3й курс (Арх) / Лекции / Тема ІV.Забруднення біосфери

Важливе місце займають методи фітомеліорації з використанням зелених насаджень. Зелені насадження є ефективними біофільтрами. При проходженні запиленого повітря

через крони дерев і чагарників, а також через трав'янисту рослинність воно очищається від пилу завдяки затримці аерозольних частинок на поверхні листя і стебел рослин.

3. Інженерно-організаційні заходи

Основні види інженерно-організаційних заходів полягають:

-зниження інтенсивності і організація руху автотранспорту.

-збільшення висоти димових труб.

-підвищення швидкості руху газів в димовій трубі. Це сприяє збільшенню початкового підйому викидів, поліпшенню умов їх розсіювання.

4. Маловідходні та безвідходні технології

Впровадження безвідходних та маловідходних технологій є найбільш перспективним заходом, що дозволяє докорінно знизити рівень забруднення повітряного басейну.

Найбільш перспективними напрямками в області зниження газооб-різних відходів підприємств є:

•перехід підприємств теплоенергетики з твердого палива на природний газ, що дозволяє істотно знизити рівень забруднення атмосферного повітря пилом і сірчистими сполуками;

•відмова від застосування етильованого бензину і впровадження в якості автомобільного палива природного газу;

•оптимізація процесу спалювання палива, що подозволить знизити викиди оксидів азоту в атмосферу;

•зниження енергоємності виробництва і використання вторинних енергоресурсів у вигляді гарячої води і гарячих газів.

5. Технічні засоби і технології очищення викидів

Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами.

Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. При температурі 15—35 °С мікроорганізми переробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю.

Ступінь очищення повинен визначатися за кожною забруднюючою речовиною. Ступінь очищення поділяється на проектний та фактичний, а за рівнем — на максимальний та експлуатаційний.

За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров´я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.

Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їхнього дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, котрі знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин

11

в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.

Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об´єднати в такі групи:

—очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;

—очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;

—зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;

—зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.

Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні,

фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.

Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплювання тощо.

Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання.

У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення.

Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.

Механічні методи очищення

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їхнього складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію.

Фізико-хімічні методи очищення

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція.

12

Абсорбція - це процес хімічного осадження або зв'язування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач.

Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення - кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники, тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк. Ефективність очищення становить 90-95 %.

Адсорбційний метод очищення газів - це сорбція газуватих речовин на поверхні або в об'ємі мікропор твердого тіла.

Адсорбція – це процес поглинання газів або парів поверхнею твердих тіл (адсорбентів) – активованого вугілля, силікагелів та алюмогелів, штучних та природних цеолітів, природних сорбентів і т.п. Застосовуються за незначного вмісту парота газоподібних компонентів в газі, який очищається. Адсорбенти використовуються у вигляді зерен розміром 2 – 8 мм або в пилоподібному стані. Адсорбція поділяється на фізичну адсорбцію та хемосорбцію.

Тверду речовину, на поверхні або в об'ємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом.

Найчастіше як адсорбент використовують активоване вугілля, силікагель та глини, що мають велику поверхню. Один грам активованого вугілля має поверхню близько 5 км2.

Апарати, в яких здійснюють адсорбцію, називають адсорберами. Їх виконують вертикальними, горизонтальними і з кільцевими полицями, на яких розташовують адсорбент.

Хімічні методи очищення

Хімічні методи очищення газових викидів засновані на хімічному зв'язуванні шкідливих забруднюючих речовин.

Дуже поширеним методом є хемосорбція, коли очищуваний газ промивають розчином речовин, що реагують із забруднювальними домішками.

Хемосорбція полягає в промиванні газу, який очищається, розчинами, які вступають у хімічну реакцію з окремими газоподібними компонентами, що містяться в газі. Хемосорбція знаходить застосування в основному для очищення технологічних газів від сірководню, хлору, парів ртуті, сірчистого ангідриду.

Так, для вловлювання оксидів нітрогену застосовують торфолужні композиції з гідроксидом кальцію або аміаком. У результаті хемосорбції утворюється добриво з 6-8%-вим вмістом зв'язаного азоту у вигляді нітратів кальцію і амонію.

Технічні засоби очищення викидів в атмосферу

Згідно закону “Про охорону атмосферного повітря” кожне підприємство, заклад або організація, діяльність якої пов'язана із викидами в атмосферу забруднюючих речовин повинна бути оснащена відповідними спорудами,

13

обладнанням та устаткуванням (апаратурою) для очистки викидів і засобами контролю за кількістю та складом викинутих в атмосферу забруднювачів.

Очистка виконується за допомогою спеціального газоочисного устаткування, яке часто складається з одного або декількох газоочисних апаратів, допоміжного обладнання та комунікацій.

Газоочисним апаратом називається елемент газоочисного обладнання, в якому виконується певний виборчий процес вловлювання твердих, рідких і газоподібних речовин.

За методами очистки, газоочисні та пиловловлюючі апарати поділяють на 6 груп. Таблиця 1.

14

4. Забруднення гідросфери

Роль води у всіх життєвих процесах загальновідома. Наприклад, людина без води не може прожити більше 8 діб, а за рік вона на свої потреби витрачає близько 1 тонни води.

Основний споживач прісної води – сільське господарство: вона йде на меліорацію, обслуговування тваринницьких комплексів і т.п.

Вода необхідна практично всім галузям промисловості.

Спостерігається постійне зростання водоспоживання як на виробничі, так і на побутові потреби людей.

Інтенсивна господарська діяльність людини привела до деградації гідросфери - забруднення і виснаження поверхневих і підземних вод.

Виснаження вод - неприпустиме скорочення їх запасів в межах певної території (для підземних вод) або зменшення мінімально допустимого стоку (для поверхневих).

Виснаження поверхневих вод виявляється в прогресуючому зниженні їх мінімально допустимого стоку. Цей процес пояснюють зменшенням рівня водності і чистоти малих річок (завдовжки не більше 100 км), найуразливішої ланки в річкових екосистемах.

Виснаження вод (поверхневих і підземних) обумовлене вилученням на господарські потреби великої її кількості.

До інших значних видів впливу людини на гідросферу слід віднести створення великих водосховищ, які корінним чином змінюють природне середовище на прилеглих територіях (такі як Кременчуцьке, Київське і ін.). Це затоплення значних площ родючих земель, зміна режиму підземних вод, руйнування берегів (оповзні, карст), активація сейсмічної діяльності, підтоплення прилеглих територій, припинення природного відтворення багатьох цінних порід риб і т.д.

Під забрудненням водних ресурсів розуміють будь-які зміни фізичних, хімічних і біологічних властивостей води у водоймах у зв'язку зі скиданням у них рідких, твердих і газоподібних речовин, що заподіюють чи можуть створити незручності, роблячи воду даних водойм небезпечною для використання, наносячи збиток народному господарству, здоров'ю і безпеці населення.

Забруднення виділяють:

Механічне забруднення - підвищення вмісту механічних домішок, властиве в основному поверхневим видам забруднень;

хімічне забруднення - наявність у воді органічних і неорганічних речовин токсичної і нетоксичної дії;

бактеріальне і біологічне забруднення - наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів і дрібних воодоростей;

радіоактивне забруднення - присутність радіоактивних реечовин у поверхневих чи підземних водах;

теплове забруднення - випуск у водойми підігрітих вод підприємств, теплових і атомних ЕС.

Хімічне забруднення найбільш поширене. Воно створює зміну природних хімічних властивостей води за рахунок збільшення вмісту в ній шкідливих домішок як неорганічної (мінеральні солі, кислоти, луги, глинисті частки), так і

15

органічної природи (нафта і нафтопродукти, органічні залишки, поверхнево активну речовину, пестициди).

Водоймища - складні екологічні системи, які створювалися протягом тривалого часу. В ході біотичного кругообігу і господарської діяльності людини в них постійно надходять органічні і неорганічні речовини природного і антропогенного походження. Тому у водоймищах йдуть процеси, що повертають екосистеми до первинного стану, - процеси самоочищення.

Якщо надходження речовин у водоймища не перевищує їх природної очищувальної здібності (ємності), то водна екосистема здатна перебувати в стані рівноваги - гомеостазі. Якщо ж очищувальна здібність водоймищ буде перевищена, то відхилення від стану рівноваги в екосистемі будуть настільки сильними, що відбудеться загибель популяцій водних організмів. У таких умовах повернення до початкового стану рівноваги вже неможливе, а отже, екосистема в цілому гине.

4.1.Джерела забруднення водоймищ.

Основними джерелами забруднення водоймищ є:

1)атмосферні опади, що містять забруднюючі речовини промислового походження, які вимиваються з атмосфери;

2)міські стічні води (побутові, каналізаційні стоки, що містять шкідливі для здоров'я синтетичні миючі засоби і ін.);

З) промислові стічні води;

4)сільськогосподарські стічні води (відходи тваринницьких комплексів, змив

зполів добрив і пестицидів дощами і весняними талими водами і ін.).

Найбільш значущу частку забруднення водоймищ складають промислові стічні води, половина об'єму яких скидається у водоймища без очищення, а велика частина другої половини - в недостатньо очищеному вигляді. Тому майже всі річки забруднені нафтопродуктами, важкими металами, органічними і мінеральними сполуками.

До страшних наслідків призводить забруднення вод важкими металами. В Японії масове забруднення вод морської затоки поблизу міста Мінамато викликало хворобу мінамато, при якій ртуттю отруювалась риба, що є основним джерелом білкової їжі населення даного міста. У хворих порушувалася мова, послаблювався зір, параліч сковував м'язи рук, ніг. Інша хвороба — ітай-ітай — викликана хронічним отруєнням кадмієм, що знаходиться в рисі. А рис нагромаджував що речовину через забруднення відходами гірничодобувної промисловості, розміщеної навколо полів. Смертність серед хворих досягла 50 %.

Останнім часом великої шкоди завдають природним водам кислотні дощі. Чим частіше випадають кислотні дощі й чим більшу концентрацію кислоти вони містять, тим швидше зменшується кількість і видовий склад живих істот, у водоймах гинуть ікринки земноводних, равлики, прісноводні креветки, вимирають бактерії, а отруєні листки і стебла нагромаджуються на дні, зникає планктон. З донних залишків починається вилуговування отруйних металів: алюмінію, ртуті, свинцю, кадмію, олова, берилію, нікелю та ін. Внаслідок цього

16

багато риб гине від пошкодження зябер, викликаного отруйною дією алюмінію. Далі розвиваються кисло-любні мохи, гриби, нитчасті водорості, які пригнічують решту рослинності. Гине риба, в першу чергу щука й окунь. Коли ж іще збільшиться концентрація кислоти у воді — риби в озері чи в річці не залишиться. Вимирають жаби, комахи. Вода здається чистою, оскільки в ній відсутні майже всі мікроорганізми. Наявні лише анаеробні бактерії, котрі виділяють вуглекислий газ, метан, сірководень.

Дрібнодисперсні волокна, що викидаються підприємствами по виробництву будівельних і інших матеріалів, здатні забивати дихальні системи водних організмів і викликати їх загибель.

Сільськогосподарські стічні води несуть в річки і озера величезну кількість добрив і пестицидів. Скидання стічних вод у водоймища супроводжується накопиченням забруднюючих речовин в донних осадках у великих концентраціях, що може призводити до різкого підвищення рівня забруднення в повиневих водах і до вторинного забруднення, пов'язаного з утворенням нових (часто шкідливіших, ніж початкові) хімічних сполук.

Щорічно лише азотних добрив вноситься в ґрунт понад 50 млн тонн. Повсюдно відбувається забруднення вод добривами і пестицидами, небезпечними своєю токсичністю. У багатьох сільських районах з інтенсивним застосуванням азотних добрив вже сьогодні в 50 % колодязів вода містить нітрати, а нітритів — вже понад норму — 20 мг/л; в переважній більшості випадків їхній вміст сягає 100— 1500, а подекуди — більше 2000 мг/л. Відомі випадки тяжких захворювань, навіть смертності дітей, особливо немовлят.

Сполуки азоту і нітратні іони належать до мутагенних речовин, які призводять до генетичних захворювань.

Велику небезпеку для екосистем водоймищ із стоячою водою представляє накопичення в них органіки, що поступає з сільськогосподарськими (і особливо тваринницькими) стоками, що містять біогенні елементи, зокрема азот і фосфор.

В результаті у водоймищі розвивається процес евтрофікації, тобто підвищення біологічної продуктивності водних об'єктів унаслідок накопичення біогенних елементів у воді, що супроводжується так званим цвітінням, через масове розмноження фітопланктону, синьо-зелених водоростей і вищих водних рослин. В результаті вода стає непридатною для життя.

Дуже небезпечними є синтетичні миючі засоби, котрі потрапляють у водоймища, і навіть незначна їх кількість викликає неприємний смак і запах води та утворює піну і плівку на поверхні, що утруднює доступ кисню та призводить до загибелі водних організмів. До особливих видів забруднення належить також заростання водойм водоростями, особливо синьо-зеленими, гниття яких викликає захворювання і загибель риби. Ця дуже гостра проблема характерна для водоймищ басейну Дніпра.

Особливо небезпечним для здоров'я людини є забруднення природних вод побутовими стоками. Така забруднена вода зовсім непридатна для постачання населенню, оскільки містить збудники різноманітних інфекційних захворювань

17

(паратиф, дизентерія, інфекційний вірусний гепатит, туляремія та ін.). Підраховано, що на нашій планеті майже 500 млн людей щорічно хворіє через користування забрудненою водою. В Індії, наприклад, де фекальні інфекції викликають велику кількість інфекційних захворювань, за десятиріччя (1940— 1950 рр.) померло від шлунково-кишкових захворювань 27 430 тис. чоловік.

Серед галузей промисловості до найбільших забруднювачів води відносять:

-гідролізну промисловість (речовини - спирти, фурфурол, сивушні масла, ефіри і альдегіди, кислоти);

-целюлозно-паперову промисловість (вуглеводні, жири, смоли);

-металургiйну промисловість;

-нафтопереробну промисловість;

-хімічну промисловість.

За кількісною ознакою перше місце серед забруднювачів займають нафта і

нафтопродукти, феноли, важкі і кольорові метали, складні хімічні сполуки.

Одним із видів забруднення водоймищ є теплове забруднення. Теплове забруднення поверхні водоймищ і прибережних морських акваторій виникає в результаті скидання нагрітих стічних вод електростанціями і деякими промисловими виробництвами. Теплове забруднення загрожує досить серйозними наслідками: у нагрітій воді менше кисню, різко змінюється термічний режим, що негативно впливає на флору і фауну водойм.

Скидання нагрітих вод у багатьох випадках зумовлює підвищення температури води у водоймах на 6 - 8 градycів Цельсія. З підвищенням температури у водоймі зменшується кількість кисню, збільшується токсичність забруднюючих воду домішок, порушується біологічна рівновага. Більш стійка температурна стратифікація перешкоджає водообміну між поверхневим і донними шарами. Розчинність кисню зменшується, а споживання його зростає, оскільки з ростом температури підсилюється активність аеробних бактерій, що розкладають органічну речовину. Підсилюється видова розмаїтість фітопланктону і усієї флори водоростей, при цьому виникають доброчинні умови для масового розвитку у водоймищах синьо-зелених водоростей - так званого "цвітіння води".

У забрудненій воді з підвищенням температури починають бурхливо розмножуватися хвороботворні мікроорганізми і віруси. Потрапивши в питну воду, вони можуть викликати спалахи різноманітних захворювань.

Забруднення Світового океану. За останнє тридцятиріччя стан вод Світового океану значно погіршився. Його поверхня вкрита нафтою, пластиковим пакувальним матеріалом, іграшками, пляшками та іншим сміттям, котре багато років не розкладається у воді. Таких твердих відходів нагромадилося вже понад

20млн тонн.

До найбільш шкідливих забруднювачів Світового океану належить нафта та

нафтопродукти. Особливу тривогу викликають випадки транспортних аварій великих танкерів. В 1968 р. із "Торріканйону" в Ла-Манші вилилося 119 тис. тонн

18

нафти, відомі катастрофи на морських промислах поблизу Каліфорнії, в Північному морі, в Мексиканській та Персидській затоках.

Жертвами нафтового забруднення щорічно стають багато птахів, планктон, нектон, морські звірі. Нафтова плівка зустрічається навіть в антарктичних водах, де від неї гинуть тюлені та пінгвіни.

Велику небезпеку становить забруднення Світового океану радіоактивними речовинами внаслідок випробування термоядерної зброї, захоронення радіоактивних відходів, роботи ядерних реакторів на військових підводних човнах і криголамах. Радіоактивність планктону може бути в 1000 разів вищою, ніж радіоактивність води, а деяких риб — вищою навіть в 50 тис. разів, ніж в ланцюгу живлення.

Щороку в Світовий океан з різних джерел потрапляє понад 4 млн тонн летких органічних сполук (дихлоретан, фреон та ін.), близько 120 тис. тонн хлорованих вуглеводнів (ДДТ, альдрин, бензилгексахлорид, поліхлоровані біфеніли та ін.), понад 300 тис. тонн свинцю, понад 5 тис. тонн ртуті, понад 10 тис. тонн кадмію. Крім повітряного перенесення і забруднення внаслідок судноплавства та робіт на шельфі, велика кількість забруднюючих речовин виноситься річковим стоком, куди скидається близько 600 млрд тонн промислових і побутових стоків.

За деякими даними промислові стоки додають до природного виносу річок ще подвоєну кількість ртуті, у 12—13 разів більшу кількість свинцю, міді, цинку, у 30 разів більшу кількість сурми. За даними ЮНЕСКО (Організація Об’єднаних Націй з питань освіти, науки і культури), щороку з водами річок у море потрапляє понад 320 млн тонн заліза, 2,3 млн тонн свинцю, 5 млн тонн фосфору. Крім того, річки несуть величезну кількість нафтопродуктів, пестицидів, синтетичних миючих засобів та інших забруднюючих речовин. Спостереження за забрудненням води деяких річок індустріальних районів показують, що процеси самоочищення забезпечують руйнування і нейтралізацію лише третини забруднювачів. Решта потрапляє в прибережну зону моря.

За глобальними оцінками, внаслідок забруднення за останні тридцять років інтенсивність життя в морях і океанах знизилось на 30 % , а щорічна продукція нектону (плаваючого життя), в тому числі промислових риб — не менш як на 20 млн тонн.

Сьогодні проблема захисту вод Світового океану стала однією із найактуальніших, бо стосується всіх країн світу.

Через це в ООН розроблено і прийнято кілька важливих угод, що регулюють рибальство, судноплавство, добування корисних копалин з морських родовищ тощо. В 1982 р. була підписана більшістю країн світу відома угода "Хартія морів". Також створюється міжнародна служба моніторингу для постійного спостереження за станом Світового океану.

4.2.Методи очищення стічних вод

Забруднені стічні води - це води, які в процесі використання засмічуються різними компонентами і скидаються без очищення, а також ті, які проходять очищення при нормі, нижче встановленої.

Очищення промислових стоків - це комплекс різних методів.

19

Способи очищення забруднених промислових вод можна об'єднати в такі групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні (рис. 1).

1.Механічне очищення стоків включає: відстій стічних вод в спеціальних відстійниках, в результаті якого відбувається осадження зважених у воді частинок; збір нафтопродуктів і інших нерозчинних у воді рідин з поверхні води у відстійниках; фільтрацію води через шар піску завтовшки 1,5-2 м.

Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень.

2.Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці.

Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень до

поверхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина). Процес очищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи "частинки забруднень — бульбашки повітря", що спливає на поверхню та утилізується.

Мембранні методи засновані на властивості напівпроникних мембран (синтетичні полімерні плівки) вибірково пропускати через себе молекули води, але затримувати розчинені в ній солі і органічні речовини.

Зворотний осмос (гіперфільтрація) — процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском. При концентрації солей 2—5 г/л повинен бути тиск до 1 МПа, а при концентрації солей 10—30 г/л — близько 10 МПа.

Ультрафільтрація — мембранний процес розподілу розчинів, осмотичний тиск котрих малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.

20