Экология и здоровье человека

     Концентрация  вредных веществ в воздухе  производственных помещений не должна превышать ПДК_р.з., в воздухе для вентиляции производственных помещений – 0,3 ПДК_р.з.; в атмосферном воздухе населенных пунктов – ПДК _м.р.; в зоне отдыха и курортов - 0,8 ПДК _м.р..

     Нормы ПДК служат исходной базой для  проектирования и экспертизы новых  машин и механизмов, технологических  линий, промышленных сооружений и предприятий, а также для расчета вентиляционных, газопылеулавливающих и кондиционирующих систем, контролирующих приборов и систем сигнализации.

     Основные  организации, контролирующие выбросы  предприятий в атмосферный воздух, – санитарно-эпидемиологические станции (СЭС); территориальные управления Федеральной  службы России по гидрометеорологии  и мониторингу окружающей среды; Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок.

     Для предотвращения загрязнения атмосферы  введены нормативы на выбросы  вредных веществ непосредственно  из каждого источника (труба, шахта  и т.д.). Государственным стандартом (1990 г.) установлены величины предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в атмосферу:

     ПДВ – количество вредных веществ, выбрасываемых  в единицу времени (г/с), которое в сумме с выбросами из других источников загрязнения не создает приземной концентрации примеси, превышающей значение ПДК. Это научно-технический норматив для конкретного источника загрязнения, обязательный для данного предприятия.

     Если  в воздухе населенных мест концентрация превышает ПДК, а величина ПДВ  по объективным причинам не может  быть достигнута, то фактический выброс называется временно согласованным выбросом (ВСВ).

     Нормативные выбросы вредных веществ устанавливают  для каждого источника загрязнения  в г/с и для всего предприятия в целом (т/год). При установлении ПДВ или ВСВ необходимо учитывать фоновые концентрации, значения которых определяются для предприятия территориальными организациями Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Для городов с населением меньше 250 тыс. человек приняты следующие нормы фоновых концентраций основных токсикантов:

     SО ₂ – 0,1 мг/м³ СО – 1,5 мг/м

     NО₂ – 0,03 мг/м³ пыль – 0,2 мг/м³

     Методика  для расчета ПДВ основана на применении модели, которая учитывает индивидуальные свойства загрязнителя (ПДК_м.р.); фоновую концентрацию С_ф; геометрические размеры источника загрязнения (h – высота, м; D – диаметр устья, м); условия выхода газового потока из источника (Т – разность температур выбрасываемой смеси и окружающего воздуха, V – средняя скорость выхода смеси из устья источника, м/с); W, f – условия вертикального и горизонтального рассеивания вредного вещества в атмосферном воздухе; А, – показатель относительной агрессивности; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе; п – коэффициент, учитывающий рельеф местности.

     Физико-химические методы очистки атмосферы  от газообразных загрязнителей. Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами – создание новой безотходной технологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

     Многие  действующие предприятия используют технологические процессы с открытыми  циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в  атмосферу подвергаются очистке  с помощью скрубберов, фильтров и  т.д. Это дорогая технология, и  только в редких случаях стоимость  извлекаемых из отходящих газов  веществ может покрыть расходы  на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

     Наиболее  распространены при очистке газов  адсорбционные, абсорбционные и  каталитические методы.

     Санитарная  очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО₂, СО, оксидов азота, 8O₂, от взвешенных частиц.

• Очистка газов от СО₂.

     а) Абсорбция водой. Простой и дешевый  способ, однако эффективность очистки  мала, так как максимальная поглотительная способность воды – 8 кг СО₂ на 100 кг воды.

     б) Поглощение растворами этанол-аминов по реакции:

     2R – NH₂ + СО₂ + Н₂О → (R – NH₃)₂СО₃.

     В качестве поглотителя обычно применяется  моноэтаноламин.

     в) Холодный метанол СН₃ОН является хорошим поглотителем СО₂ при -35°С.

     г) Очистка цеолитами типа СаА. Молекулы СО₂ очень малы (d = 3,1 ). Для извлечения СO₂ из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО₂) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.д.) используются молекулярные сита типа СаО.

• Очистка газов от СО.

     а) Дожигание на Pt/Pd (платино-палладиевом) катализаторе:

     2СО + О₂ → 2СО₂.

     б) Конверсия (адсорбционный метод):

     СО + Н₂О → СО₂ + H₂.

• Очистка газов от оксидов азота.

     В химической промышленности очистка  от оксидов азота на 80% и более  осуществляется в основном в результате превращений на катализаторах.

     а) Окислительные методы основаны на реакции  окисления оксидов азота с  последующим поглощением водой  и образованием НNО₃:

     окисление озоном в жидкой фазе по реакции:

     2NO + О₃ + Н₂О → 2 НNО₃;

     окисление кислородом при высокой температуре:

     2NO + О₂ → 2NО₂.

     б) Восстановительные каталитические методы основаны на восстановлении оксидов  азота до нейтральных продуктов  в присутствии катализаторов  или под действием высоких  температур в присутствии восстановителей. Процесс восстановления можно представить  в виде следующей схемы:

      N₂О₅  →  N₂О₄  → NО₂ →  NO                     N₂ +О₂.

     -11°C        21,5°C      140°C      600°C   ^{10 000°С}

     Разложение  оксидов азота до нейтральных  соединений (2NO → N₂ + О₂) происходит в потоке низкотемпературной плазмы (10 000°С). Этот процесс при более низких температурах в присутствии катализатора протекает в двигателях внутреннего сгорания. Присутствие восстановителей в зоне реакции (угля, графита, кокса) также понижает температуру реакции восстановления. При температуре 1000°С степень разложения N0 в реакции С + 2NO → СО₂ + N₂ составляет 100%.

     При температуре выхлопных газов  автомобиля в двигателе внутреннего  сгорания возможна реакция:

     2NO + 2СО → N₂ + 2СО₂.

     в) Сорбционные методы.

     Это адсорбция оксидов азота водными  растворами щелочей и известью СаСО₃ и адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (угли, торф, силикагели, цеолиты).

• Очистка газов от SO₂.

     ТЭС мощностью 1 млн кВт при работе на каменном угле выбрасывает в атмосферу 11 тыс. т SO₂, на газе – 20% этого количества.

     Очистка дымовых газов электростанций обходится  сейчас приблизительно в 300–400 тыс. руб. за 1 кВт в год. Снижение доли серы в нефтепродуктах на 0,5% обходится  при этом в 30 тыс. руб. на 1 т. Методы улавливания SO₂ требуют больших затрат, их можно разделить на аммиачные, нейтрализации и каталитические.

     Эффективность очистки зависит от множества  факторов: парциальных давлений SO₂ и O₂ в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличия и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности хемосорбентов; потребности в продуктах утилизации SO₂; требуемой степени очистки газа.

• Очистка газов от взвешенных частиц, например, пыли.

     Можно выделить несколько методов улавливания  частиц пыли:

• гравитационное оседание;
• центрифугирование;
• электростатическое оседание;
• инерционное соударение;
• прямой захват;
• диффузия.

     Все процессы очистки осуществляются с  помощью специальных фильтров, скрубберов и т.д.

     4.3. Защита гидросферы

     Характеристика  гидроресурсов и сточных вод. Гидросферой называют водную оболочку Земли. Это совокупность океанов, морей, озер, прудов, болот и подземных  вод. Гидросфера – самая тонкая оболочка нашей планеты, она составляет лишь 10^-3% общей массы планеты.

     Роль  воды во всех жизненных процессах  общепризнана. Без воды человек может жить не более 8 суток, за год он потребляет около 1 т воды. Растения содержат 90% воды. Сельское хозяйство является основным потребителем пресной воды. Вода идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов. Так, необходимо воды для выращивания

     1 т пшеницы         – 1500 т

     1 т риса  – 7000 т

     1 т хлопка  – 10 000 т

     Вода  необходима практически всем отраслям промышленности. Так, требуется воды на производство

     1 т чугуна  –50–150т

     1 т пластмасс            – 500–1000 т

     1 т цемента             – 4500 т

     1 т бумаги             – 100 000 т

     На  электростанциях мощностью 300 тыс. кВт  расход воды составляет 300 млн т/год.

     Указанные производства требуют только пресную  воду. Расчеты показывают, что количество пресной воды составляет всего 2,5% всей воды на планете; 85% – морская вода, содержащая до 35 г/л солей. Запасы пресной  воды распределены крайне неравномерно: 72,2% – льды; 22,4% – грунтовые воды; 0,35% – атмосфера; 5,05% – устойчивый сток рек и вода озер. На долю воды, которую мы можем использовать, приходится всего 10^-2%  всей пресной воды на Земле.

     Хозяйственная деятельность человека привела к  заметному сокращению количества воды в водоемах суши: мелеют водоемы, исчезают малые реки, высыхают колодцы, снижается  уровень грунтовых вод. Сокращение уровня грунтовых вод уменьшает  урожайность окрестных хозяйств.

     Проблема  Каспия – хищническое истребление ценнейших пород осетровых рыб при том, что разведение молоди осетровых, т. е. восстановление их популяции, ведется только рыбохозяйствами России и в небольшом объеме – Азербайджаном, а остальные страны только потребляют.

     Проблема  Азовского моря – увеличение концентрации солей. За послевоенные годы его засоленность увеличилась с 9 до 15,6 ррт. Организмы, питающие рыбу, погибают. Результат – снижение возможности рыболовства на Азовском море.

     Проблема  Байкала – воду этого ценнейшего озера используют для получения целлюлозы по финской технологии, т. е. используют воду минимальной минерализации, содержащую меньше 100 мг/л солей. Обычно в пресной воде содержание солей составляет 300–450 мг/л, в питьевой – 380 мг/л. Байкал после строительства целлюлозно-бумажного комбината в городе Байкальске стал загрязняться (60-е годы). В озере Байкал находится несколько сот эндаминореликтов – редких видов биоты, которых нет в других водоемах. С запозданием разработаны уникальные очистные сооружения, стоимость которых составила 30% стоимости основных фондов производства. Однако принимаемые меры недостаточны для защиты Байкала.

     По  количеству солей вода делится на: пресную (< 1 г/л солей), засоленную (до 25 г/л солей) и соленую (> 25). В океане, например, – 35 г/л; Балтийском море – 8–16 г/л; Каспийском – 11–13 г/л; Черном – 17–22 г/л.