Пути снижения so2 в атмосферном воздухе.

1. замена топлива с меньшим содержанием серы. Мазут не должен со­держать выше 0,02 % серы.

2. очистка топлива от серы

3. улавливание серы из отходящих газов.

Существуют пути снижения влияния кислотных дождей:

обработка почвы негашеной известью, водоемы обрабатывают карбона­том кальция.

ОКСИДЫ АЗОТА.

Естественными путями поступает 80-90% оксидов азота. Естествен­ными источниками являются :почвенные бактерии, лесные пожары, грозы, нитрификация в почве

реакция

Антропогенные источники -

а) сжигание ископаемого топлива. NO_x образуется тремя меха­низмами:

1. термические оксиды - в результате высокотемпературного окисления азота кислородом воздуха (цепная ра­дикальная реакция )

2. быстрые оксиды азота - в результате воздействия углеводородных радикалов с азотом воздуха ( при недос­татке кислорода; углеводо­родный радикал получается в процессе го­рения топлива)

3. топливные оксиды азота - образуются в результате превращения свя­занного азота в зоне пламени.

б) сжигание биомассы

в)выхлопные газы автотранспорта (за год поступает 60мл тонн в пересчете на NO₂ . Транспорт выбра­сывает 95% NO_x остальные 5% приходятся на другие промышленности.

Поведение NO_x в атмосферном воздухе. Физико-химические свойства.

В атмосферном воздухе среди NO_x наибольшей концентрацией обладают NO и NO₂.

Эти оксиды обладают ярко выраженным раздражающим действием на слизистые оболочки людей и животных.

Глобальные факторы действия на атмосферный воздух.

1. участвуют в образование кислотных дождей.

2. разрушает озоновый слой.

Одна молекула NO способна разрушать до 15000 молекул озона.

3. В некоторых случаях NO_x защищают озоновый слой. ClO разрушает озон. Эта реакция протекает на высоте 25-30 км (выше озонового слоя).

4. NO_x участвует в образовании фотохимического смога.

Фотохимический смог считается комплексным загрязнителем атмосферы.

СМОГ.

Смог (с англ - дым + туман).

С химической точки зрения относительно не опасные вещества (SO₂ , NO₂, метан). Под дей­ствие м фотохимического излучения превращается в более опасные загрязнители - SO₃, аль­дегиды, озон, пероксиацетилнитраты).

Причины образования смога.

Температурная инверсия.

При нормальных условиях температура у поверхности Земли

теплый воздух легче холодного, он уносит загрязнители наверх, где они рассеиваются, по­этому большой концентрацией загрязнителей у поверхности земли не наблюдается. В неко­торых случаях происходит температурная инверсия - смена слоев теплого и холодного воз­духа у поверхности земли, холодный воздух подтекает под слой теплого воздуха.

в результате, в холодном воздухе у поверхности земли загрязнители концентрируются, они здесь не рассеиваются (эффект прокуренной комнаты) - это одна из главных причин смогов.

Смоги бывают:

1. зимние (Лондонский)

2. летние (Лос-Анджелесовский).

ЗИМНИЕ СМОГИ.

Впервые был описан в декабре 1952 года. В Лондоне произошла избыточная смертность в количестве 4000 человек за месяц. Для обогрева сжигали много топлива с высоким содер­жанием серы. При этом выделялся диоксид серы - основной компонент зимнего смога.

Физико-химические процессов в зоне смога не происходит. Обычно подвергаются те го­рода, где сжигают много топлива (СЕВЕР), и рельеф местности способствует температурной инверсии.

ЛЕТНИЙ СМОГ(фотохимический).

Летом в результате интенсивного солнечного излучения в среде загрязнителей воздуха идут фотохимические реакции. В этом случае образуются более вредные загрязнители из менее вредны - альдегиды, озон, ПАН (пероксиацетилнитраты). В воздухе наблюдается синеватая дымка до сто превышений ПДК озона. Озон - сильный окислитель. В результате его воздей­ствии идут окислительные процессы у всего живого, ухудшается видимость, люди чихают и кашляют. Это явление характерно для Еревана, Кемерово, Ангарск, Медногорск.

Ближе к полудню (12- 14 часов) наблюдается максимальная концентрация озона в призем­ном слое, поэтому нельзя загорать в это время дня.

СХЕМА ОБРАЗОВАНИЯ ПРОДУКТОВ ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА (модельная

Все эти переходные соединения содержат -О-О- связь, которая разрывается с образованием двух свободных радикалов, которые будут инициировать деструктивные реакции: вызывают старение и порчу всех химических веществ - красок, полимерных материалов и т.п.

Озон также попадает и в квартиры и сразу же вступает в реакцию с краской и мебелью, обоев. Поэтому в комнатах обычно не наблюдается высокая концентрация озона.

ВЛИЯНИЕ ПРОДУКТОВ ФОТОХИМИЧЕСКОГО СМОГА НА РАСТЕНИЯ.

Озон и ПАН оказывают самое вредное действие на растения. Если концентрация озона равна 1 м.д. , урожайность помидоров падает в 3 раза.

Причина: сильный окислитель в органах растений нарушает ферментативные реакции. Особы вред наносит на реакции энергоснабжения - нарушение цикла Кребса: обесцвечива­ние листьев, увядание цветов, прекращение плодоношения и роста.

В Уфе чаще всего наблюдается зимний смог.

УГЛЕВОДОРОДЫ В АТМОСФЕРЕ ВОЗДУХА.

В атмосфере воздуха в качестве углеводородов обнаружены:

растворители, бензин, растворители красок, органические чистящие вещества. В основном вся эта органика попадает в атмосферный воздух в виде паров.

Естественные источники: обычно составляют 85%:

1. продукты жизнедеятельности грибов, мха.

2. продукты распада органики

3. продукты жизнедеятельности растений.

Антропогенные источники:

1. выхлопные газы автомашин

2. испарение бензина из топливных баков

3. испарение из бензохранилищ

4. испарение отходов лакокрасочных цехов

5. станции автосервиса.

Обычно, в ДВС смесь топлива и воздуха всасывается, сжимается, воспламеняется, и выбрасывается. Эти четыре действия происходят примерно 25 раз за 1 секунду. За это время в зоне горения топлива достигается высокая температура. В момент выброса в атмосферный воздух попадают несгоревшие топливо. Так как горение не полное выбрасывается СО. В выхлопных газах обнаруживаются полиароматические углеводороды (ПАУ). Среди них мас­кимальную опасность представляет бензопирен - это загрязнитель первого класса опасности. Бензопирен страшен тем, что по цепочке почва - растения - животные - человек идет его на­копление. Особенно много бензпирена накопляется в мясных продуктах . Чем выше степень термической обработки, тем выше концентрация бензпирена. В капусте больше бензпирена, чем в помидорах .за год в среднем каждый житель РФ с продуктами питания получает при­мерно 2 мг бензпирена. Много его в табачном дыму. В среднем через каждые 2-3 часа один человек - из миллиона погибает от курения, а в автокатастрофах 1 человек из миллиона по­гибает через 2-4 дня, от спиртного - через 4-5 дней. Основные источники бензпирена (кроме автомашин):

1. цветная и черна металлургия

2. заводы по сжиганию мусора

ПАУ

являются очень устойчивыми, разлагаются только под действием ???

максимальная концнетарция ПАУ наблюдается зимой. На сегодняшний день от 60 до 90% всех раковых заболеваний идет за счет загрязнения атмосферного воздуха, в частности от ПАУ.

В городах смертность от рака легких в два раза больше, чем в сельской местности.

Смесь углеводородов и коисдов азота - основная причина смогов.

Если не углеводороды, то NO₂ в атмосферном воздухе проделывает цепочку реакций:

если же есть в атмосферном воздухе углеводород:

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОТРАНСПОРТА.

1.наибольшее количество загрязнителей выбрасывается при разгоне и торможени автома­шин, следовательно автомашины сильно загрязняют воздух при частых остановках. Сле­довательно в крупных городах должны быть система ивжений автомашин в режиме зеле­ного огня. В некоторых крупных городах это действует. Принимаются меры, например, в Париже в четные дни выезжают машины с четными номерами и т.п.

1. выбор наиболее оптимального режима работы двигателя - m_{топлива}:m_воздух=1:15. Чем больше воздуха засавыется, тем больше вовлекает в окисление азот. В разных двигателях это соотношение разное. В бензиновых двигателях величина  (которая показывает коли­чество кислорода, поступающего к количеству кислорода необходимого для полного сго­рания топлива) составляет 0,8-0,9

следовательно в этих двигателях в самой конструкции заложено неполное сгорание топлива. В дизельных дваигаелях

=1,4-1,7 , то есть подается заведомо большой избыток воздуха. В бензиновых двигателях высоки выбросы оксидов углерода (конц. СО достигает 10-12%), УВ.

В дизельных двигателях выбросы оксидов углерода и УВ меньше, но больше оксидов азота.

В бензиновых двигателях образуются продукты неполного сгорания - альдегиды и сажа. В дизельных дваигетлях сажи выбрасывается намного меньше, чем из бензиновых двигателей. Сажа адсорбирует все канцерогенные вещества. В бензиновых двигателях применяют бен­зин, в котором во многих городах в качестве присадки применяют тетраэтилсвинец, следо­вательно много выбросов свинца. Дизельное топливо содержит много серы, поэтому в вы­бросах много оксидов серы.

Кроме того, дизельные двигатели имеют большой шум.

СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ.

Для этой цели применяют так называемые нейтрализаторы - двухступенчатый трехкомпо­нентный катализатор. Это дополнительное устройство, которое вводится в выпускную сис­тему вдивагтеля и предназначено для снижения токсичности выхлопных газов. Оно состоит из двух катализаторов ( окислительного и восстановительного).

в нейтрализатор поступают выхлопные газы, на пути находится восстановительный катали­затор (сплав меди и никеля). Здесь все оксиды восстанавливаются до нетоксичных продук­тов.затем слой окислительного катализатора - здесь протекают процессы доокисления всех ок­сидов.в результате прохождения выхлопных газов через нейтрализатор содержание оксидов азота падает в 6 раз, а сожержание оксидов углерода и УВ - в 2 раза. При этом лучше работает восстановительный катализатор. Имеются перспективы и проводятся работы. В автомаши­нах применяют более экономичные дизельные двигатели, используют сжиженный природ­ный газ, вместо тетраэтилсвинца используют УВ-добавки: метанол, высшие спирты, водо­род, некоторые сложные эфиры. На сегодняшний день перспективное развитие получает во­дородное топливо.

АЭРОЗОЛИ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ.

Аэрозоли - взвешенные в газообразной среде частички твердых и жидких веществ. В случае жидкости - это туман; в случае твердых частиц - дым.

Естественные источники:

1. пыльные бури

2. вулканы

3. лесные пожары.

Антропогенные источники:

1. сжигание топлива

2. металлургические заводы

3. ТЭЦ

4. заводы по производству строительных материалов

5. НПЗ

Особая вредность аэрозолей состоит в том, что в своем составе они содержат всю периоди­ческую систему. Особо опасно содержание оксидов свинца, железа и сурьмы.

Состав: всегда содержат 4 группы веществ - сульфаты, органические соединения, вода, твердый углерод???

Состав зависит от условий образования аэрозолей и метеоусловий.

В зависимости от размеров частиц аэрозоли делятся на:

1. тонкодисперсные (r<0.1 мкм).

2. среднедисперсные (r=0.1-1,0 мкм).

3. грубодисперсные (r >1 мкм).

В атмосферном воздухе присутствуют следующие типы аэрозолей:

1. пыльца растений

2. микроорганизмы, их споры

3. углеродная пыль

4. цементная пыль

5. удобрения

6. асбест

7. сухой песок.

Сверху вниз размеры частиц увеличиваются.

ГЛОБАЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ НА КЛИМАТ.

Аэрозоли находятся во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе. Время нахождения зависит от размера частиц - чем крупнее частица, тем меньше время. Обычно время равня­ется нескольким суткам. За это время аэрозоли поглощают солнечное тепло, поэтому темпе­ратура у поверхности земли падает. Это снижение может достичь 0,3 градусов. Эффект - об­ратный парниковому.

Для сравнения - состав воздуха над океаном принимается за самый чистый. В сельской ме­стности атмосферный воздух в 10 раз грязнее, над городами - в 40 раз грязнее. Над боль­шими городами - в 150 раз грязнее.

Аэрозольная шапка над большими городами находится на высоте 1-2 км. Это плотная завеса задерживает 20% излучения летом и 50% зимой. Следовательно температура понижается у поверхности земли в глобальном масштабе.

Концентрация аэрозолей в воздухе (атмосфере) меняется в широких пределах 10⁴-10⁶ мг/м³. В городах содержание выше чем в сельской местности. Наибольшую опасность пред­ставляют аэрозоли свинца(10^-6-10^-4 мг/м³ до 10^-2).

Влияние аэрозолей на здоровье человека.

1. аэрозоли из пыльцы цветущих растений вызывают аллергические реакции.

2. аэрозоли, содержащие оксиды кремния вызывают респираторное заболевание - силикозу.

3. аэрозоли с оксидами железа - седирозу.

4. аэрозоли содержащие асбест являются канцерогенными. Аэрозоли содержат мелкие во­локнистые асбестовые палочки, не удерживаемые фильтрами.

5. аэрозоли с завода белково-витаминных концентратов содержат микробиологические пре­параты - мощные аллергены.

6. аэрозоли с полей - содержат гербициды, пестициды (канцерогены, аллергены)

Методы очистки атмосферного воздуха от отходящих газов.

Все способы делятся:

1. пассивные методы борьбы с выбросами

2. активные

Пассивные:

методы, использование которых не связано с непосредственным воздействием на ис­точник загрязнений, так называемые защитные методы. Они ограничивают поступление за­грязнителей в атмосферу и делятся на:

рациональное размещение источников загрязнения в зависимости от масштабов ре­шаемых задач:

1. рациональное размещение на общегосударственном уровне

2. рациональное размещение на территории данного региона

3. рациональное размещение цехов внутри одного предприятия

4. рациональное размещение оборудования внутри одного цеха.

РБ - пример нерационального размещения всех предприятий (нарушены три последних пункта)

локализация источников загрязнений

очистка газовых выбросов в атмосферу

Активные: суть - воздействие на источник загрязнения. Активные методы - те, кото­рые заключаются в совершенствовании технологий, разработке новых.

Активные методы имеют большие возможности для уменьшения количества загряз­нений и делятся:

-минимизация отходов производства, как в энергетическом так и в материальном смысле

1. прямые методы

2. косвенные методы

пример: уменьшение содержания диоксида серы. Если нефть очищать от серы, то уменьша­ется количество диоксида серы в атмосферном воздухе - прямой способ.

Если нефть не очищаем от серы, но провели реконструкцию печи, в которой идет полное сгорание топлива - косвенный метод.

-замена токсичных отходов на нетоксичные. Это сложный способ, достигается совершенст­вованием технологий;

-замена не утилизируемых отходов на утилизируемые (достигается совершенствованием технологической цепочки). Пример, при производстве соды образуются целые озера, можно остановить реакцию на стадии образования нитратов (удобрения).

-создание безотходных технологий (замкнутых цепей). Отходы одного производства - сырье для другого. Достигается созданием энергосберегающих технологий (комплексное исполь­зования сырья, как в природе.

Методы очистки атмосферного воздуха от пыли.

А) механические обеспыливающие устройства (осадительные камеры, инерционные пыле­улавливатели, циклоны) - первый грубый этап очистки. Эти устройства улавливают крупно­дисперсные аэрозольные частицы.

Б) мокрые пылеулавливатели (идет промывание газовых выбросов жидкостями) - эффектив­нее чем первый этап.

В) пористые фильтры.

Г) электрофильтры

Д) применение ультразвуковых аппаратов

Е) электрохимические методы.

А). Вся пылеулавливающая аппаратура - оборудование для улавливания пыли сухим спосо­бом. Сюда входят пылеосадительные камеры, инерционные пылеулавливатели: циклоны, ротационные пылеулавиливатели. Названы по мере увеличения эффективности очистки - здесь крупные частицы оседают под действием силы тяжести.

В инерционных на пути ставится перегородка, частицы ударяются, меняют траекторию и оседают в шламонакопителе. Наибольшую эффективность проявляют электрофильтры (99,9%).

Б). Оборудование для улавливания мокрым способом: рототрон, скрубберы Вентури, пенные аппараты.

Наиболее распространен сухой способ очистки газовых выбросов - циклоны.

Есть несколько вариантов. Например, подвод газа идет по касательной к боковой поверхно­сти, вращается по циклону, приближаясь к нижнему бункеру. Вскоре пыль оседает на стен­ках циклона и спускается вниз в бункер под действием силы тяжести.

Чистый газовый поток резко меняет свою траекторию, идет резко вверх и выходит через верхний патрубок (для этого поворачивают на 180 град.).

Требование - герметичность.

Эффективность невысокая, идет для очистки грубодисперсных частиц. Лучше устанавливать несколько циклонов сразу (батарея из 5-10), большая эффективность. Требует небольших затрат. Применяется в производстве серной кислоты. Эффективность возрастает , если по­верхность внутри смочить водой.

От мелкодисперсных аэрозолей очистку ведут с применением матерчатых фильтров (пыль задерживается на ворсистом материале - лавсан, войлок).

Аппарат оформления - герметичная установка. Воздух идет через матерчатые рукава, выходит снизу. Рукава очищают, вытряхивают. Стоимость метода мала. Часто совмещают циклон и матерчатый фильтр.

Электрофильтры - состоят из двух электродов: осадительный (корпус электрофильтра, куда подается положительный заряд и корпус заземляется); внутри - экранирующий электрод (отрицательный заряд высокого напряжения.

Грязный поток поступает в корпус, пыль под действие м отрицательного заряда за­ряжается и оседает на стенках электрофильтра, стекает под действием силы тяжести. Таким образом достигается максимальная эффективность. Применяется в ТЭЦ, в производстве фосфорной кислоты.

Ультразвуковые аппараты.

Принцип: газовый поток обрабатывается ультразвуком, идет акустическая коагуляция (укрупнение частиц). Их оседание происходит с большей эффективностью, применяют ци­клоны и т.п.

источники ультразвука - сирены, слуховые аппараты. Однако при этом создается дополни­тельное шумовое загрязнение.

Эффективно применяется для очистки от сажи, тумана.

Фильтр-поглотитель академика Петрякова.

Методы очистки газовых выбросов.

1. от SO₂ Методы абсорбции - поглощение газа жидкой фазы

а) (но растворимость SO₂ в воде мала). Поэтому расходы воды очень велики. Кроме того тре­буется очень много энергии. (Т=100 град).

В щелочной среде поглощение идет лучше, например, морской водой.

Б) известковые и известняковые - в качестве реагентов используют эмульсии извести и из­вестняка (доломиты, иногда мел). Известь получают обжигом CaCO₃ .

Достоинства метода: простая технологическая схема, низкие затраты при эксплуата­ции, дешевизна, доступность исходных материалов, возможность очистки газовых смесей без предварительного охлаждения, возможность очистки без предварительного пылеотделе­ния. На 1 кг известняка приходится 0,5 кг SO₂ (рН водных эмульсий должен быть больше или равен 5).

Недостаток метода: засоряет трубы, вызывает коррозию.

Чтобы избежать образование гипса, следует удалить кислород из газовой смеси.

В) использование щелочных стоков - одновременно происходит очистка от двух загрязните­лей.

МЕТОДЫ ХЕМОСОРБЦИИ.

Происходит регенерация исходного хемосорбента, а SO₂ направляется на производство сер­ной кислоты. Эта методика недорогая, процесс циклический, возможна очистка без предва­рительного охлаждения газовой смеси

Недостаток: потери MgO 1.цинковый плохо растворяется в воде, выпадает в осадок.

Возможно другое направление вторая стадия - обжиг

достоинство метода: возможность протекания процесса без предварительного охлаждения смеси.

Недостаток: если в газовой смеси присутствует кислород, то на первой стадии образуется сульфат, вызывающий засорение труб, коррозию. Этого можно избежать, если обавлять ин­гибитор - пара-фенилендиамин.

3) на основе солей натрия. Обычно используют соду, которая обладает большой адсорбци­онной емкостью, нелетучий. Используется для адсорбции SO₂ любой концентрации.

С гидрокисдом натрия получаются те же продукты

Другие методы очистки - фосфатный ( адсорбент - водный раствор фосфата натрия), ки­слотно-каталитический (адсорбент - разбавленный раствор сернистой кислоты, Mn (II) - ка­тализатор);

озоно-аммиачный метод

высокая эффективность поглощения - до 95 % диоксида серы.

Но метод дорогой.

Аммиачный метод из двух загрязнителей получается соль - аммиачное удобрение.

Методика Крауза - одновременно связывается два токсичных вещества.

обессеривание

От NO_x.

N₂O и NO - несолеобразущие, N₂O₃, NO₂, N₂O₅ - солеобразующие оксиды. В обычных усло­виях наиболее устойчивой формой является NO₂.

Методы абсорбции.

степень очистки 97%.

Обычно на 1 тонну кислоты расходуется 6 кг пероксида водорода.

Абсорбция щелочами

в) адсорбционная способность гидрокисдов натрия и калия условна равна 1;

продукты абсорбции используют как удобрения.

Недостаток метода - низкая степень очистки.

Г) селективные абсорбенты: комплексообразователи и восстановители

при нагревании образующиеся комплексы разлагаются. Большей комплексообразующей способностью обладает FeSO₄ .

Другие комплексообразователи:

Оптимальный режим температур 20-40 град.

КОМПЛЕКСНАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ СЕРЫ И АЗОТА.

Оксиды серы и азота часто выделяются совместно. При этом используют щелочные абсор­бенты - обычно применяются гидроксид натрия и сода. Основными продуктами являются сульфит и сульфат натрия, нитрит и нитрат натрия, хлорид натрия. Если в качестве реагента используют ?, то получается гипс.

Методы адсорбции газовых выбросов от оксидов азота.

Самым эффективным адсорбентом является активированный уголь. Реакция настолько эф­фективна, что протекает со взрывом. Кроме угля используют силикагель, но он хуже. Ме­тоды адсорбции дают очень эффективные результаты - остаточные концентрации состав­ляют 0,005 %. Однако эти методы очень дороги. После адсорбции должна быть десорбция, которая требует герметичности аппаратуры.

ХЕМОСОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ОТ ОКСИДОВ АЗОТА.

Торфо-щелочные адсорбенты - в аппаратах кипящего слоя (98% очистка); торфо-аммиачные - после поглощения применяются в качестве азотных удобрений (комплексное применение сырья, но минус метода - возможность самовозгорания торфа); фосфатное сырье - бурые угли - продукты дальше используются как фосфорные удобрения; карбонатные породы - азотные удобрения.

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТ ОКСИДОВ АЗОТА.

Самые дорогие, но и самые эффективные. В качестве катализаторов используется палладий, рутений, платина, родий. В некоторых случаях используются более дешевые металлы - ни­кель, хром, медь, цинк, вольфрам. После каталитических методов очистки достигается сте­пень очистки - 0,0005%.

Каталитические способы делятся на несколько групп:

1. высокотемпературные восстановители оксидов азота - метан, монооксид углерода, водо­род.Все реакции экзотермичны - 700 град. Поэтому катализатор нужен термостойкий.

2. селективное каталитическое восстановление оксидов азота.

Процесс избирательный. В качестве восстановителя применяется аммиак. Можно подобрать такие условия, что аммиак может реагировать только с оксидами азота.

Если в газовый поток подается стехиометрическое количество аммиака, то ....

В тех случаях, когда подбор реагентов нестехиометрический, аммиак расходуется на реак­цию с кислородом: чем хороши первый и второй способы? - они позволяют очищать газовые выбросы с высо­ким содержанием газовых выбросов азота (1- 30 %). Основной недостаток - дороговизна ка­тализатора.

МЕТОДИКА РАЗЛОЖЕНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА НА ГЕТЕРОГЕННЫХ ВОССТАНОВИТЕ­ЛЯХ.

В качестве гетерогенных восстановителей используют уголь, кокс, графит. В этом случае температурный режим -1300 град.

Недостаток: очень быстро отравляется восстановитель - уголь. Неполное разложение окси­дов азота; для полного разложения требуются очень высокие температуры, большие затраты энергии.

Разложения оксидов азота без катализатора: возможна в гетерогенной и гомогенной среде. В качестве гомогенного восстановителя применяются различные горючие газы и аммиак. Температура восстановления порядка 1000 град. Степень разложения оксидов азота 96% - можно выбрасывать в атмосферу, если высота среды не меньше 50м.

Гетерогенное разложение обычно ведут на карбамиде в водной среде. Продукт реакции - азот. Степень очистки 80%.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА.

СО - несолеобразующий оксид, поэтому применяются специфические дорогие методики.

Методы абсорбции - водные растворы ацетата, формиата, карбоната меди (I).

Медно-аммиачная очистка: скорость абсорбции зависит от концентрации меди (I) (прямая пропорциональность), давле­ние, температура (обратная пропорциональность 0-20 град).

Эта методика используется для газовых смесей без кислорода, если присутствует кислород, то медь (I) переходит в медь (II). Медь двухвалентная такой комплекс не образует.

Процессы адсорбции - применяется двойная соль CuClAlCl₄.

Процесс ведут в ароматических растворителях: 20-80 % соли и 80-20% например толуола.

Преимущества: из газовой смеси кроме моноокисла углерода ничего не поглощается.

Неудобства: комплекс разлагается молекулами воды. Поэтому необходима сушка.

Физическая адсорбция СО на жидком азоте. Включает три стадии:

1. сушка и обязательное предварительное охлаждение газовой смеси

2. последующее глубокое охлаждение газовой смеси. Параллельно поглощается метан и ки­слород

3. отмывка газа от кислорода и метана.

Способ дорогой.

Каталитическая очистка.

но мы знаем какие трудности следуют из применения катализаторов.

С водяным паром:

катализатор такой катализатор выдерживает температуру 600 град, а процесс ведут при 300-500 град. Этот метод применяется, кода содержание СО велико (принцип Ле-Шателье).

Процесс метанирования

применяется в случае, когда содержание СО мало, не выше 2% ( иначе применение не вы­годно). Степень связывания СО высока - до 10^-4 %, поэтому применяют как заключительный этап очистки. Катализатор -

ОЧИСТКА ГАЗОВОЙ СМЕСИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

Обычно ведут двумя способами.

1. реакция окисления

2. реакция гидрирования.

SO₂ улавливают и направляют в производство серной кислоты.

обязательно улавливается и направляется в дальнейшее производство. Этот метод применя­ется, когда исходные вещества токсичны, дурно пахнущие. В качестве катализатора приме­няют металлы платиновой группы, кобальт, никель, железо. В настоящее время в атмосферу выбрасывается 50% неочищенного газового потока. Кроме химических факторов есть природные улавливатели: один гектар зеленых насаждений по­глощает до 70 тонн вредных веществ. В крупных городах на каждого жителя должно быть посажено до 20 кв. метров зеленых насаждений. По Уфе примерно всего 12 га.

Экологическое мышление.Ежегодно делаются рейды «чистый воздух», проверяют наличие выхлопных газов???Экология жилища.Пылесос поглощает крупные частицы, но самые опасные (мелкие) выбрасывает.Воздух в квартирах намного хуже чем на улицах. Мебель выделяет самые вредные вещества: формальдегид, уксусную кислоту, соединения серы. Нельзя оставлять пищу в хрустальной посуде. Люстра Чижовского - заряжаются молекулы газа отрицательно, и разносятся эритроцитами по всему организму. Положительно заряженные частицы являются отравителями легких. Радон - радиоактивный газ - поступает в приземные слои атмосферы из грунта и через под­вальные помещения попадает в жилища. Радо - тяжелый газ, без цвета и запаха, поэтому яв­ляется экологической ловушкой; является продуктом распадаПериод полураспада 4 суток.Влияние на организм радона: избирательно накапливается в сердце, печени и в коре надпо­чечников. Растворяясь в крови радон переносица по всему телу, и весь организм подверга­ется массивному облучению. Результатом является мигрень, тошнота, рак легких. Особенно на первом и втором этажах сильное влияние. Школы без проверки на радон не принима­ются.

Единица измерения Бк/м³ - число атомов в одном кубометре за одну секунду.

Для новостроек концентрация радона меньше или равно 100 Бк/м³, для старых домов меньше 200 Бк/м³.

Способ борьбы с радоном.

Проверка, изоляция от поверхности земли, проветривание комнат.

ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ.

Вода, ее свойства, распространение в природе. Роль в жизнедеятельности человека.

Удельный объем водопотребления - суточный объем воды в литрах, необходимый человеку, в крупных городах составляет 600, в сельской - 200 литров, если отсутствует водопровод, то - 50 литров.

Основные виды природных вод: пресные поверхностные воды(реки, озера, водохранилища), подземные, почвенная влага, воды ледников, воды океанов.

В расчете на душу населения Россия занимает первое место. В европейской части наблюда­ется резкий дефицит плюс южные районы и в центральной части. Хорошо обеспечена Си­бирь (озеро Байкал).

Водные запасы характеризуются активностью водообмена - скорость возобновления водных ресурсов гидросферы до полного объема. Самой большой активностью обладают реки - за 10 - 14 суток, озера - за год не больше 1,5 %??? , вода в атмосфере 10-15 су­ток, подземные и ледники -1000 лет.

Из пресных вод наиболее эксплуатируются реи. Антропогенное воздействие уменьшает вод­ные запасы. Водные запасы Волги уменьшены на 10%, Дона, Терека - на 30-40%.

Различают 4 категории водопользования:

1. для охлаждения продуктов производства (вода с продуктами не соприкасается, не загряз­няется, используется многократно).

2. как среда для поглощения примесей (загрязняется и образуются шламовые производства, одноразовое использование)

3. для очистки газов, очистки кокса (загрязняется)

4. применяется как растворитель или экстрагент.

Для всех четырех предприятий обязательно выполнение следующих норм:

1. вода должна оставаться безвредно для здоровья контактируемого персонала,

2. должна обладать свойствами регенерации,

3. вода не должна обладать отрицательными органолептическими свойствами

4. вода используемая в теплообменниках должна иметь антинакипь.

СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ.

1. Прямоточное водоснабжение - из источника в производство. После производственного цикла вода поступает на очистные сооружения. Плюсы: вода подвергается обязательной очистке; минусы: такая система требует большого расхода воды.

2. последовательное водоснабжение - после первого цикла поступает в следующий цикл производства. Минусы: вода сильно загрязняется, появляются шламовые. Плюсы: по­требление гораздо меньше, чем в прямоточном.

3. оборотное водоснабжение - вода после очистки не сбрасывается в водоемы, а поступает обратно в производство. Плюсы: требуется меньше воды чем в 1 и 2.

Расход воды зависит от климатических условий. В северных районах потребление меньше, чем в южных районах.

Водоемкость производства - количество воды в м³­ , необходимое для производства 1 тонны продукции.

Для 1 тонны химического волокна требуется 2000 -3000 тонны воды, целлюлозы - 500 тонн, чугуна - 50 тонн.

Экономическое обоснование водопотребления: - количество воды, которое содержит сы­рье; -количество воды, которое находится в обороте данного производства, -количе­ство воды, которое предприятие забирает из водоема, -количество воды, которое сбрасы­вается после очистки в водоем.

Показатели:

1. процент оборота воды - чем больше процентов, тем лучше используется вода

2. коэффициент использования воды , меньше единицы, для химической промышленности =0,73

3. кратность использования воды , больше 1. Чем больше тем лучше.

4. коэффициент потребления воды -это показатель безвозвратной по­тери воды.

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГИДРОСФЕРЫ:

1. сточные воды промышленных предприятий

2. городские сточные воды

3. канализационные воды животноводческих хозяйств.

4. дождевые, талые с растворенными химическими соединениями с полей и с улиц.

5. водный транспорт

6. естественные осадки (кислотные)

На сегодня по РФ примерно 50% населения пьет воду не соответствующую гигиеническим требованиям. Где-то повышена жесткость, тяжелые металлы, химических выбросы. Наибо­лее загрязнены подземные воды в западных районах РБ - Туймазинский район, Октябрьский - максимальный дефицит воды для человека.

ОСОБЕННОСТИ ВОДНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ.

Загрязняющие вещества ..... ионов, попав в атмосферный воздух распределяются в нем равномерно. В водоемах другая картина - концентрирование загрязнителей в поверхно­стном слое.

Рисунок

В поверхностном слое молекулы обладают иными свойствами, чем те молекулы, которые находятся в глубине. Происходит концентрирование в поверхностном слое воды., особенно таких веществ, как ПАВы, нефть и нефтепродукты. Результаты: нарушаются тепловой об­мен, обмен влагой и газами между водой и атмосферным воздухом. Если есть нефтяная пленка, то скорость испарения воды уменьшается в два раза, это влияет на погодные усло­вия.

Концентрирование загрязнителей в придонном осадке.

Рисунок

загрязнители оседают на взвешенные частицы и попадают в придонный осадок- это «помойная яма». Таким образом, анализ воды надо вести с придонного слоя, с поверхности и с толщи воды. Именно так поступают в Нидерландах.

Концентрирование загрязнителей в биоте.

Рисунок.

С₁-концентрация загрязнителей в воде

С₂ - концентрация загрязнителей в рыбе

С₂/С₁ >>> 1.

Для [Hg] С₂/С₁=1000.

То есть в рыбе загрязнители концентрируются в большей степени. В природе существует так называемые пищевые цепи: морская вода - планктон-рыба-птицы-человек. В конечном звене цепи концентрация загрязнителей в миллион раз больше чем содержалось в морской воде.

В 50-ые годы применялся ДДТ: в воде - дождевые черви-глухарь-

Очень вредны пищевые цепочки с участием соединений фтора. Соединения фтора при избы­точной концентрации вызывают размягчение костей - болезнь распространена в тех рай­онах, где есть алюминиевые заводы.

Существует так называемая избирательное накопление загрязнителей. Волосы и ногти нака­пливают в себе мышьяк, ванадий, теллур, ртуть и алюминий; почки накапливают кадмий, ртуть, кадмий; кишечник - олово; слизистые глаз избирательно накапливают барий; мозг - соединения меди.

Избирательное накопление характеризуется количественно так называемым коэффициентом дискриминации:

коэффициент накопления загрязнителя в биоте.

Формула

коэффициент дискриминации - отношение двух коэффициентов в двух органах, тканях.

Разные организмы по разному относятся к тем или иным элементам. В некоторых случаях организмы имеют особые тяготения к тому или иному загрязнителю. Например, мышьяк в значительных концентрациях накапливается в бурых водорослях. Видимо, мышьяк им ну­жен как микроэлемент. Позвоночные накапливают соединения фтора, папоротники - нио­бий, моллюски - германий, планктон- железо.

Конкуренция токсичных веществ с биогенными элементами.

Многие токсичные элементы по физико-химическими свойствами схожи с биогенными эле­ментами.

Биогенные элементы	токсичные элементы
калий	цезий
Кальция	стронций 90
Цинк	кадмий
Магний	бериллий

Эти токсичные элементы, попав в организм человека проводят конкурирующие реакции. Например, цинк участвует в естественном биохимическом синтезе. Вместо него вступает кадмий, следовательно естественная ферментативная реакция вышла из строя.

За первый год жизни младенец получает токсичных элементов столько, сколько 50 лет назад получал за 40 лет жизни.

Нарушение химической коммуникации.

Загрязнители, попав в водоемы нарушают химическую коммуникацию. В карповых рыбах при проявлении опасности начинают действовать ферромон тревоги. Если в водоем попал фенол с концентрацией 5мг/л этот ферромон перестает срабатывать. Если концентрация 20 мг/л, ферромон исключается из жизненного цикла, следовательно нарушается природный баланс водоемов. Это в некоторых случаях применяют для борьбы с вредителями сельскохо­зяйственных культур и леса.

Поведение водных загрязнителей.

Поведение водных загрязнителей сильно зависит от параметров водной системы: темпера­туры воды - влияет на количество растворенного кислорода (обратно пропорциональная за­висимость). Количество кислорода влияет на состояние водоема в целом. Пример, водоем попали отходы, содержащие углерод, водород, кислород, азот, фосфор, серу. Как справится водоем с этими загрязнителями зависит от количества растворенного кислорода:

-если кислорода много, то происходят аэробные процессы окисления с образованием угле­кислого газа, воды, диоксида азота, нитратов, фосфатов, сульфатов - качество воды непло­хое

-если кислорода мало, происходят анаэробные процессы окисления образованием метана, сероводорода, фосфина, аммиака - продукты вредные, дурно пахнущие, вода не пригодна для питья.

Количественной характеристикой растворенного кислорода являются два параметра:

1. БПК - это количество растворенного кислорода в граммах, необходимое для превращения всех биоразложимых органических загрязнителей в одном литре воды, {г (О₂) / л (Н₂О)}. Чем больше БПК, тем больше загрязнителей в воде. БПК₅- стандартная проба на воду (пятидневная проба) - грязную воду разбавляют дистиллированной водой, насыщают из­бытком воздуха, определяют значение БПК, выдерживают в течении 5 суток при Т=0 град, и опять измеряют БПК. БПК₅- это разность масс кислорода, который был израсхо­дована в начале пробы и после 5 дней. Для питьевой воды БПК₅=1,5*10^-3 г(О₂)/1 литр воды.

2. ХПК - это величина характеризует общую массу органических веществ в воде, определя­ется бихроматным методом, {мг(О₂) / 1мг(окисляемого вещества)}. Влияние температуры отражается в тепловом загрязнении воды.

Многие сточные воды - горячие поступают из АЭС и ТЭЦ. В результате повышается темпе­ратура водоемов, следовательно ускоряют многие процессы: реакции окисления загрязните­лей в водоемах, снижается растворимость кислорода, это приводит к тому, что водоем со­вершенно изменяет свои свойства, начинают жить аквариумные малоценные рыбы. Количе­ство растворенного кислорода - индикатор чистоты водоема. Форель - биоиндикатор чис­тоты водоема. Она живет только там, где содержание кислорода=8-10 см³/г , 0 град; карась - 1-5 см³/г - 25 - 30 град.

Повышение температуры водоемов усиливает токсичность многих загрязнителей. Изменение свойств загрязняющих веществ в природных условиях называется биотрансфор­мацией. Существует две параллельные и взаимосвязанных пути превращения загрязнителя:

1. химическое превращение происходит под действие света, кислорода воздуха, радиацион­ного излучения. Например, реакция фотохимического смога.

2. трансформация загрязняющих веществ в живых организмах.

4 пути биотрансформации:

1. из менее токсичных загрязнителей в живых организмах получают более токсичные. Со­единения олова в принципе не токсичны. Однако в живых организмах может синтезиро­ваться олово-органика, которая токсична. СCl₄ - гораздо более опасность представляет собой СCl₃ + липид образуется липидрадикал - инициатор роста раковых клеток. Взаимо­связь диэтиламина с нитритами в живых организмах под действием Н⁺ в кислой среде

реакция

Образуется, если сочетать сыр и помидоры.

Некоторые гербициды - канцерогенные продукты

реакция

2. из токсичного - токсичные продукты. Биотрансформация ДДТ

реакция

3. из более токсичного в менее токсичный. Положительный вариант. Например, детоксика­ции бензойной кислоты в присутствии аминокислот.

реакция

Она идет в организме птиц.

Обычно синтезируется органические молекулы, которые в живых организмах превращаются в ... , которые убивают нежелательные вещества.

4. загрязнители, которые не подвергаются биотрансформации, например, тяжелые металлы.

Токсичность загрязняющих веществ.

Токсичность - свойство вещества вызывать отравление организма.

Количественно токсичность характеризуется дозой вещества, вызывающая определенную степень отравления. Возможны два варианта отравления:

1. ингаляционный - через органы дыхания, в этом случае доза отравления определяется концентрацией загрязнителя и временем действия на организм.

2. отравление через органы пищеварения. Доза определяется количеством вещества в мг/кг массы человека.

Для количественной характеристики дозы существует две характеристики:

1. летальная (среднесмертная) доза - это та доза отравителя, которая вызывает гибель по­добных животных. Для ингаляционных отравлений это есть L(Сt)₅₀. Для всех других спо­собов - LD₅₀.

2. пороговая доза отравления - та доза, которая вызывает гибель 10% подобных животных.

Классификация элементов и их соединений по токсичности.

1. сильнотоксичные (высокотоксичные)элементы: берилий, кадмий, ртуть, свинец, талий

2. с высокой токсичностью: мышьяк, сурьма, селен, барий

3. средне токсичные: алюминий, хром, серебро

4. с низкой токсичностью: медь, цинк, марганец, никель , германий, стронций, цезий, руби­дий

Все остальные элементы не токсичны.

Природа и основные свойства загрязнителей гидросферы.

Тяжелые металлы как загрязнители воды.

К тяжелым металлам относятся свинец, кадмий, ртуть, цинк, хром, олово. С экологической точки зрения их опасность состоит в том, что они не подвергаются биоразложению и фоторазложению.

Согласно экологическим нормам, если добыча элемента опережает его естественный перенос в биоцикл в 10 раз, то он считается загрязнителем.

Хозяйственный выброс свинца превышает естественные потоки в 20 раз

кадмия - в 5 раз

цинка - в 3 раза.

Основные свойства металлов.

1. способность накапливаться в живых организмах. Голдберг (США) утверждает, что для каждого элемента есть один вид планктона, который избирательно накапливает тот или иной элемент (в организмах накапливаются в 10-100-10­­⁶ раз больше, чем в воде).

В начале 70-х годов в заливе Минамата в небольшом поселке стали наблюдаться непривычные болезни кошек- судороги, паралич и смерть. Параллельно начали развиваться те же явления и у людей (тератогенный эффект). Эта болезнь вызывается повышенным содержанием ртути в заливе- на дне накопилось 600 т ртути. Добычу рыбы прекратили там с 1972 года.

2.Попав а организм катионы взаимодействуют с биохимическими элементами организма. Возможны взаимодействия ртути с Mg, Ca, Mo, Se, S свинца с Zn, Fe, Cu, P, S

кадмия с Zn, Fe, Cu, P, S Механизм их взаимодействия точно неизвестен.

3. Токсичность металлов различна для разных групп организмов. Нередко избыток одного металла уменьшает другой элемент- если в почве повышается содержание Мо или Мо попадает в водоем, то уменьшается содержание меди; избыток цинка уменьшает содержание железа.

4. Наблюдается сезонное распределение металлов: летом их намного больше, чем зимой

(цинка в 100 раз, кадмия в 8 раз больше). Кроме сезонного существует и вертикальное распределение: в илистых осадках намного больше, чем в проточной воде.

Влияние различных металлов друг на друга.

Механизмы : 1.эффект суммации

2. эффект синергизма- 2 металла совместно оказывают усиленное воздействие

3. эффект антисинергизм- два токсичных элементов нейтрализуют друг друга

4. антагонизм(конкуренция) -биохимическая подмена одного элемента другим.

Цинк и медь в 5 раз более токсичны по отдельности; цинк и никель- эффект суммации.

«Большая тройка»- ртуть, кадмий, свинец.

Ртуть в водоемах- испаряется при любой температуре, как загрязнитель появляется исключительно деятельности человека( при разработке и в процессах выбросов тех или иных производств). При производстве 1 т каустика- 60,0 ......................................

Ртуть очень высокотоксичный элемент, особенно токсичны его органические соединения. В результате ферментативных реакций образуются CH₃ Hg и(CH₃)₂Hg .скорость реакции зависит от температуры. С экологической точки зрения наиболее опасны соединения Hg(II).

Токсичность ртути проявляется в поражении нервной системы; он аккумулируется в жировой ткани. Пары ртути бесцветны и без запаха- экологические ловушки. Лет 20 назад запретили ртутные манометры. Время удерживания ртути в живых организмах очень большая- она выводится очень медленно и не полностью.

Основные источники поступления ртути:

1. производства, связанные с обогащением руд

2. электрохимическое производство

3. нефтехимическое производство

4. ртутные батареи

5. производство пестицидов

6. производство ламп дневного света

7. в некоторых случаях ртуть входит в состав лекарственных форм.

Свинец - почти половина идет на производство аккумуляторных батарей, 1/5 - тетраэтилсвинец, 1/10 - строительство.

Токсикология свинца - не при пейте вино свинцовых бочках, свинцовые белила......, желтая краска...... свинец содержится в металлических водопроводных трубах.

Это основная реакция, которая вызывает массовые свинцовые отравления.

токсичность свинца.

катализатор свинец является ингибитором фермента и вызывает умственную отсталость у детей, вызывает заболевания мозга, бесплодие. реакция катализа свинцом идет по сульфгидрильным группам белков:

Реакция

По этой причине отравление будет и идти многие годы.

какие меры борьбы со свинцовыми отравлениями и загрязнениями? В больших масштабах - замена тетраэтилсвинца (один литр бензина содержит 80 граммов тетраэтилсвинца). Если содержание тетраэтилсвинца повышено или понижено, то повышаются выбросы угарного газа. Один грамм способен загрязнить атмосферу на уровне ПДК. это исходит из того, что ПДК свинца очень низкая.

Меры борьбы - если отравился, то используют комплексообразователи...... Образующийся прочный комплекс выводится с мочой. можно снизить летальный исход с 70% до 5%.

Кадмий - еще токсичнее, чем свинец. кадмий самое опасное для здоровья. ежегодно производится до 20000 тонн.

основные источники:

1. гальваника

2. аккумуляторные батареи

3. кадмиево-свинцовые аккумуляторные батареи

4. производство красок

5. производство полимеров

Свойство кадмия:

1) способность накапливаться в живых организмах

2) токсичность схожа с цинком (подмена)

Опасность представляет каждое содеинение кадмия - 20-40 мг - смертельная доза. За сутки выводится 0,1% от полученной дозы.

Кадмиевые отравления:

1. избирательно накапливается в почках

2. острые костные боли

3. влияет на кровяное давление

4. первая причина образования камней в почках

Для металлов «большой тройки» очень маленькие ПДК и они ежегодно пересматриваютсяя в сторону уменьшения.

НЕФТЯНЫЕ ПРОДУКТЫ

рисунок

По данной зависимости выбрасывается и загрязняется -20%

Основные пути поступления нефти в гидросферу:

1. выбросы от двигателей водных транспортных средств

2. выбросы в результате промывки танкеров

3. выбросы в результате добычи нефти на континентальном шельфе

4. аварии на нефтеналивных судах (1967 г у берегов Англии 118 т ысяч тонн попало в водоемы)

Воздействие нефти на морские экосистемы.

Нефть состоит примерно из смеси 150 углеводородов - основные парафины и ароматические: н-гексан, н-гептан, н-октан, н-нонан, н-прочухан, бензол, толуол, ксилолы, серусодержащие углеводороды, азот, фосфор, железо, медь, никель.

1. попавшая нефть вызывает непосредственное отравление живых организмов с летлаьным исходом

2. нарушение физиолоической активности у гидробиоты

3. непосредственное обвадлакивание живого организма

4. возникновение болезней вызванные попаданием в организм углеводородов

5. негативные изменения в среде обитания

Основные пути превращения и перемещения нефти в водоемах.

Первоначально разлившаяся нефть непосредственно скапливается в поверхностной пленке. Изменяется скорость испарения воды, нарушается естественный цикл воды, условия для образования осадков, нарушается естественный объем между водой и газо атмосферы, в глобальном мастштабе изменяетсчя микроклимат.

С поверхностной пленки происходит испарения углеводородов нефти (легколетучие). Результатом ялвяется повышенное содеражние нефти в тропосфере. ПДК_рз (паров нефти)=10мг/л. Если концентрация превышает ПДК, то появляются болезни органов дыхания и нервные заболевания. С поверхностной пленки некатарая часть растворяется в поверхностном слое воды. Образуются устойчивые эмульсии - «В-Н» и «Н-В». Если на такую эмульсию попадает свет, то происходит фотохимическое окисление

реакция

в идеальном случае все должно окислится до СО₂ и Н₂О.

Некая часть нефтепродуктов поглощается рыбой и планктоном и подвергается биотрансформации; подвергается бактериальному окислению - адканы нефти окисляются больше, ароматические углеводороды больше расторвяются в воде. Следовательно, больше попадает к нам через морскую рыбу; осаждаются на дно (в илистых отлажениях на многие годы). Некая чатсь нефти подергаетс фотоокислению в прибрежных водах, но скорость мала (число солнечных дней в году).

ХЛОРОРГАНИЧЕСКИЕ, ФОСФОРООРГАНИЧЕСКИЕ, ПАВы

Хлоорганика и фосфороорганика - пестициды.

С 1972 г запрещено использование ДДТ, который аккумулируется в живых организмах и передается.

Свойства хлорорганики- высокотоксичный, устойчивый в ОС и живых организмах, обладает биоактивностью полифункционального действия, способный к накапливанию, в результате биотрансформации получаются более токсичные соединения.

Свойства фосфороорганики - большая токсичнолсть, нежели хлоорганика (но период полураспала меньше). Карбофос выводится за 1 день.

Механизм отравления: фосфороорганика является ингибитором ацетилхолинэстеразы. Если ингибирован - то наступает паралич, на этом принципе работает зорин, зоман и V-газы.

ВОДОСНАБЖЕНИЕ г. УФЫ

город питает 5 водозаборов: Изякский, Северный, Шакшинский, Южный, Демский. Первые 4 находятся на Уфимке; самая грязная вода на Деме. На последних 4 для дизинфекции используют хлор; только н Изякском подвергают УФ-облучению. Хлорирование веде к появлению диоксинов. На Южном водозаборе планируется ввести озонирование.

	потребление воды, %	выбросы,%	производства,%
УФА	48	20	52
СТЕРЛИ­ТАМАК	20	68
САЛАВАТ	5	2,5
СУММА ОСТАЛЬ­НЫХ	25	9,8

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ.

Питьевая вода должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 (1982 год).

Согласно этому ГОСТу вода проверяется на наличие 25 загрязнителей; к сожалению среди них нет диоксинов, хлорорганики и пестицидов.

Общую жесткость (7 мг-экв/л(воды)) Уфа выдерживает.

Самые жестки воды в Туймазах и Октябрьском.

Содержание химических элементов. (мг/литр(воды)).

Сухого остатка должно быть в г/л

рН=6-9.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД.

Сточные воды - те воды, которые возвращаются в окружающую систему после пользования ими. К ним относятся канализационные воды, сбросы с промышленных предприятий, дре­нажные, отходы С/Х ферм, потоки дождевых вод с полей (удобрения и пестициды), теплые воды (ТЭС).Очистка сточных вод включает три стадии:

1. первичная

2. вторичная

3. третичная (специальная) обработки.

Первичная включает в себя отфильтровывание от крупного мусора и очистка от крупных частиц мусора:

1. процеживание сточной воды

2. отстаивание

3. отделение твердых частиц в поле действия центробежных сил.

4. фильтрование сточной воды.

Процеживание сточной воды выполняется для отделения крупных частиц - удается извле­кать все нерастворимые частицы с диаметром меньше 25 мм. В некоторых случаях удается задержать некоторые волокна через решетки и волокноулавливатели (зазоры в решетках со­ставляет 5-25 мм ). Очистка решетки обычно выполняется механически, затем мусор складируется и сжигается.

Отстаивание . После процеживания вода попадает в отстойники. Отстаиватели являются пескоулавливатели. Размер бассейна

скорость воды снижается, крупные частицы за счет инерционных сил оседают на дно. Обычно осевший песок выбрасывают на свалки. По технологической схеме существуют вер­тикальные, радиальные и горизонтальные Отстаиватели.

Отделение твердых частиц в поле действия центробежных сил выполняется в открытых или напорных гидроциклонах. Сточная вода попадает в циклон, твердые частицы оседают на стенках, сползают вниз. Вода очищается только от более крупных частиц.

Фильтрование сточной воды - предназначено для очистки сточных вод от тонкодисперсных твердых примесей. Иногда применяется после биохимической очистки сточных вод. Ис­пользуют два класса фильтров:

1. зернистые

2. микрофильтры.

Зернистые пропуская воду очищают через насадки несвязанных пористых материалов (песок, антрацен, дробленый шлак).

Микрофильтры изготовляются из связанных пористых материалов. Наибольшей эффектив­ностью обладают зернистые фильтры.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ МАСЛО ПРОДУКТОВ.

Отстаивание сточных вод.

Так как плотность масел меньше 1, то эти вещества всплывают на поверхность воды. Для увеличения скорости всплытия часто применяют коагуляторы: Al (III), сода, NaCl, сульфат натрия + хлорид натрия.

Масла отделяют в поле действия центробежных сил. Используют напорные гидроциклоны.

Флотация сточной воды.

В сточную воду подаются пузырьки воздуха. Они поднимаясь на поверхность подхватывают с собой маслопродукты. Скорость всплытия зависит от интенсивности смешивания воды с пузырьками воздуха, давления воздуха ( прямая пропорциональность), диаметров пузырьков (обратная пропорциональность). В зависимости от способа ..... воды выделяют напор­ную флотацию, химическую, , биологическую, электрофлотацию.

Методы первичной очистки позволяют очистить сточные воды до 35%.

Вторичная очистка воды. Используются биологические и химические способы очистки. Биоочистка - после первичной обработки сточные воды поступают в аэрационную камеру. Через эту камеру пропускают воздух. В результате пропускание вызывает развитие аэробных бактерий. Они избирательно поедают некоторые загрязнители: фенол, хлорорганику, нитрилакриловую кислоту. По ходу поедания бактерии размножают и погибают. Вся масса бактерии называется активным илом. Активный ил циркулирует по циклу вторичной очистки воды. В результате биоочистки уда­ется снять загрязнителей до 90%. Биоочистка применяется для очистки хозяйственно-быто­вых вод. В основном снимается органика. В некоторых случаях нитраты, сероводород, сульфиды.

Количественно возможности биоочистки характеризуются двумя параметрами:

1. БПК - биохимическая потребность кислорода в сточной воде. Определяется количеством кислорода в мг необходимое для полного биохимического окисления одного мг органи­ческих веществ в сточной воде а определенное время. Время может быть самое разное ( в часах, сутках). БПК_полное - количество кислорода в мг необходимое для полного биохими­ческого окисления загрязнителей до начала процессов нитрификации.

2. ХПК - измеряется количеством кислорода в мг, необходимое для окисления 1 мг всех восстановителей в данном источнике воды. С технологической точки зрения биохимиче­ская очистка очень капризна.

НОРМАТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ БИООЧИСТКИ.

1. температура 20-40 град.

2. рН 5-10 (для основной массы бактерий 5,5 -7,5).

3. концентрация загрязняющих веществ в сточной воде должна быть некоторой оптималь­ной величиной. Этот оптимум выбирается на основании БПК/ХПК (обычно равен 50%).

4. в сточной воде не должно быть солей тяжелых металлов.

5. в сточной воде не должно быть содержания сильных токсикантов. Существуют некото­рые максимальные концентрации загрязнителей, которые еще не влияют на процессы биоочистки (МК). МК_БОС хрома (III) (биоочистки сточных вод)=25 мг/л, МК_БОС(хром (VI))=3мг/л.

6. обязательно должен быть анализ сточной воды до и после биоочистки. В некоторых слу­чаях из менее токсичных возможно образование более токсичных загрязнителей.

7. Биоочистка проводится при постоянном притоке кислорода воздуха. В некоторых слу­чаях вместо воздуха продувают чистый кислород. Однако излишнее продувание кислоро­дом может привести к взрывоопасным ситуациям.

Режим проведения в искусственных и естественных условиях очистки.

Естественные условия ведут на полях фильтрации, полях орошения или биопрудах.

В искусственных условиях проводят в аэро..... и окси..........- по своей конструкции аналогичны отстойникам:

подается активированный ил, продувается воздух.

Активный ил - бактерии, черви, плесневые грибы, дрожжи, личинки рачков, водоросли. Ак­тивный ил представляет амфот.... коллоидную систему (рН=4 -7), имеет отрицательный за­ряд.

По химическому составу содержит 5 элементов:

Для очищенных сточных вод:

После аэробной очистки сточная вода подвергается анаэробному процессу очистки. В этом случае образуются продукты восстановления. Анаэробный способ используется для разло­жения сильно концентрированных загрязнителей. В этом случае образуются продукты вос­становления: аммиак, сероводород, метан. По сути дела, происходит сбраживание осадка: спиртовое сбраживание, метановое сбраживание, молочнокислое сбраживание.

Чем выгоден анаэробный процесс? - образуются горючие газы. Обычно степень сбражива­ния достигает 50%. Осадок после сбраживания представляет большую экологическую про­блему, так как нет способов эффективной его утилизации.

В некоторых случаях некоторые микроорганизмы избирательно накапливают те или иные загрязнители. Если , например, выбрасывается повышенное содержание кремния, то он поедается водорослями; для селективного поглощения железа применяются железобак­терии.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ХИМИЧЕСКИМИ СПОСОБАМИ.

Обычно применяются следующие приемы: адсорбция, сорбция, экстракция, нейтрализация, коагуляция, ионный обмен, осаждение, стерилизация, озонирование.

Сорбция обычно применяется в 4 случаях.

1. после биохимической очистки сточных вод - для более глубокой очистки;

2. где образуются бионеразложимые загрязнители

3. если концентрация загрязняющих веществ невелика

4. если загрязняющие вещества сильно токсичны.

Сорбцию обычно проводят активированным углем (уголь прокаливают до 1000 град, обра­зуется активированный уголь). На активированном угле хорошо адсорбируются ароматиче­ские углеводороды, органические соединения с СООН, NH₂, HSO₃, NO₂ группами; также применяется торф, опилки, шлаки, глина.

Сорбцию применяют для удаления фенола и красителей; обычно удается задержать до 95%.

Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенол, масла, органические кислоты и металлы. Довольно дорогой метод, так как расходуется очень много растворите­лей. Экстракция применяется в двух случаях:

1. если концентрация загрязняющих веществ достаточно высока - больше 3-4г/л

2. если в сточной воде содержаться сильно токсичные или очень дорогие примеси.

Если концентрация меньше 1 г/л, то более целесообразно применять адсорбцию.

Экстракция обычно состоит из трех стадий:

1. интенсивное перемешивание сточной воды с органическим растворителем; при этом об­разуются две фазы - экстракт(содержит извлекаемые вещество и растворитель) и рафинат (экстрагент и вода).

2. разделение экстракта от рафината

3. регенерация растворителя из экстракта и рафината.

Экстракцию очень часто применяют для выделения ионов металлов (кадмий, свинец).

Нейтрализация. Сточные воды имеют рН=6-8, но иногда и бывают сильно кислые и щелоч­ные выбросы.

Первый способ: взаимное смешение кислых и щелочных выбросов.

Второй способ: добавление специальных реагентов с целью нейтрализации: растворы ки­слот, щелочей, соды, извести и другие дешевые природные вещества.

Третий способ: пропускание сточной воды через специальные фильтры. Материал фильтра подбирается исходя из рН сточных вод - доломит, известняк, обоженный магнезит, негаше­ная известь.

Четвертый способ: обработка сточной воды дымовыми газами. Обычно дымовые газы со­держат оксиды азота, серы, диоксид углерода. Они пропускаются через щелочные стоки.

Коагуляция применяется, если сточная вода представляет из себя коллоидный раствор. При обработке происходит укрупнение частиц на пористых осадков - гидроокислы алюминия и железа (III). Их хлопья соосаждают мелкие частицы загрязнителей.

Иногда добавляют окислитель.

В некоторых случаях в качестве коагулянтов применяют водные растворы полимерных ма­териалов. В таком случае процесс называется флагуляцией. Его достоинства в том, что по­лимеры подвергают регенерацией.

Осаждение и ионный обмен обычно используются для осаждения ионов металлов:

Методы окисления . В качестве окислителей применяются кислород, озон, хлор, гипохлорит натрия, пероксид и перманганат калия.

Металл окисляется лишь в случаях, когда окисленный продукт является менее токсичным чем исходная форма.

В случае цианид- и мышьяк-содержащих соединений никаких окислителей не жалко. Озон является сильнейшим окислителем, но нужно иметь в виду, что его ПДК (в газовой фазе) намного меньше многих загрязнителей. Его применяют лишь тогда, когда он не меняет со­левой состав воды, если продукт окисления не будет загрязнять далее.

Требуются очень герметичные установки.

Плюс методы - окисление озоном можно полностью автоматизировать.

Методы восстановления целесообразно применять, когда продукт восстановления менее токсичен, чем исходная форма.

Применяются следующие восстановители: сульфид железа (II), пирит, сульфат железа (II), сульфат натрия, сероводород, водород, диоксид серы; в некоторых случаях - порошкообраз­ный алюминий, цинк, железо.

Метод дорогой, но если объем сточных вод небольшой, то можно использовать.

ПРЕИМУЩЕСТВА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ НАД БИОХИМИЧЕ­СКИМИ.

1. ФХМ позволяют удалить из сточных вод сильно-токсичные соединения, например, орга­нические соединения.

2. ФХМ позволяют осуществить более глубокую степень очистки.

3. для ФХМ оформление установок менее громоздко.

4. для ФХМ очистки нет сильного влияния различных нагрузок в отличии от биохимиче­ских способов.

5. ФХМ очистки можно автоматизировать.

6. кинетика ФХМ изучена довольно детально. Поэтому для этих способов легче усовершен­ствовать аппаратурное оформление, легче подбирать оптимальные условия

7. ФХМ не связаны с контролем за деятельностью живых организмов

8. ФХМ позволяют провести регенерацию исходных реагентов, и они применяют много­кратно - адсорбция, экстракция.

9. ФХМ обладают высокой эффективностью - до 95%

Нет универсального способа очистки воды. Поэтому подразумеваются следующие моменты: для потребления в то или иное производства или для сброса в водоем. Во втором случае ПДК в 5 - 10 раз меньше. Методы очистки зависят от количества воды.

Выбор метода очень сильно зависит от стоимости метода.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛИТОСФЕРЫ

Литосфера включает в себя природные ресурсы, почву и недра.

Экологические проблемы ресурсов.

Для своей жизнедеятельности человек должен добывать и перерабатывать природные ре­сурсы. Эта деятельность обусловливает многие экологические проблемы. По мере добычи и переработки ресурсы истощаются, доступные формы переходят в менее доступные формы (например, нефть северных районов или более глубокое месторождение).

Металл - оксид металла - отходы.

К сегодняшнему дню наблюдается проблема создания рециркуляции металла из трудно доступных форм, например из окисленных отходов. Возникает вопрос- насколько это дорого и эффективно? На сегодняшний день реализованы две модели промышленного производства: традиционная (классическая модель - из исходного сырья получают изделия (попутно образуются отходы), изделия эксплуатируются и попадают в отходы; Эта модель привела к легкому истощению природных ресурсов.

Схема

вторая - модель промышленной экосистемы. В этой модели потребление энергии сырья - оптимальные. В этом случае образование отходов сведено к минимуму - отходы одного производства служит сырьем для другого производства. Для реализации этой системы мы должны использовать энергосберегающие и ресурсосберегающие технологии. Модель про­мышленной экосистемы позволяет свести к минимуму все отходы (снялись бы вопросы ути­лизации, сжигания отходов).

Все ресурсы земли делятся на три группы:

1. топливные и энергетические ресурсы - уголь, торф, природный газ, нефть, уран, вода, солнце

2. ресурсы металлов

3. ресурсы неметаллов.

В 70-х годах была принята для оценки - индекс использования ресурсов - выражается в про­центах и показывает коэффициент расходования ресурсов в год. Для некоторых веществ на­пример, олово - 6%, через 19 дет перейдет в менее доступные формы и его добыча станет дороже, энергоемким и трудоемким.

Резервы - это объем данного ресурса, который может быть эффективно извлечен со­временными средствами. Для алюминия - 250 лет можно добывать современными мето­дами.

Запасы - это общий предполагаемый объем залежей в недрах земли. Для алюминия - 800 лет.

	Резервы, лет	запасы, лет
медь	40	280
кобальт	110	430
молибден	70	250
никель	70	160
каменный уголь	200	3220
нефть	35	80

сегодня использование ресурсов ставит большую проблему использования вторичного сы­рья. Согласно индексу использования ресурсов все ресурсы делятся на две группы:

1. ресурсы с высокой скоростью истощения, для них ИИР>1.7% за год - медь, нефть, сви­нец, цинк, серебро, олово, золото

2. ресурсы с небольшой скоростью истощения, для этой группы ИИР < 1.3%, алюминий, молибден, марганец, кобальт, никель, железо, хром, кадмий, фосфор, каменный уголь.

Возобновляемость ресурса - определяется рециркуляцией - возвращение полезной формы элемента в цикл из недоступной - в доступную форму. На сегодняшний день существует первичные источники топлива и вторичные источники - вторичное сырье.

Проблема вторичного сырья сложна в технологическом аспекте, экологическом и экономи­ческом аспектах. Рассмотрим цикл платиновых металлов. Они очень часто используются в качестве катализаторов, например, в нейтрализаторах. В каждом нейтрализаторе содержится 2 грамма платины, срок службы его оценивается в 10 лет. Возврат окисленной формы пла­тины во вторичное сырье растянут как во времени, так и в масштабах.

Сбор металлического сырья должно сопровождаться обязательной сортировкой. Если ме­таллолом содержит очень много меди, то он совершенно непригоден для изготовления лис­товой стали. Очень сложна проблема вторичного сырья для полимерных металлов. Их сжи­гать нельзя (будет выделятся HCl, могут образоваться и оксиды азота, хлорорганические со­единения) - из менее токсичных получаются более токсичные. Переработка шин начато в Уфе . из них делают коврики для трамвайных путей.

Кроме использования ресурсосберегающих технологий предлагается использование альтернативных материалов - вместо ресурсов с большой скоростью истощения используют ресурсы с небольшой скоростью истощения. Например, резервы меди составляют 40%. Сейчас предлагается вместо него использовать алюминий. Вместо железа с цинковым по­крытием и вместо оловянных покрытий рекомендуется использование нержавеющей стали и алюминия.

Охрана земельных ресурсов.

Загрязнение почвы.

Загрязнителей почвы очень много - через воздух и воду все они попадают на почву.

Особенности почвенных экосистем:

1. в почве практически не происходит процессов самоочищения, следовательно се загрязни­тели претерпевают сильный метаболизм

2. в почве процессы перемещения сильно замедлены, следовательно возможны процессы просачивания и вымывания загрязнителей, или процессов выщелачивания.

3. очень много мертвой органики, очень часто она болезнетворна.

4. почва крупных городов сильно уплотнена. В почвах городов происходят только анаэроб­ные процессы, с выделением сероводорода, аммиака и метана.

5. поступление вредных веществ в организм человека непосредственно из почвы не проис­ходит. Загрязнители почвы проникают через продукты растительного происхождения - овощи и фрукты.

С экологической точки зрения, нормирование почвенных экосистем очень затруднено. На сегодняшний день ПДК загрязнителей почвы известно для 30 загрязнителей. В то же время как в продуктах питания обнаружено около 70 пестицидов и гербицидов. Считается, что примерно 70% всех ядов в организм человека поступает через пищу, 20% - через атмосфер­ный воздух, 10% - через питьевую воду, то есть основную опасность представляет загряз­ненная пища.

На сегодняшний день по карбофосу - ПДК=2 мг/кг почвы, нитраты ПДК в воде=45 мг/л воды, в почве - 130 мг/кг почвы. Смертельная доза нитрат-ионов составляет 7-80 г/кг почвы.

При переработке мяса применяется посолочная смесь - хлорид и нитрит натрия. Нитрит придает аппетитный сочный вид.

Колбасный фарш подвергается термической обработке, в ходе которой происходит про­цессы циклизации, следовательно образуются полициклические хлорированные углеводо­роды, вплоть до диоксинов.

Чем выше степень термической обработки колбасы, тем в ней содержание диоксинов больше.

В тех случаях, когда не рассчитаны ПДК по почве пользуются допустимой остаточной кон­центрации (ДОК, ДОС). Эта величина для разных загрязнителей изменяется в пределах 1-3 мг/кг продукта. При нормировании почвы различают 4 разновидности значений ПДК. Они определяются в зависимости от пути миграции загрязнителей в сопредельных средах.

1. ТВ - миграционный показатель - этот показатель характеризует переход загрязнителя из почвы через корневую систему в зеленую массу и в плоды растений. (ПДК по показателю ТВ Р₂О₅=200 мг /кг почвы.

2. МА - миграционный-атмосферный, или воздушный показатель. Он характеризует переход загрязнителя из почвы а атмосферу - в основном для летучих соединений. Для кумола МА=0,5 мг/кг почвы.

3. МВ - миграционный водный показатель. Он характеризует переход химических веществ в подземные грунтовые воды и в водоисточники - это загрязнители, которые растворяются в воде. Например, по хрому МВ=0,05 мг/ кг почвы.

4. ОС - общесанитарный показатель - характеризует влияние химического вещества на са­моочищающую способность почвы. По мышьяку и ртути ОС составляет 2 мг/кг почвы, свинцу - 20 мг/кг почвы. Бензпирен 0,02 мг/ кг почвы, формальдегид - 7 мг / кг почвы. Вдоль оживленных магистралей эти цифры увеличены в сотни раз.

Отбор пробы для анализа проводится на площади 25 м², отбирается от трех до пяти проб на разных участках. Глубина отбора - 25 см. в некоторых случаях, если нет величины ПДК для того или иного загрязнителя вычисляют временную допустимую концентрацию для почвы по эмпирическому уравнению:

ВДК=1,23 + 0,48 -lgПДК(продукта, выращенного на этой почве)

Экология почвы нераздельно связана с проблемой твердых отходов. На сегодняшний день эту проблему называют бичом 20 века.

Классификация отходов:

по признаку образования

1. отходы производства- это материальные вещества, изделия, образующиеся в процессе производства той или иной продукции и не находящие применения на данном производ­стве, т.к. полностью или частично утратили свои свойства.

2. отходы потребления - это материальные вещества, изделия, утратившие полностью или частично свои потребительские свойства в процессе личного или производственного по­требления.

3. с/х отходы - это навоз, подстилка под животных, удобрения, пестициды.

По своим химическим свойствам отходы бывают двух групп:

1. неопасные отходы - это бытовые отходы, которые образуются в результате жизнедея­тельности людей

2. опасные отходы, которые содержат в своем составе некоторые вещества, обладающие следующими свойствами: токсичность, инфекционная способность, пожароопасность, радиоактивная опасность.

Опасные отходы представляют большую потенциальную опасность для здоровья людей.

По своей токсичности отходы делятся на 4 класса:

1. чрезвычайно опасные

2. высокотоксичные

3. умеренно токсичные

4. малотоксичные

Нормирование токсичности введено с 1987 года. Согласно этим нормируется примерно 400 видов токсичных отходов.

Методики определения токсичности отходов:

1. на первой стадии вычисляется индекс токсичности каждого загрязнителя в данном отходе

формула

S - величина, показывающая растворимость загрязнителя

С_В- содержание данного загрязнителя в отходах.

На второй стадии выбирается три минимальных индекса токсичности.

К₁<K₂<K₃

после это выборки вычисляется по всем загрязнителям:

формула

n-число загрязнителей в отходах.

После этого расчета если К суммарная < 2, то этот отход является чрезвычайно опасным загрязнителем первого класса опасности.

Если К=2-16 - высокотоксичный - второй класс опасности.

Если К=16-30 - умеренно токсичный, третий класс опасности.

Если К> 30 - малотоксичный отход, четвертый класс опасности.

2. применяется в тех случаях, если нет ПДК загрязнителей почвы. в этом случае применя­ется для расчета токсичности летальные дозы, и вычисляется К по следующей формуле:

формула

F - летучесть (улетело, поэтому минус).

Если К<1,3 , то отход является чрезвычайно опасным первого класса.

Если К=1,3 -4 - высокотоксичный, второй класс опасности.

Если К=4-10, - умеренно токсичный, третьего класса опасности.

Если К> 10 - малотоксичный отход, четвертого класса опасности.

3. в некоторых случаях вычисляется индекс опасности отходов согласно следующей дроби:

формула

Этот индекс опасности вычисляется по всем ингредиентам и вычисляется арифметической суммой. Если К суммарная больше 200 000, то этот отход является чрезвычайно опасным первого класса опасности.

Если -5 000 < К суммарная<200 000 - высокотоксичный второго класса опасности.

Если - умеренно токсичный третьего класса опасности.

Если 1<K<10 малотоксичный четвертого класса опасности.

Если в 1993 году в РБ 78,5 млн тонн токсичных отходов, то к 1996 году эта цифра доросла до 90 млн тонн.

На сегодняшний день на каждого жителя приходится 20 тонн отходов.

Если смотреть по РБ, основным источником токсичных отходов является следующий: гор­нодобывающая промышленность - 38 %

химический комплекс - 52%

черная металлургия - 3%

нефтепереработка - 2-3%

Когда встает проблема отходов, то большую проблему создают автотранспортные отходы - старые аккумуляторные батареи, автошины - 1 млн. шин по РБ. Оказывается обработка шины представляет канцерогенную опасность.

Обработка твердых отходов - целесообразно проводить в местах их образования. Это со­кращает затраты на перевозку, погрузочные, разгрузочные работы.

Стадии обработки твердых отходов:

1. сортировка отходов - отдельно должны накапливать бумажные, металлические, пищевые отходы, так как каждый вид может найти какое-либо применение, например , из бумаги - картон.

2. каждый вид отходов должен быть отправлен на свалку или на переработку

3. для захоронения отходов на сегодняшний день должны быть использованы полигоны

Полигоны строятся на определенной местности обязательно с глинистой почвой (толщина слоя глины >= 0,5 метров), чтобы была низкая водопроницаемость. Вырывается котлован, дно засыпается глиной или полиэтиленом (в цивилизованных странах). Полигоны делятся на отдельные участки. На каждом участке должно идти захоронение строго определенного вида отходов. Идет захоронение сорбентов, отдельно ............. . засыпается слой отходов, затем слой земли, затем слой отходов и т.д.

Отходы подлежащие обязательному захоронение в полигонах:

1. мышьяк содержащие неорганические твердые отходы

2. ртуть содержащие отходы

3. отходы, содержащие цинк, олово, кадмий, никель, свинец, медь, бериллий, висмут, каль­ций.

4. цианисто-содержащие отходы

5. отходы гальванического производства

6. использованные органические растворители

7. твердые смолы, оргстекло, промасленная бумага, загрязненный бензин, сливы.

Не подлежат захоронению:

1. радиоактивные отходы

2. нефтепродукты, которые можно подвергать регенерации

3. отходы, для которых имеются эффективные методы переработки, например, металлы.

Нормативные документы по созданию полигонов приняты с 1985 года. Полигоны совре­менного типа есть в Санкт-Петербурге, Москве. В РБ нет ни одного цивилизованного поли­гона.

Методы переработки отходов на Полигонах.

1. Термическое обезвреживание отходов, при этом выделяется теплота и его можно исполь­зовать.

2. Переработка ртутьсодержащих ламп с утилизацией ртути; кроме ртути есть и другие цветные металлы.

3. Затаривание отходов в герметичные контейнеры и их захоронение.

4. Использование баллонов в специальных камерах.

Полигоны должны иметь санитарно-защитные зоны. Длина санитарно-защитных зон зави­сит от мощности полигона. Если мощность полигона составляет 100 000 тонн в год , то ра­диус санитарно-защитной зоны =1 км; если мощность меньше 100 000 т/год, то радиус =500 м.

Какова ситуация по отходам в РБ?

На каждого жителя республики приходится 20 т отходов.

В УФЕ нет ни одного современного полигона- есть свалка в Черкасске, которая начала свою деятельность 50 лет назад. Эта свалка переполнена; оттуда переселили людей.

Город Стерлитамак имеет свой полигон токсичных отходов в Гафурийском районе(1972 г.) Здесь захороняют отходы хлорорганики, ртуть-органики, обувные отходы, Сг(III,VI) кау­стики, смол.

В городе Мелеуз есть свой химзавод, который имеет 2 отвала. 1 отвал доля пиридиновых огарков, 2 для фосфогипса. имеет 3 класс опасности; его накоплено миллио­нами тонн.

Город Учалы имеет свой горно-обогатительный комбинат. Отходы называются хвостами обогащения. Их накоплено 19 млн. тонн. Конечно, они содержат всю Периодическую сис­тему.

С 1987 года по РБ утверждены правила обращения с отходами производства и в них опреде­лена плата за размещение токсичных отходов.

Экологический мониторинг ОС.

Информация о состоянии ОС, об изменении ОС используется человечеством очень давно. 100 лет назад они касались только естественных источников загрязнения, но в последние десятилетия антропогенные загрязнения начали превалировать над естественными. Монитор означает предупреждение. Мониторинг - система повторных наблюдений одних и тех же элементов ОС в пространстве и во времени с определенной целью и по определенной про­грамме.

Термин мониторинг появился в 1972 году. Его появление связано с проведением ме­ждународной конференции ООН по проблемам ОС. В нашей стране законодательно мони­торинг появился в 1974 году. Основные направления мониторинга заключаются в следую­щем:

1. наблюдение за факторами, воздействующими на ОПС

2. оценка фактического состояния ОС

3. прогноз состояния ОС

Блок-схема мониторинга по Израэлю.

На сегодняшний день уделяется очень важное внимание предупреждению состояния ОС. В зависимости от масштабов наблюдения мониторинг делится на:

1. импактный (залповый, локальный) мониторинг - проводится для небольших регионов

2. региональный мониторинг - область исследования в неком регионе.

3. глобальный (базовый мониторинг).

Согласно этим масштабам проводится классификация приоритетных загрязняющих веществ. Согласно этой классификации существует 8 классов загрязняющих веществ по их классам приоритетности.

Класс при­оритетности	загр. веще­ство	среда, в ко­торой обяза­тельно на­блюдение за З.В.	тип монито­ринга

Это есть программа исследования загрязнения по всем уровням.

В проблеме мониторинга ОС химические науки занимают ведущую роль. Некоторые загрязнители содержаться в ОС в ничтожно малых количествах. Их наличие в ОС в концен­трациях 10^-9 -10^-12грамм нежелательно(суперэкотоксиканты).

Естественно, возникает большая проблема перед аналитической химией. Возникает про­блема загрязнителей в той или иной среде.

МЕТОДЫ СЛЕЖЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ ОС

1. Вещество загрязнитель необходимо качественно определить - провести качественный анализ. На этом основана производственная оценка наличия загрязнителя.

2. Необходимо знать концентрацию загрязняющего вещества в ОС - количественный ана­лиз.

3. Необходимо знать и уметь оценивать реакцию - ответ биосистем на действие вещества-загрязнителя.

Первые два момента решают химические науки, для решения третьего уровня мони­торинга широко используют приемы биоиндикации, но в комплексе задачи мониторинга решаются законами физики, химии и биологических наук.

Биоиндикация - комплекс специфических реакций живого организма на воздействие определенных загрязнителей или элементов.

В качестве биоиндикации может выступать весь живой организм, некоторые группы клеток, некоторые ткани живых организмов. По результатам этих специальных исследований можно судить о наличии того или иного загрязнителя. С другой стороны, биоиндикация - это довольно сложная и капризная вещь. На сегодняшний день считают, что биоиндикация живого организма происходит по следующим причинам: нарушается синтез хлорофилла растений, изменяется активности некоторых ферментов, меняется баланс некоторых фито­гармонов и минеральных веществ.

Некоторые примеры биоиндикации с помощью растений:

1. листья табака - индикатор на содержание озона. Если повышена концентрация озона, то на листьях появляются серебристые пятна по краям.

2. листья липы - на повышенное содержание хлорида натрия в почве, на листьях наблюда­ется краевой микроз

3. сосна - иглы краснеют от повышенного содержания диоксида серы на уровне ПДК

4. листья гладиолуса - на повышенное содержание фтороводорода, наблюдается обесцвечи­вание верхушек листьев.

В некоторых случаях биоиндикаторами являются живые организмы. Удельная активность фермента - молекулы ардегидрогеназы является специфическим ферментов на содержание Hg(II). При содержании 0,2 ммоль/л активность этого фермента падает до нуля. Некоторые живые организмы являются накопителями загрязнителя - дождевые черви напичканы кад­мием; жуки жужелицы наполнены свинцом; мокрицы - накопители соединений меди, корова - диоксинов. БПК в воде определяют с помощью микроорганизмов , которые поедают за­грязнитель, следовательно потребляется кислород.

Биосенсоры - представляют из себя анализирующие устройства, состоящие из элек­тродов. Между ними находится фермент или микроорганизм, которые реагируют на появле­ние в зоне электрода того или иного загрязнителя. Эта реакция очень избирательна, специ­фична. Если обнаруживается загрязнитель, фермент подает на электрод сигнал, и затем он регистрируется. Особая селективность фермента основана на механизме «ключа-замка».

Рисунок

Из этого набора фермент выбирает только тот загрязнитель, который подходит по геомет­рическим параметрам (3).

Биосенсорная методика способна вылавливать загрязнения в среде 1:10¹⁷- потрясающая чув­ствительность. Очень соблазнительный метод анализа. Но с другой стороны, все биологи­ческие методы имеют свои недостатки. Ферменты вымирают в агрессивных, экстремальных средах до обнаружения своего загрязнителя. Но тем не менее биосенсорная методика очень выгодна для быстрого анализа.

На сегодняшний день имеются приборы, которые мгновенно определяют содержание сахара в крови. Экспресс методы очень часто применяют в серийных анализах, анализа воды (на дне реки Рейн находятся датчики, которые реагируют на появление загрязнений в водоеме). В таких датчиках применяются основном пьезокристаллы, но в массовых количествах они еще не используются.

Биоиндикация требует сотрудничества физики, химии и биологии.

Биотесты - реакция живого организма на содержание какого-либо загрязнителя (только ка­чественный анализ).

Контроль загрязнения ОС с помощью химических методов анализа.

Для анализа объектов ОС применяют хемосенсорные методы анализа, которые позволяют проводить экспресс и непрерывный анализ. В качестве хемосенсоров в современных анали­тических устройствах используют следующие чувствительные элементы детекторов:

1. напыленные слои оксидов металлов ( оксиды металлов должны обладать полупроводни­ковыми свойствами) - ZnO, TiO, NiO, ZrO. При попадании молекулы загрязнителя на та­кую поверхность резко меняется электрическое сопротивление. Величина изменения со­противления пропорциональна концентрации загрязнителя в той или иной среде

2. керамические соли из смесей оксидов - смесь Cr₂O₃, Al₂O₃, V₂O₅, TiO₃; Sn₂O₃+Fe₂O₃. При попадании загрязнителя меняется электропроводность.

3. тонкие слои металлов алюминия и меди. Попадая на них загрязнитель адсорбируется и вызывает колебания в ИК-области спектра

4. электрохимические сенсоры - в них происходит электрокаталитические превращения ад­сорбированных химических загрязнителей, на монитор выдается вольт-амперные харак­теристики.

5. Мембранные сенсоры. Между анализируемой смесью и регистрационной частью нахо­дится специальная мембрана, содержащая в своем составе чувствительные молекулы - БАВ или некоторые ферменты. БАВ селективно реагирует на появление того или иного загрязнителя. По сути, это есть сочетание био и хемосенсорных методов ( исключитель­ная чувствительность)

Хемосенсорные методы анализа позволяют определять количества загрязнителе 10^-4-10^-8 моль/л. Сочетание с биосенсорами чувствительность можно повысить до 10^-13 моль/л.

Хемосенсоры и биосенсоры широко применяются для анализа карбамида, ацетатов, фенола, фосфоро- и хлорорганики, ПАВ.

Есть метод для анализа ионов: Калия, кальция, аммония, меди галогенов, гидроксила и т.п., молекулярных озона, водорода, аммиака, углекислого газа, кислорода; для радикалов Н, ОН, СН₃, СН₃СН₂, Cl.

Функции мониторинга ОС:

мониторинг ОС выполняет функции наблюдения, оценки, прогноза и предупреждения. Пре­дупреждающая функция на сегодняшний день выходит на первый план.

Согласно предупреждающей функции вся территория делится на 5 районов:

1. относительно удовлетворительная экологическая ситуация

2. напряженная экологическая ситуация района

3. критическая экологическая ситуация района

4. кризисная экологическая ситуация района

5. катастрофическая экологическая ситуация района - зона экологического бедствия.

На 1996 год в РФ к зонам 4 и 5 относятся следующие районы:

прилегающая к Чернобылю, на южном Урале (прилегающая к «Маяку».

Зоной экологического бедствия считаются следующие районы: Кольский полуостровов, не­которые районы Поволжья, Урала, красноярского края, Якутии Кузбасса.

Оценка экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной си­туации и экологического бедствия.

В России с каждым годом становится больше регионов с экологическими проблемами. Это вызывает необычные новые болезни. Жить на этой территории крайне опасно. Люди имеют право требовать решение этих проблем. Также вправе требовать, чтобы их районы объяв­ляли зонами ЧС и экологического бедствия. В 1992 году был принят закон об охране ОС.

Статья 58. Зона чрезвычайной экологической ситуации - участки территории РФ, где в ре­зультате хозяйственной или иной деятельности происходят устойчивые отрицательные из­менения в ОС, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.

Статья 59. Зона экологического бедствия- это участок территории РФ, где в результате хо­зяйственной или иной деятельности произошли глубокие необратимые изменения ОС , на­рушение природоохранного равновесия , деградация флоры и фауны, разрушение естествен­ных экологических систем.

Для оценки состояния территории в 1992 г. Были утверждены критерии оценки. Этот вопрос связан с экономикой страны. Для таких зон существуют экономические льготы:

1. имеют приоритетные права для выделения со стороны правительства средств для строи­тельства природоохранных комплексов

2. на ускоренное решение социально-бытовых проблем

3. .. дополнительные права на строительство лечебно-оздоровительных объектов

4. население этих зон имеют право на льготное пенсионное обеспечение

5. имеют льготные права на налогообложение

К зонам чрезвычайной экологической ситуации относятся 13 регионов: Кольский полуост­ров - загрязнение вод, нарушение почвы

московский регион -истощение водных ресурсов, загрязнение атмосферы, деградация лес­ных массивов

промышленная зона Урала - нарушение земель горными разработками, истощение вод, за­грязнение атмосферы, деградация лесных массивов

Северный Прикаспий - загрязнение водных ресурсов атмосферы

среднее Поволжье - нефтепереработка

Западная Сибирь - деградация лесных массивов

Кузбасс, озеро Байкал - ЦБК

Норильск - диоксид серы

Калмыкия - нет питьевой воды

Новая Земля - радиоактивные загрязнение

Зоны побережья Черного и Азовского морей - истощение и загрязнение воды, нарушение режима особо охраняемых природных объектов

Зоны аварии Чернобыльской АЭС

На сегодняшний день наиболее неблагополучная экологическая ситуация наблюда­ется на 15% РФ. Если учесть деградацию пастбищ, то 20%. На этой площади проживает 20% городского населения России.

Признаки территорий для соотнесения их к зоне чрезвычайной экологической ситуации к зоне экологического бедствия.

1. изменение структуры и увеличения смертности населения: в зоне экологического бедст­вия должно возросли в 1,5- 2 раза, в зоне чрезвычайной экологической ситуации - в 1,3-1,5.

2. увеличение детской смертности и младенческой смертности - возрастает в таких же пре­делах

3. изменение заболеваемости детей и взрослых в зоне экологического бедствия больше или равно 2, в зоне ЧЭС - 1,5-2. Те же самые показатели имеются по онкологическим заболе­ваниям

4. специфические заболевания связанные с характером загрязнения территории - для обеих зон это наличие таких заболеваний.

В Салавате и Алтае рождаются желтые дети - следствие воздействия ракетного топ­лива, а на Алтай падаю первые ступени ракет.

На экологическое состояние большое влияние оказывает состояние ОС сопредельных госу­дарств - через атмосферный воздух. Наибольшее отрицательное действие оказывают Запад­ная и Восточная Европа(Польша и Германия); северо-восточные районы Эстонии - добыча и переработка сланцевой руды; Украина - Чернобыль; северо-западный Китай - радиоактив­ные загрязнения (пыль); северная Монголия - горнопромышленные разработки и перера­ботка руд.

Россия оказывает влияние на экологическую ситуацию своих соседей: Финляндию - за счет Кольского полуострова и Санкт-Петербургского региона; Южны Урал оказывает сильное влияние на экологию Казахстана (радиоактивные загрязнения); Новая Земля через воздух и воду радиоактивные загрязнения попадают на сопредельные государства.

Понятия здоровья человека и среда обитания.

Согласно всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) здоровье определяется следую­щим образом : под здоровьем понимается состояние полного физического, духовного и со­циального благополучия.

ОС- включает совокупность природных и антропогенных факторов. В основном все антро­погенные факторы отрицательно влияют на здоровье человека. К сегодняшнему дню осо­бенности воздействия факторов ОС привели к существенным изменениям здоровья чело­века.

Основные изменения в показателях здоровья:

1. ускорился темп динамики всех показателей: заболеваемость, инвалидность, смертность.

2. сложился новый неэпидемический тип патологии здоровья

3. произошли демографические изменения, а именно старение населения

4. наблюдается совершенно другая структура в смертности населения

5. определился ряд заболеваемостей , имеющей ряд кровообращения, органы ды­хания, несчастные случаи, травмы

6. выделилась группа важных ранее неизвестных болезней: СПИД, новый вид туберкулеза

7. выросла заболеваемость инфекционными болезнями: корь, гепатит, туберкулез

8. за последние 50-60 лет выравнились показатели заболеваний во всех социальных слоях.

Существенное влияние на состояние здоровья человека оказывают 2 фактора:

1. состояние ОС

2. неправильное отношение к своему здоровью

С действием этих двух факторов связано до 70% всех случаев заболеваний. Этими факто­рами определяются 50% случаев смерти, 57% отклонений от правильного физического раз­вития ребенка.

Согласно медицинской отчетности:

на50% здоровье человека определяется его образом жизни

на 20%- состоянием экологии

на 20% -наследственностью

на 10%- медицинскими усилиями

Состояние здоровья населения по Башкирии за1997 год:

в 1964 году смертность по РБ совпадала со смертностью в США и Японии. К 1994 году смертность превысила рождаемость. В 1964 году на здравоохранение выделилось 6% от ВНД, а сегодня- 2%.12%- это соизмеримо с аппаратом президента; для сравнения в Японии на здравоохранение- 15%, США- 14% , Англия-6%.

Критерием заболеваемости детей является здоровье детей- в России за 1991- 1994 г. инва­лидность детей выросла в 5 раз.

Основные причины : ухудшение здоровья матерей (малокровие).

По УФЕ 8% женщин рождают нормально; по РБ - 20%. Среди беременных женщин у 20% заболевания желудочно- кишечного тракта.

Уральский регион занимает 2 место по детской смертности после Калининграда. По России за год 50 000 детей становятся инвалидами. Структура болезней - болезни нервной системы, врожденные аномалии, расстройство психики, болезни органов дыхания (80% среди них - бронхиальная астма). Говорят, что бронхиальная астма является биомаркером экологиче­ского неблагополучия.

Население нашей республики составляет более 4 млн. человек. В 1996 году смерт­ность превышало рождаемость на 10%, смертность мужчин га 21% больше, чем смертность женщин(в 1990 году этот показатель был равен 4%).

Средняя продолжительность жизни у мужчин на 1990 год - 65 лет, 1996 - 60 лет, среди жен­щин - 1990 год - 75 лет, 1996 год- 73.

Смертность среди городского намного больше, чем среди сельского населения. Младенче­ская смертность составляла в 1970 году 20-21 детей на 10 000 населения, 1990 год- 16, 1992 - 17, 1994 - 19.

На сегодняшний день структура заболеваемости следующая: по сравнению с 1990 го­дом заболеваемость туберкулезом возросла в 1,5 раза, анемией в 2 раза, заболеваемость же­лудочно-кишечными болезнями - в 2,5 раза, органов кровообращения и кожных заболева­ний - в 3 раза.

Данные по России из отчета санэпидемнадзора.

Заболеваемость по России больше чем по РБ: инфекционных заболеваний у нас на 2,5 % меньше, чем по России, кишечно-инфекционными, вирусному гепатиту, дифтерии - тоже ниже уровней заболеваемости. Но большая заболеваемость клещевым энцефалитом (в 2,5 раза ), очень большой уровень по мышиной лихорадке, туберкулез - на 13% больше чем по РФ, сифилиса - в 1,7 раза больше чем по РФ (в сельских регионах заболеваемость в 2,5 раза больше, чем в городе). Шаранский и Ермикеевский районы неблагополучны по дизен­терии, в четырехстах пяти населенных пунктах обнаружены бешенство скота.