Екологія

промислових і побутових відходів. Але, власне, електромагнітне забруднення фахівці зараховують до найнебезпечніших екологічних факторів, хоча його дія остаточно ще не вивчена. Поки що навіть важко спрогнозувати, чим обернеться тривале перебування людини в умовах щільного електромагнітного поля, бо минуло ще не так багато часу, відколи мобільний зв'язок, високочастотні побутові прилади та комп'ютерна техніка увійшли в повсякденне життя.

Якісний мобільний зв'язок у містах забезпечують кілька сотень базових станцій стільникового зв'язку. У санітарному паспорті базової станції вказується карта-схема навколишньої території та позначаються три круглі плями – чорного і сірого кольорів. Так маркують територію, на якій не допускаються житлові забудови вище 19 та 22 метрів відповідно. На таких висотах у зонах базових станцій рівень випромінювання сягає критичної межі. Чи завжди будівельники дотримуються цих норм?

Наше тіло складається з частинок, які обертаються під дією електричних потоків. Зовнішнє магнітне поле порушує ці потоки, вносячи у клітини негативну інформацію. Наслідками є порушення сну, депресія, склероз, вроджені аномалії, пухлини, лейкемія.

Особливо небезпечним забрудником природного середовища є іонізаційне випромінювання, зокрема радіація. Радіаційний фон Землі зумовлений:

1)космічним випромінюванням;

2)випромінюванням від радіоактивних ізотопів природного походження, які присутні в літосфері, гідросфері, атмосфері та біосфері. Це:

довгоживучі радіоактивні елементи, які розташовані посередині періодичної таблиці Д.І. Менделєєва і мають масові числа від 40

до 190 (40К, 40Са, 87Rb, 130Te тощо);

радіоактивні ізотопи, які входять до складу уран-радієвої (материнські радіонукліди 238U і 226Ra) та торієвої (материнський радіонуклід 232Th) радіоактивних родин;

3)випромінюванням від штучних радіонуклідів, які утворилися при випробуваннях ядерного зброї (і випали на поверхню Землі у вигляді радіоактивних опадів), під час роботи підприємств атомної промисловості та підприємств, які працюють з радіоактивними речовинами.

Перших два компоненти визначають природний радіаційний фон. Однак антропогенна діяльність людини призводить до перерозподілу природної радіоактивності. Це, зокрема, виготовлення будівельних матеріалів з відходів переробної промисловості та природних компонентів, що мають підвищену питому радіоактивність, газо-аерозольні викиди в атмосферу продуктів спалювання палива, потрапляння у природні водойми стічних вод уранових родовищ, підприємств зі збагачення урану, виробництв мінеральних добрив, а також порушенням озонового шару.

51

Єдиним газоподібним продуктом розпаду представників трьох родин природних радіоактивних елементів є радон – інертний газ без кольору і запаху, майже у 10 разів важчий за повітря, добре розчинний у воді.

Внесок радону в загальну дозу опромінення людини від природних джерел становить 30–50 %. Основним медико-біологічним наслідком опромінення радоном і його дочірніми продуктами розпаду (ДПР) є рак легенів.

Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, перебуваючи у закритому приміщенні, яке не провітрюється. В зонах з помірним кліматом концентрація радону в закритих приміщеннях в середньому у 8 разів вища, ніж у зовнішньому середовищі.

В атмосферу приміщень радон надходить такими шляхами:

−проникненням з ґрунтів крізь фундамент і перекриття підвальних приміщень будинку. Тому перед початком будівництва будь-яких об'єктів потрібно виміряти активність радону в ґрунті і повітрі, а також врахувати швидкість надходження радону з ґрунту в житлові приміщення. Важливим фактором впливу на концентрацію радону є конструкція будинку – чим більший "контакт" будинку із ґрунтом, тим вищий рівень радону;

−за рахунок ексхаляції (виділення) з матеріалів конструкції будинку.

Будинки, збудовані з порівняно слаборадіоактивних (за гамма-випроміню- ванням) матеріалів, можуть бути вкрай небезпечними за рахунок високого виділення радону з будівельних матеріалів;

−з водопровідною водою і природним газом. Радон добре розчиняється

уводі і міститься у всіх природних водах. Причому в глибинних ґрунтових водах його вміст, як правило, більший, ніж у поверхневих водостоках і водоймах. Наприклад, у підземних водах концентрація радону може змінюватися від 4–5 Бк/л до 3–4 МБк/л, тобто в мільйон разів. У водах озер і рік концентрація радону не перевищує 0,5 Бк/л, а у водах морів і океанів – не перевищує 0,05 Бк/л. Одним з найрезультативніших методів боротьби з радоном, розчиненим у воді, є аерація води. Процес аерації є одним з етапів підготовки води на міських водоочищувальних станціях. Нормами радіаційної безпеки України (НРБУ-97) встановлено гігієнічні нормативи на вміст радону

уводі джерел питного й господарського призначення ≤100 Бк/кг.

Значно більшу небезпеку становить надходження парів води з високим вмістом радону у легені разом з повітрям, що вдихається. Це найчастіше відбувається у ванній кімнаті. Концентрація радону у ванній кімнаті в ~3 рази вища, ніж у житлових кімнатах.

Крім того, рівень концентрації радону і ДПР в атмосфері будинків істотно залежить від повітрообміну з атмосферним повітрям – від природної і штучної вентиляції приміщення, старанності шпаклювання вікон, стиків стін

52

Нормування забруднень. Згідно з законом незліквідованості відходів, або законом побічних впливів виробництва, для будь-якого господарського циклу характерним є утворення відходів. Основним напрямом охорони довкілля є нормування кількості викидів, стоків та відходів і контроль за ними. В основі нормування лежить встановлення гранично допустимих концентрацій (ГДК) шкідливих речовин (полютантів) в атмосферному повітрі, воді й ґрунті та харчових продуктах. ГДК полютанта – це такий його максимальний вміст у природному середовищі (воді, повітрі, ґрунті) або продукті, який не знижує працездатності та самопочуття людини, не шкодить її здоров'ю в разі постійного контакту, а також не викликає небажаних (негативних) наслідків у нащадків.

Для визначення ГДК використовують високочутливі тести, пов'язані зі зміною світлової чутливості ока, потенціалів мозку. Вони дають змогу виявити мінімальні впливи токсичних речовин на організм людини навіть у разі короткочасної їх дії. Для виявлення тривалого впливу токсичних речовин проводять лабораторні дослідження на тваринах у спеціально обладнаних камерах із застосуванням різних тестів.

ГДК виражають у міліграмах на метр кубічний (мг/м3) – у повітрі, на дециметр кубічний (мг/дм3) – у воді та в міліграмах на кілограм (мг/кг) – у ґрунті та продуктах харчування.

Для кожного типу середовища встановлюють різні види ГДК:

−для повітряного середовища: ГДКр.з (ГДК робочої зони, за яку вважають простір заввишки до 2 м над підлогою, де перебувають працівники

(рівень вдихання)), ГДКм.р (ГДКмаксимальна разова: при вдиханні впродовж 20 хв не повинна спричинювати негативних наслідків в організмі людини), ГДКс.д (ГДК середньодобова – вміст забрудника, який не повинен негативно впливати

вразі необмежено тривалого (впродовж років) вдихання);

−для водного середовища: ГДКв (для водойм господарсько-питного і побутового призначення), ГДКв.р. (для водойм рибогосподарського водокористування);

−для ґрунту: ГДКгр (для орного шару ґрунту) – не повинна негативно впливати не тільки на здоров'я людини, а й на самоочисну здатність ґрунту.

−для продуктів харчування: ГДКпр.

У разі наявності в повітрі кількох домішок їхню сумарну дію визначають за формулою:

С, /ГДКІ + С2/ГДК2 + ... + Сп /ГДК < 1,

де С1, С2 , ..., Сп – концентрації забрудників, мг/м3; ГДКІ, ГДК2, ..., ГДКn – ГДК забрудників, мг/м3.

53

Лекція № 5. Методи боротьби зі забрудненнями атмосфери.

Види забруднювачів і джерела забруднення атмосфери.

Заходи для запобігання забрудненню повітря шкідливими викидами. Класифікація і характеристика методів очищення викидів в атмосферу.

Види забруднювачів і джерела забруднення атмосфери. В атмосфері завжди присутні домішки, які потрапляють туди з природних чи антропогенних джерел. До природних атмосферних забрудників належить пил рослинного, тваринного, вулканічного та космічного походження, мікроорганізми, туман, дим лісових та степових пожеж тощо. Рівень забруднення атмосфери є фоновим і мало змінюється упродовж часу. Антропогені забруднювачі характеризуються більшою кількістю видів та масштабами: аерозолі сполук важких металів; синтетичні сполуки, які не існують в природі; радіоактивні; канцерогенні; бактеріологічні та інші речовини. Сьогодні налічується понад 500 видів забруднювачів атмосфери і їхня кількість збільшується.

Різні джерела забруднення атмосфери наведено у табл. 5.1.

54

Основними джерелами забрудненню атмосфери в Україні є важка промисловість (30 %), автотранспорт (40 %), теплоенергетика (30 %).

Заходи для запобігання забрудненню повітря шкідливими викидами.

Для запобігання забрудненню атмосферного повітря шкідливими викидами застосовують такі заходи:

−створення санітарно-захисних зон (СЗЗ) між промисловими під-

приємствами та житловою забудовою. Розміри СЗЗ встановлюють в межах від 50 до 3000 м – залежно від потужності підприємства, особливостей технологічного процесу виробництва, характеру і кількості шкідливих речовин. Підприємства з технологічними процесами, що не викидають в атмосферу забруднювальних речовин, розміщуються в межах житлових районів. Поблизу підприємств із великою кількістю викидів шкідливих речовин СЗЗ формується у вигляді аеродинамічної системи, що складається із захисних смуг з зеленими насадженнями і відкритих просторів між ними.

−архітектурно-планувальні заходи, пов'язані з вибором місця для будів-

ництва промислового підприємства, взаємним розташуванням підприємства і житлових кварталів, взаємним розташуванням цехів підприємства, розташуванням зелених зон. Промисловий об'єкт повинен бути розташований на рівному, підвищеному, добре провітрюваному місці, бажано поза населеними пунктами і з підвітряної сторони від житлових масивів (враховуючи середню розу вітрів теплого періоду року, щоб викиди рухалися убік від житлових кварталів). Цехи, що викидають у повітря найбільшу кількість забруднювальних речовин, варто розташовувати скраю виробничої території з протилежного до житлового масиву боку. Розташування цехів повинно бути таким, щоб при напрямку вітру в бік житлових кварталів їхні викиди не поєднувалися.

−використання зелених насаджень. Зелені насадження є ефективними біофільтрами. Запилене повітря, проходячи крізь крони дерев і чагарників, а також крізь трав'янисту рослинність, очищається від пилу завдяки осадженню аерозольних частинок на поверхні листя і стебел рослин. Зелені насадження можуть поглинати і газоподібні домішки. Наприклад, 10 кг листя дерева (у перерахуванні на суху масу) за період із травня до вересня поглинають таку кількість сірчистого газу: тополя — 180 м3, липа — 100 м3, береза — 90 м3, клен — 20—30 м3. Якщо концентрація забруднювальної речовини перевищує ГДК, вона стає шкідливою для життєдіяльності рослин і може привести до їх загибелі. Найбільш стійкими до забрудників є акація, дуб, верба, клен.

−інженерно-організаційні заходи. До них належать, зокрема, зниження інтенсивності та організація руху автотранспорту. Для цього ведеться будівництво об'їзних та окружних доріг навколо міст і населених пунктів, використовуються «розв'язки» перетинань доріг на різних рівнях, організація на основних міських магістралях руху «зелених хвиль». До інженерно-органі- заційних заходів належить також збільшення висоти димарів (якщо димар

55

висотою 100 м розсіює шкідливі речовини в радіусі до 20 км, то висотою 250

мзбільшує радіус розсіювання до 75 км).

−застосування маловідходних технологій: перехід підприємств тепло-

енергетики з твердого палива на природний газ, що дає змогу істотно знизити рівень забруднення атмосферного повітря пилом і сірчистими сполуками; оптимізація процесу спалювання палива для зниження викидів оксидів азоту в атмосферу – двоступеневе спалювання палива (спочатку з недостачею кисню, а потім з його надлишком); рециркуляція продуктів згорання; зниження енергоємності виробництва і використання як вторинних енергоресурсів гарячої води і гарячих газів).

− застосування технологій очищення газодимових викидів. Згідно з Законом України «Про охорону атмосферного повітря» кожне підприємство, заклад або організація, діяльність, яких пов’язана із викидами в атмосферу забруднювальних речовин, повинні бути оснащені відповідними спорудами, обладнанням та устаткуванням для очищення від цих викидів і засобами контролю за кількістю та складом викинутих в атмосферу забруднювачів.

Класифікація і характеристика методів очищення викидів в атмосферу. Очищення повітря від шкідливих домішок здійснюється за 3 основними групами методів: механічними, фізико-хімічними та хімічними:

Методи очищення газодимових викидів

56

Вибираючи систему пиловловлення, враховують кількість і хімічний склад відхідних газів, швидкість газового потоку, концентрацію пилу та його фізикохімічні властивості, розмір частинок та наявність водяної пари. Отримані з газодимових викидів речовини, переважно, є або готовим продуктом або вторинною сировиною. Для оптимального вибору технології і конструкції апарата проводиться техніко-економічне оцінювання.

Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. Основними механізмами осадження завислих частинок є дія сил гравітації, інерції, дифузії, а також відцентрових сил та сил зчеплення.

Осадження під дією сил гравітації (седиментація) зумовлено вертикальним осіданням частинок внаслідок дії сили ваги під час переміщення їх через газоочисний апарат.

Осадження під дією відцентрової сили відбувається під час криволіній-

ного руху аеродинамічного потоку, коли виникають відцентрові сили, під дією яких частинки пилу відкидаються на внутрішню поверхню апарата.

Інерційне осадження відбувається у випадку, коли маса частинок або швидкість руху є порівняно великими, вони вже не можуть рухатися разом з газом за лінію течії, що охоплює перешкоду. Намагаючись за інерцією продовжувати свій рух, частинки пилу стикаються з перешкодою і осаджуються на ній.

Дифузійне осадження полягає в тому, що дрібні частинки пилу зазнають безперервної взаємодії з частинками газів, які перебувають в броунівському русі. В результаті цієї взаємодії відбувається осадження частинок на поверхні обтічних тіл або стінок пиловловлювача.

Осадження частинок за рахунок зчеплення спостерігається тоді, коли відстань від частинки, що рухається у газовому потоці до обтічного тіла, не перевищує її радіуса.

Існують два види пиловловлення: сухе і мокре. З економічного погляду доцільними є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує додаткових матеріальних затрат. Недоліком сухого пиловловлення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення лише за умови малої запиленості відхідних газів. Ці методи використовуються в основному для попереднього (грубого) очищення газів перед обладнанням другої та третьої груп методів.

Механічне сухе пиловловлення здійснюють в пилоосаджувальних камерах, інерційних пиловловлювачах, циклонних сепараторах, механічних та

57

електричних фільтрах. В пилоосаджувальних камерах очищують гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм (рис. 5.1).

Площа поперечного перерізу Нк пилоосаджувальної камери є значно більшою від площі поперечного перерізу газоходу і внаслідок цього швидкість руху газу в камері різко знижується. За таких умов частинки пилу, що містяться у газі, під дією сил гравітації випадають на дно камери.

За конструкцією пилоосаджувальні камери бувають порожнисті (рис. 5.1), з горизонтальними полицями (рис. 5.2, а), з вертикальними перегородками (рис. 5.2, б, в), з ланцюговими чи дротяними завісами (рис. 5.2, г). Продуктивність пилоосаджувальної камери визначається площею поперечного перерізу та швидкістю осідання пилу.

hk

Рис.5.1. Принципова конструктивна схема пилоосаджувальної камери:

1 – корпус; 2 – бункер; 3 – штуцер для видалення пилу

Для того, щоб частинка пилу встигла осісти на дно камери, довжина камери LK повинна дорівнювати :

LK = HK (ωг / ωш ),

де HK – висота камери, м;

ωг – швидкість руху газів в камері (звичайно 0,2...1,5 м/с); ωш – швидкість осідання частинок пилу, м/с.

Наявність ланцюгової чи дротяної завіси, вертикальних чи горизонтальних відхиляючих перегородок до гравітаційного ефекту додає ефект інерційного осадження при обтіканні газовим потоком різних перешкод та збільшує ефективність роботи пилоосаджувальних камер.

58

Інерційні пиловловлювачі застосовують для грубого очищення сухих газових викидів від частинок пилу розміром 30…100 мкм. Принцип дії інерційних апаратів ґрунтується на використанні інерційних сил. Якщо в апараті за напрямком руху газу встановити перепону, то газовий потік огинає її, а тверді частинки за інерцією зберігають попередній напрямок руху. Наштовхуючись на перепону, вони втрачають швидкість і випадають з течії.

ОГ

ОГ

Рис.5.2. Конструкції пилоосаджувальних камер:

1 – полиці; 2 – перегородки; 3 – ланцюгова або дротяна завіса

59

Перевагою інерційних пиловловлювачів є невеликі габарити, що забезпечують швидкість руху газів 10...15 м/с. Доволі високий гідравлічний опір 200...300 Па забезпечує ступінь вловлення до 65–80 % частинок розмірами менше 25...30 мкм. За конструкцією найпростіші інерційні пиловловлювачі (рис. 5.3) бувають з вертикальною перегородкою (а), з центральною трубою (б), з боковим штуцером (в) та з горизонтальними елементами (г).

Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Серед засобів сухого інерційного очищення газових викидів від пилу найбільш поширені циклони (циклонні сепаратори), які застосовуються для виділення з газового потоку частинок порівняно великого розміру. Залежно від якостей пилу і його дисперсного складу та вимог до очищення газу циклони застосовуються як апарати першого ступеня очищення або в сполученні з іншими пиловловлювачами. Вони ефективно вловлюють з газу частинки пилу діаметром 25 мкм і більші.

Рис. 5.3. Конструкції інерційних пиловловлювачів:

1 – перегородка; 2 – центральна труба; 3 – боковий штуцер; 4 – горизонтальні елементи

60