Основы промышленной экологии

1. Предмет промышленной экологии, основные задачи

Предметом промышленной экологии
является то, как снизить загрязнение среды в процессе производства. Причем это не обязательно загрязнение веществами, в том числе и токсичными. Промышленность загрязняет среду теплом, шумом, электромагнитным излучением и пр., которые крайне угнетающе воздействуют как на человека, так и на природу в целом. Так например, воздействие шума является одной из главных причин стрессов и в человеческом обществе и в природе. Не достаточно изучено влияние электромагнитного излучения, особенно слабого. Тепловое загрязнение становится сейчас самым распространенным случаем хронического стресса. Особенно это заметно вблизи тепловых электростанций, высвобождающих в воздух и воду огромное количества тепла. Последствия повышения температуры в окрестных прудах и озерах различны.

Одной из наибольших опасностей считается загрязнение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов. В отличие от поверхностных вод эту воду практически невозможно очистить. Поэтому она еще долго будут отравлять все живое в окрестности. Но основную нагрузку несут на себе, конечно же, атмосфера и открытые водоемы

К числу основных направлений
развития промышленной экологии можно отнести следующее: 1. Очистка выбросов. Разрабатываются и внедряются все новые системы очистных сооружений, препятствующих попаданию вредных веществ в атмосферу и в водоемы. Однако проблема этим не решается - куда девать эти вещества после того, как они выделены в концентрированном виде из промышленных стоков или дыма. 2. Совершенствование технологии производства путем повторного использования отходов.

3. Совершенствование добывающих и промысловых отраслей промышленности. Здесь происходят практически неконтролируемые процессы разрушения ландшафтов, гибели пригодных для земледелия земель, загрязнения среды, непосредственное уничтожение растительного и животного мира планеты и т.п. 4. Переход на экологически более чистые источники энергии. 5. Снижение вредности транспорта. Это одна из важнейших проблем современных городов, которая напрямую связана с энергетической проблемой. Сейчас эту проблему пытаются решать с помощью соответствующих фильтров и оптимизацией конструкцией моторов, но рост численности автомобилей перекрывает все успехи в этом направлении. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении. Поэтому главной задачей
промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге - совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.

2. Классификационные структуры основополагающих понятий: экологическая система, биогеоценоз, эффективность и тд.

Экологическая система
закрытая, функционально единая совокупность организмов (растений, животных и микроорганизмов), населяющих общую территорию и способных к длительному существованию при полностью замкнутом круговороте веществ (т. е. при отсутствии материального обмена через её границы). Принцип экологической системы используется при разработке биологических систем жизнеобеспечения человека в условиях изоляции от биосферы Земли, например в космических или подводных аппаратах. Основу такой искусственно создаваемой экологической системы составляют растения, которые за счёт энергии света в процессе фотосинтеза поглощают двуокись углерода и выделяют кислород, т. е. осуществляют регенерацию атмосферы. Биомасса растений используется в пищу человеком и др. гетеротрофными организмами, которые, в свою очередь, могут входить в пищевой рацион человека. Неиспользованная биомасса растений, продукты жизнедеятельности человека и других компонентов биокомплекса разлагаются микроорганизмами до воды, двуокиси углерода и минеральных веществ, которые вновь используются растениями. За счёт регенерации в таких экологических системах полностью обеспечивалась потребность человека в кислороде, воде и до 20% в пище. Биогеоценоз
(от греч. koinós — общий), взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем. К живым компонентам биогеоценоза относятся автотрофные организмы (фотосинтезирующие зелёные растения и хемосинтезирующие микроорганизмы) и гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие бактерии, вирусы), к косным — приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, солнечная энергия, почва с её водоминеральными ресурсами и отчасти кора выветривания. В каждом биогеоценозе сохраняется как однородность состава и строения компонентов, так и характер материально-энергетического обмена между ними. Особенно важную роль в биогеоценозе играют зеленые растения (высшие и низшие), дающие основную массу живого вещества. Они производят первичные органические материалы, вещество и энергия которых используются самими растениями и по цепям питания передаются всем гетеротрофным организмам. Зелёные растения через процессы фотосинтеза, дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а через транспирацию участвуют в круговороте воды. В результате отмирания организмов или их частей происходит биогенная миграция и перераспределение в почве элементов питания (N, P, К, Ca и др.). Наконец, зелёные растения прямо или косвенно определяют состав и пространственное размещение в биогеоценозе животных и микроорганизмов. Роль в биогеоценозе хемотрофных микроорганизмов менее значительна. Гетеротрофы по специфике своей деятельности в биогеоценозе могут быть разделены на потребителей, трансформирующих и отчасти разлагающих органические вещества живых организмов, и разрушителей, или деструкторов (грибы, бактерии), разлагающих сложные органические вещества в отмерших организмах или их частях до простых минеральных соединений. В функционировании биогеоценоза велика роль почвенных животных — сапрофагов, питающихся органическими остатками отмерших растений, и почвенных микроорганизмов (грибов, бактерий), разлагающих и минерализующих эти остатки. От их деятельности в значительной мере зависят структура почвы, образование гумуса, содержание в почве азота, превращение ряда минеральных веществ и многие другие свойства почвы. Без гетеротрофов невозможно было бы ни завершение биологического круговорота веществ, ни существование автотрофов, ни самого биогеоценоза. Косные компоненты биогеоценоза служат источником энергии и первичных материалов (газов, воды, минеральных веществ). Биогеоценоз — динамичная система. Он непрерывно изменяется и развивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов. Изменения биогеоценоза могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимые реакции компонентов биогеоценоза (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими к необратимым сменам в состоянии. Они могут быть медленными и быстрыми. Наряду с динамичностью, биогеоценозу присуща и устойчивость во времени, которая обусловлена тем, что современные природные биогеоценозы — результат длительной и глубокой адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Качество
- это совокупность характеристик объекта, имеющая отношение к его способности удовлетворить установленные и предполагаемые требования потребителя. При этом, что важно, под объектом качества может пониматься как собственно продукция, процесс ее производства, так и производитель.

3. Основополагающие понятия промышленной экологии: устойчивость, равновесие, живучесть, безопасность

Устойчивость
— свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность: • выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт); • оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям; • обнаруживать способность к восстановлению или самовосстановлению экосистемы. В ряде случаев рост нагрузок на фунты (статических, динамических, термодинамических) приводит к нежелательным явлениям и процессам — просадкам, оползням, заводнению, что угрожает устойчивости возводимого объекта и нарушает баланс в геотехнической системе. Равновесие
— свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта. Безопасность
— свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы. БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
: 1) совокупность действий, состояний и процессов, прямо или косвенно не приводящих к жизненно важным ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым природной среде, отдельным людям и человечеству; 2) комплекс состояний, явлений и действий, обеспечивающий экологический баланс на Земле и в любых ее регионах на уровне, к которому физически, социально-экономически, технологически и политически готово (может без серьезных ущербов адаптироваться) человечество. Живучесть
- способный долго жить, существовать; длительный.

4. Признаки и показатели антропогенного изменения природного ландшафта в регионе освоения

ЛАНДШАФТ НАРУШЕННЫЙ
— тип антропогенного ландшафта, возникший в результате нерационального использование природных ресурсов.

ЛАНДШАФТ ТЕХНОГЕННЫЙ
— разновидность антропогенного ландшафта, особенности формирования и структуры которого обусловлены производственной деятельностью человека, связанной и с использованием мощных технических средств.

Формирование антропогенного ландшафта в регионе строительства. Реальные техногенные нагрузки на компоненты геосфер при сооружении объектов промышленного или гражданского назначения формируют потенциальные уровни антропогенного изменения биогеоценозов регионального ландшафта. С этой точки зрения исключительно важное 1)научно-методологическое значение приобретает задача оптимизации структурно-рациональных ограничений на строительный процесс с точки зрения минимального воздействия на природный ландшафт и далее обеспечения необходимых исходных контрольно-технологических предпосылок по сохранению экологического баланса в регионе. 2) определение принципиальных условий создания экологически чистого строительного комплекса по критериям качественно-количественной минимизации техногенных нагрузок на компоненты природного ландшафта. Математическая модель формирования антропогенного ландшафта предусматривает структурно-функциональные преобразования геосфер Вернадского, которые приводят к разнохарактерным конечным результатам, дающим возможность ставить и решать важные инженерно-экологические задачи. Важным обстоятельством в выработке экологически рациональных норм строительства является дифференцированный подход к оценке геологических, геокриологических, гидрологических и других условий строительства, причем как с точки зрения минимальных нагрузок на природные ландшафты. Реальные техногенные нагрузки на компоненты природы при сооружении объектов промышленного или гражданского назначения формируют потенциальные уровни антропогенного изменения биогеоценозов регионального ландшафта. Управление рациональным природопользованием ставит задачу оптимизации структурно-рациональных ограничений на строительный процесс с точки зрения минимального воздействия на природный ландшафт и обеспечения необходимых исходных конструктивно-технологических предпосылок по сохранению экологического баланса в регионе. Решение указанной задачи развивается по двум инженерно-техническим направлениям: • определение области оптимизации качества строительства по заданным экологическим критериям; • определение принципиальных условий создания экологически чистого строительного комплекса по критериям качественно-количественной минимизации техногенных нагрузок на компоненты природного ландшафта. Экологическая защищенность природных ландшафтов в регионе строительства в существенной мере достигается за счет повышения качества и надежности сооружаемых объектов, эффективных технических, технологических и организационных решений и методов. Устойчивость — свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность: • выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт); • оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям; • обнаруживать способность к восстановлению или самовосстановлению экосистемы. Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта. Неадекватность расчетных моделей реальной экологической обстановке в зоне промышленного освоения территорий приводит к невосполнимым потерям биогеоценозов природного ландшафта.

Так как зона антропогенного изменения природного ландшафта зависит от характера взаимодействия естественных свойств окружающей среды и искусственно созданных (принудительных) форм техногенного воздействия. Сохранность прир. ландшафтов должна обеспечиваться инженерным обустройством и биологической мелиорацией; постоянным восстановлением растительных сообществ; локализацией очагов повышенной нагрузки на почвенно-растительный покров, регулярным уходом за насаждениями.

Цель биологической рекультивации — снижение или предотвращение последствий техногенных нарушений, предупреждение или ликвидация развития криогенных процессов, закрепления грунтов от ветровой и водной эрозий, создание зеленых ландшафтов, необходимых для жизни людей и животного мира. Категория экологической опасности (уязвимости) природных ландшафтов по степени компенсационных возможностей объектов природы к самовосстановлению: I — высшая категория опасности (практическое отсутствие компенсационных свойств объектов природы); II —средняя категория опасности (слабо выраженные компенсационные свойства); III—низшая категория опасности (сильно выраженные компенсационные свойства объектов природы).

Формирование антропогенного ландшафта характеризуется количественными и качественными изменениями в зоне сооружаемого (и действующего) промышленного объекта. По времени формирования и развития антропогенного ландшафта следует выделить в самостоятельные группы факторы, сопровождающие собственно процесс сооружения, и факторы экологического воздействия в процессе эксплуатации промышленного объекта. 1 — предельный антропогенный уровень; 2 — стадия формирования промышленного объекта; 3 — стадия эксплуатации промышленного объекта; сохранности природного слоя почвы; сохранности растительного покрова; 4 — сохранности гидрогеологического состояния рельефа; 5— сохранности естественного вида ландшафта.

5. Градация критериев промышленного техногенеза

С позиций ограничений техногенеза указанный критерий обеспечивается при следующих условиях: • минимизации срока строительства промышленных объектов; это условие обеспечивает минимальные экономические потери, вызванные нестационарной составляющей строительного техногенеза. Важное требование, предъявляемое к формированию и функционированию замкнутых промышленных экосистем, состоит в том, чтобы закономерная тенденция возрастания энтропии системы была строго регламентирована жестким диапазоном количественных норм на все параметры промышленного техногенеза. Экологически безопасное функционирование ПТГ обеспечивается путем своевременной предупредительной защиты объектов природы от тотального отрицательного воздействия на них со стороны объектов строительного и промышленного техногенеза. Наряду с возможным глобальным экологическим скачком современный техногенез обусловливает закономерный процесс развития негативных антропогенных изменений по всей номенклатуре объектов гео- и биосферы Экологические эквиваленты промышленного техногенеза:1. каждый вид промышленного техногенеза обладает свойственной ему спецификой воздействия на объекты природы, заключающейся в определенном распределении антропогенных изменений по качественному и количественному составу (состав атмосферного воздуха, наличие в воде примесей определенного вида и количества, характер и масштабы нарушения целостности). Вторым этапом исследования состояния ПТГ по видам промышленного техногенеза является количественная оценка суммарных потерь по всем объектам окружающей природной среды. Необходимой основой для разработки специальных шкал по видам промышленного техногенеза: строительство промышленных объектов с разнохарактерной спецификой взаимодействия с окружающей средой (подземные, надземные, подводные, надводные, комбинированные, стационарные и нестационарные.

Примерами специальных шкал по видам промышленного техногенеза могут быть: экологический ущерб (в локальном, региональном и планетарном выражении); степень экологической защиты в заданных границах; мера экологического риска (степень опасности по различным экологическим последствиям) и др. Поэтому исследование физических величин и их метрологических свойств в рамках номенклатурного состава промышленного техногенеза составляет важную самостоятельную задачу, решение которой позволит определить:• диапазоны изменчивости размеров физических величин, составляющих конкретную техногенную структуру;• количественную сопоставимость физических величин по искусственным объектам и природным аналогам;• возможность измерений физических величин имеющимися способами и средствами;• коррелируемость разнохарактерных величин и возможность их комплексного представления и др.

6. Загрязнение окружающей среды в РФ

Все неиспользованное сырье, а это его основная часть (до 90%) поступает в окружающую среду в виде различных отходов. Следует отметить, что эти вещества в природе прежде всего были в наименее растворимой и, следовательно, наименее токсичной форме. Например, металлы - в виде малорастворимых оксидов или сульфидов, фтор - в виде фторида кальция или фосфатов (последние всегда содержат фтор). И даже несмотря на это месторождения фторида кальция или фосфоритов являются зонами эндемического (природного) флюороза. При получении металлов, фосфорных удобрений и ряда других продуктов образуется большое количество твердых, жидких и газообразных отходов, в которых так называемые тяжелые металлы и фтор находятся в активной форме, губительно воздействующей на все живое. За последние пятнадцать лет промышленность и транспорт выбросили в окружающую среду свинца больше, чем за весь предшествующий период. Всего в результате промышленной деятельности от всех антропогенных источников в биосферу поступило около 20 млн. т свинца, 14 млн. т цинка, более 2 млн. т меди и т.д. Масштабы выбросов соединений кадмия, цинка, меди и других тяжелых металлов всеми вулканами нашей планеты далеко уступают их количеству, поступающему только от мусоросжигательных печей. При этом следует отметить, что антропогенные источники выделения тяжелых металлов распределены очень неравномерно и сконцентрированы преимущественно в густонаселённых промышленных регионах. Особую опасность вызывает непрерывное повышение регионального и глобального фона - средней концентрации (например, тяжёлых металлов в почве, воде и воздухе), сложившейся в регионе. Повышенное внимание к тяжелым металлам уделяется потому, что по общетоксическому воздействию на живые организмы они уже вышли на первое место, далеко опередив радиоактивные вещества и пестициды, и вызывают целый букет тягчайших человеческих недугов: сердечно-сосудистые заболевания, умственную неполноценность, паралич, рак, наследственные болезни. В последнее десятилетие особую тревогу вызывает ежегодное поступление в атмосферу от антропогенных источников до 25 млрд. т диоксида углерода (около 10% от общего природного поступления), вызывающего потепление за счет парникового эффекта, около 190 млн. т монооксида углерода - угарного газа (10%), около 110 млн. т диоксида серы - одного из основных источников кислых дождей (75-90% в зависимости от полушария), около 70 млн. т оксидов азота, свыше 50 млн. т различных углеводородов, около 50 млн. т первичных аэрозолей (4%). Кроме того, образуется еще порядка 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей сульфатов, нитратов, углеводородов (20%) и т.д. Доля ОСЙР в общем объеме выбросов составляла около 10%. В 1988 г. в нашей стране в окружающую среду поступило 12-15 млрд. т твердых отходов, 160 млрд. т жидких и 107 млн. т газообразных выбросов, аэрозолей и пыли. В Государственном докладе «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1996 году» сказано, что загрязнения атмосферного воздуха в 262 городах и промышленных центрах России свидетельствуют о том, что за пятилетний период (1992-1996 гг.) средние за год концентрации пыли, диоксида серы и формальдегида снизились на 11-13%, бензопирена - на 39%. За тот же период средние концентрации сероводорода, оксида углерода, оксида и диоксида азота возросли на 3-8%. ... За год концентрации загрязняющих веществ превышали установленные санитарно-гигиенические нормативы в воздухе 205 городов с населением 65,4 млн. чел. (44% населения страны). Случаи превышения максимальных концентраций 10 ПДК имели место в 70 городах.» Таково состояние атмосферы в нашей стране в настоящее время.

7. Какова динамика роста промыш. производства, потребления сырья и энергии и кол-ва отходов?

Анализ развития производств и динамики потребления сырья и образования отходов привели выводу о том, что дальнейшее развитие производств не может осуществляться на базе сложившихся традиционных экстенсивных технологических процессов без учёта экологических ограничений и требует принципиально нового подхода. Этот подход, получивший название «безотходная технология», а позднее «чистая технология», основой которого является цикличность материальных потоков, подсказан самой природой. Академик И. В. Петрянов-Соколов провел кропотливое и тщательное исследование развития промышленности и объемов использования природных ресурсов. Как показал анализ этого огромного статистического материала (с 1909 г.), объем мирового промышленного производства увеличивается по экспоненциальному закону. Количество перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов также возрастает экспоненциально. А это означает, что человечество все больше и больше работает на производство отходов. На тот период только около 1-2% сырьевых материалов переходило в конечную продукцию, а остальные 98-99% превращались в отходы, зачастую весьма токсичные. Никогда раньше человек не добывал из Земли так много сырья, как в наше время. Подсчитано, что на каждого жителя развитых стран уже приходится не менее 20 т/год добываемого минерального сырья. Еще более примечательно то, что расходы на обезвреживание и переработку отходов уже теперь, когда деятельность людей в этом направлении практически только начинается, также возрастают экспоненциально и уже сейчас составляют 8-10% стоимости производимой продукции. С некоторым приближением можно принять, что все три процесса могут быть описаны уравнением

А = Вni

где А - объем производства или используемого сырья, количество образующихся отходов либо затраты на их обезвреживание и переработку, В - постоянная величина, ni = 1,2,3 - показатели трех упомянутых экспонент, причем n3>n2>n1.

Идея многократного, цикличного, экономного использовать материальных ресурсов уже не только широко обсуждается во всем мире, но в большинстве стран нашла широкое практическое применение. Так, в развитых капиталистических странах степень повторного использования свинца составляет не менее 65%, железа - 60, меди - более 40, никеля - 40, алюминия - 33, цинка - 32% и т.д. В нашей стране эти цифры значительно скромнее. За счет использования вторичного сырья производится 30% стали и 20% цветных металлов. Необходимо также отметить, что энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 20 раз, а стали в 10 раз ниже, чем энергоемкость их производства из первичного сырья. Можно подсчитать, что если запасы возрастут в 10 раз, то обеспеченность сырьем производства увеличится всего в 2,5-3 раза. В случае рециркуляции 50% металлов из сферы потребления в сферу производства обеспеченность важнейшими металлами возрастает в 3-3,5 раза, а при 95-98%-ной степени рециркуляции - в 5-7 раз. В конечном итоге основным для промышленного производства должно стать вторичное сырьё. Такая тенденция уже существует. Так, в нашей стране 25-30 лет назад в готовую продукцию переходило всего 1-2% используемых сырьевых материалов, 15-20 лет назад - от 5 до 10%.

8. Место техногенного кругооборота веществ в биогеохимическом кругообороте

Управление рациональным природопользованием в рамках отраслевой структуры, влияющей на окружающую среду, начинается с оценки прямых и косвенных затрат ОС. Это выражено при наличии экологического контроля и мониторингов ПТГ, возможности проведения ЭЭЭ проектов, паспортизации производственных и соответствующих проектов обезвреживания и утилизации отходов при достижении эффективности природоохранных и ресурсосберегающих технологий. С этой целью мы остановимся на ряде проблем, необходимых к срочному разрешению. В природных экосистемах производство и разложение сбалансированы, в них нет отходов: отходы одних организмов служат средой обитания для других и таким образом осуществляется практически замкнутый кругооборот веществ в природе. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот. В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов переходит в отходы, а основное количество энергии используется в производстве и потреблении. Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге - совмещение техногенного и биогеохимического кругооборотов веществ.

9. Как изменяется энтропия при сжигании угля и при фотосинтезе?

При наличии вращения устанавливается стационарное состояние, далекое от равновесия с солнечным излучением. Температура в этом состоянии в течение суток совершает небольшие колебания вокруг значения, меньшего единицы. Таким образом, вращение обеспечивает прерывание процесса нагрева и дополнительное охлаждение планеты, что и приводит к уходу неизолированной системы от равновесного состояния с излучением.

Соответственно энтропия планеты без биосферы при отсутствии вращения стремится к максимуму, соответствующему термодинамическому равновесию с излучением. При наличии же вращения энтропия стремится к меньшему стационарному значению.

При наличии вращения энтропия планеты с биосферой возрастает только в первые моменты времени, пока температура возрастает. Как только температура выходит на постоянный уровень, энтропия, совершая суточные колебания, уменьшается линейно со временем. Это происходит благодаря реакции фотосинтеза, осуществляемой биосферой.

Изменение энтропии измеряется в единицах максимально возможного ее изменения при отсутствии вращения и реакции фотосинтеза, время – в десятках суток.

Линейный закон уменьшения энтропии в данной модели обязан лишь сделанному допущению о линейности роста массы глюкозы. Если рост массы биосферы прекращается из-за конечности ресурсов планеты, то энтропия биосферы также выйдет на стационарный уровень. Вывод о возможности уменьшения энтропии в неизолированной системе с потоками тепла через границу под действием двух регулярных факторов : вращения и реакции фотосинтеза, - сделан в следующих упрощающих предположениях : независимость теплоемкости от температуры, постоянство давления; равенство температур реагирующих компонент; заданная постоянная скорость химической реакции вместо учета химической кинетики; применение уравнения состояния идеального газа к воде и глюкозе. Учет отличия уравнения состояния для воды и глюкозы от уравнения состояния идеального газа лишь улучшит ситуацию, т.к. энтропия жидкостей меньше энтропии газов. Детальным учетом кинетики реакции фотосинтеза можно пренебречь, т.к. нас интересует только изменение энтропии системы, а ни одно из вспомогательных веществ не расходуется и не вносит вклад в это изменение. Модель работает, когда ресурсы системы можно считать неограниченными, т.е. на начальной стадии процесса формирования биосферы.

10. В чем суть концепции безотходных или чистых производств?

Безотходная технология
- это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования». Под малоотходным
понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Термин чистое производство
был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г. Было дано следующее определение чистого производства: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.

Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств:

-разработка принципиально новых процессов, при внедрении которых существенно снижается или практически исключается образование отходов и отрицательное воздействие на окружающую среду;

- комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциала энергоресурсов. Комплексный подход, имеющий не только экологическое, но и важное экономическое значение, обеспечивает эффективность таких производств, что в значительной степени ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно привести комплексную переработку полиметаллических руд, апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

- внедрение геотехнологических методов разработки месторождений полезных ископаемых (например, подземное выщелачивание);

- применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи;

- использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов;

- применение методов порошковой металлургии;

- внедрение окислительно-восстановительных технологий с применением кислорода, водорода, озона, свободных радикалов, электрического тока и т.д.;

- использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости;

- разработка плазменных процессов;

- замена химических процессов с использованием кислот и щелочей механическими методами, например, при очистке поверхностей;

- замена прямоточных процессов противоточными;

- внедрение перспективных высокоэффективных мембранных, ионообменных, экстракционных и других методов для разделения и выделения ряда высокоценных и токсичных веществ;

- максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными;

- создание энерготехнологических процессов. - внедрение непрерывных процессов;

- интенсификация и автоматизация процессов и т. д.

Организация производства:

- ключевым является принцип системности. Принцип системности, учитывает взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов. В качестве примера можно привести создание в различных отраслях народного хозяйства замкнутых водооборотных систем,являющихся составной частью безотходною производства.

- цикличность потоков веществ, например создание замкнутых водооборотных и газооборотных циклов. Важнейшие из них - замкнутые водооборотные циклы, которые формируют производственную систему по аналогии с природным круговоротом воды.

- возможность комбинирования производств на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

- возможность отраслевой кооперации производств на основе переработки и утилизации вторичных ресурсов.

- обоснованность района и площадки строительства с учетом фонового загрязнения окружающей среды, перспектив развития данного производства и других производств в регионе;

- создание малоотходных и безотходных территориально-производственных комплексов или эколого-промышленных парков.

- рациональная организация производства.

- создание региональных систем по переработке и обезвреживанию отходов, прежде всего токсичных. Это полигоны, заводы по производству строительных материалов, использующие и обезвреживающие некоторые токсичные материалы в силу особенностей своей технологии (обжиг и спекание при высоких температурах).

Конечной целью безотходного или чистого производства, является максимально возможное удовлетворение потребностей людей (в пище, одежде, жилье и т.д.) без ухудшения (а иногда и с улучшением) среды обитания.

11. Что препятствует созданию безотходного производства?

Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств: Создание малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов, производств и территориально-производственных комплексов является сложной, комплексной, многостадийной и многоуровневой задачей. Каждый этап и каждая стадия ее решения выдвигают свои требования.

а) Технологический процесс:

- комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциала энергоресурсов. Практически все сырьевые источники являются многокомпонентными и в среднем более трети его стоимости приходится на сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке.

- применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи;

- использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов;

- применение методов порошковой металлургии;

- использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости;

- разработка плазменных процессов;

- замена прямоточных процессов противоточными;

- максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными;

- создание энерготехнологических процессов. Комбинирование технологических энерготехнологических процессов позволяет увеличивать производительность агрегатов, экономить энергоресурсы, сырье и материалы.

- внедрение непрерывных процессов;

- интенсификация и автоматизация процессов и т. д.

б) Аппаратурное оформление:

- разработка принципиально новых аппаратов;

- оптимизация размеров и производительности;

- герметизация;

- использование новых конструкционных материалов, позволяющих увеличить долговечность аппаратов, уменьшить их вес и т.д.

в) сырье, материалы, энергоресурсы:

- обоснованность их качества (в частности, использование сырья и материалов, например технической воды, не более высокого, а строго определенного качества);

- предварительная подготовка сырья и топлива (извлечение из него наиболее токсичных компонентов, например, серы из топлива и т.п.);

- замена высокотоксичных материалов, например ртути, кадмия, свинца и т.д., на менее токсичные вещества при производстве красителей, катализаторов, батареек и других изделий и материалов;

- возможность замены сырья и энергоресурсов на нетрадиционные, местные, попутно добываемые и т.д.

г) Готовая продукции, включая побочную и попутно образующуюся:

- безопасность;

- длительность использования;

- обеспечение возможности и условий для возвращения продукции в производственный цикл после физического и морального износа.

- биоразлагаемость при попадании в окружающую природную среду, например биоразлагаемые пакеты;

- удобство использования, починки, разборки и т.д.

д) Организация производства:

- ключевым является принцип системности. В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс рассматривается как элемент более сложной производственной системы, а на более высоком иерархическом уровне - как элемент всей эколого-экономической системы. В основе создания безотходных или чистых производств, особенно эколого-промышленных парков, лежит принцип системности, который учитывает взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

- возможность комбинирования производств на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

- возможность отраслевой кооперации производств на основе переработки и утилизации вторичных ресурсов. При организации малоотходных и безотходных или чистых производств большое значение имеет комбинирование и межотраслевое кооперирование на базе комплексной переработки сырья и утилизации отходов.

- рациональная организация производства. При этом подразумевается, что увеличение объема производства и расширение номенклатуры выпускаемой продукции не приводят к невосполнимым потерям природных ресурсов в регионе.

- создание региональных систем (или центров) по переработке и обезвреживанию отходов, прежде всего токсичных. Это полигоны, заводы по производству строительных материалов, использующие и обезвреживающие некоторые токсичные материалы в силу особенностей своей технологии (обжиг и спекание при высоких температурах).

12. Как используется энергия в безотходном производстве каковы ограничения второго закона термодинамики?

В соответствии с фундаментальными законами сохранения и вторым началом термодинамики («всё должно куда-то деваться») полностью безотходные технологии, как и полностью безотходные предприятия, существовать не могут. Тем более, что любая продукция также является отложенным отходом. Когда говорят о локальных успехах очистки на какой-то территории или в какой-то стране, часто забывают, что при этом сильнее загрязняется другая территория или другая страна, где добывалось сырье и производились полуфабрикаты для «чистого» производства или куда импортируются его отходы, в том числе и в виде импортной продукции. Хорошо известно, например, что состав бытовых отходов в городах России за последние годы заметно изменился за счет огромной массы упаковочных материалов импортных товаров. А ведь это не только бумага и картон, но и

синтетические материалы, металлы, красители. «Экологически чистый» продукт может быть так упакован, что общий эффект его утилизации окажется загрязняющим. Второе начало термодинамики представляет собой обобщение вывода Н. Карно на произвольные термодинамические процессы, протекающие в природе. Позже, в 1850 году немецкий физик-теоретик Рудольф Клаузиус (1822-1888) дал второму началу термодинамики следующую формулировку: «не возможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым». Независимо от Р. Клаузиуса в несколько иной форме этот принцип высказал выдающийся английский физик сэр Уильям Томсон лорд Кельвин (1824-1907) в 1851 году: «не возможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к совершению механической работы и соответствующему охлаждению теплового резервуара». После рождения в 1905 году специальной теории относительности, названные законы подверглись коренному пересмотру. Оказалось, что масса, определяемая по инерциальным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и её движение. Понятие энергии также подверглось изменению: энергия E оказалась пропорциональной массе m и скорости света c, сформировав суть нового понятия – «общая или полная внутренняя энергия» Es: Es = mc2. В безотходном производстве используется сырье, материалы, энергоресурсы:

- возможность замены сырья и энергоресурсов на нетрадиционные, местные, попутно добываемые и т.д.

13. Возможно ли безотходное производство?

Ответ составлен на примере г.Нижнего Новгорода.

ТБО — эти три буквы знает каждый коммунальщик, да и жильцам они не дают покоя. Накапливается этих ТБО ежедневно очень большое количество, а девать некуда. В цивилизованных странах давно из ТБО извлекают выгоду. Мы же только начинаем это делать, только учимся экономить. Твердые бытовые отходы. Ежегодно их образуется в Нижнем Новгороде около 2 млн куб. м (а также приравненных к ним по токсичности промышленных отходов). Если верить прогнозам специалистов, в 2005 г. ежегодное накопление отходов возрастет до 3 млн куб. м. И что с ними делать? Все сваливать на полигон? Пока так и делается. И ТБО являются источником загрязнения почв, грунтовых вод и атмосферы. На полигоне безвозвратно теряется огромная масса ценных веществ и компонентов, содержащихся в ТБО, — бумаги, стекла, черных и цветных металлов, полимеров, текстильных материалов. Что же предпринимается в Нижнем Новгороде для переработки и утилизации ТБО? Из множества существующих технологий у них внедрены две: переработка отходов на специализированном заводе и сортировка с последующим брикетированием. Последним занимается частная фирма ООО “Промкомплект НН” по личной инициативе. На двух рынках города — Центральном и Сормовском — созданы участки для отделения на стадии сортировки отходов макулатуры, полимеров, деревянной тары и пищевых отходов. Все это суммарно составляет 50 проц. общего количества поступающих отходов и после соответствующей обработки сдается заготовительным организациям. Оставшиеся неутилизируемые фракции брикетируются и вывозятся на полигон (их объем, с учетом прессования, составляет 9 проц. от общего объема отходов, поступающих на сортировку). Этот метод показал свою эффективность на практике и, может быть, в скором будущем будет внедрен на всех рынках и крупных торговых предприятиях города. Переработка отходов производится также на специализированном заводе № 1 мощностью 150000 куб. м в год. В мае-июне в городе проходил конкурс инвестиционных проектов по утилизации ТБО. Была выбрана биотермальная система очистки отходов, запатентованная во многих странах мира, которая совмещает механическую предварительную очистку, анаэробную переработку и процесс горения в кипящем слое. Конечным продуктом переработки ТБО становится биогумус, пригодный для использования в сельском хозяйстве и садоводстве, планирования ландшафтов и в восстановительных экологических мероприятиях. Другим продуктом утилизации отходов по этой технологии является электро- или теплоэнергия. Несмотря на то, что ТБО из жилого фонда — крупный источник вторичного сырья, практическая реализация селективного сбора полезных компонентов отходов представляет собой сложную проблему, связанную с организацией сбора и уровнем цен на вторичное сырье низкого качества. В настоящее время эту проблему в России решил только небольшой город Новочебоксарск в Чувашии. Для всех существующих промышленных свалок имеются технические решения по их переработке. Но пока внедрена только переработка отходов металлургического производства на АО “Нижегородский машиностроительный завод”, на свалке которого было накоплено 2,5 млн т отходов. С начала переработки (ноябрь 1996 г.) освоено около 1 млн т. Однако в последнее время возникли проблемы с реализацией одного из видов продукции: щебеночно-песчаной смеси. На складах скопилось около 300000 т этой продукции, которая может быть использована в дорожном строительстве или в планировочных целях, причем ее цена в 1,5—2 раза ниже применяемого чаще всего песка. Для города и близлежащих районов решен вопрос утилизации отходов загрязненной садоводческой и сельскохозяйственной пленки. ЗАО “Ника плюс” организует прием пленки с выездом за ней на место сдачи и ее дальнейшую переработку. Сбор и прием использованных полиэтиленовых отходов ведет также и ЗАО “ГИНД НН”, которое планирует в октябре 1998 г. пуск производства полимерпесчаной черепицы и тротуарной плитки с применением указанных отходов, а сбор и переработку макулатуры ведут в нашем городе ЗАО “Зареченское” и АО “Нижегородкровля”. В настоящий момент их комитет приступил к созданию единой системы управления отходами лечебно-профилактических учреждений с перспективой образования в городе центра по переработке медицинских отходов.

14. Методы стимулирования природоохранной деятельности

В настоящее время большинство ученых и предпринимателей развитых стран пришли к пониманию того бесспорного факта, что дешевле и эффективнее предотвращать нерациональное использование природных ресурсов и образование отходов, чем бороться с последствиями неразумного промышленного производства, т.е. необходимо бороться не со следствием, а устранять причины образования отходов, оскуднения природных ресурсов и загрязнения окружающей среды путем широкого внедрения малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов и производств. Можно выделить три основные причины, препятствующие предотвращению загрязнений в промышленности: политические, экономические и технические. По экспертным оценкам в США на первую - политическую
- приходится 60%, вторую - экономическую
- 30%, а на долю технической остается всего 10%. У нас ситуация примерно следующая: 50, 35 и 15 %. Последняя величина больше из-за сложности приобретения оборудования, систем автоматизации и контроля. С финансами у нас также больше проблем, чем у американцев. Ну, а главная причина интернациональна - вопрос приоритетов в обществе и у руководителей промышленностью - предпринимателей. Многие руководители считают, что природоохранная деятельность требует больших средств, является второстепенной и уводит от основной цели предпринимательства. Поэтому во всех странах уделяется исключительно большое внимание стимулированию природоохранной деятельности. И ключевым здесь является природоохранительное законодательство.
Еще древнегреческий ученый Платон в книге «Законы» писал, предвосхищая современный принцип «кто загрязняет, тот и платит»
: «Применение любых снадобий легко загрязняет воду. Поэтому вода нуждается в защите согласно следующему принципу, тот, кто сознательно загрязняет воду, обязан, помимо уплаты штрафа, очистить ручей или водоем предписанным методом». На законодательную базу России особое влияние оказал Судебник 1497 г. Его суть - это зашита государства и всего состояния на его территории, защита личности человека. И в основе - принципы нравственности и справедливости. В Законе РФ «Об охране окружающей природной среды» раздел посвящен экономическому механизму охраны окружающей природной среды, а статья «Экономическое стимулирование охраны окружающей природной среды» гласит: «В Российской Федерации осуществляется стимулирование рационального природопользования и охраны окружающей природной среды путем:

- установления налоговых и других льгот, предоставляемых государственным и другим предприятиям, учреждениям и организациям, в том числе природоохранительным, при внедрении малоотходных и безотходных технологий и производств, использовании вторичных ресурсов, осуществлении другой деятельности, обеспечивающей природоохранительный эффект ...;

- введения специального налогообложения экологически вредной продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий ... ».

В целях повышения экологической культуры общества и профессиональной подготовки специалистов этим же Законом предусматривается установление системы всеобщего, комплексного и непрерывного экологического воспитания и образования, охватывающей весь процесс дошкольного и школьного воспитания и образования, профессиональной подготовки специалистов в средних и высших учебных заведениях, повышение их квалификации с использованием средств массовой информации. Как известно, образование, особенно с раннего возраста, имеет исключительно большое воздействие на человека, так как формирует отношение к окружающей среде и природе в целом, а это является ключевым
моментом в экологическом воспитании человека.

15. Суть принципа «не повреди природе и себе» и методы внедрения в сознание людей этого принципа

Практическое решение экологических проблем на всех уровнях высветили старую истину: все решают люди
и от их отношения и понимания в первую очередь и зависит решение проблем. Ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не находится. Все эти организмы неразрывно и непрерывно связаны - прежде всего, питанием и дыханием - с окружающей их материально-энергетической средой. Вне ее в природных условий они существовать не могут». Поэтому вопросы образования и воспитания, прежде всего специалистов в данной области, являются одними из важнейших при решении всех экологических проблем, в т.ч. и экологической культуры, которая признавала бы нравственным все то, что способствует устойчивому развитию и процветанию природы и человека, культуры, которая провозгласила бы этический принцип - великую ценность жизни в гармонии с природой.

Экологическая этика

Отношение общественности к экологическим вопросам определяются культурными традициями, социально-экономическими и политическими факторами. Истоки экологической этики обнаруживаются в древнейших письменных источниках. Так, более тысячи лет до нашей эры в Персии Заратустра проповедовал охрану почвы, разумный режим выпаса, охрану лесов от вырубки. Заратустра учил, что весь материальный мир - горы, озера, земля, небо, ветер и реки - священны, а человек и животные неразрывно связаны между собой: страдания одних порождают страдания других. Во многих странах существуют серьезные течения по превращению охраны природы в религию с приданием ей мессианского характера. Усилия по охране окружающей среды следует признать святыми
для верующих. Религиозные и духовные отцы должны взять на себя ответственность и в полной мере осознать эту задачу. «Мы должны прийти к пониманию, что текущий глобальный кризис
окружающей среды есть результат системы ценностей
, основывающихся на человеческой жадности и чрезмерном материализме, а также на ошибочном представлении, что наука и техника могут решить все наши проблемы». Комитет по охране окружающей среды Международной федерации инженерных организаций принял Кодекс экологической этики инженеров, состоящий из 7 заповедей.

1. В полную меру используйте свои способности, проявляйте смелость духа, энтузиазм самоотверженность, стремитесь к наивысшим техническим результатам, которые будут содействовать процветанию человечества.

2. Добивайтесь конечной цели вашей работы при возможно меньшем потреблении сырья и энергии и минимальном выходе отходов и любых видов загрязнений.

3. Особое внимание уделяйте обсуждению последствий ваших предложений и действий - намеренных и случайных, сиюминутных и долгосрочных, учитывайте при этом их влияние на здоровье людей, социальную справедливость и принятую систему ценностей.

4. Тщательно изучайте ту окружающую среду, на которую будет оказано воздействие, анализируйте все изменения, которые могут возникнуть в вовлеченных экосистемах, выбирайте оптимальное с экологической точки зрения решение.

5. Содействуйте принятию мер по восстановлению и, если это возможно, улучшению состояния окружающей среды. Включайте эти меры в ваши разработки.

6. Отклоняйте любые предложения, наносящие вред природе, выносите наилучшее социальное и политическое решение.

7. Помните, что принципы взаимозависимости экосистем, сохранения ресурсов и взаимной гармонии являются основой нашего дальнейшего существования, они - граница, которая не может быть нарушена.

Как видно, основная идея кодекса состоит в том, что инженер должен найти такое решение, которое сохранило бы устойчивое развитие общества без разрушения окружающей человека и других живых организмов среды обитания.

По аналогии с христианской заповедью «не убий»
и клятвой Гиппократа у медиков «не повреди»
, все человечество должно проникнуться идеей - не повреди природе ни при каких обстоятельствах, ибо природа - действительно прародительница всего живого.

16. Каковы основные источники загрязнения воздуха; их ранжирование?

В целом по Российской Федерации валовые объёмы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в промышленности в 1991 - 1996 гг. снижались из года в год и составили в 1996 г 16,7 млн. т. Степень улавливания и обезвреживания вредных веществ в период с 1992 г. по 1996 г. оставалась на одном уровне и составляла 79,4%. За этот период средние за год концентрации взвешенных веществ, диоксида серы и формальдегида в воздухе снизились на 11 -13%, бензпирена - на 39%, концентрации сероводорода, оксида и диоксида азота выросли на 3 - 8%. Особое беспокойство вызывает загрязнение атмосферы выбросами от автомобильного транспорта. На начало 1996 г. в России эксплуатировалось 18 млн. автомобилей, в том числе более 14 млн. легковых и около 3 млн. грузовых автомобилей, 0,5 млн. автобусов и 0,8 млн. специальных автомобилей. Количество автомобилей, использующих в качестве топлива газ, не превышает 2 %, доля грузовых автомобилей, работающих на дизельном топливе. Суммарное поступление свинца в атмосферу от автотранспорта на территории России в 1996 г. оценено примерно в 4 тыс. т, в том числе 2,16 тыс. т от грузового транспорта. Проблему загрязнения атмосферы в городах главным образом определяют высокие концентрации взвешенных веществ, диоксида азота, бензпирена, формальдегида, фенола, и фторида водорода. Концентрации взвешенных веществ в воздухе превышают 1 ПДК в 68 городах, диоксида азота — в 94, бензпирена — в 85, формальдегида – в 89 городах. В списке городов, для которых максимальные концентрации загрязняющих веществ в воздухе превышают 10 ПДК, было 70 наименований. Общее содержание озона (ОСО) в целом за 1996 г. было несколько ниже нормы над ЕТР и Уралом и устойчиво ниже над Западной и Восточной Сибирью, а также Дальним Востоком. Тем не менее специалисты считают, что можно говорить о некоторой стабилизации состояния озонового слоя над контролируемой территорией, особенно на фоне аномальных зимне-весенних сезонов 1991-1995 гг. В результате сокращения производства в России выбросы вредных веществ в атмосферу значительно уменьшились. К 2000 г. валовый выброс «парниковых» газов будет на 500 млн. т ниже уровня 1990 г. Основные направления работ по снижению загрязнений воздушного бассейна:

- внедрение эффективных экономических и моральных методов стимулирования деятельности по охране атмосферы, включая различные поощрения и плату за выбросы и т.д;

- сокращение выбросов от автомобильного транспорта за счет совершенствования двигателей и топливной аппаратуры, внедрение нейтрализаторов выхлопных газов, увеличение доли дизельных и работающих на газообразном топливе двигателей, прекращение выпуска этилированных бензинов, а также лучшей организации дорожного движения;

- внедрение малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов и производств, прежде всего в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве строительных материалов и в других отраслях ;

- оптимизация энергетического баланса страны;

- внедрение экономически оправданных процессов сжигания топлива, а также предварительного обессеривания угля, нефти и газа, глубокой переработки угля и сланцев перед сжиганием (газификация, пиролиз);

- внедрение современных методов пылегазоочистки дымовых и других отходящих газов с высоким КПД и максимальным использованием продуктов очистки.

- развитие эффективных систем контроля за загрязнением атмосферы, в том числе автоматизированных и дистанционных систем.

17. Какой главный источник загрязнения атмосферы городов Москва, Питер, Волгоград?

Воздух больших городов сильно отличается от чистого лесного воздуха. Причина этого - выбросы автотранспорта, котельных и промышленных предприятий. Автомобили и котельные выбрасывают стандартный набор газов: сернистый газ, оксиды азота, угарный газ, формальдегид, а также сажу. Металлургические предприятия выбрасывают в воздух сернистый газ, угарный газ, формальдегид и циановодород. В окрестностях алюминиевых заводов атмосфера обычно загрязнена фтороводородом Производство цемента и других строительных материалов является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнениям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления. Сильное загрязнение воздуха в больших городах называется смогом. Под действием солнечного света в таком смоге образуются различные неустойчивые, но весьма токсичные продукты. Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60 -70 % газового загрязнения даёт автомобильный транспорт. Промышленные предприятия дают много пыли, окислов азота, железа, кальция, магния, кремния. Эти соединения не столь токсичны, однако снижают прозрачность атмосферы, дают на 50 % больше туманов, на 10 % больше осадков, на 30 % сокращают солнечную радиацию. Тепловое воздействие увеличивает температуру в городе на 3 -5 градусов, безморозный период на 10 - 12 дней и бесснежный на 5 - 10 дней. Нагрев и подъём воздуха в центре вызывает подток его с окраины - как из лесопаркового пояса, так и из промышленных зон. Современная экологическая обстановка в данных городах является следствием существования на протяжении десятков лет системы хозяйствования, тех принципов и установок, которые были заложены в основу. Причины создавшейся экологической ситуации заключаются в том, что в стране отсутствовала экологическая ориентация в развитии производительных сил, в производстве преобладали водо-, ресурсо- и энергоёмкие технологии, существовало

раздельное планирование и управление экономическими, социальными и природоохранными процессами, материально - техническая база была неудовлетворительна, а несовершенство действующих нормативных и законодательных актов и низкий уровень природоохранных затрат дополняли отрицательное действие на окружающую среду. Сегодня самыми серьёзными проблемами Санкт – Петербурга, Москвы, Волгограда остаются отходы и состояние воздуха. Приоритетным загрязнителем являются автотранспорт и предприятия топливно-энергетического комплекса, металлургии и металлообработки. Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичными компонентами отработанных газов, Парами топлива. но и продуктами износа шин, тормозных накладок. В атмосферный воздух постоянно поступают пары топлива из баков, наиболее заметных в летний период в местах массовых стоянок автомобилей. Наибольший ущерб здоровью наносят машины, стоящие в непосредственной близости от жилых зданий. Наблюдения за уровнем загрязнения воздуха в городах России производятся территориальными органами Федеральной службы России погидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Росгидромет обеспечивает функционирование и развитие единой Государственной службы мониторинга окружающей среды. Росгидромет является федеральным органом исполнительной власти, который организует и проводит наблюдения, оценку и прогноз состояния загрязнения атмосферы, обеспечивая одновременно контроль за получением аналогичных результатов наблюдений различными организациями на территории городов. Функции Росгидромета на местах выполняют Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ( УГМС ) и его подразделения.Необходимо, чтобы каждый житель нашей планеты осознал, что экологическая угроза исходит не от безымянного человечества вообще, а от каждого конкретного человека, то есть от нас с вами. Главную роль в решении этой задачи играет экологическое просвещение всех слоёв и всех возрастных категорий общества. Общая цель национального и международного природоохранного законодательства достаточно ясна: ни отдельному человеку, ни государству в целом не должно быть выгодно загрязнять планету сверх заранее согласованной международным сообществом меры и каждый случай сверхнормативного загрязнения должен преследоваться законом. Мы должны

привыкнуть к тому, что охрана Земли от загрязнений-дело дорогое, и, планируя бюджет - государственный, общественный или личный -предусматривать немалые расходы на экологические нужды.

18. Каковы основные методы очистки газов от вредных частиц и аэрозолей и на каких принципах они базируются?

Выбор метода и оборудования, обеспечивающих необходимую степень очистки, зависят от большого числа параметров. Одним из главных среди них является эффективность работы системы по отношению к преобладающим в газовом потоке частицам позволяет провести оценку возможностей различных пылеочистных устройств. В процессе выбора оборудования необходимо учитывать степень неравномерности газового потока, так как 10%-ное отклонение от номинальных регламентированных значений является обычной нормой работы предприятий. На выбор оборудования и материалов для его изготовления, безусловно, оказывают влияют химические и физические свойства загрязнителей. Еще одним важным критерием является концентрация загрязнителей в очищаемом газе, поскольку при высоких ее значениях (выше 230 г/м3) обычно вводится стадия предварительной очистки. Необходимо принимать во внимание также температуру, давление, влажность газового потока, возможность остановки газоочистного оборудования для текущего ремонта и ряд других факторов. Но общие, основные принципы выбора наиболее широко используемого оборудования неизменны. Так циклоны
обычно используются в тех случаях, когда пыль крупнодисперсная, ее концентрация превышает 2 г/м3 и не требуется высокой эффективности улавливания. Скрубберы мокрого типа
целесообразно использовать, если мелкие частицы должны улавливаться с относительно высокой эффективностью, желательно охлаждение газа, а повышение его влажности не служит препятствием, если газы представляют опасность в пожарном отношении и необходимо улавливать как твердые, так и газообразные вещества. Тканевые фильтры
используются в тех случаях, когда необходима очень высокая эффективность улавливания, температура относительно низка. Электрофильтры
применяют, если для улавливания мелких частиц необходима высокая эффективность, обработке подлежат очень большие объёмы газа и необходимо утилизировать ценные продукты.

19. Каковы основные пути уменьшения объема выбросов в атмосферу диоксида серы?

Уменьшение содержания серы в топочных газах может достигаться разными методами: использованием малосернистых углей, предварительным удалением серы из угля, снижением количества серы, выделяющейся в газовую фазу при горении (связывание серы, например, в сульфат кальция), удалением серы из топочных газов, предварительной переработкой нефти, угля, сланца в жидкое или газообразное горючее ( с удалением серы). Поскольку наиболее широко в мировой практике применяются методы обессеривания топочных газов и предварительное удаление серы из нефти и угля, этим методам и уделяется основное внимание. Удаление серы при переработке нефти является стандартной операцией. Предварительное удаление серы из угля может осуществляться физическими, химическими и микробиологическими методами. Физическими методами (гравитационные и магнитные) удаляется пиритная сера - не более 50% от общего ее содержания. Микробиологические методы широкого распространения не получили, так как для проведения процесса требуется продолжительное время. а) Известковый и известняковые методы.
Основные химические реакции, протекающие при взаимодействии SО2 с пульпой гидроксида кальция или известняка. б) Магнезитовый метод.
Сущность метода состоит во взаимодействии SO2 с суспензией Mg(OH)2. Кристаллический сульфат магния подвергают сушке и обжигу, получая при этом концентрированный поток SO2 и MgO. Окись магния возвращается в цикл, а SO2 направляется на переработку. Достоинствами метода являются его цикличность, высокая эффективность (степень очистки 90-92%), возможность утилизации SO2. Основной недостаток процесса - большое количество твердофазных стадий, что приводит к сильному абразивному износу аппаратуры и загрязнению среды твердыми частицами. в) Аммиачные методы
. В основе этих методов лежит процесс абсорбции SO2 раствором сульфита аммония:

SO2+(NH4)2SO3+H2O ↔ 2NH4HSO3

В дальнейшем в результате химических превращений из образующегося гидросульфита аммония выделяют оборотный раствор (МН4)28Оз и концентрированный поток SО2 . По способу регенерации абсорбционного раствора методы выделения SО2 из дымовых газов подразделяют на кислотный, циклический и автоклавный. г) Очистка дымовых газов с получением серы.
В ряде стран разработан регенерационно-циклический способ очистки дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы с получением серы. Эффективность очистки превышает 90%, с увеличением содержания серы в угле экономичность процесса за счет получения серы возрастает. Топочные газы предварительно очищаются от пыли в электрофильтрах и доочищаются водой, при этом происходит очистка от тяжелых металлов. Далее SО2 взаимодействует в абсорбере с раствором сульфида натрия:

2SO2+Na2S → Na2SO4+2S

По данным финских ученых экономическая эффективность данного метода очистки топочных газов от диоксида серы находится на уровне эффективности мокро-сухого метода.

20
,Мокро-сухая сероочистка предназначена для умеренной очистки дымовых газов от диоксида серы и основана на его связывании гидрооксидом кальция:

Для зоны абсорбции выделяется часть объема корпуса существующего электрофильтра, в которой размещаются разбрызгивающие устройства. Они представляют собой тонкодисперсные пневмо-механические форсунки, устанавливаемые по всему сечению в месте входа газов. Очищаемые газы смешиваются с тонкодиспергированной известковой суспензией, чем обеспечивается протекание указанных выше химических реакций. Вода суспензии одновременно с абсорбцией диоксида серы испаряется под действием тепла газов, так что образуются сухие продукты сероочистки, смешанные с летучей золой. Степень сероулавливания по этой технологии составляет 50-60 %. Достоинством этого метода является его дешевизна и простота, т. к. метод позволяет использовать уже имеющееся оборудование, а не применять специальные аппараты.

21. Каковы основные циклические методы очистки отходящих газов от диоксида серы и каковы их достоинства и недостатки?

Предварительное удаление серы из угля может осуществляться физическими, химическими и микробиологическими методами. Физическими методами (гравитационные и магнитные) удаляется пиритная сера - не более 50% от общего ее содержания.

Микробиологические методы широкого распространения не получили, так как для проведения процесса требуется продолжительное время.

а) Известковый и известняковые методы.
Основные химические реакции, протекающие при взаимодействии SО2 с пульпой гидроксида кальция или известняка.

б) Магнезитовый метод.
Сущность метода состоит во взаимодействии SO2 с суспензией Mg(OH)2.

Кристаллический сульфат магния подвергают сушке и обжигу, получая при этом концентрированный поток SO2 и MgO. Окись магния возвращается в цикл, а SO2 направляется на переработку. Достоинствами метода являются его цикличность, высокая эффективность (степень очистки 90-92%), возможность утилизации SO2. Основной недостаток процесса - большое количество твердофазных стадий, что приводит к сильному абразивному износу аппаратуры и загрязнению среды твердыми частицами. Весьма значительными являются и энергетические расходы на разложение сульфита и сульфата магния.

в) Аммиачные методы
. В основе этих метод

ов лежит процесс абсорбции SO2 раствором сульфита аммония:

SO2+(NH4)2SO3+H2O ↔ 2NH4HSO3

г) Очистка дымовых газов с получением серы.
В ряде стран разработан регенерационно-циклический способ очистки дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы с получением серы. Эффективность очистки превышает 90%, с увеличением содержания серы в угле экономичность процесса за счет получения серы возрастает.

Топочные газы предварительно очищаются от пыли в электрофильтрах и доочищаются водой, при этом происходит очистка от тяжелых металлов. Далее SО2 взаимодействует в абсорбере с раствором сульфида натрия:2SO2+Na2S → Na2SO4+2S

22
Основным методом очистки отходящих газов от диоксида серы является абсорбция. Для очистки отходящих газов от диоксида серы предложено большое количество абсорбционных методов, однако на практике нашли свое применение лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов велики, а концентрация в них диоксида серы мала, газы характеризуются высокой температурой и значительным содержанием пыли. Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее дешевым и доступным в промышленных условиях растворителем является вода. Процесс поглощения таких загрязнений растворителем (водой) проводится одним из следующих способов. Загрязненный газовый поток: а) пропускается через насадочную колонну, орошаемую растворителем (водой); б) контактирует с каплями жидкости, распыляемой форсунками; в) барботируется через слой жидкости. Чистый растворитель вводится в верхнюю часть аппаратов абсорбционной очистки, а из нижней части аппаратов отбирают отработанный раствор. Очищенный газ из верхней части аппаратов выводится в атмосферу. Полученный раствор подвергают обычно регенерации, т.е. очищают от загрязнений и снова возвращают в аппарат.

23. Каковы основные эколого-экономические последствия загрязнения атмосферы диоксидом серы и оксидами азота

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 в значительном количестве выделяются при работе ТЭС, двигателей внутреннего сгорания и в процессе травления металлов азотной кислотой. Производства взрывчатых веществ и азотной кислоты также являются источниками выбросов оксидов азота в атмосферу.

Оксиды азота участвуют в образовании кислотных дождей. Азотная кислота, образующаяся из оксидов азота, составляет около 35% от всех кислот, содержащихся в дождевой воде.

Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога, что приводит к вторичному загрязнению атмосферы городов. К фотохимическим процессам, характерным для южных солнечных городов, относятся процессы образования пероксиацетилнитратов (ПАН), которые при концентрациях 0,1-0,5 мг/м3
могут вызывать раздражение слизистой оболочки глаз и гибель растений. Наличие ПАН в атмосфере характерно для так называемого «летнего» или лос-анджелесского смога. Уровень фотохимического загрязнения воздуха тесно связан с режимом движения автотранспорта. Так, в период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается максимум выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов, химическое взаимодействие которых обуславливает фотохимическое загрязнение воздуха.

Высокие уровни оксидов азота приводят к учащению случаев катара верхних дыхательных путей, бронхита и воспаления легких у населения.

24. Какова тенденция загрязнения атмосферы оксидами азота?

Следует отметить, что при наметившейся еще в 1990-е гг. в России тенденции снижения выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями доля оксидов азота в этих выбросах увеличивается. Суммарные выбросы всех загрязнителей в воздушную среду, в том чиле и оксидов азота сократились. Однако лишь 20% этих сокращений обусловлены природоохранными мероприятиями и усилением экологического контроля. Основная причина – спад производства, который составил более 50%. В природе оксиды азота образуются при лесных пожарах, однако высокие концентрации этих загрязнителей в городах и в окрестностях промышленных предприятий связаны с антропогенной деятельностью. Оксиды азота в значительном количестве выделяются при работе ТЭС, двигателей внутреннего сгорания и в процессе травления металлов азотной кислотой. Производства взрывчатых веществ и азотной кислоты также являются источниками выбросов оксидов азота в атмосферу.

Высокие уровни оксидов азота приводят к учащению случаев катара верхних дыхательных путей, бронхита и воспаления легких у населения. Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (например, астма или эмфизема легких), а также лица, страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, могут быть более чувствительными к прямым воздействиям оксидов азота. У лиц, страдающих хроническими сердечно-сосудистыми заболеваниями и заболеваниями дыхательных путей, в присутствии оксидов азота легче развиваются осложнения при кратковременных респираторных инфекциях.

25 Каковы основные методы уменьшения масштабов загрязнения оксидом азота?

-уменьшением выбросов азота (на ТЭС для этого применяется, например, строго контролируемая система подачи воздуха в зону горения топлива, при этом выбросы оксидов азота уменьшаются на 40—60%);

- оптимизация энергетического баланса страны (закрытие мелких и устаревших агрегатов, котельных и других установок, использование альтернативных ископаемым источников энергии и т.д.);

- внедрение современных методов пылегазоочистки дымовых и других отходящих газов с высоким КПД и максимальным использованием продуктов очистки. Особое внимание следует уделить комплексной очистке отходящих газов от оксидов серы и азота, выделению и использованию углеводородов, сероводорода, соединений фтора, хлора, тяжелых металлов, обезвреживанию канцерогенных веществ;

- международное сотрудничество.

26. Каковы основные методы очистки отходящих газов от оксидов азота и их физико-химическое обоснование?

Распространёнными поглотителями NOx являются растворы соды, едкого натра и карбоната аммония, известковое молоко и пр. Процесс очистки отходящих газов от оксидов азота протекает в две стадии: сначала оксиды азота взаимодействуют с водой с образованием кислот, затем происходит нейтрализация кислот щелочами. Образующиеся при этом растворы азотнокислых солей могут быть использованы в промышленности и сельском хозяйстве. Однако их переработка, в частности кон-центрирование, и транспортировка вызывают определенные трудности. Весьма важным недостатком абсорбционных методов щелочными растворами является невысокая эффективность (70-85%), поэтому концентрация оксидов азота в очищенных газах значительно превышает ПДК и требуется многократное их разбавление.

а) Адсорбционные методы
. В случае небольших объемов газов нашли применение адсорбционные методы. Хорошим сорбентом оксидов азота служит активированный уголь, но его применение затрудняется из-за легкой окисляемости, что может привести к сильному разогреву и даже к возгоранию угля. Силикагель по адсорбционным свойствам несколько уступает углю, но он более прочен и не окисляется кислородом.

б) Каталитическое восстановление
. Одним из основных, хорошо освоенных промышленных методов очистки отходящих газов от оксидов азота является их восстановление на катализаторе до молекулярного азота. При использовании неселективного катализатора восстановитель расходуется не только на восстановление азота, но и вступает во взаимодействие с кислородом, обычно содержащимся в газовом потоке. В качестве восстановителя применяются водород, природный газ, оксид углерода и др. Катализаторами обычно служат элементы платиновой группы. Температура процесса колеблется от 400 до 800С.

в) Карбамидный метод
. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработан карбамидный метод, позволяющий очищать дымовые газы от оксидов азота на 95% и практически полностью удалять оксиды серы из них. Процесс не требует предварительной подготовки газов, в результате очистки образуются нетоксичные продукты - N2, СО2, Н2О и (NH4)2. Величина рН абсорбционного раствора колеблется в пределах 5-9, поэтому коррозии аппаратуры не наблюдается. Эффективность метода практически не зависит от колебаний входных концентраций оксидов азота и серы.

Для испытания метода в промышленных условиях на Змиевской ГРЭС (Украина) была построена опытно-промышленная установка,

Карбамидный метод очистки отходящих газов от оксидов азота прекрасно зарекомендовал себя в различных производствах, однако необходимо отметить, что в энергетике в основном применяются регулирование процесса сжигания горючего (за сёт чего уменьшается количество образующих оксидов азота) и аммиачно-каталитический метод.

г) Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу путем ре-гулироваиия процесса горения.
Наряду с установкой газоочистного оборудования в конце технологического цикла сжигания топлива весьма эффективными являются ряд режимных и технологических мероприятий, позволяющих существенно снизить количество образующихся в процессе горения оксидов азота. К этим мероприятиям относятся:

- сжигание с низким коэффициентом избытка воздуха (а — альфа);

- рециркуляция части дымовых газов в зону горения;

- сжигание топлива в две и три ступени;

- применение горелок, позволяющих понизить выход NОХ;

- подача влаги в зону горения;

- интенсификация излучения в топочной камере;

- выбор профиля топочной камеры, которому отвечает наименьший выход

NOх.

Двух- и многоступенчатое сжигание топлива является одним из перспективных методов регулирования топочного режима и одновременно методом радикального снижения количества образующихся оксидов азота.

27
Наиболее распространенным является каталитический метод очистки отходящих газов от оксидов азота, т. е. восстановление на катализаторе до молекулярного азота. При использовании неселективного катализатора восстановитель расходуется не только на восстановление азота, но и вступает во взаимодействие с кислородом, обычно содержащимся в газовом потоке. В качестве восстановителя применяются водород, природный газ, оксид углерода и др. Катализаторами обычно служат элементы платиновой группы. Температура процесса колеблется от 400 до 800С.

28 Каковы основные методы очистки фтор- и хлорсодержащих газов и их обоснование

Фторсодержащие газы выделяются при электролитическом поизв-ве алюминия и при переработке прир. фосфатов в фосфорные удобрения. Газы в значит. степени загрезнены различными в-вами, что затрудняет их переработку. для абсорбции фтористых газов м. использовать воду, водные раств-ры щелочей, солей и некоторых суспензий(NH4
OH, Ca(OH)2
, NaCl). Концентрация фтористых соединений в отходящих газах пром. предприятий колеблется в широких пределах(Пр. при получении алюминия м. достигать 200 г/м3) Абсорбционные приемы очистки позволяют снижать концентрацию соединений фтора в отходящих газах в лучшем случае до 0-50 мг/м3. конкурентную и более глубокую очистку могут обеспечивать хемосорбционные и ионосорбционные методы. Наиб доступными твердыми сорбентами фторида водорода явл. известняк, алюмогели, фторид натрия

Образование промышленных газов и вентиляционных выбрасов, содержащих хлор, хлорид водорода и хлорорганические в-ва, характерно для многих производств ( получение хлора , получение металлического магния, переработка цветных металлов и т. д.

Для абсорбции хлора и хлосодержащих в-в используют воду, водные растворы щелочей и орг. в-в. Ряд остоинств имеет известковый метод: небольшая стоимоть, доступность ревгента, не требуется тщательной защиты оборудования от коррозии т. к. среда щелочная. Недостатками способа явл. невысокая степень очистки, недостаточная степень использования абсорбента.

Хлорид водорада хорошо поглащается водой поэтому ее как правило используют в качестве абсорбента.(Пр. в произв-ве соляной кислоты)( Недостаток : образование тумана капельно-жидкой соляной кислоты).

Газообразный хлор хорошо поглощается такими твердыми орг. соединениями, как лигнин и лигносульфанат кальция. Однако более эффективно использование этих поглотителей в идее водных растворов и пульп. В качестве твердых поглотителей хлорида водорода из отходящих газов пром-сти м. б. использованы хлороксид железа и хлорид закисной меди, свинца, кадмия., некоторые орг.. полимерные материалы. Подавляющее большинство этих поглотителей м. б. использовно для обработки низкоконцентрированных по HCl газов в широком интервале их температур.

29. Каковы основные методы очистки отходящих газов от монооксида углерода и орг. соединений?

Основным методом очистки от углеводородов и оксида углерода в промышленности являются сжигание в пламени, а также термическое и каталитическое окисление. Наиболее известным примером сжигания является широко применяемое в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности сжигание в факеле, т.е. в открытой горелке, направленной вверх. К недостаткам процесса, помимо потерь углеводородов при горении следует отнести образование оксидов азота, а следовательно, вторичное загрязнение атмосферы.

К общим недостаткам процессов обезвреживания газовых выбросов путём сжигания относится необходимость организации дополнительной очистки газов при наличии в сжигаемых органических соединениях, кроме углерода и водорода, окисляемых до диоксида углерода и воды, фтора, хлора, серы и т.д.

30. Какой метод очистки отходящих газов от органических в-в явл. наиб. распространенным и почему?

Основным методом очистки от органических в-в в промышленности является применение методов прямого сжигания. Их преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления, универсальность использования, т. к. на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов. Суть этих способов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. Они применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные в-ва. Прямое сжигание используют тогда, когда концентрация горючих в-в в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проходит в обычных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышленных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых факелах( в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей пром-сти). Присутствующие в отходящих технологических газах и вентиляционных выбросах большого числа токсичные пары орг. в-в в большинстве случаев подвергают дедуктивной каталитической очистки. Катализаторы для таких процессов приготовляют на основе меди, хрома, кобальта, марганца, никеля и т. д.

31. Каковы основные недостатки абсорбц. и адсорбц. методов очистки отход. газов
?.

Сущность метода абсорбции заключается в извлечении компонентов отходящего газа из потока растворителем. В качестве растворителя может использоваться вода или органические растворители.

Методы адсорбции основаны на извлечении компонентов отходящего газа за счет их поглощения пористыми адсорбентами. Наиболее часто используемыми адсорбентами являются активные угли, алюмогели, силикагели, цеолиты и иониты.

Существенным недостатком сорбционных методов очистки (абсорбционных и адсорбционных) выбросных газов является необходимость многократной регенерации поглощающих растворов или частичной замены твердого сорбента, что значительно усложняет технологическую схему, увеличивает капитальные вложения и затраты на эксплуатацию.Сравнительный анализ основных известных методов очистки (абсорбционных, адсорбционных, каталитических и термических) показывает, что для осуществления комплексной очистки газа наиболее приемлем абсорбционный ("мокрый") способ. Мокрая очистка не требует дополнительной подготовки газов и применения дорогостоящих катализаторов или адсорбентов, позволяет одновременно проводить очистку от газовых выбросов и дисперсных частиц при оптимальном температурном режиме.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокая очистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т. е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок — периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

Любой процесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразных примесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклические системы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены с пылеочисткой и охлаждением газа.

32. Каковы величины БПК питьевой воды и суммарная концентрация солей в ней по ГОСТу?

Со сточными водами в водные объекты поступают сотни тысяч тонн загрязняющих веществ, в результате качество воды большинства водных объектов России не отвечает нормативным требованиям. Наиболее распространёнными веществами, загрязняющими поверхностные воды, являются нефтепродукты, фенолы, легко окисляющиеся (по БПК) органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитратный азот, а также специфические загрязняющие вещества – лигнин, ксантогенаты, формальдегид и др.

БИОХИМИЧЕСКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ КИСЛОРОДА (БПК)
- показатель загрязнения воды органическими соединениями, определяемый количеством кислорода, пошедшим за установленное время (обычно 5 суток - БПК5) в аэробных условиях на окисление загрязняющих веществ, содержащихся в единице объема воды. Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление ~ 70% легкоокисляющихся органических веществ; практически полное окисление (БПКполн или БПК20) достигается в течение 20 суток. Для источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (ГОСТ 17.1.3.03-77) и водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, БПКполн не должно превышать 3 мг О2/л.

Согласно-РОСТ-2874-73 на питьевую воду, общее содержание солей в ней не должно превышать 1000 мг/л, содержание хлоридов регламентируется на уровне 350 мг/Л, а сульфатов на уровне 500 мг/л.

Проблема обеспечения населения России питьевой водой нормативного качества и в достаточном количестве во многих регионах стала одной из главных, определяющих при проведении экономических реформ и усилении их социальной направленности.

33. С чего начинается разработка замкнутых водооборотных систем?

Анализ показывает, что создание экономически обоснованных замкнутых систем водного хозяйства является весьма трудной задачей.

Необходимо: многократное (каскадное) рациональное использование воды в производстве, применение маловодных или безводных технологических процессов и эффективных способов очистки локальных потоков сточных вод с учетом повторного их использования, создание локальных замкнутых систем техническою водоснабжения, использование сточных вод, прошедших обработку на внеплощадочных очистных сооружениях, в системах технического и охлаждающего водоснабжения и т.д.

Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие друг с другом делают невозможным подбор универсальной структуры бессточных схем, пригодных для применения в различных отраслях народного хозяйства. Создание таких систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснащенности, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и т.д. В ряде отраслей они уже внедрены или внедряются, а в других еще необходимы определённые разработки и подготовка.

Вопросом первостепенной важности при создании замкнутых водооборотных систем является разработка научно-обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и операциях. В подавляющем большинстве технологических операций нет необходимости в использовании воды питьевого качества. Поэтому необходимо оценить максимально допустимые пределы основных показателей качества воды, которые определяются следующими факторами:

- не должно ухудшаться качество получаемого продукта;

- должна обеспечиваться безаварийная работа оборудования; оно не должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения и т.д.;

- не влиять на здоровье обслуживающего персонала за счёт изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.

Исторически сложилось так, что при разработке технологических схем на качество воды не обращали внимания. Питьевая и даже техническая вода в подавляющем большинстве случаев удовлетворяла технологов, а использованную воду просто сбрасывали в водоёмы и только позднее стали направлять на очистные сооружения.

Общими вопросами при разработке замкнутых водооборотных систем для всех отраслей народного хозяйства являются следующие:

- максимальное внедрение воздушного охлаждения вместо водяного: на многих предприятиях на охлаждение расходуется до 70% всей используемой воды;

- размещение комплекса производств на промышленной площадке таким образом, чтобы было возможно многократно (каскадно) использовать воду в технологических производствах;

- последовательное многократное использование воды в различных или идентичных производствах должно по возможности приводить к образованию небольшого объема максимально загрязненных сточных вод, для обезвреживания которых можно подобрать достаточно эффективные (и, как правило, дорогостоящие) методы очистки;

- использование воды для очистки газов только тогда, когда из газов извлекаются и используются ценные компоненты, применение воды для очистки газов от твердых частиц допускается только в случае замкнутого цикла;

- обязательная регенерация отработанных кислот, щелочей и солевых технологических растворов с использованием извлекаемых продуктов в качестве вторичного сырья.

При создании замкнутых водооборотных систем промышленных предприятий водоподготовка и очистка сточных вод должны рассматриваться как единая система. Проектирование замкнутых систем проводится одновременно с проектированием основного производства. Образующиеся при очистке сточных вод осадки перерабатываются в товарную продукцию или выдаются в виде вторичного сырья.

Большое внимание в оборотных системах охлаждающего водоснабжения следует уделять борьбе с биологическим обрастанием, для чего приходится применять специальные ингибиторы, содержащие токсичные вещества, например соли хрома, или хлорировать (озонировать) воду.

Настоятельная необходимость и целесообразность создания замкнутых систем производственного водоснабжения, являющихся основой рационального водопользования, обусловлены тремя основными факторами:

- дефицитом пресной воды.

- исчерпанием обезвреживающей (самоочищающей и разбавляющей) способности водоемов, в которые сбрасываются сточные воды.

- экономическими преимуществами по сравнению с очисткой сточных вод до соответствующих нормативов, позволяющих их сброс в открытые водоёмы.

34. Каковы основные методы обессоливания воды?

Хорошо освоенным и широко применяемым методом обессоливания является дистилляция (как и в природе испарение воды). Для обессоливания морской воды используются установки единичной мощностью от 15 до 40 тыс.м3/сут. Основной их недостаток - большой расход энергии: лучшие из них расходуют не менее 0,02 Гкал на 1 м3 получаемой воды.

В южных странах и в Среднеазиатских республиках для опреснения солёных вод в основном для питьевых целей используют солнечную энергию.

В отдельных случаях для удаления солей применяют вымораживание. Известно, что при медленном охлаждении соленой воды из неё в первую очередь вымораживаются кристаллы льда, практически не содержащего солей.

Во всех странах мира широкое распространение получило обессоливание воды с применением ионитов
. Несмотря на значительные успехи в развитии методов химического обессоливания воды и дистилляции ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубокообессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.

Основными недостатками общепринятых технологических схем ионообменной очистки является значительное количество солей, образующихся при регенерации ионообменных фильтров (к извлекаемым из очищаемой воды солям прибавляется в 2-4 раза большее количество солей от регенерации ионообменных смол).

Экономический анализ показывает, что при использовании дистилляционного опреснения целесообразно применение высокопроизводительных станций (мощностью несколько десятков тыс.м3/сут) и сильноминерализованных вод (более 10 г/л). Мембранные методы обессоливания в настоящее время целесообразно применять для опреснения вол с содержанием солей до 15 г/л. Электродиализ и обратный осмос позволяют получать воду относительно низкой стоимости на установках малой и средней ( до нескольких тыс.м3/сут) производительности. В ряде случаев хорошие результаты достигаются при комбинации методов: дистилляции и электродиализа или обратного осмоса, ионного обмена или обратного осмоса и электродиализа и др.

Переработка рассолов и рапы
. Все обессоливающие установки наряду с очищенной пресной водой производят определенное количество растворов со значительной концентрацией солей - рассолов и даже рапы. Эти концентрированные растворы должны быть либо утилизированы в производственных процессах, либо подвергнуты дальнейшему концентрированию до получения твердых солей с последующим их использованием или безопасным захоронением.

В ряде водооборотных схем, разработанных и внедренных в нашей стране, выделенные при очистке сточных вод вещества широко используются для получения товарной продукции. Следует, однако, отметить, что в целом проблема переработки рассолов и рапы решается крайне медленно. В то же время без решения данной проблемы может замедлиться создание замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятии. В любой замкнутой системе водоснабжения неизбежно накапливаются соли, которые должны быть выведены и переработаны, и чем больше замкнутых систем промышленного водопотребления будет создано, тем более острой будет проблема переработки этих рассолов и рапы.

35. Какой метод очистки воды от солей в природе имеет наибольшее значение?

Огромное значение для очистки воды в природе имеет естественное испарение. Оно происходит с поверхности водных объектов, растений, льда, снега и т. д. за счет энергии, получаемой Землей от Солнца. Испарение идет тем интенсивнее, чем больше разница между количеством пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, и его фактическим содержанием в воздухе. Ему способствует ветер.При испарении вода очищается, освобождается от растворенных и нерастворенных примесей. Таким образом в атмосфере оказывается чистая вода ( до 99%). Мировой океан является гиганским испарителем и источником «чистой» воды. Хорошо освоенным и применяемым в быту методом обессолевания является дистилляция, основанная на принципах естественного испарения.

36. Каковы основные методы очистки воды от орг. примесей?

Основным методом очистки сточных вод от органических примесей является биологическое окисление (аэробное в присутствии кислорода и анаэробное в его отсутствие). Процесс биохимической очистки по своей сути - природный, его характер одинаков для процессов, протекающих как в водоёмах и очистных сооружениях, так и в сосудах для определения ВПК. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов (таких, как водоросли и грибы), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Это сообщество принято называть активным илом. Последний содержит от 106 до 1014 клеток на 1 г сухой биомассы (около 3000 мг микроорганизмов на литр сточной воды).

Аэробный процесс
. Для жизнедеятельности живых организмов необходимо поддерживать соответствующие условия:

- температура процесса 20-З0 С;

- рН среды 6,5-7,5;

- соотношение биогенных элементов БПКП : N : Р не более 100 : 5 : 1;

- кислородный режим на уровне не ниже 2 мгО2/л;

- содержание токсичных веществ не выше (тетраэтилсвинца 0,001 мг/л, соединений бериллия, титана, шестивалентного хрома и оксида углерода 0,01 мг/л, соединений висмута, ванадия, кадмия и никеля 0,1 мг/л, сульфата меди 0,2 мг/л, цианистого калия 2 мг/л)

Все органические соединения окисляются по-разному. Первичные спирты окисляются легче вторичных, а вторичные - легче третичных.

Биохимическая (аэробная) очистка, сточных вод проводится в специальных сооружениях: аэротенках, окситенках, биофильтрах, биологических прудах и т.д. На аэробную очистку направляются сточные воды с содержанием органических веществ (по БПК) до 5000 мгО2/л; конечная их концентрация - до 10 мгО2/л. Принципиальные схемы широко распространённых одно- и трехкоридорных аэротенков.

Анаэробный процесс.

В этом случае происходит биологическое окисление органических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счёт химически связанного кислорода в таких соединениях как SO2-4, SО32- и СО32-. Процесс протекает в две основные стадии; на первой образуются органические кислоты, на второй образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и диоксид углерода:

Анаэробный процесс весьма чувствителен к залповым сбросам, а восстановление микрофлоры может продолжаться от 1 до 6 месяцев, хотя в нормальных условиях микрофлора может храниться 12-18 месяцев и начать работать в течение нескольких дней.

В анаэробном процессе по сравнению с аэробным образуется значительно меньше шлама - примерно 1/3-1/5 от его количества в случае аэробного процесса. Он значительно дешевле (нет аэраторов), но в связи с образованием метана взрыво- и пожароопасен.

Основная цель анаэробной обработки - уменьшение объёма активного ила или количества органических веществ в сточной воде, получение метана и самое главное получение хорошо фильтрующегося и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве при условии, что содержание тяжёлых металлов в них не превышает ПДКП. Получаемый в метан-тенках газ содержит до 75%(об.) метана (остальное - диоксид углерода и воздух) и используется в качестве горючего.

37. Какова природа аэробной биохимической очистки воды?

38. Какой процесс при обезвреживании органических в-в сточных вод в аэротенках имеет наибольшее значение?

В искусственных условиях очистку от орг. в-в проводят в аэротенках . Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары. Процесс очистки в аэротенке идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила. Аэрация необходима для насыщения воды кислородом и поддержания ила во взвешенном состоянии. Аэротенк представляет собой открытый бассейн , оборудованный устройствами для принудительной аэрации. Они бывают двух,3,4-коридорные. Глубина аэротенков 2-5м.

Наибольшее значение при обезвреживании орг. в-в имеет аэрация (насыщение кислородом). Растворимость кислорода в воде мала ( зависит от температуры и давления), поэтому для насыщения падают большое кол-во воздуха). При аэрации должна быть обеспечена большая поверхность контакта между воздухом. сточной водой и илом, что явл –ся необходимым условием эффективной очистки.

39. В чем суть анаэробного метода очистки сточных вод?

В этом случае происходит биологическое окисление орфических веществ в отсутствие молекулярного кислорода за счёт химически связанного кислорода в таких соединениях как SO2-4, SО32- и СО32-. Процесс протекает в две основные стадии; на первой образуются органические кислоты, на второй образовавшиеся кислоты преобразуются в метан и диоксид углерода:

Основная цель анаэробной обработки - уменьшение объёма активного ила или количества органических веществ в сточной воде, получение метана и самое главное получение хорошо фильтрующегося и без запаха осадка. Осадки после фильтрации могут быть использованы в качестве удобрения в растениеводстве при условии, что содержание тяжёлых металлов в них не превышает ПДКП. Получаемый в метан-тенках газ содержит до 75%(об.) метана ( остальное - диоксид углерода и воздух) и используется в качестве горючего.

40.
Проанализировать комбинированную схему анаэробной и аэробной очистки сточных вод и использование шламов
?

Городские сточные воды в 1-ую оч-дь поступают в отстойник, в кот. образ-ся активный ил, затем воды переходят в спец. сооружение под назв-ем аэротенк, где происходит биохим. очистка, потом сточ. воды опять поподают в отстойник, в кот. отделяется активный ил, а вся остальная вода хлорируется и сбрасывается в водоем.

Актив. ил подвергается альтернативному исп-ю.: а). сжигание, б). анаэроб. разложение. в). внесение в почву. г). захоронение.

41.
Проанализировать основные мембранные методы очистки сточных вод

Весьма перспективными и уже получившими широкое распространение методами удаления солей являются мембранные - электродиализ и обратный осмос. Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоцированных солей в поле постоянного тока через селективные мембраны из естественных или синтетических материалов. Метод позволяет разделять не только сточные воды на обессоленную чистую воду и концентрированный раствор солей, но и раствор солей на кислоты, щёлочи и другие составляющие. За рубежом метод электродиализа широко применяется для обессоливания воды. Во всех странах мира широкое распространение получило обессоливание воды с применением ионитов. Несмотря на значительные успехи в развитии методов химического обессоливания воды и дистилляции ионный обмен до сих пор остается основным методом приготовления глубокообессоленной воды для АЭС и ТЭС с паровыми котлами высокого, сверхвысокого и критического давления, а также для получения ультрачистой и обессоленной воды для химической, электронной и некоторые других отраслей промышленности.

Появление таких методов обессоливания воды, как электродиализ и обратный осмос, не ослабил интереса к ионообменному обессоливанию. Надо полагать, что на ближайшие 10-15 лет этот метод будет самым распространенным и экономически наиболее предпочтительным методом глубокого обессоливания воды со средней степенью минерализации. Экономический анализ показывает, что при использовании дис-тилляционного опреснения целесоопразно применение высокопроизводительных станций и сильноминерализованных вод. Мембранные методы обессоливания в настоящее время целесообразно применять для опреснения вол с содержанием солей до 15 г/л.

42. Каковы недостатки процесса обратного осмоса?

Электродиализ и обратный осмос позволяют получать воду относительно низкой стоимости на установках малой и средней ( до нескольких тыс.м3/сут) производительности.

В ряде случаев хорошие результаты достигаются при комбинации методов: дистилляции и электродиализа или обратного осмоса, ионного обмена или обратного осмоса и электродиализа и др.

43. Что такое вторичные энергетические ресурсы и как они используются?

Под вторичными энергетическими ресурсами (далее – ВЭР) понимается энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате-источнике ВЭР, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других потребителей.

По видам энергии ВЭР подразделяются на горючие и тепловые.

Горючие ВЭР – это содержащие химически связанную энергию отходы технологических процессов, неиспользуемые или непригодные для дальнейшей технологической переработки, которые используются или могут быть использованы в качестве котельно-печного топлива.

К горючим ВЭР относятся: горючие отходы процессов химической и термохимической переработки углеродистого или углеводородного сырья (метано-водородная фракция производства этилена, Х-масла производства капролактама, кубовые остатки и другие), горючие газы плавильных печей, лигнин гидролизного производства, сульфатные и сульфитные щелока целлюлозно-бумажной промышленности, сивушные масла, отработанные нефтепродукты и другие горючие ВЭР.

Продукты и отходы топливоперерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, торфоперерабатывающих и других), отходы деревообработки (опилки, стружка, щепа, обрезь и так далее), отходы сельскохозяйственной деятельности (солома, костра, стебли кукурузы и прочие отходы растительного и животного происхождения) являются одними из видов природного топлива или продуктов переработки топлива и к горючим ВЭР не относятся.

К тепловым ВЭР относятся: физическое тепло продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), которое не используется в самом агрегате-источнике ВЭР, но используется или может быть использовано для теплоснабжения других потребителей. К тепловым ВЭР относится теплота:

уходящих дымовых газов топливопотребляющих установок;

отходящих газов технологических установок;

избыточное тепло жидких и газообразных продукционных потоков;

конденсата, не подлежащего возврату на котельные и ТЭЦ;

охлаждающей воды, в том числе и в системах оборотного водоснабжения;

организованные вентиляционные выбросы;

сточные воды и другие.

Тепловые ВЭР могут использоваться для удовлетворения потребностей в энергии непосредственно (без изменения вида энергоносителя) либо за счет выработки тепла (пара, горячей воды, воздуха) в утилизационных установках.

Твердые, жидкие и газообразные горючие ВЭР учитываются при любом режиме их выхода.

Жидкие и газообразные тепловые ВЭР должны быть учтены при их выходе более 0,025 Гкал/ч и температуре потока на выходе из агрегата - источника ВЭР не менее 250
С. Не подлежат учету дымовые газы котельных установок при их температуре менее 2000
С.

44. Какова система сбора и переработки промышленных отходов?

При производстве продукции в неё переходит около 10% исходного сырья и материалов. Общая полезная степень использования добываемых материалов составляет примерно 30%. Оценивая значение использования отходов с точки зрения рационального природопользования, следует иметь в виду, что в структуре производственных затрат определяющим являются затраты на сырьё, топливо и материалы. В общем объёме валового общественного продукта эти затраты составляют около 60%. Исключительно пагубное влияние отходов на окружающую среду вызывает всеобщую озабоченность.

В настоящее время Госкомэкология России проводит серьёзную работу по формированию правовой базы в области обращения с отходами, отвечающей современным требованиям. Подготовлен проект Федерального закона «Об отходах производства и потребления», который принят Госдумой. Этот закон, «Об охране окружающей природной среды», определяет государственную политику в области обращения с отходами производства и потребления.

Основной тенденцией в сфере управления отходами в развитых странах мира является их минимизация путём:

- предотвращения или уменьшения образования отходов;

- улучшения качества образующихся отходов, включая уменьшение количества токсичных веществ в них;

- повторного использования, рецикла и восстановления или извлечения полезных компонентов из них.

В большинстве стран соблюдается следующий приоритетный ряд в обращении с отходами:

- предотвращение образования отходов имеет приоритет перед повторным их использованием;

- повторное использование или рецикл в том же процессе предпочтительнее внешнего использования;

-использование отходов предпочтительнее использования их энергии (получаемой, например, путём сжигания); однако в Германии, Корее и Швейцарии оба направления обладают равной приоритетностью;

- во всех странах повторное использование или восстановление (извлечение) имеет безусловный приоритет перед складированием или захоронением;

- в ряде стран сжигание отходов относится к категории "минимизация", только в случае использования энергии.

45. Какова система сбора и переработки твердых бытовых отходов?

Для ближайшего будущего система сбора и переработки ТБО, вероятно, будет выглядеть следующим образом:

- площадка для приёма и первичного осмотра отходов;

- платформа предварительной сортировки (удаление крупногабаритных отходов, таких, как мебель, бытовая техника и т.д.);

- устройство для разрыва пакетов и отделения органической части отходов для последующей переработки (например, компостированием);

- платформа вторичной сортировки для ручного извлечения ценных компонентов для повторного использования (бумага, картон, различные виды пластмасс, стекло и т. д.) с последующим прессованием;

- секция магнитного выделения железосодержащих материалов (консервных банок, например) и прессования;

- секция для выделения изделий из цветных металлов (в первую очередь алюминиевых банок ) за счёт наведённого электрического поля;

- оборудование для высокоплотного прессования неиспользуемых компонентов ТБО для вывоза на полигон.

Однако в настоящее время в нашей стране да и в большинстве других стран основными методами обезвреживания твёрдых бытовых отходов являются вывоз на санитарные свалки (если только наши свалки можно назвать таковыми), сжигание и компостирование (по крайней мере органической их части).

46. Какая из проблем при переработке и обезвреживанию бытовых отходов является наиболее сложной?

Сжигание с использованием тепла и без использования тепла
. Метод сжигания (или в общем виде термические методы обезвреживания твёрдых бытовых отходов) имеет как несомненные достоинства (можно использовать теплоту сгорания ТБО для получения электроэнергии и отопления зданий, надёжное обезвреживание отходов), так и существенные недостатки. Необходима хорошая система очистки топочных газов, так как при сжигании ТБО в атмосферу выделяются хлористый и фтористый водород, сернистый газ, оксиды азота, а также металлы и их соединения (цинк, кадмий, свинец, ртуть и т. д. в основном в виде аэрозолей) и, что особенно важно, в процессе горения отходов образуются диоксины, дифенилы и лифураны, присутствие которых в отходящих газах значительно осложняет их очистку из-за малой концентрации этих высокотоксичных соединении. Разновидностью процесса сжигания является пиролиз - термическое разложение ТБО без доступа воздуха. Применение пиролиза позволяет уменьшить воздействие ТБО на окружающую среду и получать такие полезные продукты, как горючий газ, масло, смолы в твердый остаток (пирокарбон).

Широко рекламируется процесс высокотемпературной переработки бытовых и промышленных отходов в барботируемом шлаковом расплаве. Основным агрегатом технологической схемы является барботажная печь.

Печь проста по конструкции, имеет небольшие габариты, высокую производительность и высокую эксплуатационную надежность.

Процесс осуществляется следующим образом. Бытовые отходы подают в загрузочное устройство периодически. Толкатель сбрасывает их я шлаковую ванну, продуваемую воздухом, обогащенным кислородом. В ванне отходы быстро погружаются в интенсивно перемешиваемый вспененный расплав. За счет интенсивной теплопередачи отходы подвергаются скоростному пиролизу и газифицируются. Минеральная их часть растворяется в шлаке, а металлические предметы расплавляются, и жидкий металл опускается на полипу. При низкой калорийности отходов для стабилизации теплового режима в качестве дополнительного топлива в печь подают в небольших количествах энергетический уголь. Вместо угля может быть использован природный газ. Для получения шлака заданного состава загружают флюс.

Шлак
выпускается из печи через сифон непрерывно или периодически и подается в жидком виде на переработку. Химический состав шлака можно регулировать в широких пределах, получая композиции, подходящие для производства различных строительных материалов - каменного литья, щебня, наполнителей для бетонов, минерального волокна, цемента.

Металл
через переток поступает в сифон и непрерывно или порциями сливается в ковш и далее передаётся на переработку или непосредственно у печи разливается в чушки либо гранулируется.

Горючие газы
— продукты пиролиза и газификации отходов и угля, выделяющиеся из ванны, дожигают над ванной путем подачи воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода.

Печные высокотемпературные (1400-1600С) газы отсасываются дымососом в паровой котёл для охлаждения и полезного использования их энергии. В котле осуществляется полное дожигание газов. Затем охлаждённые газы направляются в систему очистки. Перед сбросом в атмосферу производится их очистка от пыли и вредных примесей.

Дымовые газы
благодаря высокотемпературному сжиганию содержат значительно меньше органических соединений, в частности диоксинов.

Перевод в условиях
процесса щелочных и щёлочноземельных металлов в парогазовую фазу способствует связыванию хлора, фтора и оксидов серы в безопасные соединения, улавливаемые при газоочистке в виде твёрдых частиц пыли.

Замена воздуха
кислородом позволяет в 2-4 раза снизить объём дымовых газов", облегчить их очистку и уменьшить сброс токсичных веществ в атмосферу.

Вместо большого количества зольного остатка (до 25% при обычном сжигании), содержащего тяжёлые цветные металлы и диоксины, образуется инертный шлак, являющийся сырьём для производства строительных материалов.

Пыль
, выносимая из печи с дымовыми газами, селективно улавливается на разных ступенях очистки. Количество пыли в 2-4 раза меньше, чем при использовании традиционных печей. Крупная пыль (до 60%) возвращается в печь, мелкая, представляющая собой концентрат тяжёлых цветных металлов (цинка, свинца, кадмия, олова и др.), пригодна для дальнейшего использования

47. Каковы основные перспективы направления переработки ТБО?

Проблема ТБО в наст. вр. явл. весьма акт-ой. Рост населения и общее повыш-е жизн-го уровня привели к увелич-ю потреб-я товаров, а след-но упаковоч. мат-в, что сказалось на кол-ве ТБО. В наст. вр. с-ма сбора и перераб. ТБО превр. к круп. отрасль. пром-ти. Отходы производства и потребления, которые образуются в народном хозяйстве, являются вторичными материальными ресурсами (ВМР).
Вторичные материальные ресурсы - это ещё не вторичное сырьё. Вторичное сырьё определяется как «вторичные материальные ресурсы, которые в настоящее время могут повторно использоваться в народном хозяйстве», т.е. имеются технические и экономические предпосылки для этого. Вторичные материалы, для использования которых в настоящее время условий пока нет, относятся к неиспользуемым отходам. Опыт большинства стран показал, что будущее за раздельным сбором ТБО населением (по эффективности ему нет альтернативы), но вводить его можно только тогда и только там, где общественное сознание, культура населения приемлют его. Количество контейнеров (или частей ТБО при раздельном сборе) не должно превышать трех-четырех, пять уже много даже для высокоразвитых стран и центров культуры. В практическом плане сейчас рассматриваются различные комбинации переработки ТБО с различной долей сепарации, в том числе и населением.

48. Каковы основные требования к полигонам для захоронения токсичных веществ и пути их реализации?

Обезвреживание и захоронение токсичных отходов проводится на специальных полигонах.

Выбор места для полигона, проектирование, строительство и функционирование строго регламентировано нормативными документами. Полигон размещается в обособленных, свободных от застройки, хорошо проветриваемых местах, которые допускают осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение окружающей среды, населённых пунктов, зон отдыха трудящихся и источников питьевого водоснабжения.

Особое внимание уделяется проектированию дождевой, хозяйственно-бытовой канализации и дренажа.

Полигоны являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений и т. д., т. е. от всех источников их образования.

Приему на полигон подлежат только токсичные отходы I, П, III и, при необходимости, IV классов опасности, перечни которых в каждом конкретном случае согласовываются с органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической и коммунальной служб, заказчиком и разработчиком проекта полигона.

Твердые промышленные отходы IV класса опасности по согласованию с органами и учреждениями санитарно-эпидемиологического и коммунальной служб могут вывозиться на полигоны складирования городских бытовых отходов и применяться в качестве изолирующего инертного материала в средней и верхних частях карт полигона. Прием твердых промышленных отходов IV класса опасности на участок захоронения токсичных промышленных отходов допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Жидкие токсичные промышленные отходы перед вывозом на полигон должны быть обезвожены на предприятиях. Допускается приём на полигон жидких токсичных отходов только от промышленных предприятий, на которых согласно технико-экономическому обоснованию их обезвреживание нерационально.

Технологическая схема работы полигона должна предусматривать следующие основные мероприятия:

-организацию сбора неутилизируемых токсичных отходов на предприятиях-поставщиках;

- организацию транспортировки токсичных отходов на полигон;

- организацию приёма токсичных отходов на полигоне, их обезвреживание и захоронение.

Временное хранение отходов осуществляется, как правило, на стационарных складах.

Допускается временное хранение отходов на специальной площадке под навесом при соблюдении следующих условий:

- содержание вредных веществ в воздухе над промышленной площадкой на высоте до 2 м от поверхности земли не должно превышать 30% 11ДК для рабочей зоны;

- содержание вредных веществ в подземных и поверхностных водах и в почве на территории предприятия не должно превышать ПДК этих веществ и должно соответствовать государственным стандартам;

- площадка для временного хранения отходов должна располагаться в подветренной зоне территории и быть покрыта неразрушаемым и непроницаемым для токсичных веществ материалом.

49. Какой из методов наиболее часто используется при обезвреживании токсичных отходов и почему?

Высокотемпературное обезвреживание токсических веществ.

Поскольку не менее 2/3 токсичных веществ являются органическими соединениями, то и высокотемпературное сжигание служит основной операцией для любого полигона по обезвреживанию токсичных отходов.

Установка для сжигания твёрдых, пастообразных и жидких неутилизируемых токсичных отходов состоит из:

- системы подачи и дозировки отходов;

- печи с вращающимся барабаном;

- камеры дожигания;

- системы золо- и шлакоудаления;

- котла-утилизатора;

- системы очистки дымовых газов.

Условия сжигания и дожигания органических отходов строго регламентированы.

Наиболее широкое признание в настоящее время получили процессы обезвреживания токсичных отходов при производстве цемента и строительной керамики. Неотъемлемой частью технологии таких процессов является высокотемпературная обработка

50. Какие токсичные отходы вывозятся на специальные полигоны, А какие можно вывозить на свалки ТБО и почему?

В соответствии с ГОСТ токсические отходы делятся на четыре класса опасности: I класс - чрезвычайно опасные, П - высокоопасные, Ш - умеренно опасные и IV - малоопасные.

Не подлежат приему на полигон отходы следующих видов:

- отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов или других веществ (отсутствие методов утилизации и переработки отходов в каждом конкретном случае должно быть подтверждено соответствующими министерствами или ведомствами);

- радиоактивные отходы;

- нефтепродукты, подлежащие регенерации.

51. Какова роль производства строительных материалов (и каких именно) в обезвреживании токсичных веществ?

Обезвреживание токсичных отходов при производстве цемента в развитых странах за последнее десятилетие стало повседневной практикой

Обезвреживание токсичных отходов при производстве цемента имеет следующие преимущества по сравнению с их сжиганием в специальных установках:

- высокая температура
в пламени - 2000С;

- время пребывания газов
при температуре выше 1200С от 5 до 6 с при требуемых 2с;

- избыток кислорода при сжигании
и после него;

- высокая турбулентность;

- нейтрализация кислых газов (диоксида серы и хлористого водорода) оксидом кальция;

- связывание тяжёлых металлов, находящихся в отходах;

- после очистки не образуются побочные продукты, как шлак, зола и шламы;

- экономится энергетическоё сырьё и уменьшается объём выделяющихся «парниковых» газов;

-малые капитальные затраты.

При производстве цемента используется большое количество различных промышленных отходов, в том числе шламов очистных сооружений. В цементных печах нельзя использовать только радиоактивные и инфицированные медицинские отходы.

Большие количества различных токсичных отходов (шламы гальванических производств, отработанные смазочно-охлаждающие жидкости - СОЖ
, обезжиривающие растворы, древесные опилки, формовочная земля, нерегенерируемые масла, отходы бумажной промышленности, лигнин, смесь мазута и шлама) использовались на Палемонасском керамическом заводе. Внедрению этих процессов предшествовала длительная и кропотливая работа.

Отработанная формовочная смесь полностью заменяет песок, при её использовании достигается надёжное обезвреживание токсичных компонентов смеси. Оптимальное количество формовочной смеси составляет 15-17%, но если в состав глиняной сырьевой смеси входят и другие отощители (гидролизный лигнин, опилки, отходы углеобогащения), содержание формовочной смеси литейного производства должно быть уменьшено. Промышленные испытания показали, что хром из глиняного кирпича с добавкой отходов формовочной смеси литейного производства не вымывается.

Проверена возможность использования гальванического шлама в производстве керамзита.

Последующие промышленные испытания показали, что при введении в сырьевую смесь гальванического шлама в количестве 3% наблюдается заметное повышение прочности и понижение плотности керамзита, а также уменьшение температуры вспучивания.

Тяжёлые металлы в керамзите надёжно связаны в химические соединения (оксиды и силикаты) и не представляют опасности для окружающей среды. Введение до 3% шлама не влияет на качество керамзитового гравия и основные технологические процессы его переработки.

При производстве керамзита «мокрым» способом в сырьевую смеь вводят воду в количестве 40 – 50 %. Этот способ позволяет использовать отработанные СОЖ и нерегенерируемые масла без предварительной подготовки, например концентрирования, что значительно облегчает их обезвреживание как для крупных, так и особенно для мелких металлообрабатывающих предприятий.

С целью переработки отходов СОЖ, получаемых на различных предприятиях в небольших количествах и неоднородных по составу, предусмотрена их предварительная сортировка, накопление и усреднение, а потом уж использование.

Используются и отходы растворов, применяемых для обезжиривания поверхности металла перед электрохимической обработкой. Обезжиривающие растворы содержат ПАВ, фосфаты и силикаты натрия, а также нефтепродукты, растворившиеся в процессе обезжиривания.

Согласно заключению санитарно-эпидемиологической станции загрязнения атмосферного воздуха продуктами переработки отходов не обнаружено. На заводе внедрена замкнутая система водопотребления, твёрдые отходы не образуются.

52. Основные проблемы и пути их решения при организации безотходных ТПК и эко-промышленных парков?

В рамках территориально-производственных комплексов складываются наиболее благоприятные условия для решения сложнейших экологических проблем путём кооперирования различных производств таким образом, чтобы отходы одних предприятий использовались другими, решения транспортных проблем, размещения жилых массивов и рекреационных территорий и т. д, «Территориально-производственным комплексом называется такое экономическое сочетание предприятий в одной промышленной точке или в целом районе, при котором достигается определённый экономический эффект за счёт удачного (планового) подбора предприятий в соответствии с природными и экономическими условиями района, с его транспортным и экономико-географическим положением».

Экономическое развитие ТПК предусматривает создание эффективной структуры производства основных видов продукции, инфраструктуры для обеспечения выпуска этой продукции, охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. При размещении производительных сил необходимо:

- максимально сохранять природные условия на заповедных территориях;

- внедрять малоотходные и безотходные или чистые процессы и производства, потребляющие минимальное количество сырья и материалов;

- экономно использовать имеющиеся земли и, в первую очередь, плодородные;

- перераспределять природные ресурсы и промышленное сырье с целью создания условий для сохранения благоприятной природной среды;

- ограничивать или даже прекращать отдельные производства в некоторых районах (курортных или туристских зонах, заповедниках, зонах интенсивной жилой застройки и др.), а в ряде случаев, наоборот, создавать новые (например, предприятия по производству стройматериалов, на которых можно использовать большинство отходов).

Большое значение в деле охраны окружающей среды имеют разработка и строительство в населенных пунктах и на предприятиях очистных сооружений, переработка промышленных и коммунальных отходов, озеленение, создание санитарно-защитных зон и проведение некоторых других санитарно-гигиенических мероприятий.

Особое внимание следует уделять предприятиям, производящим строительные материалы, поскольку они могут использовать большое количество отходов, что дает возможность не только улучшить экономические показатели предприятий и региона в целом, но и весьма ощутимо уменьшить вредное воздействие промышленности на окружающую среду. Переработка многотоннажных отходов химических, металлургических, энергетических и других производств в ценные строительные материалы и изделия позволяет высвободить дефицитные земельные угодья, отводимые под отвалы, весьма существенно уменьшить загрязнение окружающей среды и повысить степень обеспеченности народного хозяйства страны строительными материалами при минимальных издержках производства. Использование отходов способствует повышению рентабельности как предприятий, их производящих, так и предприятий, перерабатывающих отходы, снижению затрат на геологоразведочные работы и экономии природного сырья в целом, т. е. повышению эффективности капитальных вложений в народное хозяйство.

«Эко-промышленный парк - объединение производителей товаров и услуг, желающих улучшить экономическое и экологическое состояние путём совместного управления природными ресурсами (энергией, водой и материалами) и окружающей средой. Работая вместе, производители надеются получить коллективный эффект больше, чем они имели бы по отдельности».

Цель ЭПП - улучшить экономическое состояние участвующих производителей и уменьшить загрязнение окружающей среды. Данный подход включают планирование (или перепланирование) инфраструктуры парка, предотвращение загрязнения окружающей среды, повышение эффективности использования сырьевых и энергетических ресурсов и партнёрство между производителями товаров и услуг. Через взаимную кооперацию эти предприятия становятся промышленной экосистемой.

Одним из наиболее известных эко-промышленных парков является промышленный парк Бёнсаид (BurnsideIndustrialpark) в Новой Шотландии (Канада) В проекте выделено несколько ключевых позиций:

- организация материальных и энергетических потоков
между предприятиями, информационной системы об отходах, привлечение компаний, традиционно занимающихся сбором, обезвреживанием и утилизацией отходов;

- увязка в единый природный комплекс зданий и парка
, обогрев жилищ солнцем и использование болот для обезвреживания сточных вод;

- создание доступной для всех
предпринимателей информационной системы о необходимых материалах, используемой энергии и образующихся в регионе отходах;

- организация обратной связи внутри
предприятий и между ними, а также с управлением парка.

Разработана компьютерная программа ЕСОРАRК для управления парком и предприятиями, в него входящими. Она содержит базу данных о предприятиях, используемых материалах и технологиях, законодательстве и регламентирующих документах, правительственной помощи, продукции из рециркулируемых и восстановленных материалов и проводимых исследованиях. Создание ЕСОР АRК позволяет бизнесменам определить потенциальный рынок для продукции и провести анализ затрат и выгод. Всё это способствует успешному функционированию эко-промышленного парка.

Слов:	17194
Символов:	145575
Размер:	284.33 Кб.

Название реферата: Основы промышленной экологии