Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические основы инженерной экологии. Учебное пособие
.pdf
И.Г. Братчикова
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ
КУРС ЛЕКЦИЙ
Учебное пособие
Часть I
ОХРАНА АТМОСФЕРЫ
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
1
ББК 28.081
Б 87
У т в е р ж д е н о
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
Рецензент –
доктор химических наук, профессор В.Д. Ягодовский
Братчикова И.Г.
Б 87 Физико-химические основы инженерной экологии: Курс
лекций: Учеб. пособие. – Ч. I: Охрана атмосферы. – М.:
РУДН, 2011. – 122 с.
ISBN 978-5-209-03579-4
Учебное пособие соответствует разделу специального курса «Безотходные технологии и каталитические методы очистки окружающей среды». В нем изложены физико-химические основы инженерной экологии в
области охраны атмосферы. Предназначено для студентов V–VI курсов
специальности «Химия окружающей среды». Подготовлено на кафедре
физической и коллоидной химии.
ISBN 978-5-209-03579-4 ББК 28.081
© Братчикова И.Г., 2011
© Российский университет дружбы народов, Издательство, 2011
2
Глава 1
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
ПРОИЗВОДСТВ НА ОСНОВЕ МАЛООТХОДНЫХ
И БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
1.1. Глобальный экологический кризис
Планета Земля конца XX – начала ХХI века н. э. переживает глобальный экологический кризис, суть которого не
только и не столько в отрицательных изменениях окружающей среды, сколько в подрыве способности биосферы к самовосстановлению и саморегуляции. Качественные проявления кризиса выходят за рамки отдельных регионов и носят
глобальный характер.
Признаки глобального экологического кризиса в промышленно развитых странах запада появились в 60-е г.г.
XX века. В 1972 г. под эгидой ООН в Стокгольме прошла международная Конференция по охране окружающей среды,
впервые определившая настоятельную необходимость соединения усилий всех стран для решения экологических проблем.
В январе 1990 г. В Москве состоялся «Глобальный форум по
защите окружающей среды и развитию в целях выживания».
На Всемирном экологическом форуме в Рио-де-Жанейро
(1992 г.) сформулирована т. н. «Концепция устойчивого развития» (УР), основу которой составляет триада: «демография –
продовольствие – окружающая среда». Устойчивым, соглас-
3
но определению Международной комиссии по окружающей
среде и развитию, признают такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под
угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои
собственные потребности. Устойчивое развитие предполагает, что приоритетами должны стать 1) обеспечение минимума потребностей каждого человека, включая население беднейших стран, и 2) соблюдение ограничений, накладываемых
способностью окружающей среды воспринимать антропогенные нагрузки.
Возможности решения проблем УР рассматривались задолго до их обсуждения в Рио-де-Жанейро. Здесь можно выделить три основных сценария:
¾ антропоцентрсткий;
¾ депопуляционисткий;
¾ центристкий.
Первый сценарий представлен «русским космизмом»
В.И. Вернадского и К.Э. Циолковского. Это теория перехода
«несовершенной» биосферы в «идеальную» ноосферу – сферу господства человеческого разума. Теория предусматривает управление развитием, как общества, так и биосферы, что
в будущем должно исключить всякие отрицательные последствия антропогенной деятельности и исправить существующие.
Второй сценарий, представленный рядом современных
ученых (напр., В.Г. Горшков, А.М. Макарьева) разыгрывает
необходимость снижения численности населения как следствия избыточного потребления человечеством природных ресурсов – порядка 10% первичной продуктивности вместо положенного количества доли от 1%. Рекомендуемая в связи с
этим численность населения планеты колеблется от 2-3 до
0,5 млрд. человек.
Третий сценарий, положенный в основу документов,
принятых в Рио-де-Жанейро в 1992 г., также планирует необходимость стабилизации роста численности населения к
4
2020 г. на уровне 8-12 млрд. человек за счет «сравнительно
мягких» социальных механизмов. Все это, по мнению разработчиков концепции, должно дать возможность цивилизации
существовать в динамическом равновесии с окружающей
природной средой. Оптимизм сторонников концепции УР
связан с «регулятивной мощностью» планетарной биоты, которая в некоторой степени способна компенсировать негативное воздействие техногенного фактора на биосферу.
1.2. Развитие природоохранной деятельности
Правовую охрану природы определяют как систему государственных мероприятий, закрепленных в законодательном порядке и направленных на сохранение, восстановление
и улучшение благоприятных природных условий, необходимых для жизни людей и развития материального производства. За последние десятилетия экологическая ситуация в мире
продолжает ухудшаться несмотря на отдельные «оазисы»
улучшения состояния окружающей среды в ряде экономически развитых стран.
До середины 60-х гг. XX века вопрос защиты окружающей среды рассматривался лишь в локальных масштабах и
на уровне отдельных источников загрязнения. Начатая природоохранная деятельность промышленных предприятий базировалась на принципе рассеивания (разбавления) выбросов
и отходов, что уменьшало концентрацию, но не количество
выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ. Между тем упускались глобальные причины и следствия пагубного воздействия на природу.
В 70-е гг. XX века возник другой подход – улавливание
загрязнений. Началось строительство очистных сооружений
и использование так называемых «концевых технологий».
Однако со временем это привело к накоплению огромного
количества отходов от очистных сооружений, способных вы-
5
звать тяжелые экологические последствия. В последнее время предприятия уделяют много внимания обслуживанию и
модернизации своих очистных систем. Проводятся многочисленные исследования ежегодного накопления отходов и
выбросов в окружающую среду.
В связи с постоянным ростом накопления отходов в
1980-е г.г. XX века появляется концепция безотходного производства. До 90-х г.г. основные усилия в области экологически чистых технологий были направлены на разработку и
модернизацию технологий очистки, предназначенных для
удаления вредных примесей из атмосферных выбросов и
стоков. Но стало ясно, что концепция применима только к
весьма ограниченной группе производств. В частности, нефтепереработка и нефтехимия не могут быть безотходными.
В 90-е г.г. этот акцент сместился в сторону сокращения
объема или устранения вредных веществ в различных технологических процессах. Инициатива в этой области принадлежит Организации Объединенных Наций по окружающей
среде (UNEP), которая в 1989 г. выдвинула концепцию экологически чистого производства. Осуществление программы
экологически чистого производства началось в странах Центральной и Восточной Европы.
Становление чистого производства предполагает реализацию стратегии постепенного уменьшения вредного воздействия производства на окружающую среду за счет постоянного выполнения экологически эффективных мероприятий
(проектов) организационного и технологического характера,
нацеленных на изменение технологических процессов, состава продукции и технологий услуг. Основные принципы
чистого производства (ЧП) включают в себя следующее:
¾ локальность – ограничение появления и вредного воз-
действия загрязняющих веществ местом их образования;
¾ превентивность – предотвращение образования за-
грязняющих веществ и их отрицательного воздействия на стадиях, предшествующих их возможного появления;
6
¾ системность – реализация экономически обоснован-
ных способов предотвращения, сокращения, нейтрализации
загрязняющих веществ на всех стадиях производственного
процесса от сырья до готовой продукции;
¾ эколого-экономическую оценку принимаемых реше-
ний – комплексный подход к выбору оптимального варианта
предотвращения загрязнения, предполагающего совокупную
оценку как экологического, так и экономического эффектов;
¾ финансовую достижимость – наличие необходимых
финансовых средств для реализации принимаемых решений;
¾ прибыльность – выгодность предотвращения загряз-
нения (образования отходов);
¾ непрерывность – последовательность реализации про-
ектов, программ и планов в их постоянном развитии.
На сегодняшний день программа ЧП, осуществлена на
ряде предприятий Архангельской, Мурманской, Калининградской, Ленинградской, Московской, Вологодской областей, Республике Карелии, в Санкт-Петербурге и ряде др.
В настоящее время в странах Евросоюза основой нормативной базы в области экологического регулирования является Директива Совета Европейского Союза 96/61/EC от 24
сентября 1996 г. о комплексном предотвращении и контроле
загрязнений. Директива требует:
¾ обеспечения комплексного подхода к контролю над
загрязнениями. Это означает, что выбросы в атмосферу, сбросы в водную среду и на рельеф (в почву) должны оцениваться
одновременно и суммарно, во избежание возможных ситуаций, когда, сокращение, например, выбросов в атмосферу,
приводит к увеличению сбросов в водную среду;
¾ постоянного снижения степени воздействия на окру-
жающую среду. Несмотря на то, что подразумеваемый идеал –
полное отсутствие какого бы то ни было воздействия – выглядит практически недостижимым, принцип позволяет существенно сократить загрязнение окружающей среды, сохранив
при этом конкурентоспособность промышленности.
7
Для создания равновесия между требованием минимизировать загрязнение и реальными техническими возможностями, Директивой предусмотрено применение механизма
расчета показателей воздействия на основе так называемых
«наилучших доступных технологий» (НДТ).
В России переход к нормированию воздействий на окружающую среду на основе принципа НДТ предполагает переход от действующей системы индивидуального нормирования (предельно допустимая концентрация (ПДК), величина
временно согласованных выбросов (ВСВ) и др.) к комплексному определению воздействия субъекта хозяйственной деятельности на окружающую среду, с выдачей единого комплексного разрешения на определенный срок.
1.3. Технология и технологический процесс
Понятие «технология» в практике общения людей имеет
различное толкование. В переводе с греческого технология –
«технос» – определяется как искусство, мастерство, умение,
плюс логика или совокупность приемов обработки различных сред.
Дисциплина, изучающая эти явления, также получила
название «Технология» и представляет собой совокупность
приемов получения новых знаний о процессах обработки
различных сред. Общность подхода к предмету исследования
в технологии предопределило и расширение видов обрабатываемых сред. В наст
оящее время к ним относят как материальные ресурсы (металл, химические вещества, растительную продукцию, минеральное сырье, продукты переработки
сельскохозяйственного производства), так и нематериальные
ресурсы (информацию, проектные и научные разработки,
зрелища, искусство, законотворчество, управление, финансовые, страховые услуги и т. п.).
Задачей технологии в общем виде, является вы
явление
механических, физических, химических, экологических, ком-
8
мерческих, социальных и прочих закономерностей о природе
превращения обрабатываемых сред из одного вида в другой с
целью определения и использования в широкой практике наиболее эффективных производственных процессов. Отражение
их временных тенденций позволяет осуществлять прогнозирование направлений и темпов развития технологий и производства.
Понятие «технология» обычно рассматривается в связи
с конкретной отраслью производства (технология химическая, строительства, проектирования и конструирования, социальная, обработки информации, штамповки металла, печатания денег, банковского и страхового дела, продвижения и
власти и т.д. и т.п.).
В результате осуществления технологического процесса,
состоящего из совокупности технологических операций, происходит качественное изменение обрабатываемых сред, их
формы, строения, материальных (технических) и потребительских свойств. Исходя из такого представления, любую
технологию можно считать производственной, т.к. каждая из
них предназначена для производства нового качества исходного материала. Но в зависимости от специализации предприятия как организационной формы производственного процесса, складывается определенный приоритет в технологии
(главная-основная, обеспечивающая-вспомогательная),
ее раз-
витии и лицензировании применения перед обществом (государством).
В тенденциях развития современных производственных
технологий прослеживаются три основных направления:
¾ переход от дискретных (циклических) технологий к
непрерывным (поточным) производственным процессам, как
наиболее эффективным и экономичным;
¾ внедрение замкнутых (безотходных) технологических
циклов в составе производства, как наиболее экологически
нейтральных;
9
¾ повышение наукоемкости технологий «высоких» и
«новейших» технологий, как наиболее приоритетных в эко-
номике.
Результатом применения технологий в производственном процессе, как конечный результат производственной
деятельности человека (государства, общества), является
производственный продукт. В зависимости от возможности
использования продукта потребителем, различают три их вида: продукт материальный (ПМ), продукт энергетический
(ПЭ), продукт интеллектуальный (ПИ). Три вида продукта
являются самостоятельными, непересекающимися множествами, которые взаимодействуют между собой по кольцевой
схеме в различных соотношениях и комбинациях (рис.1.1).
Рис. 1.1. Схе
ма взаимодействия «технологических» продуктов
Основным признаком для отнесения конкурентного
продукта (работы, услуги) к указанным видам, является физическая природа и материальная сущность продукта.
Применение различных технологий в целом, в сфере
производства материального продукта (ПМП) в частности,
имеет в основе ряд общих принципов, а именно:
¾ Принцип дифференциации предполагает разделение
технологического процесса на отдельные технологические
операции, переходы, пр
каждого элемента позволяет выбрать наилучшие условия для
его осуществления, обеспечивающие минимизацию суммарных затрат всех видов ресурсов.
иемы, движения. Анализ особенностей
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]