Нормирование качества окружающей среды

Лекция 16. ЭКОЗАЩИТНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

Инженерные методы защиты окружающей среды от техногенных воздействий. Малоотходная (безотходная) технология в защите окружающей среды. Нормирование качества окружающей среды. Защита атмосферы. Защита гидросферы. Защита литосферы. Рекультивация нарушенных территорий

 

 

16.1. Инженерные методы защиты окружающей среды
от техногенных воздействий

 

Основные направления инженерной защиты окружающей среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий – внедрение ресурсосберегающей малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксикация отходов и главное – экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ.

Эти принципиальные направления основаны на цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют экологизированными.

Создание самых совершенных очистных сооружений не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Основная причина загрязнения биосферы – это ресурсоемкие и загрязняющие технологии переработки и использования сырья. Именно эти традиционные технологии приводят к огромному накоплению отходов, необходимости очистки сточных вод и утилизации твердых отходов.

 

 

Малоотходная технология в защите окружающей среды

 

Принципиально новый подход к развитию всего производства – создание малоотходной (безотходной) технологии.

Под малоотходной (безотходной) технологией понимают такой способ производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным следует считать термин «малоотходная технология», так как
в принципе «безотходная технология» невозможна, ибо любая технологическая деятельность человека не может не производить отходы, хотя бы
в виде энергии. Достижение полной безотходности нереально, поскольку противоречит второму началу термодинамики, поэтому термин «безотходная технология» условен.

В комплекс мероприятий по сокращению до минимума количества вредных отходов и уменьшению их воздействия на окружающую природную среду входят:

разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;

разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.

Начальным этапом этих комплексных мероприятий является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкнутых, систем водопользования.

Оборотное водоснабжение – это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе
(до 3 %) в водоемы.

Замкнутый цикл водопользования – это система промышленного водоснабжения и водоотведения, в которой многократное использование воды в одном и том же производственном процессе осуществляется без сброса сточных и других вод в природные водоемы.

 

 

Нормирование качества окружающей среды

 

Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям.
В основу всех природоохранных мероприятий положен принцип нормирования качества окружающей среды. Этот термин означает установление нормативов предельно допустимых воздействий человека на окружающую среду.

Чем меньше пороговая величина экологических нормативов, тем выше качество окружающей среды. Более высокое качество требует соответственно больших затрат, эффективных технологий и высокочувствительных средств контроля. Поэтому нормативы качества окружающей среды по мере подъема уровня развития общества имеют тенденцию к ужесточению.

Основные экологические нормативы качества и воздействия на окружающую среду:

санитарно-гигиенические:

предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);

предельно допустимый уровень (ПДУ) физических воздействий (шума, вибрации, ионизирующих излучений и др.);

производственно-хозяйственные:

предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ;

предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ;

допустимое изъятие компонентов природной среды;

норматив образования отходов производства и потребления;

комплексные показатели:

допустимая антропогенная нагрузка на окружающую природную среду;

экологическая емкость территории.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, растениях и продуктах питания, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

Для нормирования содержания вредного вещества в атмосферном воздухе установлены два норматива – максимально разовый и среднесуточный ПДК. Максимально разовая предельно допустимая концентрация (ПДК_м.р) – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна вызывать при вдыхании его в течение 30 мин рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.). Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК_с.с) – это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) воздействии.

При содержании в воздухе нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммарным действием, например, диоксидов серы и азота, озона и формальдегида, должно соблюдаться неравенство

 

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + ….+ С_n/ПДК_n < 1,

 

где С₁, С₂.. – фактические концентрации вредных веществ в воздухе или воде; ПДК₁, ПДК₂,….ПДК_n – максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые установлены для их изолированного присутствия, мг/м³.

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в почве (ПДК, мг/кг) – это такая максимальная концентрация этих веществ, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающуюся способность почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека.

ПДК загрязняющих веществ для водной среды– это такая концентрация этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одной или нескольких целей водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов.

Требования к качеству вод в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем таковые для водных объектов хозяйственно-бытового назначения. Так,рыбохозяйственные ПДК для ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов – в шесть раз, а тяжелых металлов (цинка) – даже в сто раз. Объяснить это ужесточение требований к качеству воды
в рыбохозяйственных водоемах нетрудно, если вспомнить, что при переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи происходит их биологическое накопление до опасных для жизни количеств.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) радиационного воздействия на окружающую среду – это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) или предельно допустимый сброс (ПДС) – это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени разрешается выбрасывать данному конкретному предприятию в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Нормативы допустимой антропогенной нагрузки (НДАН) на окружающую среду – это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

Для оценки общей устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям используют следующие показатели:

1) запасы живого и мертвого органического вещества; 2) эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие.

Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды» или экологическая емкость территории.

Понятие о предельно допустимой антропогенной нагрузке на природную среду должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим различается экстенсивное и равновесное природопользование. Экстенсивное (расширяющееся) природопользование – рост производства, осуществляемый за счет возрастающей нагрузки на природные комплексы, причем эта нагрузка растет быстрее, чем увеличивается масштаб производства. Экстенсивное природопользование может привести к полному разрушению природного комплекса и подобно тому, как безграничный рост биологической емкости популяции приводит к ее краху, крах потерпит и техносфера. Равновесное природопользование – контроль общества за всеми сторонами своего развития, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на среду не превышала самовосстановительного потенциала природных систем.

Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование качества природной среды должно начинаться с определения нагрузок, допустимых с экологической точки зрения, а региональное природопользование должно соответствовать экологической «выносливости» территории.

Защита атмосферы

 

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры:

экологизацию технологических процессов;

очистку газовых выбросов от вредных примесей;

рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

устройство санитарно-защитных зон;

архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения – экологизация технологических процессов, т. е. создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Все шире применяют частичную рециркуляцию, т. е. повторное использование отходящих газов.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу. На предприятиях повсеместно используют очистку газовых выбросов от вредных примесей– рассеянных в атмосфере веществ, не содержащихся в ее постоянном составе. Существуют различные аппараты очистки отходящих газов от аэрозолей – взвешенных в газообразной среде жидких или твердых частиц неорганической и органической природы (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO₃, S0₂, S0₃ и др.), однако с точки зрения будущего такие аппараты по указанным причинам не имеют перспектив.

Для очистки выбросов от аэрозолей в настоящее время применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Сухие пылеуловители – циклоны, пылеосадительные камеры, которые предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок (рис. 23), далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда периодически
удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

 

Рис. 23. Схема устройства циклона: 1 – корпус; 2 – входной патрубок;
3 – выхлопная труба; 4 – сборник пыли

 

Мокрые пылеуловители – скрубберы, турбулентные, газопромыватели и др., которые требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность, капель под действием сил инерции и броуновского движения. Наибольшее практическое применение получили скрубберы Вентури (рис. 24), которые обеспечивают 99 % очистки от частиц размером более 2 мкм и, как все мокрые пылеуловители, незаменимы при очистке от пыли взрывоопасных и горячих газов.

 

 

 

Рис. 24. Схема устройства скруббера Вентури:
1 – труба Вентури; 2 – скруббер-каплеуловитель

Фильтры (тканевые, зернистые) способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из синтетических волокон повышенной термостойкости (250–300 °С) типа «Сульфон-Т», фильтровальные металлические ткани (до 800 °С), а также фильтры из тканей типа ФПП и ФПА, дающие высокую степень очистки.

Электрофильтры – наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки газов (99,0–99,5 %). Принцип работы всех типов электрофильтров основан на ионизации пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, обратный заряду коронирующего электрода. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз, в сборник пыли. Электроды требуют большого расхода электроэнергии – это их основной недостаток.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют для снижения опасных концентраций примесей до уровня соответствующего ПДК. Как показывает опыт, в приземном слое атмосферы вблизи крупных энергетических установок (ТЭЦ, ГРЭС) и других предприятий концентрация вредных веществ в отходящих газах может превышать ПДК, несмотря на все применяемые меры по очистке газов и экологизацию технологических процессов.

Рассеивание пыле-газовых выбросов осуществляют с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. На ряде предприятий высота дымовых труб достигает более 300 м. Самая высокая труба в России находится в Красноярском крае на Березовской ГРЭС – 370 м, а самая высокая труба в мире возведена на Экибастузской ГРЭС в Казахстане – 420 м. Значительную высоту (не менее 100 м) имеют вентиляционные (выбросные) трубы на АЭС для рассеивания радиоактивных выбросов. Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это далеко не самое лучшее решение проблемы, связанной с загрязнением воздушного бассейна. Применение высоких дымовых труб, хотя и помогло уменьшить локальное дымовое загрязнение, осложнило в то же время региональные проблемы выпадения кислотных дождей. Чем выше от поверхности земли происходит выброс загрязняющих газов, тем дальше от своего источника они распространяются. Примеси, досаждающие лондонцам в виде смога, губят листву в лесах Скандинавии.

Рассеивание вредных веществ в атмосфере – это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные устройства не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов предприятий в значительной степени связана с устройством санитарно-защитных зон и архитектурно-планировочными решениями.

Санитарно-защитная зона – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства (выбросы пыли и иные виды загрязнения среды).

Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ и принимают равной от 50 до 1000 м. Например, для цементных заводов производительностью более 150 тыс. т цемента в год
(I класс производства) ширина санитарно-защитной зоны – 1 000 м, а для предприятий по изготовлению камышита (V класс производства) – 50 м.

Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников, например, акацией белой, тополем канадским, елью колючей, шелковицей, кленом остролистным, вязом листовидным и т. д. Об эффективности озеленения свидетельствуют следующие данные: хвоя одного гектара елового леса улавливает 32 т пыли, листва букового леса 68 т. На расстоянии 500 м от предприятия при отсутствии озеленения загрязнение воздуха NO₂, S0₂ в два раза ниже, чем у источника загрязнения, а при наличии озеленения ниже в три-четыре раза.

Архитектурно-планировочные мероприятия – это правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом «розы ветров», выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

«Роза ветров» – векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данной местности по многолетним наблюдениям. Длина лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях, пропорциональна повторяемости ветров.

 

 

Защита гидросферы