Экология для НГ,НБ,ТНГ

АТМОСФЕРА

Чистый воздух, лишенный пылевидных и газообразных загрязнений, является недостижимым идеалом, не встречающимся в природе из-за постоянного динамического обмена между атмосферой, гидросферой и литосферой, а также как результат естественного (природного) загрязнения, в том числе из-за пожаров, пыльных бурь, извержений вулканов и многого другого.

Человечество не может существовать, не оказывая антропогенного воздействия на биосферу, поэтому одной из главных задач комплекса работ по охране окружающей природной среды является определение нормативов воздействия - то есть установление пределов, в которых признается допустимым оказывать то или иное воздействие.

В теоретическом плане основой всей системы экологического нормирования является экологический норматив, то есть, по определению Н.Ф.Реймерса (1990 г.), степень максимально допустимого вмешательства человека в экосистемы, обеспечивающая сохранение у экосистем желательной структуры и динамических качеств (воздействие, не ведущее к опустыниванию). Нормированием качества среды называется установление пределов, в которых допускается изменение ее естественных свойств.

Для практических целей требуются несколько иные нормативы, учитывающие, в частности, необходимость последующего контроля и существующую практику государственной статотчетности. Реагировать на исчезновение даже отдельных компонентов биоценоза слишком поздно.

Санитарно-гигиеническое нормирование загрязнения атмосферы в настоящее время разработано наиболее полно и научно обосновано.

Сущность введения норматива ПДВ состоит в нормировании (ограничении содержания вредных веществ в приземном слое атмосферы) выбросов (пылегазовых выбросов) производств, которые при существующих технологиях и сокращении "отходов" невозможно полностью исключить, но которые необходимо существенно уменьшить до уровня ПДК (предельно допустимых концентраций).

ПДВ - это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы производственного объекта (промплощадки, предприятия, населенного пункта, города и т.д.) с учетом перспективы развития всех предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземную концентрацию, не превышающую их предельно допустимые концентрации (ПДК) для населения, растительного и животного мира, если нет других, более жестких экологических требований или ограничений (с осреднением в любой 20-ти минутный период времени).

Нормативы ПДВ являются основой для проведения экологической экспертизы и планирования мероприятий по снижению загрязнения атмосферы.

Наиболее полный перечень веществ, загрязняющих атмосферный воздух, со значениями всех утвержденных Госкомсанэпиднадзором России видов ПДК для них, с синонимами и торговыми названиями, а также с рекомендуемыми кодами приведен в издании [13], подготовленном НИИ “Атмосфера” Минприроды России.

Первым этапом любого нормирования загрязнения атмосферы является инвентаризация источников выделения и выбросов ЗВ, которая на практике выполняется двумя методами:

- методом инструментального измерения;

- расчетным методом.

Настоящее издание основывается на методиках, принятых в практике инвентаризации расчетным методом, имеющем в ряде случаев определенные преимущества, и незаменимом при принятии проектных решений. Расчетный метод основывается на:

- материальном балансе технологического процесса;

- использовании удельных показателей выделений ЗВ за единицу времени либо, отнесенных к единице оборудования, массе продукции, сырья или расходных материалов.

Действующая в стране природоохранная нормативно-техническая документация в области защиты атмосферы от загрязнения [1, 8, 14] требует использовать следующие понятия.

Источник в ы д е л е н и я ЗВ - объект, в котором происходит образование ЗВ (установка, аппарат, устройство, емкость для хранения, двигатель, свалка отходов и т.п.).

Источник загрязнения атмосферы (источник в ы б р о с а) - объект, от которого загрязняющее вещество поступает в атмосферу (труба, вентшахта, аэрационный фонарь, открытая стоянка транспорта и т.п.).

Возможны следующие сочетания источников загрязнения атмосферы (выброса) и источников выделения ЗВ:

• Один источник выделения - один источник загрязнения (выброса). Например, котельная имеет одну топочную камеру и одну дымовую трубу.

• Один источник выделения - несколько источников загрязнения (выброса). Например, в помещении производится полная окраска автобуса, а для вентиляции используются три крышных вентилятора.

• Несколько источников выделения - один источник загрязнения (выброса). Например, гараж имеет один вентилятор, удаляющий из всех помещений через единую вытяжную систему выхлопные газы пятидесяти автомобилей.

• Несколько источников выделения - ряд источников загрязнения (выброса). Например, в общем помещении цеха работают 3 заточных и 17 металлорежущих станков, 2 поста электросварки и одна газорезка, а для вентиляции используется одна общеобменная приточно-вытяжная вентсистема и 4 местных вытяжных системы.

Все источники загрязнения атмосферы (источники выброса) подразделяются в соответствии с классификацией, приведенной на рис. 2.1, при этом используются термины, имеющие в соответствии с [1, 8, 14] следующие определения.

Источник загрязнения атмосферы

стационарный

(труба, открытое окно и

т. п.)

передвижной

(воздушное судно,

автомобиль и т. п.)

неорганизованный (пы лящий отвал, открытая стоянка транспорта, площадка молярных работ)

организованный

(труба, газоход, вент.

шахта)

точечный

линейный (ряд открытых оконных фрамуг, аэрационный фонарь и т. п.)

плоскостной (бассейн, открытая стоянка транспорта)

Рис. 2.1. Классификация источников загрязнения атмосферы

С т а ц и о н а р н ы й источник - источник, имеющий постоянное место в пространстве относительно заводской системы координат (труба котельной, открытые фрамуги цеха и т.п.).

П е р е д в и ж н о й источник - источник, не занимающий постоянное место на территории предприятия (транспортные средства, передвижные компрессоры и дизель-генераторы электросварки и т.п.).

О р г а н и з о в а н н ы й источник - источник, осуществляющий выброс через специально сооруженные устройства (трубы, газоходы, вентиляционные шахты).

Н е о р г а н и з о в а н н ы й источник - источник загрязнения, осуществляющегося в виде ненаправленных потоков газа, как результат, например, нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неэффективной работы систем по отсосу газов (пыли) в местах загрузки (выгрузки) или хранения продукта (топлива), а также пылящие отвалы, открытые емкости, стоянки, площадки малярных работ и т.п.

Т о ч е ч н ы й источник - источник в виде трубы или вентиляционной шахты с размерами сечения, близкими друг другу (трубы круглого, квадратного, прямоугольного сечения и т.п.).

Л и н е й н ы й источник - источник в виде канала (щели) для прохода загрязненного газа (воздуха) с поперечным сечением, имеющим значительную протяженность (длину) в несколько раз большую, чем ширина (высота), например, ряд открытых, близко расположенных в одну линию оконных фрамуг либо аэрационные фонари и т.п.

П л о с к о с т н о й источник - источник, имеющий значительные геометрические размеры площадки, по которой относительно равномерно происходит выделение загрязнений и, в том числе, как результат рассредоточения на площадке большого числа источников (бассейн, открытая стоянка автотранспорта и т.п.).

Отнесение источника загрязнения (выброса) к точечному, линейному или плоскостному типу производится с целью определения математического аппарата, который используется впоследствии при расчете рассеивания загрязнения в атмосфере в соответствии с ОНД-86 [8 ].

В данной главе приведены методики и примеры опредения значений максимально разовых выделений (выбросов) ЗВ, измеряемых в граммах в секунду (г/с), и валовых выделений (выбросов), измеряемых в тоннах в год (т/год). Нормативы валовых выбросов (т/год) используются при экономическом стимулировании природоохранной деятельности, а нормативы максимально разовых выбросов (г/с) - при контроле соблюдения ПДВ.

Охрана атмосферного воздуха включает в себя два важных аспекта (направления), являющихся в значительной степени обобщающими, с точки зрения его рационального использования:

Первое направление – снижение удельного потребления атмосферного воздуха промышленным предприятием, но пока недостаточно ценимого.

Второе направление – предотвращение неблагоприятных изменений (загрязнений и нарушений) в атмосфере в результате деятельности промышленного производства, имеющего пылегазовые выбросы в атмосферу.

Реализация этих направлений осуществляется путем разработки комплекса конкретных инженерно-экологических мероприятий: технологических, технических, экологических, организационных.

Антропогенное воздействие на атмосфере определяют в основном два процесса – извлечение и использование составляющих ее газов и использование составляющих ее газов и внесение в нее веществ, не свойственных ее естественному состоянию.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. В результате ежегодно в атмосферу выбрасывается около миллиона тонн загрязняющих веществ. Основным источником поступления загрязняющих веществ в атмосферу является автотранспорт (87%), за ним следуют выбросы от стационарных источников промышленных предприятий (9%). Объектам теплоэнергетики принадлежит примерно 5% от суммарного объема выбросов загрязняющих веществ. Известно, что стационарные (точечные) источники загрязнения атмосферы лучше, чем рассеянные. На промышленных предприятиях можно установить очистные сооружения и тем существенно снизить объемы выбросов загрязняющих веществ. Бороться с выбросами автотранспорта намного сложнее.

Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух транспорт. Источники загрязнений промышленных загрязнений – теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух окислы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серо-содержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85 процентов от общемирового выброса. Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. От таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ан гидрида.

в) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в гол.

г) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

д) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

Основные загрязнители атмосферного воздуха - диоксид азота и оксид углерода - обуславливают опасность и наибольший риск развития у населения болезней сердечно-сосудистой и респираторной систем, которые являются "приоритетными" для нашего города.

Результаты исследований, полученных в последнее время, свидетельствуют, что компоненты выбросов автотранспорта вносят более чем 50%-ный вклад в величину риска заболеваемости населения болезнями органов дыхания. В 2001 г. заболеваемость населения Москвы болезнями органов дыхания составила у взрослых 284,8, у подростков - 674,0, у детей - 1200,3 на 1000 соответствующего возраста.

Основной удельный вес (более 90%) среди болезней органов дыхания занимают острые респираторные заболевания, грипп, другие воспалительные болезни верхних дыхательных путей. Хронические заболевания составляют от 5 до 7%, особенно часто страдают хроническими болезнями респираторной системы дети и подростки. Беспрецедентный рост во всем мире заболеваемости населения астмой наблюдается также и в г. Москве. В 2001 г. по отношению к 1997 г. у всех групп населения распространенность астмы и астматического статуса возросла на 30%.

Аэрозольное загрязнение атмосферы.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: желеэа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым. что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются пол слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумане.

Фотохимический туман (смог).

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей. интенсивной солнечной радиации и безветрие или очень слабого обмена воздуха в приземной слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. При фотохимическом тумане появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость, у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обостряются различные заболевания - бронхиальная астма, расстройства нервной системы. Повреждает он и растения. Через некоторое время после начала воздействия фотохимического тумана нижняя поверхность листьев приобретает серебристый или бронзовый оттенок, а верхняя становится пятнистой с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание. Фотохимический туман разрушает здания, камень, кирпич, бетон, повреждает оцинкованные поверхности, покрывает сажей мосты и памятники.

Пыль

Роль пыли в атмосферном воздухе неоднозначна. Частицы пыли, являясь

ядрами конденсации при образовании облаков и туманов, выполняют важную

положительную роль в круговороте воды и других веществ в окружающей нас

природе. Без частиц пыли не было бы ни облаков, ни туманов. С увеличением

запыленности атмосферы, особенно за счет аэрозолей искусственного происхождения, очевидны и негативные последствия. Снижение солнечной

энергии, проникающей через увеличившуюся облачность, отрицательно влияет на климат планеты, а повышение концентрации активных соединений - на флору и фауну, а также на здоровье человека.

Одним из основных показателей, характеризующих пыль, является размер её частиц (дисперсность). Со степенью дисперсности пыли связаны: повышение скорости и интенсивности её реакции с кислородом, увеличение адсорбционной способности и электрические свойства, а также биологическая активность.

Некоторые виды пыли (угольная, сланцевая, серная, сульфидная и др.) в определенных условиях могут образовать с воздухом взрывчатую смесь.

Кроме того даже инертная пыль может вызвать отрицательные последствия для экологии биосферы, человека и города

Уменьшение фотосинтеза до пылевых бурь, вызывание болезней дыхательных органов Вредность пыли выражается в том, что воздействие её может привести к поражению лёгких, сопровождающемуся замещением живой ткани крупноволокнистой соединительной тканью (см. Пневмокониозы), а также к заболеваниям верхних дыхательных путей, глаз, кожи. Кроме того, пыль свинцовых, марганцевых, мышьяковых и некоторых др. минералов токсична, а пыль урановых и ториевых руд — радиоактивна.

Контроль запылённости воздуха осуществляется либо с выделением пыли из воздуха (осаждение пыли в фильтрах с определением её весового содержания и осаждение пыли на экранах с установлением её дисперсности и числа пылинок), либо без выделения пыли из воздуха — фотоэлектрические, электрометрические, оптические и радиационные методы с определением весового содержания пыли, числа пылинок и их дисперсности.

  Заболевание пневмокониозом в основном связано с массой вдыхаемой пыли, а не с числом частиц, поэтому в СССР концентрации пыли в воздухе определяются весовым методом. Допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны (пространство высотой до 2 м от почвы выработки) установлены в пределах от 1 до 10 мг/м³ и для токсичной пыли — от 0,01 до 6 мг/м³.

гидросферА

Загрязнение гидросферы

Поверхностные воды подразделяются на водотоки (реки, ручьи, горные реки) и водоемы (пруды, озера, водохранилища).

Основные положения санитарной охраны водоемов, водотоков включены в "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами".

Человек встречается с водами 2-х видов. Это природные воды, которые мы используем (в ряде случае сегодня с доочисткой) и сточные воды ("использованные"). Последние при сбросе в водоемы (водотоки) должны проходить очистку (в ряде случаев также и доочистку, дополнительную обработку).

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Основные источники загрязнения водной среды следующие:

• атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха и с поверхности земли поллютантов промышленного происхождения;

• городские сточные воды, включающие бытовые стоки, стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие массы мусора, нефтепродуктов, фенолов, кислот;

• промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства.