3407
.pdf-Биохимическая очистка газов.
Впроцессе абсорбции проходит конвективная диффузия паро- и газообразных компонентов газа в жидкости поглотители (абсорбенте). Абсорбцию применяют в основном для очистки вентиляционного воздуха, отсасываемого от травильных и гальванических ванн, а также для очистки технологических газов. Процесс абсорбции может осуществляться периодически или непрерывно. В первом случае абсорбция протекает до полного насыщения растворителя газообразным компонентом, во втором газ, который очищается, находится в постоянном контакте со свежей промывочной жидкостью.
Хемосорбция заключается в промывании газа, который очищается, растворами, которые вступают в химическую реакцию с отдельными газообразными компонентами, содержащимися в газе. Хемосорбция находит применение в основном для очистки технологических газов от сероводорода, хлора, паров ртути, сернистого ангидрида.
Адсорбция - это процесс поглощения газов или паров поверхностью твердых тел (адсорбентов) - активированного угля, силикагелей и Алюмогель, искусственных и природных цеолитов, природных сорбентов и т.п. Применяются незначительного содержания паро- и газообразных компонентов в газе, который очищается. Адсорбенты используются в виде зерен размером 2 - 8 мм или в пылевидном состоянии. Адсорбция делится на физическую адсорбцию и хемосорбцию.
Каталитические методы используют для преобразования токсичных компонентов промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества. Применяют каталитические процессы окисления, восстановления и разложения. Например, отходящие автомобильные газы очищают от оксида углерода путем его окисления до углекислого газа на медно-марганцевых катализаторе, представляющий собой смесь оксидов марганца и меди. Каталитическое восстановление оксидов азота до N2 осуществляют с помощью восстановителей - водорода, метана или аммиака в присутствии платино-палладиевых-родиевым катализаторов в каталитических реакторах.
Термическое обезвреживание газов основывается на высокотемпературном сжигании горючих примесей, то есть окислении обезвреженных компонентов кислородом. Преимуществом методов термического обезвреживания являются небольшие размеры установок и простота их обслуживания, возможность автоматизации, высокая эффективность обезвреживания при низких затрат средств, недостатком - возможно вторичное загрязнение атмосферы продуктами сжигания.
Биохимическая очистка газов заключается в сорбционном улавливании вредных примесей из газов, аэробной их расписании и ассимиляции микроорганизмами. Применяется для дезодорации воздуха, удаления из промышленных газовых выбросов примесей аммиака, формальдегида, фенола, цианистого водорода, азот и серосодержащих соединений и т.
Молекулы, служащие источником дурно пахнущего загрязнения воздуха, образуются в результате множества различных процессов. Эти молекулы часто являются органическими и могут быть подвергнуты микробной деградации. Пороговые концентрации дурного запаха весьма незначительные. Например: валериановая кислота – 0,6%; тиофенол – 0,06%; диамилсульфид – 0,14%; масляная кислота – 1,0%; метилмеркантан – 1,104%; скатол – 1,2%; этил-меркантан – 0,19%. Дурно пахнущие газы могут удаляться биотехнологически в «сухих» или «мокрых» биореакторах.
«Мокрый» реактор, или биоскруббер, работает как реактор с насадкой с иммобилизированной биомассой и противотоком жидкости. Дурно пахнущие газы при этом переносятся из газовой фазы в жидкую, как в обычном скруббере, а затем окисляются закрепленной биомассой. Основные преимущества этого процесса заключаются в следующем:
имеет место большая эффективность поглощения, биоокисление практически до нуля снижает дурно пахнущие загрязнения, резко уменьшается объем поглощающей жидкой фазы;
параллельно решается проблема удаления сточных вод.
«Сухой» биореактор загружается насадкой из биоактивного сорбирующего материала (компост, торф), через который продуваются загрязненные газы. Сорбированные соединения активно окисляются микробными сообщества ми, развивающимися на поверхности насадки, одновременно регенерируя ее. По такой биотехнологии, например, производится очистка воздуха в свинарниках. Перспективным направлением биотехнологии очистки газов является создание биологически активных сорбентов и оптимизации микробного сообщества (включая генетические методы), окисляющих широкий спектр субстратов (воздухоочистителей).
Практическая работа № 6. Определение класса опасности отходов (6ч.)
Цель: освоить методику определения класса опасности отхода
Вопросы, подлежащие обсуждению:
1.Как определяется степень опасности отхода?
2.По каким критериям выделяют классы опасности отходов?
3. Что учитывает показатель информационного обеспечения?
Общие указания
По видам вредных воздействий на природную среду и человека выделяют токсичные, радиоактивные, пожаровзрывоопасные, коррозионноактивные отходы и отходы, вызывающие инфекционные заболевания.
Предприятия, где образуются отходы, обязаны подтвердить отнесение данных отходов к конкретному классу опасности. На опасные отходы должен быть составлен паспорт. При отсутствии возможности обеспечить безопасное для окружающей среды и здоровья человека обращение с опасными отходами, деятельность предприятий, где образуются опасные отходы, может быть ограничена или запрещена.
Степень опасности отходов зависит не только от класса и концентрации токсичных веществ, содержащихся в отходах. Но и от их способности мигрировать в окружающую среду, попадая из твердых отходов в воздух и воду.
Отнесение отходов к классу опасности для окружающей среды осуществляется на основании показателя (К), характеризующего степень опасности отхода при его воздействии на окружающую среду, рассчитанного по сумме показателей опасности веществ, составляющих отход.
Перечень компонентов отхода и их количественное содержание устанавливается по составу исходного сырья и технологическим процессам его переработки или по результатам количественного химического анализа.
Компоненты отходов, состоящие из таких химических элементов, как Кислород, азот, углерод, фосфор, сера, кремний, алюминий, железо, натрий, калий, кальций, магний, титан в концентрациях, не превышающих их содержание в основных типах почв, относятся к практически неопасным компонентам с относительным параметром опасности (Хi), равным 4 и, следовательно, коэффициентом степени опасности для окружающей среды (Wi), равным 106 .
Компоненты отходов природного органического происхождения, состоящие из таких соединений, как углеводы (клетчатка, крахмал и т.п.), белки, азотсодержащие органические соединения и другие вещества, встречающиеся в живой природе, относятся к классу практически неопасных компонентов с относительным параметром опасности (Хi), равным 4 и, следовательно, коэффициентом степени опасности для окружающей среды (Wi), равным 106 .
Для остальных компонентов отходов показатель степени опасности для окружающей среды рассчитывается по формулам 1 – 6.
Показатель степени опасности отхода К для окружающей среды
рассчитывается по формуле |
|
К = ∑ Ki, |
(1) |
где Кi – показатели степени опасности отдельных компонентов отхода для окружающей среды.
Показатель степени опасности i-того компонента отхода для
окружающей среды рассчитывается по формуле |
|
Ki = Ci / Wi, |
(2) |
где Ci – концентрация i-того компонента в отходе, мг/кг отхода; Wi – коэффициент степени опасности i-того компонента отхода, который представляет собой условный показатель, численно равный количеству компонента отхода, ниже значения которого он не оказывает негативных
воздействий на окружающую среду. |
Размерность Wi |
условно принимается |
|
как мг/кг. |
|
|
|
Коэффициент Wi рассчитывается по значению его логарифма по одной |
|||
из следующих формул |
|
|
|
lg Wi = 4 – 4 / Zi |
при 1 ≤ Zi ≤ 2 |
(3) |
|
lg Wi = Zi |
при 2 ≤ Zi ≤ 4 |
(4) |
|
lg Wi = 2 + (4 / (6 – Zi)) |
при 4 ≤ Zi ≤ 5, |
(5) |
|
где Zi – вспомогательный показатель, определяемый по формуле |
|||
Zi = (4Xi – 1) / 3, |
|
|
(6) |
где Xi – относительный параметр опасности компонента отхода для окружающей среды, который определяется как среднее арифметическое баллов степени опасности для окружающей среды в различных природных средах в соответствии с таблицей 1 и с учетом показателя информационного обеспечения (J) (табл.2). Этот показатель учитывает недостаток информации по первичным показателям степени опасности компонентов отхода для окружающей среды. Величина показателя информационного обеспечения (J) соответствует количеству установленных показателей опасности компонента отхода.
Таблица 1. Степень опасности каждого компонента отхода для окружающей среды
Показатель опасности |
Степень |
опасности |
компонента |
|||
|
отхода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Балл степени опасности |
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
ПДКП, мг/кг |
< 1 |
|
1-10 |
10,1-100 |
>100 |
|
Класс опасности в почве |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКВ (ОБУВ), мг/дм3 |
|
|
< 0,01 |
0,01- |
0,11-1 |
>1 |
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс |
опасности |
в |
воде |
1 |
2 |
3 |
4 |
хозяйственно-питьевого использован |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКРХ (ОБУВ), мг/дм3 |
|
|
< 0,001 |
0,001- |
0,011- |
>0,1 |
|
|
|
|
|
|
0,01 |
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс |
опасности |
в |
воде |
1 |
2 |
3 |
4 |
рыбохозяйственного использования |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
ПДКСС (ОБУВ, ПДКМР), мг/м3 |
|
< 0,01 |
0,01- |
0,11-1 |
>1 |
||
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКРЗ, мг/м3 |
|
|
< 0,1 |
0,11- |
1,1-10 |
>10 |
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Класс |
опасности в |
атмосферном |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
воздухе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LD50, мг/кг |
|
|
<15 |
15-150 |
151-5 |
>5 000 |
|
|
|
|
|
|
|
000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LDКОЖИ |
50, мг/кг |
|
|
<100 |
100- |
501-2 |
>2 500 |
|
|
|
|
|
500 |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LC50, мг/м3 |
|
|
<500 |
500- |
5 001- |
>50 000 |
|
|
|
|
|
|
5 000 |
50 000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LC50ВОДН, мг/96ч |
|
|
< 1 |
1-5 |
5,1-100 |
>100 |
|
Таблица 2. Диапазоны изменения показателя информационного обеспечения
J
Количество |
установленных |
Балл |
|
показателей n |
|
|
|
|
|
|
|
< 6 |
|
1 |
|
|
|
|
|
6 |
– 8 |
|
2 |
|
|
|
|
9 |
- 10 |
|
3 |
|
|
|
|
> 10 |
|
4 |
|
|
|
|
|
Отнесение отходов к классу опасности расчетным методом по показателю степени опасности отхода для окружающей среды осуществляется в соответствии с таблицей 3.
Таблица 3. Класс опасности отхода по показателю степени опасности отхода для окружающей среды
Класс опасности отхода |
Степень опасности отхода для |
|
|
окружающей среды |
|
|
|
|
I |
106 |
≥ К > 104 |
|
|
|
II |
104 |
≥ К > 103 |
III |
103 |
≥ К > 102 |
IV |
102 |
≥ К > 10 |
V |
|
10 ≥ К |
|
|
|
Порядок выполнения работы
1. Выписать из таблицы 4 исходные данные.
Таблица 4. Содержание вредных веществ в шламах очистных сооружений СТ, % масс.*
№ |
Cu (медь) |
Ni (никель) |
Zn (цинк) |
Cd |
Cr3+ (хром) |
варианта |
|
|
|
(кадмий) |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,11 |
1,20 |
1,15 |
0,35 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0,43 |
1,40 |
1,33 |
0,43 |
0,77 |
|
|
|
|
|
|
3 |
0,35 |
0,87 |
1,26 |
0.24 |
0,63 |
|
|
|
|
|
|
4 |
0,38 |
0.94 |
0,85 |
0.29 |
0.93 |
|
|
|
|
|
|
5 |
0,39 |
1,36 |
0,93 |
0,37 |
0,97 |
|
|
|
|
|
|
6 |
0,41 |
0,77 |
0,97 |
0,45 |
0,67 |
|
|
|
|
|
|
7 |
0,63 |
0,83 |
1,09 |
0,15 |
0.83 |
|
|
|
|
|
|
8 |
0,36 |
1,12 |
1,22 |
0.24 |
1,11 |
|
|
|
|
|
|
9 |
0,41 |
0,96 |
1,12 |
0,33 |
0,59 |
|
|
|
|
|
|
10 |
0,64 |
0,78 |
0,95 |
0,19 |
0,96 |
|
|
|
|
|
|
11 |
0,79 |
0,91 |
0.99 |
0,28 |
0,95 |
|
|
|
|
|
|
12 |
0,94 |
0,86 |
1.11 |
0,41 |
1,14 |
|
|
|
|
|
|
13 |
0,34 |
0,99 |
1,21 |
0,33 |
0,76 |
|
|
|
|
|
|
14 |
0,77 |
1,32 |
1,15 |
0,27 |
0.95 |
|
|
|
|
|
|
15 |
0,95 |
1,42 |
1.32 |
0,34 |
1,08 |
|
|
|
|
|
|
16 |
0,53 |
1,06 |
1,16 |
0,42 |
1,21 |
|
|
|
|
|
|
17 |
0,59 |
0,84 |
0,99 |
0,23 |
0,92 |
|
|
|
|
|
|
18 |
0,76 |
0,77 |
1,12 |
0.32 |
0,86 |
|
|
|
|
|
|
19 |
0,90 |
0,87 |
1,32 |
0,27 |
1,04 |
|
|
|
|
|
|
20 |
0,70 |
0.98 |
0.87 |
0.30 |
0,89 |
|
|
|
|
|
|
21 |
0,33 |
1.08 |
1,05 |
0,27 |
1.11 |
|
|
|
|
|
|
22 |
0,59 |
1.33 |
0.88 |
0,33 |
1.42 |
|
|
|
|
|
|
23 |
0,42 |
0,97 |
1,31 |
0,27 |
1,54 |
|
|
|
|
|
|
24 |
0,80 |
0,98 |
0,93 |
0,18 |
0.97 |
|
|
|
|
|
|
25 |
0,91 |
1,14 |
1,25 |
0,36 |
0,81 |
|
|
|
|
|
|
2. Определить относительный параметр опасности компонента отхода для окружающей среды Xi. Для этого необходимо сравнить по каждому компоненту отхода показатели опасности (таблицы 1 и 5), присвоить по этим показателям соответствующий балл, по таблице 2 выбрать показатель информационного обеспечения J и занести результаты в таблицу 6.
Таблица 5. Показатели опасности компонентов отхода
Показатель |
|
Cu |
Ni |
Zn |
Cd |
Cr3+ |
|
|
|
|
(медь) |
(никель) |
(цинк) |
(кадмий) |
(хром) |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКП, мг/кг |
|
3,0 |
4 |
23 |
- |
0,05 |
|
Класс |
опасности |
в |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
почве (КО) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКВ, мг/дм3 |
|
1 |
0,1 |
5 |
0,001 |
0,5 |
|
Класс |
опасности |
в |
|
|
|
|
|
воде |
хозяйственно- |
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
|
питьевого |
|
|
|
|
|
|
|
использования (КО) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКРХ, мг/дм3 |
|
0,001 |
0,01 |
0,05 |
0,005 |
0,07 |
|
Класс |
опасности |
в |
|
|
|
|
|
воде |
|
|
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
рыбохозяйственного |
|
|
|
|
|
||
использования (КО) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКСС, мг/м3 |
|
0,002 |
0,001 |
0,05 |
0,0003 |
0,0015 |
|
ПДКМР), мг/м3 |
|
- |
- |
- |
- |
0,0015 |
|
ПДКРЗ, мг/м3 |
|
1 |
0,05 |
0,5 |
0,05 |
2 |
|
Класс |
опасности |
в |
|
|
|
|
|
атмосферном |
|
2 |
2 |
3 |
1 |
1 |
|
воздухе (КО) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LD50, мг/кг |
|
- |
150 |
1500 |
15 |
15 |
|
Таблица 6. Расчет относительного параметра опасности компонента отхода для окружающей среды Xi
Компон |
Cu (медь) |
Ni (никель) |
Zn (цинк) |
Cd |
|
Cr3+ (хром) |
|||||
ент |
|
|
|
|
|
|
|
(кадмий) |
|
|
|
отхода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показат |
велич |
бал |
велич |
бал |
велич |
бал |
велич |
бал |
велич |
бал |
|
ель |
|
ина |
л |
ина |
л |
ина |
л |
ина |
л |
ина |
л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКП, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КО |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
почве |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКВ,м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г/д3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КО |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хоз.- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пит. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКРХ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КО |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рыб.хоз. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКСС, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКМР), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПДКРЗ, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КО |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воздухе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LD50, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Инф. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обеспеч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ель Xi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.По формуле 6 рассчитать Zi – вспомогательный показатель.
4.По одной из формул 3, 4 или 5 рассчитать Wi – коэффициент степени опасности i-того компонента отхода.
5.По формуле 2 определить показатель степени опасности i-того
компонента отхода для окружающей среды Ki. При этом учесть, что Сi определяется следующим образом: Ci = 104 · CТ
6.Результаты расчетов свести в таблицу 7.
Таблица 7. Результаты расчетов показателей степени опасности компонентов отхода
Компонент |
Cu (медь) |
Ni (никель) |
Zn (цинк) |
Cd |
Cr3+ (хром) |
отхода |
|
|
|
(кадмий) |
|
|
|
|
|
|
|
Ci, мг/кг |
|
|
|
|
|
Xi |
|
|
|
|
|
Zi |
|
|
|
|
|
lgWi |
|
|
|
|
|
Wi |
|
|
|
|
|
Ki |
|
|
|
|
|
7.По формуле 1 определить показатель степени опасности отхода К для окружающей среды и по таблице 3 установить класс опасности отхода. Сделать вывод о возможности размещения отхода на полигоне твердых бытовых отходов.
Практическая работа № 7.
Нормативное обеспечение безопасности биотехнологических производств (6ч.)
Цель: изучить нормативную базу в сфере воздействия биотехнологических производств на окружающую среду.
Вопросы, подлежащие обсуждению:
1.Особенности правовой защиты изобретений в области биотехнологии в соответствии с российским законодательством.
2.Особенности патентной охраны белка в рамках биотехнологических изобретений.
3.Некоторые проблемы охраны изобретений в области биотехнологии с использованием штаммов.
Общие указания
Уже сегодня практически во всех развитых странах мира программы развития нанотехнологий, биотехнологий отнесены к высшим национальным приоритетам. В США с 2000 года реализуется государственная программа развития нанотехнологий «National Nanotechnology Initiative», созданная для координации усилий различных ведомств в области исследований как фундаментального, так и прикладного характера по развитию военных и производственных технологий. В странах ЕС развитие нанотехнологий проводится в рамках 6-й и 7-й рамочных программ Евро-комиссии.
Вобласти биотехнологий значительные успехи достигнуты в генетической и клеточной инженерии, создании современных лекарственных препаратов. К биотехнологиям прорывного характера отнесены геномные нанотехнологии и клеточные технологии.
Как известно, в Европе правовое регулирование биотехнологии более жесткое, в связи с тем, что развитие данной сферы создает угрозы экологической, продовольственной, биологической безопасности. На наш взгляд, и в российском законодательстве понятие "технология (биотехнология)" должно быть определено как процесс, а не как совокупность объектов.
ВРуководстве по экспертизе заявок на изобретения, носящем рекомендательный характер, содержится определение биотехнологического продукта - это любой биологический материал, содержащий генетическую информацию и способный к саморазмножению или быть воспроизведенным
вбиологической системе, например живые организмы (микроорганизмы, в том числе штаммы микроорганизмов, культуры (линии) клеток растений или животных, трансгенные растения и животные, за исключением сортов растений и пород животных, клетки, в том числе трансформированные, или части организмов), вещества, выделенные из живых организмов (полученные с помощью живых организмов или биологических систем) или аналогичные им вещества, полученные с помощью реакций, характерных для живых организмов, а также генетические конструкции, например векторы, плазмиды и др., предназначенные для использования в биологических системах.
Вдокументе подчеркнуто, что на биотехнологические продукты распространяется правовой режим изобретений. Охраноспособным признается биотехнологический продукт, который изолирован от окружающей среды или произведен посредством технического процесса, даже если он ранее существовал в природе. Таким образом, продукт биотехнологии на сегодняшний день относят к объектам патентных прав - изобретениям, но, как справедливо отмечено, включение биотехнологий в состав изобретений не позволяет отобразить существенные особенности их