Основы промышленной экологии

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?

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. Весьма значительными являются и энергетические расходы на разложение сульфита и сульфата магния.

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.

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.

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. 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?

- 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;

-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%);

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

- 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. 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;

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

- 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(NH₄OH, 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.

Весьма перспективными и уже получившими широкое распространение методами удаления солей являются мембранные - электродиализ и обратный осмос. Электродиализ основан на направленном переносе ионов диссоциированных 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. Обычно мощность установок составляет 150-250м/сут, однако уже действуют установки производительностью 20 и даже 400 тыс. м3/сут.

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 (содержание солей до 2 г/л).