяабсолютною нездатністю волокна бути причиною іскри);
- висока електроізоляційна міцність(наприклад, волокно довжиною 20 смвитримує напруга до 10000 B);
- висока корозійна стійкість,особливо до хімічних розчинників, олії, води.
У практиці використанняволоконно-оптичних датчиків мають найбільше значення останні чотиривластивості. Досить корисні і такі властивості, як еластичність, малі діаметр імаса. Широкосмужність же і малі втрати значно підвищують можливості оптичнихволокон, але далеко не завжди ці переваги усвідомлюються розроблювачамидатчиків. Однак, із сучасної точки зору, у міру розширення функціональнихможливостей волоконно-оптичних датчиків у найближчому майбутньому ця ситуаціяпотроху виправиться.
Як буде показано нижче, уволоконно-оптичних датчиках оптичне волокно може бути застосоване просто яклінія передачі, а може відігравати роль самого чуттєвого елемента датчика. Востанньому випадку використовуються чутливість волокна до електричного поля(ефект Керра), магнітного полю (ефект Фарадея), до вібрації, температури,тиску, деформаціям (наприклад, до вигину). Багато з цих ефектів в оптичнихсистемах зв'язку оцінюються як недоліки, у датчиках же їхня поява вважаєтьсяскоріше перевагою, яку варто розвивати.
2.2 Волоконні світловоди івимірювальні пристрої на їхній основі
Волоконний світловод (рис.1.1, а)складається із серцевини й оболонки, що виконуються зі спеціального кварцовогоскла [2]. Показник заломлення оболонки вибирається трохи більш низьким, ніж усерцевини. Тому світлові промені, що падають під досить великими кутами ізсерцевини на границю з оболонкою, будуть зазнавати повного внутрішньоговідбивання.
У результаті ці промені, щоназиваються направляючими, будуть поширюватися по світловоду по зиґзаґоподібнійтраєкторії так, як це показано на рис.1.1, а. Сучасна технологія побудовиоптичних волокон настільки досконала, що промені, що направляючі промені можутьпоширюватися по світловодам на десятки кілометрів без істотних втрат енергії. Вданий час волоконні світловоди широко застосовують для оптичного зв'язку(телеграф, телефон і т.п.). Іншим, більш важливим напрямком є використанняоптичних волокон як чуттєві елементи приймачів фізичних величин.
Загальні відомості про хімічнісенсори.
Протягом всієї історії аналітичноїхімії одна з найважливіших її задач складалася і полягає в тому, щобустановлювати зв'язок між складом і якою-небудь легко вимірюваною властивістю івикористовувати виявлені закономірності, тобто ці зв'язки, для розробкиспособів визначення концентрації і відповідних пристроїв. До цих пристроїввідносяться і датчики, або хімічні сенсори, що подають пряму інформацію прохімічний склад середовища (розчину), у яку занурений датчик, без доборуаналізованої проби і її спеціальної підготовки. Термін «хімічнийсенсор» з'явився порівняно недавно. Успіхи в суміжних областях (фізикатвердого тіла, мікроелектроніка, мікропроцесорна техніка, матеріалознавство)привели до появи нового напрямку в аналітичній хімії — хімічних сенсорів (ХС).Сенсорні аналізатори можуть працювати автономно, без втручання оператора,причому передбачається, що вони зв'язані із системами нагромадження йавтоматизованої обробки інформації. Значення ХС і створених на їхній основіаналізаторів у контролі стану середовища існування й охороні здоров'я людиниважко переоцінити.
Принципи роботи і пристрій хімічнихсенсорів.
ХС складається з хімічногоселективного шару датчика, що дає відгук на присутність обумовленого компонентаі зміна його змісту, і фізичного перетворювача (трансдьюсера) [6]. Останнійперетворить енергію, що виникає в ході реакції селективного шару з обумовленимкомпонентом, в електричний або світловий сигнал, що потім вимірюється задопомогою світлочутливого і/або електронного пристрою. Цей сигнал і є аналітичним,оскільки подає пряму інформацію про склад середовища (розчину). ХС можутьпрацювати на принципах хімічних реакцій, коли аналітичний сигнал виникаєвнаслідок хімічної взаємодії обумовленого компонента з чуттєвим шаром, або нафізичних принципах, коли виміряється фізичний параметр (поглинання абовідображення світла, маса, провідність). У першому випадку чуттєвий шар виконуєфункцію хімічного перетворювача.
Для підвищення вибірковості навхідному пристрої ХС (перед хімічно чуттєвим шаром) можуть розміщатисямембрани, що селективно пропускають частки обумовленого компонента(іонообмінні, діалізні, гідрофобні й інші плівки). У цьому випадку обумовленаречовина дифундує через напівпроникну мембрану до тонкого шару хімічногоперетворювача, у якому формується аналітичний сигнал на компонент. На основі ХСконструюють сенсорні аналізатори — прилади, призначені для визначенняякої-небудь речовини в заданому діапазоні його концентрацій. Ці аналізаториможуть мати малі габарити (іноді наближаються до розмірів калькулятора абоавторучки). Оскільки в їхній конструкції відсутні деталі, що перетерплюютьмеханічний знос, пристрої характеризуються досить тривалим терміномексплуатації (до року і більш). Об'єднані в батарею і підключені до комп'ютера,ХС здатні забезпечити аналіз складних сумішей і дати диференційовану інформаціюпро зміст кожного компонента. У сенсорних аналізаторах вбудовані мікросхемидозволяють вводити виправлення на зміну температури, вологості, враховувативплив інших компонентів середовища, проводити градуюровку і настроюваннянульового значення на шкалі показів.
Оптичні ХС працюють на принципахпоглинання світла, або відображення первинного світлового потоку, абовиникаючої люмінесценції. Ці сенсори не чуттєві до електромагнітних ірадіаційних полів і здатні передавати аналітичний сигнал без спотворення навеликі відстані. Крім того, вони мають невисоку вартість у порівнянні зелектрохімічними сенсорами (ЕХС) і можуть конкурувати з останніми, особливо увипадках, коли застосування ЕХС неефективне. З оптичних ХС перспективні сенсорина основі волоконної оптики.
У волоконно-оптичних сенсорах (ВОС)на торці світловода закріплюється реагентвміщуюча фаза (РВФ). При описі такихпристроїв іноді використовують термін «оптрод», що є комбінацією слів«оптика» і «електрод». Цим підкреслюється, що ВОС по своємупризначенню близький до електродів, у тому числі і до тих, на основі якихфункціонують ЕХС. Однак по природі сигналу і механізмові відгуку вони зовсімвідмінні. Характеристика матеріалу світловода визначає оптичний діапазон івідповідно аналітичні можливості всього пристрою. Якщо оптичне волокновиготовлене з кварцу, то такий оптрод працює в широкій області спектра,включаючи ультрафіолетову його частину. Для скловолокна область довжин хвильохоплює лише видиму область спектра. Якщо оптоволокно виготовлено з полімерногоматеріалу (такі пристрої мають невисоку вартість), то діапазон довжин хвиль, уякій працює ВОС, перебуває за межами >450 нм.
Оптосенсори можуть бути оборотними інеоборотними [6]. Сенсор оборотний, якщо РВФ не руйнується при її взаємодії зобумовленою речовиною. Якщо частина реагенту споживається в ході визначення,сенсор працює необоротно. На рис.3.2 приведена схема формування відгукуоборотного ВОС для визначення pН середовища, заснованого на поглинанні світла.Пристрій такого сенсора є досить простим: два пластикових волокна вмонтовані вцелюлозну трубочку, що містить барвник фіолетовий червоний, іммобілізований задопомогою ковалентного зв'язування на поліакриламідних мікрокульках. Крім цих мікрокульокусередину трубочки поміщені такого ж розміру кульки з полістиролу для кращогорозсіювання світла. Через одне волокно світло від вольфрамового джерелавипромінювання входить, а через інше виходить. Інтенсивність вихідного потокусвітла вимірюється детектором, настроєним на відповідну область довжин хвиль.Пробка на торці трубочки утримує РВФ механічно і перешкоджає її взаємодії зобумовленим компонентом у торцевій частині. Подібний оптрод може бутивикористаний і для визначення концентрації O2. У цьому випадку сигнал зв'язанийз гасінням флуоресценції реагенту при взаємодії з киснем. Такого типу оптродиможуть бути використані і для визначення pН у живому організмі.
/>3 Техногенне навантаження наприродне середовище. Медико-демографічні проблеми сучасної України, пов’язані зцим навантаженням
Унаслідок забруднення природногосередовища хімічною, металургійною і гірничодобувною галузями промисловості,атомними і тепловими електростанціями, цукровими заводами, автотранспортом,меліоративними системами відбувається техногенне навантаження на ландшафтиУкраїни. Промисловість впливає на ландшафти переважно шляхом їх безпосередньоїруйнації, особливо видобувна (кар'єри, відвали, терикони), та в результатівикидів в атмосферу й гідросферу забруднювальних речовин, які через атмосферурозносяться на великі відстані та потрапляють майже у всі ландшафти. У районахз високою концентрацією паливно-енергетичних підприємств формуються техногеннігеохімічні аномалії, зокрема, радіоактивні, також забруднюються ґрунти,поверхневі та підземні води, відчужуються значні площі родючихсільськогосподарських земель.
/>Основні джерела та факторитехногенного впливу на природне середовище в умовах техногенезу.
Один із важливих факторів, щовизначають ступінь екологічної безпеки території, — антропогенна перетвореністьсучасних ландшафтів України та її окремих природно-господарських регіонів.Певний вид антропогенного впливу на ландшафти визначається множиною параметрів,кожен з яких безпосередньо характеризує ступінь антропогенного навантаження.Такими параметрами, наприклад, є:
— для впливу землеробства — кількістьвнесених добрив, пестицидів на одиницю площі за рік, кількість проходівсільськогосподарської техніки полем за рік, питомий тиск сільськогосподарськихмашин на фунт, глибина його обробітку, маса ґрунту, яка щороку втрачається зізбиранням коренеплодів тощо;
— для промислових впливів — обсягивикидів різних забруднень в атмосферу та поверхневі води (середні разові,максимальні разові, загалом за рік), шумове і теплове забруднення, об'єми води,що вводяться в технологічні цикли тощо;
— для впливу рекреації — чисельністьвідпочиваючих на одиницю площі протягом року, максимальна кількістьвідпочиваючих за один день (пікове одночасне завантаження), кількість наметів,вогнищ на одиницю площі, витоптування трав'яного ярусу (кількість проходіврекреантів за одиницю часу на одиницю площі) та ін.
У процесі аналізу антропогеннихнавантажень на природні комплекси потрібні узагальнені показники, щоб з'ясуватизагальні закономірності формування та змін екологічної ситуації під впливомосновних груп антропогенних факторів. Територія України надзвичайнорізноманітна щодо ландшафту. Але корінні рослинні угруповання, які генетичновизначають ландшафт, на більшій частині території зведені, строкатістьґрунтового покриву спрощена їх розоренням, меліорацією та ін. Унаслідок цьогоприродне ландшафтне різноманіття України суттєво змінене.
Антропогенна перетвореністьландшафтів України.
Особливу загрозу природномусередовищу становлять викиди та відходи хімічної промисловості,найрізноманітніші за складом. Підприємства цієї галузі — джерела забрудненняречовинами першого та другого класу небезпеки (бенз(а)пірев, фосген,вінілхлорид, аміак, хлористий водень тощо). Рівень забруднення повітря впромислових містах такими сполуками досягає 4—10 ГДК.
Комплексний негативний вплив наприродне середовище здійснюють також об'єкти військово-промислового комплексу(ВПК), особливо у зв'язку з недотриманням технології зберігання татранспортування паливно-мастильних матеріалів й експлуатації військовихоб'єктів.
Головним забруднювачем атмосфери вмістах і вздовж автошляхів є автомобільний транспорт, він викидає в повітря 39% загальної кількості оксидів вуглецю, діоксидів азоту, сірки та важкихметалів.
Але основний внесок у трансформаціюландшафтів робить сільське господарство з надмірним використанням мінеральнихдобрив і засобів захисту рослин, у результаті чого майже всюди змінюєтьсяфізико-хімічний склад ґрунтів і спостерігається деградація земель. Наприклад,унаслідок розораності території України (35—60 % на Поліссі, 75—85 % — уЛісостепу та 90—95 % — у степовій зоні) посилюються площинна і лінійна ерозії,інтенсифікується яружна діяльність, зменшуються родючість земель і площісільськогосподарських земель. Лише в Поліссі кожного року втрати гумусного шарустановлять майже 5 млн. т. У зв'язку з осушенням та зрошенням змінюєтьсяприродний водний режим; такі процеси зумовлюють або активізують несприятливіфізико-географічні явища (вивітрювання торфовищ, підтоплення та засоленняґрунтів). У зонах впливу промислових підприємств (у радіусі 8—-30 км)сільськогосподарські землі забруднюються промисловими токсикантами. Особливонесприятливим щодо цього є Донецько-Придніпровський регіон.
Після аварії на Чорнобильській АЕС у1986 р. виникла ще одна проблема — радіаційне забруднення території України.
Зонально-провінційні відмінностіприродних умов є фактором не лише економічної спеціалізації регіонів, а йфактором диференціації прийомів ведення господарства та заходів з поліпшеннястану довкілля. Але, як це часто буває, добрі наміри призводять до негативнихнаслідків*176:
*176: {Трофимович Е.М. Особенностигигиенического картографирования окружающей человека среды // Бюллетень СО АМНСССР. – 1985. — № 5. – С. 24. }
— на Поліссі у результатіосушувальних меліорацій інтенсифікувалися процеси дефляції ґрунтів (охоплюютьмайже 28 % території), збільшилися втрати родючого шару ґрунту у зв'язку з йогозмивом і мінералізацією, а зменшення площі лісів і запасів торфу зумовилодисбаланс водного режиму не лише поверхневих вод, а й агроландшафтів, щовідобразилося і на врожайності сільськогосподарських культур;
— у лісостеповій зоні внаслідокводної лінійної та площинної ерозій зменшився гумусний шар, збільшиласяеродованість ґрунтів, агротехнічні заходи зумовили забруднення ґрунтівзалишковою кількістю пестицидів (особливо на лівобережжі), забрудненняпромисловими токсикантами, насамперед, у результаті розробки родовищ кориснихкопалин (нафти і газу). Виникнення техногенних ландшафтів на Поділлі потребуєрозробки нових сільськогосподарських технологій;
— у степовій зоні погіршення стануземель пов'язане, насамперед, з вітровою ерозією, забрудненням залишковимикількостями добрив і пестицидів, похованням промислових відходів (твердих,рідких, особливо в Донецько-Придніпровському регіоні), зрошенням, забрудненнямпромисловими токсикантами, промисловими і тваринницькими стоками річкових вод,пиловими бурями, а також вторинним засоленням і заболочуванням, особливо взонах впливу зрошувальних систем.
Отже, нині не змінених господарськоюдіяльністю ландшафтів в Україні практично не залишилося. Малозмінені ландшафтистановлять 15—20 % її території, це здебільшого вторинні лісові насадженнязаболочені ділянки, території заповідників. За оцінками фахівців, длякомпенсації загального антропогенного впливу таких ландшафтів має бути від 40до 60 %.
Аналіз техногенного впливу наприродне середовище — складний процес, зумовлений різноманітними формами впливулюдини. При цьому відчуваються неповнота і різна якість вихідної інформації,брак єдиних методик та оцінювання. Хоча в цьому плані накопичений ціннийматеріал, але результати досліджень часто неможливо зіставити.
Дослідження цієї проблеми передбачаєнизку етапів з обов'язковим картографуванням. Спочатку виконуєтьсяінвентаризація всіх можливих для вивчення джерел і факторів техногенного впливуна природне середовище. Для цього вони поділяються на дві групи залежно відспособів картографування: фонові (площинні) та точкові. Перші пов'язані переважноз тим, як використовуються землі (сільськогосподарське виробництво, в томучислі штучне зрошення, внесення добрив, пестицидів тощо) і відображаються вмасштабі карти контурами. Точковими впливами вважають ті, що відображаються накарті у вигляді крапки; пов'язані з урбанізацією, промисловим виробництвом,будівництвом тощо. Сюди також належать лінійні техногенні аномалії, виникненняяких зумовлене впливом транспорту, зокрема, нафто- і газопроводів тощо.
Фоновий і точковий впливи на природнесередовище за характером поділяються на прямий та опосередкований. Прямий впливздійснюють господарські об'єкти і системи під час безпосереднього контакту зприродним середовищем у процесі природокористування. Територіальна зона прямоговпливу майже збігається з межею дії відповідних господарських систем.Опосередкований техногенний вплив на природне середовище зумовлюєтьсяприродними зв'язками і взаємодією між елементами та компонентами ландшафту.Наслідки прямого й опосередкованого впливів називають техногенезом.
Різноманітні види природокористуванняі пов'язані з ними засоби впливу на природне середовище у межах певного регіонуісторично формувалися протягом тривалого часу у визначені системи, що даютьзмогу розглядати господарську діяльність як чинник, котрий закономірноперетворює природний ландшафт. Глибина техногенного впливу на ландшафтизалежить від часу становлення виду природокористування в кожному конкретномурегіоні. На початковому етапі освоєння природних ресурсів ландшафт зазнаєрізних впливів, які у більшості випадків спричинюють корінне його перетворення,особливо в процесі меліорації заболочених земель, гідротехнічного будівництва,перетворення лісових масивів в агроландшафти та ін.
Високий загальний фон антропогенногоперетворення території України визначається, насамперед, її значнимземлеробським освоєнням. Порівняно з такими країнами, як США, Англія, ФРН,Японія, Україна має набагато більше орних земель у складі сільськогосподарськихугідь. Землеробський вплив, крім механічного застосування, передбачає хімічне(добрива, пестициди та ін.), фізичне (землеробська техніка), агротехнічне(чергування культур, технологія їхнього оброблення), а також вів виявляєтьсяшляхом осушення і зрошення земель, терасування схилів, за допомогою контурногоі полосного землеробств, лісових насаджень тощо. Землеробський вплив — один ізнайтриваліших. Вирішальними чинниками впливу є технологія опрацювання ґрунтівза допомогою сільськогосподарських знарядь, технологія вирощування і чергуваннякультур у сівозмінах.
Для землеробської освоєності Українивластиві добре виражені зональні ознаки. В зонах мішаних і широколистяних лісіворні землі займають близько 40 % земельного фонду, лісостепові та степовіландшафти розорані на 75—80 % і більше. Інша ситуація спостерігається з поширеннямлісових угідь: на Поліссі вони займають 33,7 % території, різко зменшуючись уЛісостепу (11,9 %) і степу (5,6—3,0 %). Меншим за площею є землеробський впливу гірських країнах: в Українських Карпатах площа ріллі становить 16,8 %, а вгірському Криму — 21,4 % земельного фонду. Розорювання степів, зникненняприродних акумуляторів талих і дощових вод (блюдець), руйнація дернини, що можезатримати сніг та воду і захищає ґрунт від морозів і вітру, втрата зернистоїструктури, властивої цілинному чорнозему — все це сприяло тому, що степовіприродні комплекси стали ерозійно-чутливими. Наслідками такої чутливості є:
— посилення випаровування з поверхніґрунту;
— збільшення нічного охолодженнястепу;
— зниження рівня ґрунтових вод;
— бурхливе і коротке весняне тадощове водопілля;
— зменшення загальних запасів вологи,збіднення водних джерел;
— посилення несприятливого вітровоговпливу як літом, так і взимку.
Землеробство в степовій зоні Україниспричинило втрату значної кількості гумусу. Наприклад, якщо до розорення степівйого було 8—10%, то на сьогодні залишилося тільки 4—5 %, що зумовило зниженняродючості й стійкості ґрунтів і, як наслідок, посилення впливу води і вітру. Заостанні 20—30 років чорноземи звичайні потужні (Кіровоградська область)втратили 1,6—2,5 % гумусу.
Один із найголовніших впливівземлеробства на ландшафт виявляється в одноаспектній відчуженості поживнихречовин із зібраним врожаєм, що потребує безупинного відшкодування їх у видідобрив. Екстенсивне землеробство, внесення середніх і підвищених дозмінеральних добрив сприяють посиленню біологічного збіднення гумусу чорноземнихґрунтів, оскільки надземної маси рослин після збирання врожаю не залишається.Для протидії цьому в степових районах в останні 15—20 років заміняють плугиплоскорізами, проводять оранку без обороту шару, що дає змогу регулювати воднийбаланс орного угіддя і зменшувати поверхневий стік, збільшувати запаси вологи вґрунті, створювати умови для інтенсивнішого розвитку кореневої системи рослин,накопичення органічної речовини і структурування гумусового шару ґрунтів,підвищуючи їхню стійкість до ерозії.
Меліоративний вплив на природнесередовище України характеризується тенденцією до зростання, що пов'язано як зізбільшенням площ і темпів зрошення, іригації, осушення, так і з удосконаленнямтехніки поливу, дренажу, застосуванням машин для планування угідь, обробленнясільськогосподарських культур. Найбільший вплив осушувальних меліорацій у зонахмішаних і широколистяних лісів, а також у долинних комплексах північної частинилісостепової зони. Так званий меліоративний болотний фонд України оцінюєтьсяприблизно у 4465,9 тис. га. Осушувальні меліорації перетворюють структуруприродних комплексів шляхом зміни рівнів ґрунтових і підземних вод, характеруґрунтоутворювальних процесів, рослинності й тваринного світу, стійкостіландшафтів до господарських навантажень. Осушувальні меліорації помітновпливають на болотні комплекси, у тому числі унікальні.
Найбільше вплив зрошувальнихмеліорацій виявляється в степовій і лісостеповій зонах. Вплив зрошеннявідображається, насамперед, на зміні водно-теплового балансу, рівня ґрунтовихвод, сольового режиму і прояві супутніх несприятливих процесів. Наприклад,плями солонців поступово перетворюються в солончакові зміни лучно-каштановихґрунтів різного ступеня засолення.
Лісомеліоративний вплив здійснюється,як правило, на еродованих територіях. Загальну площу лісозахисних насаджень вУкраїні передбачається збільшити до 711,5 тис. га, включаючи полезахисні таприбалкові лісосмуги, лісосмуги на схилах пасовищ, суцільне залісенняеродованих балкових і гірських схилів, ярів, лісів навколо водойм, каналів,суцільне і кулісне залісення пісків та ін. Лісомеліоративні заходи проводятьмайже на всіх еродованих землях. Проте площа тільки діючих яруг становить понад320 тис. га. Пасовищні впливи виявляються у всіх зонах рівнинної частини йУкраїнських Карпатах, насамперед, на луках. Випас худоби безпосередньо впливаєна рослини (ушкодження паростків і коренів), ґрунти (ущільнення, зміна водногорежиму тощо), потрапляння поживних речовин, поширення насінь, зміну загальноїфітомаси та її видового складу. Розвиток пасовищного господарствасупроводжується новими видами впливу на ландшафт: обводнювання пасовищ, їхповерхневе і корінне поліпшення. Також посилюється вплив скотарства на природнесередовище.
Промисловий вплив на природнесередовище, хоча і локальний, але відрізняється більшою інтенсивністю і маєтенденцію до збільшення. Загальна площа змінених ним ландшафтів в Україністановить у середньому 800 тис. га, у тому числі кар'єрів — понад 122 тис. га,відвалів і териконів — 38,6 тис. га, промислових площадок — 77,3 тис га.
Вплив гірничорудної промисловостіспричинює утворення нових елементів у ландшафті. Це різні за площею, глибиноюта обсягами виробітки, відкриті кар'єри, техногенні просідання, техногенніакумулятивні форми (терикони, відвали, шламосховища та ін.). Їхньою властивістює виведені на поверхню токсичні породи. Рослинний покрив на них розвиваєтьсядуже повільно, біоценози збіднілі та нестійкі. Під час повної рекультивації(усунення токсичних порід, створення ґрунтового покриву, поновлення фітоценозіві, таким чином, природного функціонування компонентів) тут формуються повторніландшафти.
Будівельний вплив на середовищесупроводжується зрізанням позитивних і засипанням негативних форм рельєфу,намивом ґрунтів, повною руйнацією рослинного і ґрунтового покривів набудівельних майданчиках. Підрізка схилів у процесі будівництва активізуєерозійні та зсувні процеси, що спричинює необхідність відповідних стабілізуючихзахисних заходів. Це, у свою чергу, потребує впровадження в ландшафт новихтехногенних елементів.
Сильний перетворювальний вплив наприродне середовище має містобудування, що здійснюється шляхом суцільноїзабудови, планування території, гідронамиву тощо. Характер, сутність таінтенсивність техногенного впливу на природний ландшафт можуть бути відноснопостійними або збільшуватися (наприклад, меліорація, містобудування).Компоненти ландшафту і власне ландшафт змінюються відповідно до особливостейтехнології одного або декількох видів природокористування. У процесіексплуатації об'єктів господарювання вони ніби пристосовуються до формприродокористування. Процес перетворення ландшафту здійснюється безупинно;впливи накладаються один на одного, у зв'язку з чим визначити етапи, щовідрізняються за силою вияву і наслідків, досить проблематично.
Водогосподарський вплив проявляєтьсяу процесі створення нових об'єктів (водоймища, канали, випрямлені русла,антропогенні озера, заповнені улоговини техногенно-ерозійного походження таін.), яких раніше у природних комплексах не було, у зміні гідрологічного тагідрохімічного режимів водойм, переформуванні ландшафтної структури територій,розташованих поряд, упровадженні в ландшафти техногенних елементів.
Гідроенергетичний вплив зумовлюєпомітні зміни параметрів аквальних і територіальних комплексів, розміщенихпоряд. Серед основних негативних наслідків цього впливу вирізняють такі:
— утворення водойм, параметри якихвизначаються як висотою гребель, так і ландшафтною структурою долин;
— зміни руслового режиму, створенняпередумов для розвитку таких процесів, як «цвітіння води», замуленнята ін.;
— переформування ландшафтноїструктури прибережних територій у зв'язку з їх затопленням, переробленнямберегів, утворенням болотних комплексів і підтопленням у смузігідрогеологічного впливу;
— зміни рослинності заплавнихкомплексів у нижніх б'єфах водоймищ, пов'язані з тим, що немає режиму долин;
— зміни умов існування та відтворенняриб і ведення рибного господарства.
Містобудівний вплив відображається нагоризонтах підземних вод, що залягають глибоко, та вищих, ніж у сільських іприродних ландшафтах, шарах атмосфери. Вертикальний профіль урбанізованоголандшафту визначається глибиною споживаного горизонту підземних вод і висотоюпромислових викидів в атмосферу. В межах цього вертикального профілю розміщенітакі яруси:
— природних і намивних порід, дерозташовані фундаменти будинків, промислових підприємств, підземні комунікації;
— ярус наземних малоповерховихбудівель, доріг, зелених насаджень, водойм, міських шумів, що характеризуютьсянайбільшою концентрацією, а також викидів автомобільного транспорту йінтенсивного прогрівання поверхні;
— середньо- і високоповерховий яруси,в межах яких вплив зазначених вище чинників зменшується, але істотнішу рольвідіграють метеорологічні фактори (вітровий режим та ін.).
Отже, з метою створення синтезованоїкарти, яка відображає сучасний стан антропогенно-техногенного навантаження наприродне середовище України, потрібно використовувати компонентні карти. Шляхомїх послідовного синтезу й створюється подібна карта.
Шкала оцінювання для картирозрахована за допомогою методів математичної статистики і має якісну такількісну оцінки: величина техногенного навантаження на природне середовище нижчасереднього значення (від -0,40 і менше), середня (від -0,39 до +0,45), вищасереднього (від +0,46 до +1,26), висока (від +1,25 до +2,10), дуже висока(+2,11 і більше). Шкала оцінювання має плюсові та мінусові значення: знак плюсозначає більше, мінус — менше, ніж аналогічні середні значення в Україні. Зацією шкалою оцінюються синтетичні величини потенціалу техногенного навантаженняна природне середовище. Поділ території згідно з такою оцінювальною шкалою —зонування території за цим картографічним показником.
На карті чітко простежується декількарегіонів техногенної аномалії. Насамперед, це Донецько-Придніпровський регіон,Автономна Республіка Крим, район впливу Чорнобильської аварії, а такожтериторії навколо обласних центрів України. У центральній, західній іпівнічно-східній частинах України переважають незначні (вище середнього)техногенні аномалії.
Висновки
Отже, можна зробити такий висновок. Екологічна безпека в Україніне може забезпечуватися лише за допомогою природоохоронних заходів без урахуваннясоціальних, економічних, політичних і демографічних проблем. Усі вони настількивзаємопов'язані, що розв'язання кожної окремо потребує загального їх розгляду.В країні, де велику частину території займають сильно перетворені ландшафти,всі техногенні й переважна більшість природних катастроф пов'язані, як правило,з негативними екологічними наслідками таких несприятливих процесів, якзабруднення ґрунтів, погіршення якості води, повітря, збіднення біорізноманіттятощо, що зумовлюють деградацію природного середовища загалом. Несприятливенавколишнє середовище, як і інші чинники, однозначно призводить до погіршеннясуспільного здоров'я та, як наслідок, до загострення медико-демографічнихпроблем.
Перелік посилань
1. Окоси Т. и др. Волоконно-оптическиедатчики. Пер. с япон.- Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 с.
2. Бусурин Б.И., Носов Ю.Р.Волоконно-оптические датчики. М.: Энергоатомиздат, 1990.
3. Мировицкий Д.И. Мультиплексированныесистемы волоконно-оптических датчиков // Измер. техника. 1992. № 1. С. 40-42
4. Екологія — Джигирей B.C.