Курс лекций по промышленной экологии (заочники)

Лекция №1

Промышленная экология. Основные понятия и термины

Промышленность и транспорт создают мощную техногенную нагрузку на окружающую среду. В ряде случаев живая и неживая природа испытывают на себе воздействие промышленных и транс­портных объектов. Эти обстоятельства дают возможность говорить o возникновении новой научной ветви - промышленной экологии, которая изучает различные аспекты воздействия объектов промыш­ленности и транспорта на окружающую среду.

Окружающая среда (ОС) — совокупность природных тел (атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы) и культурных (техногенных) объектов, предметов социальной и производственной деятельности человека.

В процессе промышленного освоения человек оказывает экологическое воздействие.

Экологическое воздействие — последствия любых (преднамеренных или случайных, постепенных или катастрофичес­ких) антропогенных изменений природных объектов и факторов, связанных с транспортной деятельностью.

Экологическая безопасность промышленности и транспорта — состояние защищенности окружающей природной среды от промышленно-транспортных воздействий. При этом обес­печивается функционирование природно-технических систем в пре­делах допустимого изменения параметров окружающей среды.

Параметры состояния окружающей среды — темпера­тура, давление, объем газов, жидкостей, концентрации веществ, на­пряженность электромагнитного поля, радиоактивность и др. Они должны находиться в строгих диапазонах для обеспечения устойчи­вости экосистем. Промышленная деятельность может приводить к из­менению значений параметров состояния на локальных участках территории. В результате чего возникает локальная экологическая катастрофа.

Локальная экологическая катастрофа — мно­гократное превышение критических (предельно допустимых) уров­ней и нагрузок на локальные экосистемы по различным ингредиен­там и видам воздействия, в результате которых нарушается их устойчивость.

В результате антропогенного воздействия может происходить загрязнение окружающей среды. Загрязнение – любое нежелательное для экосистем антропогенное изменение. Виды загрязнений: физическое, химическое, биологическое, ландшафтное [4]:

- физическое – связанное с изменением качественных параметров среды: шумовых, радиационных, световых, температурных, электромагнитных и т.п.;

- химическое – представляющее собой совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам. Наиболее массовыми хим. загрязнителями являются оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, соли кислот и щелочей, соединения серы, фтора, фосфора, фенолы и др.;

- биологическое – осуществляется нехарактерными для данной экосистемы живыми организмами или продуктами их жизнедеятельности, которые ухудшают условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияют на здоровье человека.

- ландшафтное представляет собой разрушение местообитания организмов и нарушение восстанавливающих свойств природных ландшафтов.

Человек в созданной им искусственной среде обитания (которая, однако, погружена в естественную среду и очень жестко зависит от нее) всегда будет жить и действовать, рискуя вызвать необратимые изменения в окружающей среде.

Обеспечение экологической безопасности — такое ограничение действия фак­торов, когда допустимые уровни опасности не превышают порога устойчивости экосистемы.

Признаками выхода за пределы устойчивости являются следую­щие;

- сокращение запасов ресурсов;

- увеличение концентрации загрязнителей;

- сбои природных механизмов очистки от загрязнений.

Поэтому общество должно стремиться к устойчивому развитию - обеспечению условий, когда положительные и отрицательные обратные связи уравновешивают друг друга, а основные запасы планетарной экосистемы (население, капитал, земля, невозобновимые ресурсы, уровень загрязнения) находятся в состоянии динамического равновесия и остаются постоянными.

Принципы обеспечения устойчивого развития заключается в следующем [1]:

- темпы потребления возобновимых ресурсов (почва, вода, древесина, биоресурсы) не должны превышать темпов восстановления;

- темпы потребления невозобновимых ресурсов (ископаемое топливо, высококачественные руды, грунтовые воды) не должны превышать темпов их замены на неисчерпаемые или возобновимые ресурсы (солнечная энергия, ветер, приливы, геотермальные воды, энергия волн, вещества, включенные в естественные биогеохимичес­кие циклы круговорота). Например, нефтяное месторождение мож­но эксплуатировать в стабильном режиме, если часть доходов от не­го систематически вкладывается в производство устройств преобразования солнечной, ветровой, приливной, геотермальной энергии (неисчерпаемые ресурсы) или посадку деревьев. В результа­те после исчезновения нефти будет обеспечен эквивалентный поток энергии от неисчерпаемого или возобновимого ресурса;

- интенсивность выбросов загрязняющих веществ не должна превышать темпов, с которыми эти вещества перерабатываются, по­глощаются или теряют вредные для ОС свойства.

Лекция №2

Экологизированные (ресурсосберегающие) технологии

Экологизированные технологии – производственные процессы и производства, которые не нарушают естественные круговороты в природе, сводят до минимума поступление загрязняющих веществ в биосферу и гармонично вписываются в природные условия.

В их основу должны быть положены следующие принципы:

1. Пространственная компактность: каждое предприятие должно занимать минимально разумную территорию, а его цеха и отделы работать по принципу: создание экологически чистой продукции – ее сбыт – возврат отходов в производство.

2. Малоотходность технологий и производств.

3. Замкнутость производственных циклов, что позволяет сохранить в чистоте природную среду и уменьшить потребление природных ресурсов.

4. Возможность вторичной переработки отходов до такой степени, чтобы сделать их допустимыми для разложения и включения в естественные круговороты.

Выполнение этих принципов возможно достичь созданием мало- и безотходных технологических процессов.

Безотходная технология – это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы таким образом. Что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования. В соответствии с этим определением безотходное производство является практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами.

В основе организации безотходного производства лежит ряд принци­пов:

- принцип системности, в соответствии с кото­рым каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент более сложной производственной системы, т. е. всего промыш­ленного производства в регионе (территориально-производственного комплекса) или как элемент эколого-экономической системы.

- принцип комплексности использования сырьевых и энергетических ресурсов. Практически все используемое в настоящее время сырье является много­компонентным, и в среднем более трети его стоимости составляют сопут­ствующие элементы, которые могут быть извлечены из сырья только при условии его комплексной переработки.

- принцип цик­личности материальных потоков, важнейшие из которых - водный и газо­воздушный. Для безотходного производства характерным является мно­гократное использование воды и газовых потоков в основных технологи­ческих процессах. Очистка сточных вод и газовоздушных потоков должна обеспечивать одновременное извлечение и утилизацию ценных компонентов. Наиболее полно условие цикличности реали­зуется в ТПК, где создаются благоприятные условия для кооперирования различных производств с целью комплексного использования сырьевых и энергоресурсов, где отходы одних производств используются в качестве сырья для других.

- принцип экологичности организации безотходного производства, т. е. соблюдение предельно допустимых экологических нагрузок на окружающую среду. Этот принцип связан с сохранением и воспроизводством таких природных и социальных ресур­сов, как атмосферный воздух, пресная вода, земная поверхность (ланд­шафт), растительный и животный мир и т. д.

- принцип рациональности организации безотходного производства характеризуется использованием всего взаимосвязанного природно-ресурсного комплекса в регионе. Производ­ство в данном случае одновременно оптимизируется по энерготехнологи­ческим, экономическим, экологическим и социальным параметрам.

Создание безотходных производств является длительным процессом, требующим решения ряда сложнейших взаимосвязанных технологиче­ских, экономических, организационных, психологических и других задач. Поэтому в настоящее время для практического использования вводится понятие малоотходного производства.

Под малоотходным понимается та­кой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, а часть сырья и материалов по технологиче­ским, организационным, экономическим или другим причинам переходит в неиспользуемые отходы и направляется на длительное хранение или за­хоронение. В основу критериев, ограничивающих вредное воздействие малоотходного производства на окружающую среду, положены сущест­вующие санитарно-гигиенические нормативы - предельно допустимые концентрации, на базе которых устанавливаются научно-технические нормативы предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосфе­ру (ПДВ) и сбросов загрязняющих веществ в водоемы (ПДС).

В основу малоотходного производства заложены те же принципы, что и в основу безотходного производства. Но если создание безотходного производства на любом уровне возможно только при условии одновре­менного соблюдения всех перечисленных принципов, то для малоотход­ного производства приоритетной является задача ограничения воздейст­вия на окружающую среду. Важнейшим условием существования малоот­ходного производства является необходимость обезвреживания неисполь­зуемых отходов и в первую очередь токсичных.

Количественным критерием малоотходного производства является ко­эффициент безотходности (К₆), который характеризует полноту исполь­зования в производстве материальных и энергетических ресурсов, а также интенсивность воздействия этого производства на окружающую среду:

К_б = А К_м К_э К_а,

где А - коэффициент пропорциональности, определяемый эмпирически; К_м - коэффициент полноты использования материальных ресурсов; К_э - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; К_а - ко­эффициент соответствия экологическим требованиям.

К_б равное 75 - 80 %, можно принять в качестве количе­ственного критерия для малоотходного, а 90 - 98 % - для безотходного производства.

Лекция №3

Нормирование качества окружающей среды

При возрастающей антропогенной нагрузке на природную среду необходимо регулировать качество той среды, в которой живет человек.

Качеством ОПС считается такое состояние ее экологических систем, которое постоянно и неизменно обеспечивает процесс обмена веществ, энергии и информации между природой и человеком и воспроизводит жизнь.

Нормирование качества ОПС представляет собой, прежде всего деятельность по установлению нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий на ОС. Нормативы качества подразделяются на три группы.

Нормативы качества окружающей природной среды

1. Санитарно-гигиенические: ПДК вредных химических, физических веществ, ПДК вредных биологических воздействий, ПДК химических веществ в продуктах питания, ПДУ радиации, нормативы санитарных и защитных зон.

2. Производственно-хозяйственные: нормативы выбросов и сбросов, шума, вибрации, биологических загрязнений, радиации, использования химических веществ, строительные и градостроительные правила.

3. Вспомогательные: нормативы терминологии, организационные нормативы, правовые нормативы.

ПДК – количественное содержание вредного вещества, при котором на человека и окружающую среду не оказывается на прямого, ни косвенного вредного воздействия.

Нормативно допустимый выброс – поступление вещества из соответствующего источника в атмосферу (г/с, т/год), которое не превышает ПДК. Исходными данными для разработки нормативов НДВ состоят из двух разделов: рельефно-климатической характеристики местности, в которой располагается данный источник выброса, и технической характеристики самого источника.

Нормативно допустимый сброс в водный объект – масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды (г/с, т/год). Кроме того обязательно учитывают фоновую концентрацию выбрасываемого или сбрасываемого вещества в атмосфере или воде.

ПДН (нагрузка) – это максимально возможные антропогенные воздействия на природные комплексы или ресурсы, при которых не происходит нарушения устойчивости экосистем.

Лекция №4

Рациональное использование атмосферного воздуха

Одной из актуальных проблем, особенно для городов и крупных промышленных районов, является загрязнение атмосферного воздуха. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников промышленности снижается, несмотря на то, что степень улавливания и обезвреживания вредных веществ остается на одном уровне. Это связано с тем, что происходит сокращение производства и закрытие многих предприятий. Основными источниками загрязнения атмосферы являются: электроэнергетика, металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, машиностроение, автомобильный транспорт и др.

Проблему загрязнения атмосферы в городах главным образом определяют высокие концентрации взвешенных веществ, диоксида азота, бензапирена, формальдегида, фенола, свинца, кадмия и др. Особо следует отметить выбросы в атмосферу «парниковых» газов, вызывающих повышение температуры и образование «островов» тепла в городах.

НДВ – установленный норматив, соблюдающий условие, что содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышало норматива качества воздуха (ПДК) для населения, животного и растительного мира.

НДВ устанавливается для каждого стационарного источника и каждого выбрасываемого в атмосферу вещества (г/с, т/год). При расчете ПДВ учитываются фоновые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Основные направления работ по снижению загрязнений воздушного бассейна

Среди многочисленных направлений работ по снижению загрязнения воздушного бассейна важнейшими являются следующие:

- внедрение эффективных экономических и моральных методов стимулирования деятельности по охране атмосферы, включая различные поощрения и плату за выбросы и т. д.;

- сокращение выбросов от автомобильного транспорта за счет совершенствования двигателей и топливной аппаратуры, внедрение нейтрализаторов выхлопных газов, увеличение доли дизельных и работающих на газообразном топливе двигателей;

- внедрение малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов и производств, прежде всего в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве строительных материалов и в других отраслях;

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

- внедрение современных методов пылегазоочистки дымовых и других отходящих газов с высоким КПД и максимальным использованием продуктов очистки;

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

Выбор метода и оборудования, обеспечивающих необходимую степень очистки, зависят от большого числа параметров. При организации любого производства необходимой стадией является промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов.

Промышленная очистка – это очистка газа с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного от газа продукта. В качестве пыле газоулавливающего оборудования могут использовать разгрузочные циклоны, пылеосадительные камеры, фильтры, адсорберы, скрубберы и т.д.

Санитарная очистка – это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющего вещества, при которой обеспечивается соблюдение установленных ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений.

Кроме очистки газовоздушные выбросы подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, дезодорации.

Обезвреживание – обработка примесей до безвредного для людей, животных, растений и в целом для окружающей среды. Одними из современных способов обезвреживания являются каталитический, термический, термокаталитический методы и метод дожига углеводородов.

Обеззараживание – уничтожение микроорганизмов различных видов, находящихся в газовоздушных выбросах, жидких и твердых средах;

Дезодорация – обработка одорантов (веществ обладающих запахом), содержащихся в воздухе, воде или твердых средах, с целью устранения или снижения интенсивности запахов.

Для дезодорации и обеззараживания неприятнопахнущих выбросов в промышленности используют перечисленные методы термического и термокаталитического дожигания, адсорбцию, химического и биохимического окисления, а также различные их сочетания.