Екологізація техніки та технологій в місті Донецьк

Для досягнення необхідної санітарно-гігієнічної повноти знешкодження відходів необхідно, як правило, експериментальне визначення оптимальних температур, тривалості процесу, коефіцієнта надлишку кисню в камері горіння, рівномірності подачі відходів, палива і кисню. Протікання процесу знешкодження в неоптимальних умовах приводить до появи компонентів у продуктах згоряння та, у першу чергу, у димових газах.

Піроліз промислових відходів

Існує два різних типи піроліза токсичних промислових відходів.

Окисний піроліз - процес термічного розкладання промислових відходів при їхньому частковому спалюванні або безпосередньому контакті із продуктами згоряння палива. Даний метод застосуємо для знешкодження багатьох відходів, у тому числі "незручних" для спалювання або газифікації: грузлих, пастоподібних відходів, вологих опадів, пластмас, шламів з більшим змістом золи, забруднену мазутом, маслами та іншими сполуками землі, що сильно порошать відходи. Крім цього, окисному піролізу можуть піддаватися відходи, що містять метали і їхньої солі, які плавляться при нормальних температурах спалювання, відпрацьовані шини, кабелі в здрібненому стані, автомобільний скрап і ін.

Метод окисного піроліза є перспективним напрямком ліквідації твердих промислових відходів і стічних вод.

Сухий піроліз - метод термічної обробки відходів забезпечує їхнє високоефективне знешкодження, використання як палива і хімічної сировини, що сприяє створенню маловідходних, безвідхідних технологій і раціональному використанню природних ресурсів. Сухий піроліз - процес термічного розкладання без доступу кисню. У результаті утвориться піролізний газ із високою теплотою згоряння, рідкий продукт і твердий вуглеводний залишок. Залежно від температури, при якій протікає піроліз, розрізняють низькотемпературний піроліз або напівкоксування (450 - 550 °С). Для даного виду піроліза характерний максимальний вихід рідкий і твердих (напівкокс) залишків і мінімальний вихід піролізного газу з максимальною теплотою згоряння. Метод підходить для одержання первинної смоли - коштовного рідкого палива, і для переробки некондиційного каучуку в мономери, що є сировиною для вторинного створення каучуку. Напівкокс можна використати в якості енергетичного і побутового палива. Средньотемпературний піроліз або средньотемпературне коксування (до 800 °С) дає вихід більшої кількості газу з меншою теплотою згоряння, меншої кількості рідкого залишку і коксу. У високотемпературному піролізі або коксуванні (900 - 1050° С) спостерігається мінімальний вихід рідких і твердих продуктів, максимальне вироблення газу з мінімальною теплотою згоряння - високоякісного пального, придатного для далеких транспортувань. У результаті зменшується кількість смоли та зміст у ній коштовних легких фракцій. Метод сухого піроліза одержує все більше поширення і є одним із самих перспективних методів утилізації твердих органічних відходів, виділення коштовних компонентів з них на сучасному етапі розвитку науки і техніки.



Розділ 4. Шляхи екологізації техніки і технологій в місті

4.1 Будинків і споруд

Будинки і споруди в місті повинні відповідати вимогам, зв'язаних з плануванням і конструктивними рішеннями.

Конструктивними рішеннями являються біопозитивність, яка придає поверхням споруд і будинків деяку схожість природного середовища існування для тварин і птахів.

Будинки і споруди, органічно зв'язані з живою природою, які мають озеленену покрівлю і стіни, допомагають розвитку флори і фауни, називаються біопозитивними. З навколишнім середовищем виділяють біонегативні, які наносять пряму шкоду, і біонейтральні.

До біопозитивних відносять не тільки озелення будівль, але і берегоукріплення, яке дозволяє розвиватися прибережним екосистемам, шумоізоляційні зелені екрани розміщені вздовж доріг , підводні конструкції для розведення тварин, при завершальній стадії будівництва об'єкта по благоустрою території (озеленення).

Окрім багатьох екологічних функцій озеленення забезпечує мікроклімат території,захист від пилу, загазованості, шуму, досягнення загального оздоровлення.

Так як міста займають великі території, то шляхи екологізації території міста є слідуючими: будівництво споруд в висоту (перевага багатоповерхова забудова, економія земельних ділянок), підземне будівництво (розміщення як населення так і для інших міських установ, комунікацій, економія територій і не псування ландшафтів).

Також одним із головних задач екологізації міст - комфортні умови проживання населення, з чистим повітрям. Для цієї мети впроваджують ряд заходів по плануванню забудови в місті (провітрювання забудови).



4.2 Транспорта

Збільшення електрифікованих доріг і рухомого складу, взагалі зменшення кількості шкідливих викидів у відпрацьованих газах можливе завдяки поліпшенню технології горіння палива у ДВЗ, ходу локомотива та всіх елементів залізниці.

Для зменшення забруднення пилом вантажу, який перевозиться, використовують спеціальні плівки, що дозволяє зберегти 300-500 тис. т кам'яного вугілля на рік.

Спирти. Серед автомобільних видів палива в першу чергу слід відмітити спирти, зокрема, метанол і етанол, які можна застосовувати не тільки як добавку до бензину, але і в чистому вигляді. Головні переваги - висока детонаційна стійкість і добрий ККД робочого процесу, недолік - знижена теплотворна здатність, що зменшує пробіг між заправками і збільшує витрати палива в 1,5-2 рази в порівнянні з бензином. Крім того, через погану випаровуваність метанолу і етанолу ускладнений запуск двигуна.

Водень. Останнім часом широкого розповсюдження набула ідея використання чистого водню у вигляді альтернативного палива. Зацікавленість до водню як палива пояснюється тим, що запаси його практично безмежні. Це найбільш розповсюджений в природі елемент. Перевага водню як палива незаперечна. У нього висока теплотворна здатність: у 5 разів вища, ніж у бензину. Продукти згоряння містять один безпечний компонент - водяну пару.

Електромобіль. Електричні автомобілі мають електричні двигуни, що працюють від акумуляторних батарей. Переваги - безшумність і відсутність відпрацьованих газів. Недоліки - малий радіус дії і значна маса акумуляторних батарей.

Аналіз робіт по зниженню токсичності відпрацьованих газів автомобілів дозволяє виділити такі основні напрями:

1.Використання нових типів силового устаткування, в яких викид шкідливих речовин менший.

2.Заміна конструкції, робочих процесів, технології виробництва автомобілів з метою зниження токсичності відпрацьованих газів.

3.Застосування пристроїв очищення. Для автомобілів з бензиновими двигунами дуже ефективні каталітичні нейтралізатори потрійної дії, які окислюють, та вуглеводні, які відновлюють оксиди азоту. Використання бензинів при наявності нейтралізатора призводить до обстоювання в них каталізаторів і виходу з ладу. Для автомобілів з дизелями існують фільтри, які очищають відпрацьовані гази від сажі.

Використання альтернативного палива або зміна характеристик застосованого палива:

До перспективного палива, яке забезпечує зниження токсичності відпрацьованих газів належать водень, спирти (етанол, метанол), стиснений природний газ (СПГ), зріджений нафтовий газ (ЗНГ), не етильовані високооктанові бензини.

З перелічених назв палива нині широко застосовуються СПГ та ЗНГ.

Законодавче обмеження викиду шкідливих речовин автомобілів - нових та тих, що експлуатуються, а також проведення податкової політики, яка стимулює зниження викиду шкідливих речовин.

Розробка нормативів, процедур контролю, а також технологій, що забезпечують підтримання технічного стану автомобілів на рівні, який гарантує викид шкідливих речовин, не вищий за нормативний.

Вдосконалення процесів керування автомобілем, транспортними потоками, поліпшення дорожніх умов, а також вдосконалення і організація перевезення вантажів.

Шляхи зменшення шкідливості викидів автомобільного транспорту

Зменшення шкідливого впливу випускних газів на навколишнє середовище може бути досягнене різними методами. Перш за все - вдосконалення саме двигуна. При використанні високо сірчистих продуктів доцільна їх переробка заздалегідь з метою зменшення вмісту в них сірчистих сполук. Так, каталітичне гідроочищення дозволяє не тільки знизити вміст шкідливих компонентів у паливах, але й отримувати елементарну сірку, більш чисту і дешевшу, ніж природна.

Для підвищення повноти згоряння палив, зменшення нагароутворення, шкідливого впливу сірки та інших домішок застосовують присадки - речовини, введення яких в палива в невеликих кількостях (до 1%) дозволяє покращити умови згоряння палив.

Зниження токсичності відпрацьованих газів може бути досягнуто їхньою нейтралізацією різними методами.

Дія каталітичних нейтралізаторів ґрунтується на безполум'яному окисленні продуктів неповного згоряння - СО та CH СО₂, та N_xO_y а також на розташуванні сполук NO, на початкові речовини -N, та О,. Як каталізатори використовують оксидні каталізатори - суміш марганцю та оксиду міді, хрому, заліза (при t < 150°С) або кераміку, покриту платиною або паладієм (при t > 300°С).

У світі триває пошук нових недефіцитних каталізаторів.

В плазмених нейтралізаторах СО, альдегіди С_хН_у, суспензії палив окислюються до СО, та Н,0 при згорянні в полум'ї, отриманому при спалюванні додаткового палива або при включенні електричного нагрівача. Однак при цьому у відпрацьованих газах залишаються оксиди азоту.

Принцип дії рідинних нейтралізаторів полягає в пропусканні відпрацьованих газів через прошарок рідини, частіше всього - воду. При цьому знешкоджуються лише розчинені шкідливі речовини: альдегіди, оксиди сірки, вищі оксиди азоту; затримуються сажа, рідкі аерозолі (масло, паливо), недоліком є наявність в газах СО, СН_у. Більш повне поглинання домішок може бути досягнене використанням розчинів етанол амінів або твердих сорбентів.

Карбюратор - головний елемент паливної системи двигуна, призначений для розпилення, часткового випарювання та утворення суміші з палива і повітря; встановлення складу паливо - повітряної суміші згідно до режиму роботи двигуна; відповідно до навантаження зміни кількості паливо - повітряної суміші, яка надходить в циліндри двигуна.

Неповне випаровування палива в карбюраторі викликає утворення паливної плівки на стінках впускного трубопроводу. Це призводить до нерівномірного розподілу палива по циліндрах двигуна, зменшує його економічність та потужність, збільшує токсичність газів, що випускаються.

Зменшення кількості шкідливих викидів може бути досягнуто при підвищенні економічності двигунів, а отже - зменшенні кількості відпрацьованих газів. Скорочення витрат палива, а від цього - і викидів токсичних речовин досягається також удосконаленням методів експлуатації літаків, а саме: підвищенням ступеня заповнення літаків корисним вантажем, зменшенням пробігу літаків на аеродромах під тягою власних двигунів за рахунок буксирування їх тягачами на злітну смугу, а також за рахунок розташування аеропортів на значній відстані від міст.

Науково-технічний прогрес найбільш яскраво простежується в розвитку авіаційної техніки. Багато кращих досягнень починається саме з авіації. Конструктори та науковці безперервно працюють над удосконаленням авіаційних двигунів, рулів та фюзеляжу літака. Також ведуться роботи щодо екологічно "чистих" палив.

З метою зменшення вмісту токсичних речовин у відпрацьованих газах разом з удосконаленням працюючих типів ГТД створюються нові ГТД з новими конструкціями камери згоряння, системи вприску паливно-повітряної суміші, компресорами, що забезпечують найвигідніше співвідношення в суміші палива і повітря, кращий розпил та перемішування суміші, що подається до камери згоряння, плазміні системи запалювання, та більш повне її згоряння. Створюються нові двозонні камери, де паливо згоряє в два етапи в різних місцях камери, причому одна з цих зон забезпечує найкраще згоряння палива на малих навантаженнях (в цьому випадку паливо в другу зону не подається), а друга зона разом з першою дозволяє оптимізувати процес горіння на режимах зльоту, набору висоти і сталого польоту. В цьому випадку процес горіння у другій зоні відбувається при меншій температурі, що дозволяє зменшити викиди окисів азоту.

Великі резерви зменшення викидів пов'язані з покращенням аеродинамічних якостей та ваговою віддачею корпусів повітряних суден. Розробка нових конструкцій крил (так званого надкритичного профілю) дозволяє вагомо зменшити лобовий опір повітря при польоті. Потужні системи механізації крила у вигляді складних закрилків та передкрилків зменшують витрати палива при зльоті. Проводяться роботи по вдосконаленню усіх елементів фюзеляжу з метою зниження аеродинамічного опору.

Подальше зменшення витрат палива пов'язане з впровадженням турбовентиляторних двигунів, у яких сила тяги здійснюється багато - лопатевим високо - обгорнутим гвинтом відносно невеликого діаметра. Розрахунки показують, що такі двигуни найбільш економічні для літаків з середньою швидкістю (500-750 км/год). Такими двигунами виробництва Запорізького заводу "Мотор Січ" обладнаний новий український літак АН-140, розроблений Київським КБ ім. Антонова.

Пошук нових, більш "чистих" палив приводить дослідників до висновку, що найбільш перспективним паливом може бути водень і так звані кріогенні палива. Незважаючи на недоліки водню як транспортного палива, пов'язані з його низькою щільністю та низькою температурою кипіння (20 К), він вважається більш перспективним для повітряного транспорту, ніж для інших видів. При цьому, чим більша швидкість та маса літака, тим доцільніше використання двигунів, які працюють на водні. Вже здійснені експериментальні польоти літака ТУ-154 з водневими двигунами. Для надзвукових літаків зі швидкостями руху 6-7М і більше водень розглядається як єдино можливе паливо.



4.3 Промисловості

Очищення від викидів сірчистого газу може здійснюватися при попередній обробці палива для видалення з нього сірки чи шляхом уловлювання сірчистого ангідриду з газів у повітроочисних пристроях.

При використанні вапнякового способу гази, котрі містять сірчистий ангідрид, промиваються у скрубері вапняковим молоком, яке реагує з БО,.

Аміачний метод очищення газів від БО, буває циклічний та нециклічний. За циклічним способом попередньо ретельно очищають повітря від механічних домішок, охолоджують його до 35... 40°С та пропускають через розчин сульфату амонію (цей метод дозволяє отримати цінні продукти - висококонцентрований сірчистий ангідрид та сульфат амонію). Нециклічним методом повітря очищають від сірчистого ангідриду, пропускаючи через розчин сульфату амонію.

Очищення викидів від оксидів азоту. Окислювальні методи ґрунтуються на попередньому окисленні NО3 з наступним поглинанням N0, та N,0, різними поглиначами. У промисловості використовується метод окислення N0 у газовій фазі за допомогою кисню. Відновлювальний метод базується на відновленні N0 та N0, до елементарного азоту за допомогою гарячого газовідновлювача. Умови проведення процесу визначаються активністю каталізатора та характером газувідновлювача. Для каталітичного очищення найчастіше використовуються каталізатори, котрі містять дорогоцінні метали (радій, платину тощо). Як пальне використовують водень, природний та нафтовий гази, оксиди вуглецю та ін.

Очищення викидів від органічних розчинників. Вентиляційні викиди деяких виробництв, пов'язаних з фарбуванням та сушінням різних виробів, містять органічні речовини, концентрації яких значно перевищують ГДК для атмосферного повітря. Якщо ГДК розчинників в атмосферному повітрі, залежно від складу, не повинна перевищувати в середньому 0,6 мг/м³, то їх концентрації у вентиляційних викидах досягають 110 г/м³. Для утилізації та знешкодження таких викидів сьогодні використовуються адсорбційний та окислювальний методи. Найбільш розповсюджений адсорбент при рекуперації летких розчинників - активоване вугілля. Як десорбуючі агенти використовують гостру насичену чи перегріту водяну пару, пари органічних речовин та інертні гази. Як правило, вуглеадсорбційні установки для рекуперації летких розчинників сьогодні включають два адсорбери з нерухомим шаром активованого вугілля, що працюють періодично: в одному з них здійснюється очищення забрудненого повітря, а в іншому - термічна регенерація.

Очищення викидів від парів кислот. Для очищення вентиляційного повітря від парів сірчаної кислоти використовують установку, принцип дії якої полягає у поглинанні парів розвинутою поверхнею води у шарі насадки з наступною фільтрацією повітря через фільтруючий матеріал з метою виділення краплинної вологи. її продуктивність - 3000...6000 м³/год; опір за повітрям - 20...40 кг/м², фільтротканина ФРНК. Ефективність очищення повітря в апараті за парами сірчаної кислоти становить 100%.

Очищення викидів від багатокомпонентних газів. При визначенні методів знешкодження найбільш розповсюджених у будівельній індустрії токсичних газів потрібно врахувати, що ці гази неоднакові за своїми фізико-хімічними властивостями, тому для їх уловлювання не можуть бути використані однакові методи очищення. В умовах підприємств промисловості будівельних матеріалів при невеликих об'ємах очищуваних газів раціональним є термічне знешкодження газів прямим спалюванням в автономних топках. Методи каталітичного окислення доцільно застосовувати при очищенні порівняно невеликих об'ємів газів, невисокому вмісті в них токсичних інгредієнтів, при ретельному очищенні від пилу та смол. На підприємствах мінеральних виробів гази, які містять значну кількість оксиду вуглецю та сірчистого ангідриду, доцільно знешкоджувати за схемою: нейтралізація оксиду вуглецю шляхом високотемпературного спалювання у полум'ї газових горілок; обезпилення та очищення від сірчистого ангідриду шляхом подавання у дрібнорозпиленому вигляді 5-10% розчину кальцинованої соди. Методи високотемпературного спалювання газів в особливих печах дають перевагу при очищенні газів з високим вмістом в них баласту, а також мінеральних домішок. Застосування вогневого методу збезводнення промислових викидів дістало розповсюдження у виробництві червоної глиняної цегли. Існують ще деякі види очищення викидів у промисловості будівельних матеріалів, такі як очищення вентиляційних викидів від пилу, очищення викидів від окису вуглецю, способи очищення повітря від шкідливих домішок, аеродинамічне пиловидалення та очищення пилових викидів, захист виробничої техносфери від зварювальних та інших аерозолів. Але деякі з них дорого коштують, а інші ще до кінця не розроблені.

4.4 Енергетика

Самовідновлювані джерела мають меншу концентрацію енергії, вона не сконцентрована в якихось місцях, а розсіяна на великому просторі. Самовідновлювані джерела енергії найбільш раціонально можуть бути використані в безпосередній близькості від споживача, без передачі енергії на значну відстань. До цих джерел відносяться енергія сонячного проміння, вітру, геотермальна, припливів та відпливів тощо.

Сонячна енергія

Сонце - це постійно діючий розпечений реактор, який перетворює масу в енергію, загальна норма - 4,5 млн. т за секунду за рахунок поєднання двох ядер водню (протонів) для утворення гелію. Загальна потужність 4-10²³ кВт. Земля отримує близько 1359 Вт/м². Цей показник відомий як сонячна стала.

Сонячна радіація - це невичерпне відновлюване джерело екологічно чистої енергії. Розподіл глобального потоку сонячної радіації на поверхні земної кулі нерівномірний. Кількість сонячної енергії, яка надходить за рік на 1 м² поверхні Землі, змінюється приблизно від 3000 МДж/м² на півночі до 8000 МДж/м² в пустелях 6 .

Енергія Сонця досить розсіяна і для її використання застосовують різні геліоенергетичні установки.

Вітрова енергія

Причиною виникнення вітрів є поглинання земною атмосферою сонячного випромінювання, що призводить до розширення повітря і появи конвекційних течій. В глобальному масштабі на ці термічні явища накладається ефект обертання Землі, що спричиняє появу напрямків вітру.

Енергія вітру в механічних установках (млини, водяні насоси) використовується вже декілька століть. З 1930 р. інтенсивно розробляються різні конструкції вітроенергетичних установок (ВЕУ). Однією з основних умов при проектуванні вітрових установок є забезпечення їх захисту від руйнування дуже сильними поривами вітру.

Потужність сучасних вітроелектростанцій коливається від десятків до декількох тисяч кіловат. Застосовують їх для різних цілей - освітлення, перемелювання зерна, зрошування полів, осушення боліт, роботи лісопилок та інших машин. Виробництво вітрових двигунів потребує порівняно невеликих витрат. Інтенсивність їх роботи залежить від швидкості вітру. Середньорічна швидкість вітру в різних районах Землі різна. Для багатьох районів вона становить 5 м/с, що достатньо для функціонування вітрових електрогенераторів. Механічні вітрові генератори здатні працювати з середньою швидкістю вітру приблизно 3 м/с.

Енергію вітру використовують в зонах пасатів та західних вітрів. Більше 80% підприємств галузі дислоковані в районах, багатих на вітроенергетичні ресурси, де середньорічна швидкість вітру досягає 5-10 м/с протягом 270-320 діб/рік - Прибалтика, Азово-Чорноморська зона, Приморський край, Поволжя, Північний Казахстан, узбережжя північних та Каспійського морів. У цих регіонах перспективне спорудження ВЕУ потужністю 100-1000 кВт і більше .

ВЕУ повинна мати 2 генератори для більш ефективного перетворення енергії вітрового потоку (для низьких і великих швидкостей ВП).

Біоенергія

Основа біомаси (з чого складаються рослини, тварини) - органічні сполуки вуглецю, які в процесі з'єднання з киснем при згорянні чи в результаті природного метаболізму виділяють тепло. За допомогою хімічних чи біологічних процесів біомаса може бути трансформована у паливо - газоподібний метан, рідкий метанол, тверде деревне вугілля. При згорянні енергія біопалива розсіюється, але продукти згоряння можуть знов перетворюватися у біопаливо за допомогою природних екологічних чи сільськогосподарських процесів. Тому використання промислового біопалива може не давати забруднення і забезпечити неперервний процес отримання енергії.

Промислове використання енергії біомаси може бути дуже значним. Наприклад, за рахунок відходів виробництва цукру в країнах, які його постачають, покривається до 40% потреби у паливі. Використання біопалива у вигляді дров, гною та бадилля рослин має велике значення в домашньому господарстві більше 50% населення планети.

Геотермальна енергія

В ядрі нашої планети максимальна температура досягає 4000°С. Вихід тепла через тверді породи суші та океанського дна відбувається головним чином за рахунок теплопровідності (геотермальне тепло) та рідше - у вигляді конвективних потоків розплавленої магми чи гарячої води. Середній потік геотермального тепла через земну поверхню складає приблизно 0,06 Вт/м² при температурному градієнті менше ніж 30°С/км. Однак, є райони зі збільшеними градієнтами температури, де потоки складають приблизно 10-20 Вт/м², що дозволяє реалізувати геотермальні станції (ГеоТЕС) тепловою потужністю 100 МВт/км² та тривалістю терміну експлуатації до 20 років.

Якість геотермальної енергії звичайно невелика і краще її використовувати для опалювання будівель та інших споруд чи для попереднього підігріву робочих тіл звичайних високотемпературних установок. Такі опалювальні системи вже діють в багатьох країнах світу. Якщо тепло з надр виходить при температурі приблизно 150°С, то є сенс говорити про перетворення його в електроенергію. Декілька важливих достатньо потужних ГеоТЕС вже запущені в Італії, Новій Зеландії, США.

Найбільш просто використовують тепло порід за допомогою теплових насосів.

Виділяють 3 класи геотермальних районів:

-гіпертермальний - температурний градієнт більше 80°С/км, ці райони розташовані в тектонічній зоні поблизу границь континентальних плит;

-напівтермальний - температурний градієнт 40-80°С/км, ці райони повязані з аномаліями, що лежать осторонь платформ; вилучення тепла йде з природних водоносних пластів чи з роздрібнених сухих порід;

-нормальний - температурний градієнт менше 40°С/км .

Енергія океанів

Величезні кількості енергії можна отримати від морських хвиль. Потужність, яка переноситься хвилями по глибокій воді, пропорційна квадрату їх амплітуди і періоду. Тому найбільший інтерес становлять довгоперіодні (Т ~ 10 сек) хвилі великої амплітуди (а ~ 2 м), котрі дозволяють знімати з одиниці довжини гребеня в середньому 50-70 кВт/м.

Можливість перетворювати енергію хвиль в електроенергію доведено вже давно. В останні роки зацікавленість до хвильової енергетики різко зросла в Японії, Англії, країнах Скандинавії.

Сучасна тенденція розробки таких установок орієнтується на одиничні модулі помірної потужності (~1 МВт) розміром приблизно 50 м вздовж фронту хвилі. Переваги хвильової енергетики в тому, що вона достатньо сильно сконцентрована, доступна для перетворення і на будь-який проміжок часу може прогнозуватись в залежності від погодних умов. Утворюючись під дією вітру, хвилі добре зберігають свій енергетичний потенціал, розповсюджуючись на значні відстані.

Припливні коливання рівня у велетенських океанах планети можна прогнозувати. Основні періоди цих коливань - добові (24 години) та на півдобові (12 годин 25 хвилин). Різниця рівнів між послідовними найвищими та найнижчими рівнями води - висота припливу. Діапазон зміни цієї величини складає 0,5-10 м. Під час припливів і відпливів рух водних мас утворює припливні течії, швидкість яких у прибережних протоках і між островами більше 5 м/с.

Енергетичні "напори" градієнтів солоності і температурних градієнтів між поверхневими і глибинними шарами води являють собою хімічну і термодинамічну форми енергії. Основні перспективи використання джерел енергії океану пов'язані з розвитком технологій, що розраховані на менший тиск. Потужність, яку можна отримати від відновлювальних енергетичних джерел (ВЕД) в океані (на основі різниці температур, солеоісті, енергії припливів, хвиль, течій, вітру над океаном), складає більше 10 млрд. кВт.

-двигун Стерлінга - двигун зовнішнього згоряння палива, що перетворюється в механічну роботу. Двигун Стерлінга названий так завдяки англійському винахідникові Р.Стерлінгу, який в 1816році створив перший двигун із незамкненим циклом, що працює на підігрітому повітрі. Сучасний двигун Стерлінга працює по замкненому регенеративному циклу, що складається з двох ізотермічних і двох ізохоричних процесів, які послідовно змінюються. Робоче тіло двигуна Стерлінга - гелій чи водень під тиском 10-20 МПа - знаходиться в замкненому просторі і під час роботи не замінюється, а лише змінює об'єм при нагріванні та охолодженні. Регенератор ніби розділяє цей простір на гарячу і холодну порожнини. До гарячої порожнини тепло підводиться від нагрівача, від холодної відводиться охолоджувачем, в якому циркулює вода.

Застосування водню. В лабораторії комісії з атомної енергетики США проведено комплекс робіт по створенню безпечного джерела водню для енергетичних установок транспортних засобів. В якості цього джерела застосовується акумулятор, принцип дії якого ґрунтується на поглинанні водню деякими речовинами з пористою структурою. В одному з варіантів такого акумулятора водень знаходиться в зв'язаному стані складного металогідриду FeTiH, чи NiMgH₂. Тиск у балоні акумулятора знаходиться в діапазоні ІЗ, -0,25 МПа (1-2,5 кгс/см²). Виділення газоподібного водню з металогідриду відбувається при підведенні тепла (від відпрацьованих газів чи охолоджувальної рідини двигуна). Витрата водню регулюється зміною температури спеціальної камери в акумуляторі.

Продукт згоряння водню в кисні - вода - може бути використаний для інших потреб навіть без очищення, будучи додатковим джерелом прісної води.

У разі прямого спалювання водню в повітрі зі шкідливих викидів залишаються окиси азоту, а при використанні його в електрохімічних генераторах шкідливих викидів, як виявляється, взагалі немає. Водень і продукт його згоряння - водяна пара - не отруйні, пара при конденсації поновлює запаси води - джерела водню як енергоносія. Відомо, що найбільш інтенсивним джерелом забруднення повітря в містах є автомобілі (їх внесок у забруднення повітря -50-70%). Переведення автотранспорту й авіації на водневе паливо дозволить значно зменшити задимленість атмосфери. Розрахунки показують, що 1 тонно-кілометр перевезень електромобілем з воднево-повітряним електрохімічним генератором та інтерметалідним (металіди - сполуки металів між собою) зберіганням водню обходиться лише на 40% дорожче, ніж автомобілем, що має звичайний двигун.

Також можливе і створення системи газифікації міст на водні, як це зараз робиться на природному газі. При цьому є можливість акумулювання енергоносія - підвищується надійність. Пару, як продукт згоряння водню, легко можна використовувати в технологічних процесах, при цьому значно підвищується енергоємність водню за рахунок утилізації прихованої теплоти випаровування (розрахункова теплота згоряння збільшується від 120 до 160 МДж/кг).

Маловідомих джерел енергії можна віднести енергію температурних перепадів між земною поверхнею та її надрами, атмосферну електроенергію, магнітне поле Землі тощо.

Робляться спроби використання різниці температур поверхні та глибинних вод океану. На цьому принципі побудована електрична станція в Гвінейській затоці.

В нашій країні та за кордоном запатентовані деякі види приладів для вивчення інтенсивності електричного поля, реєстрації блискавок, перетворення електричного поля атмосфери в змінний електрострум та інші.

Можливість використання енергії магнітного поля Землі поки ще серйозно не розглядалася.

МГД-генератор (магпітногідродинамічний) - енергетична установка для прямого перетворення теплової енергії в електричну. Він складається з каналу (сопло, робоча частина, дифузор) та магнітної системи. Принцип дії МГД-генератора полягає в тому, що при русі робочого тіла (провідного середовища - електроліту, рідкого металу, іонізованого газу - плазми) впоперек магнітного поля в робочому тілі індукується електричний струм, що через електроди відводиться в електричний ланцюг. Робочим тілом в МГД-генераторі можуть бути продукти згоряння викопних палив, інертні гази з присадками лужних металів (що збільшують електричну провідність), рідкі метали.

Бувають кондукційні (з безпосереднім зніманням електричного струму з електродів, розташованих у каналі вздовж потоку робочого тіла) та індукційні (безелектродні) МГД-генератори.

4.5 Сільське господарство

Протиерозійні заходи. Одне з провідних місць у зменшенні водної та вітрової ерозії грантів займають ґрунтозахисні прийоми обробки ґрунту, які умовно поділяються на 2 групи: загальні та спеціальні. До загальних відносяться оранка впоперек схилу, плоско різний обробіток, чизельний та ін., а до спеціальних - лункування, перервне борознування, створення мікрокліматів, обвалування, щілювання, кротування, грунтопоглиблення, глибоке смугове розпушення та ін. Деякі господарства здійснюють перехід до контурно-меліоративного землеробства, яке спрямоване на усунення порушень водного режиму території через ерозію. При проходженні через захисні смуги лісонасаджень вміст біогенних речовин у водах поверхневого стоку з ріллі знижується в середньому в 4-5 разів. Рекомендуються заходи щодо підвищення протиерозійної стійкості грантів, які полягають головним чином у створенні оптимального розміру водостійких агрегатів і їх зчеплення. Цього можна досягти шляхом внесення органічних і мінеральних добрив, посівом багаторічних трав, штучним структуруванням ґрунту. Зменшення іригаційної ерозії грантів при внесенні добрив здійснюється за рахунок створення більш потужної вегетативної маси рослин. Використання багаторічних трав сприяє зміцненню ґрунту кореневою системою, збагаченню її азотом, сприяє покращенню структури ґрунту. Крім того, за рахунок густого травостою також знижується поверхневий стік. Застосування полімерів-структуроутворювачів - більш радикальний спосіб. Тривалість їх дії може бути до 6 років. Структуроутворювачі готуються на основі поліакрилатів, латексу, поліетиленаміду, бітумної емульсії, полівінілацетату тощо. Норми витрати від 100 до. 400 і 1000 кг/г.

Шляхи запобігання забрудненню добривами. Слід вносити оптимальні дози добрив у сівозміні і під кожну с/г культуру. Системи удобрень повинні мати оптимальне співвідношення поживних елементів з урахуванням вимог культури, наявності рухомих форм поживних елементів у ґрунті і особливостей клімату. Слід обирати правильні строки внесення добрив із врахуванням біологічних особливостей культури, властивостей ґрунту, кліматичних особливостей зони, а також форм добрив. Осушені ґрунти краще використовувати під культури суцільного посіву чи залужувати. В умовах зрошення дуже важливо дотримуватись науково - обґрунтованих доз, строків і форм внесення добрив. У сівозміні треба прагнути, щоб максимальний період на рік рілля була зайнята культурними рослинами. У посушливих степових районах доцільні чисті пари. Важливо в сівозміні використовувати пожнивні і підсівні проміжні культури, що істотно знижує втрати поживних елементів.

Екологізація захисту рослин. Потенційна небезпека пестицидів, їх накопичення у довкіллі викликає необхідність пошуку нових захисних заходів. Такими є інтегровані системи захисту рослин, що мають природоохоронну спрямованість.

Агротехнічний метод. Чергування культур у сівозміні може бути побудоване таким чином, щоб погіршити харчування шкідників і розвиток хвороб чи зробити його неможливим. Значення добрив у боротьбі зі шкідниками полягає в наступному: використання добрив для безпосереднього знищення шкідників; погіршення умов харчування шкідників на рослинах; зміна темпів росту і розвитку рослин; збільшення стійкості рослин до пошкоджень і ураження хворобами. Обробітком ґрунту можна досягти як безпосередньої загибелі ґрунтових шкідників, так і різкого зниження їх розмноження, виживання і зменшення їх чисельності і шкідливості. Очищенням і сортуванням насіння досягають значного зниження шкідників, що розвиваються всередині насіння, а також ряду збудників хвороб. Наступна інкрустація насіння знижує необхідність застосування пестицидів у період вегетації. Покращенню фіто - санітарного стану посівів сприяє виконання основних робіт у кращі агротехнічні строки. Обов'язковим є знищення бур'янів, які сприяють посиленому розмноженню багатьох шкідників і розвитку хвороб. Різко знизити пошкодження ряду культур шкідниками можна за допомогою просторової ізоляції їх від територій, де відбувається накопичення і розмноження шкідливих організмів. Використання стійких сортів і гібридів с/г культур сприяє скороченню затрат на захист рослин.

Біологічний метод регуляції чисельності шкідників розвивається в двох напрямках. Перший пов'язаний із розробкою прийомів, що враховують і підвищують активність природних ресурсів корисних організмів. До цього напрямку відноситься визначення рівнів ефективності ентомофагів з метою скорочення обсягів застосування пестицидів, розробка окремих агротехнічних прийомів, що сприяють активізації корисних організмів, застосування токсичних речовин з мінімальним негативним впливом на ентомофагів та ін. Другий напрямок пов'язаний із створенням і застосуванням активних засобів біологічної боротьби зі шкідниками і хворобами. До них відносяться біологічно активні речовини, мікробіологічні препарати, хижі і паразитичні членистоногі, яких розводять у промислових масштабах тощо.

Раціональне застосування хімічного методу. Для боротьби зі шкідниками поряд з отрутохімікатами починають застосовуватись хімічні засоби іншого характеру дії. Репеленти мають відлякуючу дію і використовуються для запобігання нападу шкідників на рослини. Атрактанти, навпаки, приваблюють шкідників часто з дуже великих відстаней, чим полегшують наступне знищення особин, що скупчилися на обмеженій площі. Зараз синтезовані сполуки, при розпаді яких утворюються нетоксичні залишки: амінокислоти, гліколієва, фосфорні кислоти. Це в основному фунгіциди, серед яких беноміл і хлоронеб найбільш перспективні. Одержує широке розповсюдження синтез пестицидів четвертого покоління - речовин, що впливають на розмноження, розвиток і ріст комах. Одним з напрямків запобігання негативним наслідкам застосування пестицидів є регламентація їх застосування на с/г культурах.

Механічний метод боротьби трудомісткий, тому використовується переважно у найбільш інтенсивних галузях рослинництва чи тоді, коли неможливі більш досконалі методи боротьби. Існують такі різновиди механічного методу: влаштування перешкод, збір і знищення шкідників, приманки, ловчі пояси.

Фізичний метод застосовують головним чином для боротьби зі шкідниками в період зберігання врожаю шляхом охолодження, іонізуючого випромінювання, сушіння та ін.

Методи очищення і утилізації гнойових стоків. Очищення стічних вод здійснюють механічними і біологічними методами. Найбільш розповсюджені на практиці пристрої для механічного розподілу рідкої і твердої фракцій - відстійники. В залежності від конструктивного виконання вони можуть бути вертикальними, радіальними, комбінованими - металевими чи залізобетонними. Осад, що виділяється із стічних вод, періодично чи безперервно видаляють з відстійників під гідравлічним тиском, гідроелеваторами, насосами, грейферами чи спеціальними скребками.

Біологічні методи знезараження стічних вод ґрунтуються на біохімічному окисленні органічних речовин і знищенні патогенних мікроорганізмів активним мулом чи плівкою. Мікроорганізми, що містяться в субстраті, в присутності кисню переводять органічні речовини в мінеральні сполуки. Відроблена і відмерла плівка змивається протікаючою стічною водою і виноситься з біофільтру. Процеси окислення та інактивації протікають в біофільтрах, аеротенках, біоставках, на полях зрошення і фільтрації.

Біотехнологія переробки відходів тваринництва. Енергія, що міститься в рослинних кормах, використовується с/г тваринами з низьким коефіцієнтом засвоєння. Так, в організмі корови в результаті складних біохімічних процесів рослинні корми трансформуються в органічні речовини тіла тварини, молоко, м'ясо, шкіру і т.п. При цьому в продукти тваринництва переходить лише 16,4% всієї енергії рослинних кормів, 25,6% енергії витрачається на перетравлювання і засвоювання. Куди ж подівається більша частина (58%) енергії кормів? Вона переходить у гній.

Енергетичну цінність та поживність для рослин гною підвищує і неповноцінність для тварин зернового білка, внаслідок чого значна частина концентрованих кормів іде транзитом у гній. Отже, високий енергетичний потенціал гною дозволяє використовувати його як харчовий субстрат для інших організмів, які потім можна використовувати на корм тваринам, для одержання пального, а також для обігріву приміщень. Наприклад, куча спресованого гною, покрита теплоізольованим дерев'яним коробом з пластмасовими теплообмінними трубами на стінках, за даними німецьких вчених, перетворюється в ТЕЦ. Гній від 50 свиней в 15- градусний мороз опалює приміщення в 20 м², а влітку нагріває 1200 л води на добу.

Один із шляхів раціонального використання енергії рідкого гною тваринницьких ферм - його метанове зброджування, при якому знешкоджуються стоки, утворюється біогаз (метан) і зберігається гній як органічне добриво.

4.6 Інфраструктура міста

Вплив комунального господарства (КГ) на екологію найнегативніший. Обумовлено це, перш за все вилученням великої кількості природних вод (поверхневих і підземних) для цілей господарського, питного та промислового водопостачання; скидом у водні об'єкти неочищених чи недостатньо очищених стічних вод, а також поверхневих стоків з урбанізованих територій. Суттєвий внесок в забруднення атмосфери вносять котельні централізованих систем теплопостачання. Служби ЖКГ, що займаються вивезенням побутових відходів, збільшують площі звалищ (організованих і неорганізованих).

Якість води практично всіх поверхневих джерел, що використовуються для питних цілей, не відповідає нормативам. Тому близько половини населення п'є воду, яка не відповідає вимогам екологічних стандартів і санітарії. Стан поглиблюється тим, що значна частина водопровідної мережі піддається корозії та заростанням внутрішніх поверхонь трубопроводів так, що при транспортуванні якість води знижується.

Через комунальні мережі каналізації в поверхневі води щорічно скидається 13,7 млрд. м3 стічних вод, з котрих лише 8% очищається до встановлених норм. В комунальній енергетиці використовуються низькосортні види палива, незважаючи на розташування котельних КГ в густонаселеній місцевості. Сумарний викид ними забруднюючих речовин в атмосферу щорічно зростає. Це пояснюється тим, що існуючі котельні частіше всього малопотужні і не мають установок для очищення газів. Окрім того, нестача коштів впливає на купівлю палива, через що деякі регіони перейшли на спалювання місцевих палив, в тому числі високо зольного вугілля. Один з ефективних факторів оздоровлення - зелені насадження, але в більшості міст вони мають вік 40 років і їх санітарно-гігієнічні якості незадовільні. До того ж спостерігається тенденція скорочення площ озеленення .

Найбільш раціональним заходом, спрямованим на зменшення забруднення атмосфери опалювальним обладнанням, є ліквідація пічних систем завдяки розвитку централізованого теплопостачання. При цьому внаслідок підвищення ККД котелень зменшується (на 20-25%) кількість спалюваного палива, а отже, і забруднення навколишнього середовища. Окрім того, при централізованому теплопостачанні в великих котельнях можливе очищення димових газів перед викидом їх в атмосферу.

Особливо суттєвий розвиток централізованого теплопостачання (теплофікації) від АЕС, працюючих на ядерному паливі, котрі при нормальній експлуатації забруднюють довкілля менше, ніж ТЕЦ, що працюють на вугільному паливі. До того ж, при централізованому теплопостачанні значно знижуються працевтрати теплоти. Також дуже перспективним є впровадження малогабаритних автономних котелень блочного та дахового типу.

Позитивне значення для розвитку не тільки централізації теплопостачання, але і каналізації, а також охорони природи може дати застосування колекторного прокладання інженерних комунікацій, а саме - глибокого закладення. Таке прокладання здійснюється тунельним способом без зняття рослинного шару, пошкодження рослин, порушення існуючих будівель і дорожнього покриття. Воно було спроектоване і застосоване за ініціативою ДПІ "Южгипрокоммунстрой" в районі Великі Сочі на глибині до 50 м від поверхні землі. Це дозволило зберегти реліктові дерева, убезпечити комунікації від зсувних руйнувань, котрі в даному районі не рідкість, а головне - розвинути централізацію теплопостачання та каналізації, що має велику високоефективну очисну станцію.

Розвиток централізованого теплопостачання, на жаль, часто відстає від розвитку міста. Якщо не можна в цих умовах радикально змінити вид палива, то для запобігання забрудненню повітря слід облагороджувати паливо. Наприклад, у вугільних басейнах Франції набуло широкого розповсюдження збагачення вугілля у важкому середовищі. Цей метод використовується для всіх класів вугілля (від 6 до 120 мм). Для малих опалювальних установок застосовують штучне малодимне паливо карболюкс, дистерекс, кармонуа, антрацит тощо. Всі види цього палива мають малу зольність і невеликий вміст летких речовин (5-10%).

Для зменшення вмісту сірчаного ангідриду в газах, що викидаються, видалення сірки відбувається відбором вручну піритовмісних порід, подрібнення та збагачення відмучуванням, флотація та хімічне очищення.

Облагороджування палива перед спалюванням для зменшення забруднення повітряного середовища особливо доцільне, якщо воно спалюється в котельнях малої потужності, оскільки в них для очищення димових газів практично можна застосувати лише інерційні газові установки.

Одним з потужних джерел забруднення міського повітря є автомобільний транспорт. У зв'язку з цим виникла необхідність розробки ряду заходів, що дозволяють запобігти забрудненню біосфери. Одним з таких заходів є перехід автомобілів з бензиновими та дизельними двигунами на електромобілі, що діють від підзаряджених на станціях батареях-акумуляторах. Електромобілі мають кілька переваг: вони безшумні, бездимні та прості у використанні. Іншим засобом, який сьогодні найчастіше використовується, є встановлення на автомобілях фільтрів чи використання як палива природного газу, котрий в порівнянні з іншими видами палива менше забруднює повітря.

Щодо видалення побутових відходів, то останнім часом в Швеції почали застосовувати пневматичний транспорт для видалення сміття з сміттєпроводів по горизонтальних підземних каналах до станції, що надає послуги декільком будинкам (мікрорайон). В США, Великобританії, Італії та деяких інших країнах застосовується сплав в каналізацію подрібнених відходів з квартир, готелів, ресторанів та інших об'єктів. З цією метою біля раковин ставлять механічні подрібнювачі, з котрих подрібнене сміття разом зі стічною водою видаляється в каналізацію, де воно знешкоджується в очисних установках. У нас в країні сміття збирається в контейнери та сміттєприймальні камери.

Очищення стічних вод від твердих часток в залежності від їх властивостей, концентрації та фракційного складу на машинобудівних підприємствах здійснюється методами проціджування, відстоювання, відділення твердих часток у полі дії відцентрових сил і фільтрування. Очищення стічних вод від масло - продуктів залежно від їх складу і концентрації здійснюється на машинобудівних підприємствах відстоюванням, обробкою в гідроциклонах, флотацією та фільтруванням.

Виділення масло - продуктів у полі дії відцентрових сил здійснюють у напірних гідроциклонах. Очищення стічних вод від масляних домішок флотацією полягає в інтенсифікації процесу спливання масло - продуктів при обплутуванні їх частинок бульбашками повітря, яке подається у стічні води. Очищення стічних вод від домішок, які вміщують масло, фільтруванням - завершальний етап очищення.



4.7 Рекреаційних санітарно захисних і зон зелених насаджень

У комплексі заходів щодо очищення атмосфери сучасного міста від забруднень і зниження рівня шуму особливе значення надається міським зеленим насадженням - гігантським зеленим фільтрам (паркам, садам, бульварам). В деяких випадках зелені насадження захищають міські об'єкти від шкідливих викидів, що проникають з суміжних районів, в інших випадках - локалізують і поглинають викиди промислових підприємств і транспорту.

Зелені насадження сприяють утворенню постійних повітряних течій, котрі перемішують і розбавляють повітря, виносячи шкідливі гази у верхні шари атмосфери. Підраховано, що хвойний ліс з площі в 1 га за добу виділяє в атмосферу 4 кг летких фітонцидів, листяний ліс - біля 2 кг, тому в лісовому повітрі порівняно з міським значно менше хвороботворних мікроорганізмів. Так, в 1 м³ лісового повітря міститься 490 бактерій, а в 1 м³ міського їх число досягає 3600 .

Міські озеленені площі являють собою посадки чотирьох типів: газони, що складають 70% площі, відведеної під насадження; дерева займають біля 9% площі; кущі - приблизно 6%; квіти - 1%. На озеленених площах розташовані садові форми і майданчики, які займають 14% озелененої площі.

Одне з важливих місць у розвитку міського господарства займає проблема благоустрою та санітарного утримання міських територій. Санітарний стан міст значною мірою залежить від організації прибирання та переробки побутового сміття.

Згідно з Державними санітарними правилами планування та забудови населених пунктів підприємства, їх окремі будівлі та споруди з технологічними процесами, що є джерелами забруднення навколишнього середовища хімічними, фізичними чи біологічними факторами, при неможливості створення безвідходних технологій повинні відокремлюватись від житлової забудови санітарно-захисними зонами (СЗЗ). Розмір санітарно-захисної зони визначають безпосередньо від джерел забруднення атмосферного повітря до межі житлової забудови. Джерелами забруднення повітря є: організовані (зосереджені) викиди через труби і шахти; розосереджені -- через ліхтарі промислових споруд; неорганізовані -- відкриті склади та підвали, місця завантаження, місця для збереження промислових відходів.

Для підприємств, що є джерелами забруднення атмосфери промисловими викидами (залежно від потужності, умов здійснення технологічного процесу, кількісного та якісного складу шкідливих виділень тощо), встановлені такі розміри санітарно-захисних зон відповідно до класу шкідливості підприємств: І клас -- 1000 м, II клас -- 500 м, III клас -- 300 м, IV клас -- 100 м, V клас -- 50 м.

До І, II та НІ класу відносяться в основному підприємства хімічної та металургійної промисловості, деякі підприємства по видобутку руди, виробництву будівельних матеріалів.

До IV класу, поряд з підприємствами хімічної та металургійної промисловості, відносяться підприємства метало - оброблювальної промисловості з чавунним (в кількості до 10000 тон/рік) та кольоровим (в кількості до 100 тон/рік) литвом, ряд підприємств по виробництву будівельних матеріалів, обробці деревини, багато підприємств текстильної, легкої, харчової промисловості.

До V класу, крім деяких виробництв хімічної та металургійної промисловості, відносяться підприємства метало - оброблювальної промисловості з термічною обробкою без ливарних процесів, великі друкарні, меблеві фабрики.

Санітарно-захисні зони повинні бути озеленені, адже саме тоді вони повною мірою можуть виконувати роль захисних бар'єрів від виробничого пилу, газів, шуму.

На зовнішній межі санітарно-захисної зони зверненої до житлової забудови, концентрації та рівні шкідливих факторів не повинні перевищувати їх гігієнічні нормативи (ГДК, ГДР), на межі курортно-рекреаційної зони -- 0,8 від значення нормативу.

Велике значення з санітарно-гігієнічної точки зору має благоустрій території, що вимагає озеленення, обладнання тротуарів, майданчиків для відпочинку, занять спортом та ін. Озеленені ділянки повинні складати не менше 10... 15% загальної площі підприємства

4.8 Енерго і ресурсозбереження в промисловій і будівельній сфері

При розробці нових ресурсозберігаючих і екологічних технологічних процесів, необхідне знешкодження відходів на стадії висновку з технологічного процесу, але при сучасному розвитку науки й техніки неможливо виключити утворення, не підметів спалюванню, що не піддаються нейтралізації токсичних відходів. У цьому випадку доцільне поховання відходів такого роду в спеціально створювані для цього сховищах, де можна буде поховати промислові відходи для їхнього використання в майбутньому. Однак відкривається усе більше можливостей істотно скоротити кількість відходів, які мають складний хімічний склад, і, як правило, їхня переробка в корисні продукти до останнього часу або була досить скрутна, або економічно недоцільна.