14.3. Экозащитная техника и технологии

Основными направлениями инженерной защиты окружающей природной среды от негативного антропогенного воздействия являются:

1)внедрение ресурсосберегающих, безотходных и малоотходных технологий;

2)развитие биотехнологий;

3)утилизация и детоксикация отходов;

4)экологизация всего производства, приближающая производственные циклы к природным биогеохимическим круговоротам.

Ресурсосберегающие технологии позволяют наиболее полно использовать перерабатываемое сырье, минимизировать количество об-

разующихся при этом отходов. Предлагаются следующие мероприятия, позволяющие снизить количество отходовИ:

1)внедрение бессточных технологий, водооборотных систем, основанных на очистке и повторном использованииД сточных вод;

2)переработка отходов производства во вторичные ресурсы;

3)создание новых технологийА, позволяющих выпускать продукцию с учетом её переработки и повторного использования. По-

вторная, иногда многократная переработка образовавшихся отходов называется реутилизацией;Б

4)создание принципиально новых технологий, позволяющих исключить или значительноИсократить стадии, на которых происходит образование отходов.

СозданиеСновых технологий требует времени и больших материальных затрат, поэтому на современных предприятиях для защиты окружающей среды от вредных веществ используются различные методы очистки.

Для очистки газовых выбросов от аэрозолей и пыли применяют сухие и мокрые пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся

пылеосадительные камеры и циклоны. В пылеосадительных камерах удаление частиц происходит под действием сил инерции и тяжести, а

вциклонах – под действием центробежных сил и сил тяжести. Эти аппараты предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжёлой пыли. Эффективность сухих пылеуловителей составляет 90 – 95%.

Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные очистители,

газопромыватели) обеспечивают очистку газов от частиц размером более 2 мкм на 99%. Они требуют подачи воды, удаление пылевых

133

частиц происходит в результате осаждения пылинок на поверхности воды под действием сил инерции и броуновского движения. Такие аппараты незаменимы для очистки от пыли взрывоопасных и горячих газов. Недостатками мокрых пылеуловителей являются большой расход воды и образование большого объёма сточных вод.

Для более тонкой очистки используют фильтры (тканевые, зернистые), которые способны задерживать частицы размером до 0,05 мкм. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из термостойких синтетических волокон и металлических нитей.

Наиболее совершенным способом очистки от пыли и мелких частиц являются электрофильтры. Они позволяют улавливать частицы размером до 0,01 мкм. Принцип работы электрофильтров состоит

в ионизации пылевых частиц у поверхности коронирующего электрода, в результате чего пылинки приобретают заряд и притягиваются к противоположно заряженному осадительному электроду. При встряхивании электрода пыль под действием силы тяжести падает в пылесборник. Основной недостаток электрофильтров – высокий расход

каталитические, абсорбционные и адсорбционныеД методы. Каталитические методы основаны на использовании катализаторов – ве-

ществ, которые ускоряют реакциюАпревращения токсичного компонента в безвредное вещество (например, катализатор дожига отрабо-

тавших газов в автомобилеБ). Абсорбционные методы основаны на пропускании газового потока через жидкость (воду, раствор соды, из-

вести, аммиакаС). ТоксичныеИкомпоненты либо растворяются в воде, либо вступают в химическую реакцию с растворённым поглотителем, образуют малорастворимое соединение и оседают. Абсорбционные методы эффективно использовать при высокой концентрации токсичных компонентов в газе.

При незначительной концентрации токсичных компонентов эффективнее использовать адсорбционные методы. Эти методы основаны на удерживании токсичных компонентов на поверхности ультрапористых твердых веществ (активированный уголь, силикагель, алюмогель). Адсорбционные методы позволяют не только очистить воздух от токсичных соединений, но и вернуть в производство ценные компоненты.

Если в выбросах содержатся вредные вещества, состоящие только из углерода, водорода, кислорода (например, в выбросах неф-

134

теперерабатывающих производств), применяют термический метод, то есть вредные вещества сжигают, в атмосферу при этом попадают только углекислый газ и пары воды.

Для очистки сточных вод применяют механические, физикохимические, химические и биологические методы. При механической очистке нерастворимые в воде загрязняющие вещества удаляют при помощи отстаивания, фильтрования, процеживания. Эти методы позволяют удалить до 90% нерастворимых примесей из промышленных стоков и до 60% примесей – из бытовых сточных вод. Аппараты для механической очистки – это решётки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники, масло- и нефтеловушки.

Химические и физико-химические методы применяют для очи-

стоков с различной кислотностью), а также добавляют специальные

стки производственных сточных вод, особенно при организации системы замкнутого оборотного водоснабженияИ. К химическим методам

относят нейтрализацию, осаждение и окисление. Для нейтрализации кислых и щелочных стоков производятДих смешивание (при наличии

реагенты: известь, кальцинированнуюАсоду, аммиак. Для осаждения

ионов металлов добавляют известь. ля удаления из сточных вод ток-

сичных компонентов, а также для обеззараживания воды используют сильные окислители: соединенияБхлора (гипохлорит натрия, хлорная известь, хлорамин), озон, перекись водорода, перманганат калия.

К физико-химическимИметодам относятся коагуляция, сорбция,

флотация, ионный обмен, мембранные технологии. Коагуляция применяется для осажденияС из сточных вод тонкодисперсных (коллоидных) примесей, которые не удается удалить с помощью обычных фильтров. Для этого в воду добавляют специальные веществакоагулянты (сульфат алюминия, хлорид железа и др.), а также флокулянты, что способствует слипанию мелких частиц в крупные хлопья, которые быстро оседают и легко удаляются.

Одним из наиболее эффективных методов очистки воды от растворимых загрязнителей является адсорбция. Ультрапористые вещества, имеющие высокую удельную поверхность, способны за счет избыточной поверхностной энергии поглощать из сточных вод растворённые вещества и удерживать их на поверхности. Такие вещества называются адсорбентами, используют активированный уголь, бентонитовые глины, цеолиты, силикагель и т.п. Достоинства сорбционных методов еще и в том, что с их помощью можно извлечь из сточных вод ценные компоненты и вернуть их в производство.

135

Флотация – метод удаления загрязнений за счет пропускания через сточную воду пузырьков воздуха, захватывающих при движении вверх поверхностно-активные вещества, нефть, масла. Образующаяся на поверхности пена легко удаляется.

Метод ионного обмена используется для извлечения из воды ионов металлов, для обессоливания воды. Мембранные технологии (обратный осмос, ультрафильтрация) используют для удаления растворенных в воде высокомолекулярных соединений. Этот метод достаточно длительный.

Для улавливания летучих органических загрязнений с водяным паром используют пароциркуляционные установки.

Для очистки коммунально-бытовых промышленных стоков цел-

люлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий

тественных методов на полях орошения, поляхИфильтрации, биологических прудах, гидроботанических площадках, так и искусственными

используют биологический метод очистки сточных вод. Метод осно-

ван на способности определенных штаммов микроорганизмов ис-

пользовать органические загрязнители как источник питательных ве-

ществ. Биологическая очистка может проводиться как с помощью ес-

работки ТБО с получением биогаза основана на анаэробной деструкции отходов Смикроорганизмами. Переработка ТБО с получением компоста основана на аэробном окислении.

Для снижения количества пестицидов, применяемых для борьбы с вредителями, предлагается использовать живые организмы – такой метод защиты растений называется биологическим.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного влияния необходимо использовать следующие меры:

-экологизацию технологических процессов;

-очистку газовых выбросов от вредных примесей;

-рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

-устройство санитарно-защитных зон;

-архитектурно-планировочные решения и т.п.

Экологизация технологических процессов – самая действенная, но достаточно дорогая мера охраны воздушного бассейна от загрязнения. К таким мероприятиям относится создание замкнутых техно-

136

логических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ. Это и создание непрерывных технологических процессов, замена местных котельных установок на централизованное отопление, предварительное очищение сырья от вредных примесей, замена угля и мазута на природный газ, применение гидрообеспыливания и т.п.

Так как транспорт становится одним из главных источников загрязнения атмосферы, стоит задача перевода автомобилей на более экологичное топливо. Идеальным топливом (в плане выбросов) является водород, так как при сгорании он образует только пары воды.

Такой метод защиты атмосферы, как рассеивание газовых выбросов, достаточно часто встречается, но имеет лишь временный характер. Увеличение высоты дымовых труб позволяет увеличить площадь рассеянных выбросов, то есть концентрация токсичных компонентов при этом уменьшается, но будет загрязняться большая территория.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ)– это полоса, отделяющая ис-

варьируется от 2000 до 50 м. СЗЗ должна быть благоустроена и озеленена, так как деревья способствуют улавливанию пыли и газов из атмосферы.

мест с учётом направления ветров, выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных дорог в обход населённых пунктов и т.п.

Экологическая защита почв от прогрессирующей деградации включает мероприятия по борьбе с засолением и эрозией.

Основными агротехническими мероприятиями, направленными на защиту почв от эрозии, проводимыми во всех зонах и при любых природно-экономических условиях, являются приёмы почвозащитной обработки и фитомелиорация. Это почвозащитные севообороты, контурная система выращивания сельскохозяйственных культур, задерживающая водосток, полосное земледелие, бесплужные системы обработки почв (применение культиваторов, плоскорезов).

137

Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь комплекс противоэрозионных мероприятий: агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических. Гидротехнические мероприятия останавливают развитие эрозии сразу же после их устройства, агротехнические – через несколько лет, а лесомелиоративные – через 10 – 20 лет после их внедрения.

При проведении строительных работ для сохранения плодородного слоя почвы рекомендуется снятие верхнего слоя и складирование его в буртах таким образом, чтобы предотвратить его размывание осадками и разнос ветром.

Серьёзным фактором, ведущим к загрязнению почв, является образование свалок бытовых отходов. Это приводит к загрязнению грунтовых вод, а также к образованию метана при разложении органических остатков. Для снижения негативного влияния этого фактора необходимо снижать количество образующихся отходов, производить их сортировку, по возможности использовать отходы как вторичные ресурсы. Ту часть отходов, которая не может быть использована, следует

Цель работы: освоить расчетный метод оценки загрязнения почв от выбросов автотранспорта.

Ход работы

Для проведения работы необходимо выбрать участок автомобильной дороги вблизи учебного заведения, имеющий хороший обзор с прилегающей территории. В течение 20 мин студенты должны определить число единиц автотранспорта, результаты записать в табл. 19.

138

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может бытьАоценено расчетным методом.

Рассчитываем мощность эмиссии Q (количество выбросов) СО, СхНх, NО2, Pb в отработавших газахБдля каждого из загрязняющих веществ:

Q = 2,06 · 10И-4· т · [∑(Gik · Nik · Kk ) – ∑(Gid · Nid · Kd)], (13)

где Q – мощность эмиссии, г/с·м;

m – поправочныйСкоэффициент зависящий от средней скорости транспортного потока (рис. 25);

Gik, Gid – средние эксплуатационные расходы топлива для данного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км (см. табл. 19);

Nik, Nid – интенсивности движения каждого выделенного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, авт./ ч;

Кк, Кd – коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения, для карбюраторных и дизельных типов соответственно

(табл. 20).

139

Рис. 25 Зависимость поправочного коэффициента m от средней скорости транспортного потока

К – коэффициент, учитывающий оседание свинца в системе выпуска

отработавших газов (на деталях двигателя), Kо = 0,8;

KPb – коэффициент, учитывающий долю отрабатываемого свинца в виде аэрозолей в общем виде выбросов, КPb = 0,2;

o И

рк – содержание добавки свинца в топливе, применяемом в автомобиле данного типа. Для бензина марки АИ-76 рк = 0,17 г/кг, для АИ-93

рк = 0,37 г/кг.

С

Таблица 20

Значения коэффициентов для загрязняющих веществ, поступающих от карбюраторных и дизельных двигателей

140

Рассчитываем концентрацию загрязнения атмосферного воздуха различными компонентами в зависимости от расстояния кромки дороги по формуле

где С – концентрация загрязнителя, мг/м3;

g – мощность эмиссии различных компонентов загрязнения, рассчитанная ранее; δ – значение стандартного гауссова рассеяния в вертикальном направ-

лении, зависит от расстояния дороги и уровня радиации (табл. 21); υ – скорость ветра, преобладающая в расчетный периода месяца, принимаем равной 3 м/с;

sin φ – угол, составляющий направление ветра к трассе, равен 30°; F – фоновая концентрация загрязнений, г/м3.И

Таблица 21

Значения стандартного гауссова рассеяния в вертикальном направлении

Предельные допустимые концентрации токсичных составляющих отработавших газов вИвоздухе населенных мест приведены в табл. 22.

По полученным данным в результате расчетов построить графики зависимостиСконцентраций выбрасываемых веществ (мг/м ) от расстояния от проезжей части (м). На них по значениям ПДК для соответствующих выбросов определить безопасные расстояния от кромки дороги. По результатам работы оценить экологическую ситуацию на данном участке дороги и предложить мероприятия по уменьшению количества выбросов и по защите атмосферного воздуха и человека от их воздействия.

Таблица 22

Предельно допустимые концентрации токсичных компонентов отработавших газов в воздухе населенных мест

141

Контрольные вопросы

1.Какие токсичные компоненты содержатся в выбросах автотранспорта?

2.Как зависит состав выбросов автотранспорта от вида топлива?

3.Как влияет скорость движения транспортного средства на токсичность выбросов и их состав?

4.Как влияет географическое расположение автомагистрали на рассеивание выбросов автотранспорта? Какие факторы необходимо учитывать при проектировании автомобильных дорог?

5.Как зависит количество выбросов от вида автотранспортного средства?

15. УПРАВЛЕНИЕ ОХРАНОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙИ СРЕДЫ

ощрительного и принудительного характера, направленная на охрану

В России действует система экономическихД инструментов по-

окружающей среды, называемаяАэкономическим механизмом охраны

окружающей среды (природопользования). Экономический механизм

природопользования направлен на повышение материальной заинтересованности природопользователейБ бережно относиться к окру-

жающей среде и рационально использовать природные ресурсы. Экономический механизмИприродопользования основан на принципах строгого учета природных ресурсов, платности природопользования и системе льгот Сза проведение природоохранных мероприятий.

Принцип платности природопользования подразумевает, что за использование природных ресурсов и производимые загрязнения необходимо платить. Каждый природный ресурс обладает определенной ценностью для человека, которая отражается суммой экономической и внеэкономической оценок. В настоящее время существуют две основные концепции оценки природных ресурсов: затратная и рентная. Определение ценности природных ресурсов по суммарным издержкам на их освоение и использование называется рентным подходом. Денежное выражение народнохозяйственной стоимости природных ресурсов называется экономической оценкой. Экономическая оценка природных ресурсов выражается в стоимостной форме.

Система платы за использование природных ресурсов дифференцирована. Плата взимается: а) в пределах установленных лимитов на использование ресурса; б) за сверхлимитное и нерациональное ис-

142

пользование; в) на воспроизводство природных ресурсов и их охрану. Формы платежей за природные ресурсы могут быть различными. За пользование лесными ресурсами плату взимают в виде лесных податей (налога) и арендной платы; за пользование водными ресурсами – в виде регулярных платежей в течение срока водопользования; за пользование землей – в виде земельного налога, арендной платы. По-

ступающие платежи перечисляют в местный бюджет в фонд воспроизводства и охраны природных ресурсов.

Плата за загрязнение окружающей среды предусмотрена за вы-

бросы в атмосферу, сбросы в водоёмы загрязняющих веществ, а

также за размещение отходов как в пределах, так и сверх установленных лимитов. В первом случае платежи производят за счет себе-

стоимости продукции предприятия, во втором – за счет прибыли, по-

торые может быть обращено взыскание. ТакойИспособ взимания платежей должен стимулировать предприятие к сокращению выбросов

лученной предприятием. Из общей суммы платежей 90% перечисля-

ют во внебюджетные экологические фонды, а 10% – в доход феде-

рального бюджета. В случае убыточности предприятия-загрязнителя

платежи производятся за счет всех имеющихся у него средств, на ко-

словленных воздействием загрязнения на окружающую среду, называется экономическимСущербом. Форма экономической ответственности природопользователя за ущерб, причиненный в результате несоблюдения установленных норм и правил, называется платой за нера-

циональное использование природных ресурсов. Базовые ставки пла-

тежей, устанавливаемые для каждого загрязняющего вещества, учитывают степень опасности загрязняющих веществ.

Плата за выбросы в атмосферу от передвижных источников определяется в зависимости от потребленного количества топлива.

В случае внедрения предприятием технологий, снижающих негативное воздействие на окружающую среду, определяется предот-

вращённый экономический ущерб, равный разности между стоимост-

ными выражениями ущерба, наносимого окружающей среде до внедрения технологии, и после её внедрения. Экономический предотвращённый ущерб может определяться по таким видам природных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, почва.

143

Предотвращение потерь природных ресурсов, живого и овеществлённого труда во всех сферах народного хозяйства является экономическим результатом снижения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду.

Экологические льготы предоставляются предприятиям, которые бережно относятся к окружающей среде, внедряют ресурсосберегающие технологии, занимаются вторичной переработкой отходов и т.п. Льготы могут быть представлены в виде льготного кредитования либо льготного налогообложения (снижения ставки налога на природопользование или уменьшение базы налогообложения).

Эффективными средствами охраны окружающей среды и рационального природопользования служат такие экономические рычаги, как лицензия на комплексное природопользование, договор и лимиты.

Лицензия на комплексное природопользованиеИ– документ, под-

тверждающий право её владельца на использование в определённый период времени определённого вида природногоД ресурса, а также на

размещение отходов, выбросы и сбросы. В лицензию на комплексное

природопользование включают:Аперечень используемых природных

ресурсов, лимиты и нормативы их расходования и изъятия; нормативы

платы на охрану и воспроизводство природных ресурсов; перечень, нормативы и лимиты выбросовБ(сбросов) загрязняющих веществ и

размещение отходов; нормативы платы за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ и размещениеИ отходов; экологические требования и

ограничения, при которых допускается хозяйственная деятельность. После полученияСлицензии на комплексное природопользование

природопользователь заключает договор о комплексном природопользовании.

Лимиты на природопользование – предельные объёмы природ-

ных ресурсов, выбросов (сбросов) загрязняющих веществ, размещение отходов производства, которые устанавливаются для предприятий – природопользователей на определенный срок.

За сверхлимитное использование природных ресурсов предусматривается дополнительная плата по нормативам, в несколько раз превосходящим использование ресурсов в пределах лимитов.

144

Лабораторная работа № 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДОТВРАЩЕННОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВЫБРОСАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЭК

Цели работы: рассчитать ущерб, который предприятия теплоэнергетики наносят окружающей среде, и выяснить, насколько снижается эта величина при внедрении очистных установок.

145

Окончание табл. 23

Таблица 24

Характеристика месторасположения котельной и финансовые затраты на установку газопылеочистки

146

Выписать из табл. 23 и 24 данные для своего варианта и произвести все необходимые вычисления по приведенным ниже формулам.

1. Определить величину объема выбросов газа и пыли V (м3/год) за год работы котельной как произведение количества сжигаемого топлива G на удельный объем выбросов, приходящийся на 1 т сжигаемого топлива Vуд:

VG Vуд .

2.Определить массу выбросов газа и пыли за год работы котельной М0i по каждому загрязнителю i , т/год:

M0i С0i V · 10-6 ,

где С0i – концентрация i-го загрязнителя в выбросах, г/м3.

где С0i, С1i – концентрация i-го загрязнителя в выбросах до и после применения установки газопылеочистки;

– степень очистки газопылевых выбросов, % (см. табл. 23).

5.Определить массу выбросов газа и пыли за год М1i (т/год) работы котельной после применения установки газопылеочистки по каждому загрязнителю:

147

M1i C1i V 10-6.

6. Определить приведенную массу выбросов газа и пыли при работе котельной за год по каждому компоненту М1Пi и суммарную массу выбросов М1П после применения установки газопылеочистки:

7. Определить величину , характеризующую относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха города. Значение этой величины зависит от территориальной зоны, в которой расположена котельная.

где Ууд – показатель удельного ущерба, равный 2400 руб./усл.т;

f – поправка, учитывающая характер рассеяния примесей в атмосферном воздухе города, принимается равной 0,81.

9. Определить величину эколого-экономического ущерба, наносимого окружающей среде города выбросами котельной после применения установки газопылеочистки У1, млн руб.:

У1 У уд М1П f 10 6.

148

10. Определить величину предотвращенного экологического ущерба УПР (млн руб.) как разность эколого-экономического ущерба от загрязнений атмосферного воздуха до и после применения установки газопылеочистки:

УПР У0 У1.

11.Определить экономическую эффективность Ээф (%) приме-

нения установки газопылеочистки:

13. Сделать вывод о целесообразности применения установки газопылеочистки на котельной вашего варианта.

При величине экономической эффективности природоохранного

по величине предотвращенного ущерба от внедрения установки газопылеочистки.

Контрольные вопросы и задания

1.Назовите отрасли промышленности, являющиеся основными источниками загрязнения атмосферного воздуха.

2.Перечислите основные загрязняющие вещества, выделяющиеся при сжигании угля, мазута.

149

3.Как классифицируют методы очистки газовых выбросов?

4.Расскажите о пылеуловительных камерах и инерционных пылеуловителях, какова их эффективность?

5.Расскажите о центробежных циклонах. Назовите эффективность их применения для очистки газового потока от пылей

иаэрозолей.

6.Расскажите о рукавных фильтрах. Какой минимальный размер частиц пылей и аэрозолей можно уловить с их помощью?

7.Расскажите о работе электрофильтров.

8.Расскажите о методе мокрого пылеулавливания. Назовите его достоинства и недостатки.

9.Расскажите об абсорбционном методе очистки газов. В каких случаях он применяется?

10.В чем суть адсорбционного методаИочистки газов? В каких случаях эффективно его применение?

11.Как рассчитывается ущербД, причиненный загрязнениями окружающей среде?

12.Какой ущерб называетсяАпредотвращённым?

13.Как оценить эффективность природоохранных мероприятий?Б

СИ

150