Контрольні запитання

1. Які державні органи уповноважені запроваджувати стандарти якості довкілля?

2. Які нормативи характеризують стан довкілля, а які викиди забруднювачів у довкілля?

3. Які величини характеризують верхню та нижню межу токсичності речовин?

4. Що таке порогова та підпорогова доза забруднювача?

5. Опишіть основні стадії впливу токсичних речовин на живі організми.

6. Що таке кумуляція, які відомі механізми кумуляції токсичних речовин живими організмами?

7. Що таке період напіввиведення речовин з організму?

8. Якими параметрами оцінюють стан забруднення ґрунтів?

9. Що таке інтенсивність забруднення ґрунтів та що таке час подвоєння забруднювачів у ґрунтах?

10. Як вираховують поліелементне забруднення ґрунтів?

11. Як визначають величину граничнодопустимої концентрації забруднювача у воді та як цю величину можна обчислити?

12. Якими нормативами визначають стан повітря у населених пунктах та на виробництві? Як співвідносяться між собою ці нормативи?

13. Як вираховують допустимий викид газуватих речовин в атмосферу?

14. Які фізико-хімічні параметри використовують для обчислення величин допустимих концентрацій забруднювачів у повітрі?

15. Якими показниками характеризують забруднення повітря декількома речовинами?

16. Перелічіть, якими основними показниками користуються для оцінки якості харчових продуктів.

17. Якими показниками користуються для визначення рівня забруднення продуктів важкими металами, нітратами, пестицидами, харчовими добавками?

18. Яка відмінність між допустимою добовою дозою та допустимим добовим надходженням забруднювачів, що потрапляють в організм з харчовими продуктами?

19. Назвіть та охарактеризуйте тимчасові нормативи для оцінювання якості харчових продуктів.

6. Захист довкілля від забруднення

Запобігання від шкідливого впливу антропогенного забруднення полягає в тому, щоб не допустити перевищення норм речовин у повітрі, водах та ґрунтах та знешкодити те, що уже потрапило. Першу складову захисту можна досягнути застосуванням безвідходних технологій та раціональним розміщенням промислових підприємств, так щоб їхні викиди не впливали на населені пункти, другу – локалізацією викидів та їх очищенням перед потраплянням у довкілля.

6.1. Заходи попередження промислових забруднень довкілля

Раціональне розташування промислових підприємств дозволяє значно зменшити вплив викидів на навколишнє природне середовище і на населення. Якщо споруджуються нові виробничі підприємства, то при цьому повинні бути витримані нормативи для викидів. При розробці технічних заходів попередження забруднень враховують їх фоновий вміст та природні кліматичні умови, такі як напрям вітрів, середньорічну температуру, рельєф місцевості, який може забезпечити належне провітрювання території. Ступінь забруднення викидами підприємств у приземній частині території зумовлений не лише величиною викиду, а й розподілом речовин у просторі і часі. В атмосфері часточки поширюються завдяки турбулентній та в меншій мірі ламінарній дифузії. Турбулентний рух виникає під впливом вітрів і суттєво впливає на забруднення довкілля у випадку переважаючого постійного їх напрямку. Тому вибираючи територію для спорудження підприємства, слід враховувати середньорічний та сезонний напрям вітрів. Якщо проаналізувати викиди в атмосферу з заводської труби, то виявляється, що з невисокої труби найбільше забруднюється повітря при слабкому вітрі (1 м/с), особливо якщо викиди холодні, а з висотних труб – навпаки при більшій швидкості вітру (до 6 м/с). У випадку досить високої труби на віддалі, що відповідає 4-20 висотам її, за напрямом вітру факел диму деформується і досягає приземних шарів атмосфери на віддалі 10-40 висот труби. На дальшій відстані вміст забруднювачів в атмосфері зменшується. Обчислено, що найбільша концентрація речовин у приземному шарі від викиду з високої труби С_м є пропорційна до маси речовин, які потрапляють в атмосферу за одиницю часу, та обернено пропорційна до квадрату висоти труби. Схему розподілу забруднювачів при викиді через висотну трубу підприємства показано на рис. 6.1. До моменту, коли забруднювач досягне приземного шару, його концентрація значно зменшується внаслідок розсіювання в атмосфері.

До моменту, коли забруднювач досягає приземного шару, його концентрація значно зменшується внаслідок розсіювання в атмосфері. Тому населені пункти повинні бути розташовані на території нижче, ніж підприємства з висотними трубами, аби дими не потрапляли на них.

Рельєф місцевості теж має значний вплив на забруднення атмосферними викидами територій. Так на горбистій місцевості поширення через атмосферу забруднювачів є нерівномірним, понижені території недостатньо провітрюються і в них накопичуються забруднювачі. На рівнинній території забруднення поширюється за напрямком вітрів.

Рис.6.1 Схема розподілу концентрації забруднюючих речовин в атмосфері при їх викиді через висотну заводську трубу; І – зона деформації факела викиду; ІІ – зона найбільшого забруднення приземного шару атмосфери; ІІІ – зона зменшення забруднення.

Санітарно-захисні зони. Підприємства, залежно від потужності, технологічного процесу, інтенсивності викидів, електромагнітного випромінювання, вібрації та ін. поділяються на 5 класів. Для захисту населених територій від викидів та інших шкідливих впливів їх ізолюють санітарно-захисними зонами. Встановлені такі розміри санітарно-захисних зон: виробництва І класу – 1 км; ІІ класу – 500 м; ІІІ класу – 300 м; IV класу – 100 м; V класу – 50 м. Наприклад, машинобудівні підприємства належать до IV і V класів. Розмір зони уточнюється у напрямку за та проти вітру. При виникненні несприятливих умов для розсіювання в атмосфері викидів (відсутність вітрів, тумани) розмір санітарно-захисної зони може бути збільшений, але не більше як у 3 рази. Територія зони повинна бути озеленена, причому тими породами дерев та кущів, які достатньо стійкі до газуватих викидів. Є два типи озеленення. Перший тип, ізолюючий, містить смугу густо засаджених дерев, які значною мірою поглинають паро-газові викиди. Другий тип – фільтруючий, містить рівномірно засаджені по усій території зони кущі та дерева. Рослини поглинають не лише СО₂ та виділяють О₂, а й інші гази, пил та аерозолі, покращуючи стан повітря та збагачуючи його фітонцидами і речовинами, здатними окиснювати, осаджувати, нейтралізувати шкідливі забруднювачі повітря. Ялиновий ліс площею 1 га поглинає з повітря 32 т пилу за рік, буковий 56 т, а дуб червоний успішно може рости в умовах задимлення та загазованості сульфур діоксидом, озоном, фторидами, пероксиацетилнітратом і тому особливо придатний для створення захисних зон. Антибіотична активність фітонцидів листя дуба червоного становить 100%, тоді як звичайного лише 33%. Крім того окремі види дерев мають властивість вибіркового вбирання певних речовин: тополя чорна – ціаніди та феноли; акація біла – ціаніди; бузок – піридини; каштан – плюмбум; хвойні – радіонукліди. На території зони можуть бути розташовані додаткові приміщення невиробничого призначення (пральні, лабораторії).

Забір води для населення здійснюють у зоні санітарної охорони, яка включає декілька поясів (див. розділ 3.3).

Впровадження нових технологій. На більшості підприємств існують достатньо ефективні очисні споруди. Однак незалежно від способу очищення, сконцентровані очищенням забруднювачі накопичуються і утворюють нові відходи. Під час очищення виробничих відходів можуть утворюватися нові токсичні речовини, які також доводиться нейтралізувати та ізолювати від довкілля. Тому для довкілля найсприятливішим є застосування таких технологій, при яких викид забруднювачів суттєво зменшується. Так, наприклад, застосування гідроструменевого очищення деталей та обладнання у ливарних цехах або нагрівання металу в безкисневому середовищі у кузні зменшує пароподібні викиди у повітря. Так само фарбування машин не пневматичним розпиленням фарби, а в електростатичному полі зменшує викиди парів фарби у 8-10 разів. Значно безпечніші лаки і фарби, які замість традиційних летких органічних розчинників містять водні розчини. Розв’язати проблему створення маловідходних технологій можна такими способами:

• застосування технологічного процесу без суттєвих виробничих відходів;

• застосування технологічного процесу, при якому відходи стають вторинною сировиною,

• комплексне використання природної сировини.

Нижче наведено декілька прикладів маловідходних технологій.

Стосовно першого способу, замість добувати фенол сплавлянням сульфокислоти з лугом, у результаті чого відходами є NaCl, Na₂SO₃:

C₆H₅-OSO₃Na+2NaOH  C₆H₅ONa+Na₂SO₄+H₂O,

краще його добувати кумольним методом, при цьому одночасно одержують фенол і ацетон:

C₆H₆+C₃H₆ C₆H₅-CH(CH₃)₂ C₆H₅(C-O-O-H)(CH₃)₂→

C₆H₅OH+(CH₃)₂CO.

Фактично це безвідходна технологія.

Для одержання ароматичних амінів з нітросполук, їх краще відновлювати воднем, а не залізом чи сульфідамиякі призводять до накопичення сполук феруму та сульфуру.

Мірою відходів є матеріальний індекс

.

Для безвідходного виробництва І1. Нажаль таке виробництво не існує.

Зараз у видобувній галузі промисловості лише 2-4% сировини переробляється, а решта потрапляє у відходи і накопичується. Тому дуже важливо проводити переробку невикористаних відходів – вторинних ресурсів. Це не лише дозволяє зменшити викиди у довкілля, а й економніше використовувати природні ресурси. Прикладом другого напрямку може бути переробка відходів у будівельні матеріали. Золи і шлаки використовують при одержанні нових будівельних матеріалів, причому в багатьох випадках такі відходи навіть кращі за природну сировину. Наприклад, при виплавці чавуну утворюються доменні шлаки – силікатні та алюмосилікатні розплави, які містять SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CаO, MgO, MnO, SO₃. При різкому охолодженні виникає склоподібна маса, яка гранулюється і є доброю добавкою до портландцементу. З доменних шлаків виготовляють шлакову пемзу, яку використовують при виробництві легкого бетону. Спушуванням і охолодженням металургійних шлаків одержують пористий матеріал – шлакову пемзу, а повільне охолодження шлаків приводить до утворення склоподібної маси – шлакоситалів, які бувають чорного та білого кольору (у присутності NaNO₃). Зола, яка утворюється при спалюванні вугілля на теплоелектростанціях, є добавкою для покращення клінкерних цементів.

Фосфогіпс, який утворюється як відхід при одержанні фосфатної кислоти, використовується як добриво, крім того він є мінералізатором при обпалюванні цементу. Фосфогіпс також може бути сировиною для виробництва сульфатної кислоти. Для цього його спочатку термічно розкладають без доступу повітря:

2CaSO₄ 2CaO+2SO₂+O₂,

а далі SO₂ використовують для одержання сульфатної кислоти. Те саме стосується викидів SO₂ з теплоелектростанцій, при виплавці металів.

Зола з викидів теплоелектростанцій, яка містить СаО, добре підлужнює кислі ґрунти. Проте така зола може містити токсичні важкі метали, що є недоліком, тому її не завжди можна вносити у ґрунт.

Використані пластичні маси переробляють на інші вироби або використовують як добавки до них. Те саме стосується відходів паперу, металобрухту.

Зараз у державах з високорозвинутою технологією майже половина всієї продукції випускається із залученням у технологічний процес вторинних ресурсів. Обчислено, що вартість алюмінію, одержаного з відходів, є в 9 разів меншою, ніж з природної сировини, купруму – у 6 разів, цинку – у 3,5, а плюмбуму – у 2,5 разів.

Третій спосіб – комплексне використання природної сировини, полягає у якомога повнішому використанні як самої сировини, так і пустої породи. Так з відходів пустої гірської породи одержують будівельний матеріал керамзит. Залишки піриту після випалювання при виробництві сульфатної кислоти, ідуть на добування цінних металів: Сu, Zn, Co, Pb, Au, Ag, та як добавка при виробництві портландцементу.

Водооборотні системи дозволяють зменшити втрати води і не допустити потрапляння стічної води у природні водойми. Воду очищають різними методами і подають повторно для використання. Іноді під час очищення випадають осади, що містять солі важких металів, які можна використати. Якщо вода гаряча, то її використовують на обігрів, тим самим охолоджуючи. Для охолодження води можна використати фонтани та спеціально створені ставки. Водооборотні системи застосовують у різних галузях – від харчової промисловості (розігріта від охолодження апаратів вода поступає по трубах на миття посуду), до складних технологічних схем у ливарній чи нафтопереробній промисловості.

Ліквідація та зберігання відходів

Впровадження нових технологічних схем на виробництві могло б значно зменшити викиди у довкілля. Однак це не завжди можливо. Тому виникає потреба локалізувати промислові викиди. Це можна здійснити або їх локалізацією, або ліквідацією.

Локалізують відходи закладанням їх у шламозвалища, застосовують санітарну земляну засипку, рідкими відходами заповнюють підземні пустоти від виробки корисних копалин. Звалища є ділянками землі поза територією населеного пункту, де відходи, як промислові, так і побутові, залишаються без відповідного контролю. У цьому випадку хімічні речовини можуть взаємодіяти між собою, окиснюватися на повітрі. Таке складування відходів є найбільш небезпечним. Добре розчинні речовини можуть просочуватись у ґрунтові води і потрапляти у підземні води, забруднюється також атмосфера. На звалищах, які контролюються санітарною службою, недопустиме зберігання хімічно активних і токсичних речовин. Зберігання таких відходів на звалищі може бути тільки після знешкодження небезпечних речовин. Шламозвалища є спеціально збудованими великими (декілька десятків млн. м³) наземними спорудами глибиною до 50 м, призначеними для зберігання та відстоювання шламів. Ці споруди повинні служити понад 10 років. Шламозвалища розташовують у природних ярах, на дні вони мають дренажні пристрої для відводу стічних вод, дно і береги ізольовані стійкими водонепроникними матеріалами. Найкраще, коли шламозвалище має декілька секцій, призначених для зберігання відходів з різною хімічною природою. У шламозвалищах не можна зберігати речовин, які перетворюються, бо внаслідок вторинних процесів можуть утворитися ще більш токсичні речовини. Тому їх попередньо нейтралізують, переводять у осади та малодисоційовані сполуки. Недоліком шламозвалищ є контакт речовин з атмосферою. Небезпечним для довкілля може бути прорив і навіть незначне ушкодження непроникного покриття.

Подібними до шламозвалищ є накопичення золи теплоелектростанцій та твердих відходів на гірничодобувних підприємствах та при збагаченні руд.

Санітарна земляна засипка – це штучно засипані землею відходи. Насип може мати висоту 2,5 м і більше. У земляній засипці можна захоронювати лише тверді відходи.

Заповнювання пустот у землі застосовують до рідких відходів, які мають високі концентрації речовин і містять токсичні речовини. Такими рідинами заповнюють глибокі (300-3700 м) пустоти, які залишились від видобування вугілля та нафти, а іноді природні глибинні пустоти. Небезпечним такий спосіб захоронення є тоді, коли можливий контакт залитої рідини з артезіанськими водами.

Однак, всі способи зберігання відходів є небезпечними через можливі віддалені наслідки для довкілля. Тому перед зберіганням кращим способом є перетворення речовин у хімічно інертніші, а лише після цього захоронення їх. З утворених малорозчинних сполук формують тверді блоки. Так нейтралізують найбільш небезпечні речовини – сполуки меркурію, радіоактивні речовини. При потребі блоки можна перевозити, а потім захоронювати. Для затверджування до речовин додають цемент, парафіни, бітум, полімери, силікати.

Якщо перетворення токсичних та хімічно-активних речовин у відходах не дало позитивного результату, і захоронювати відходи неможливо, то їх доводиться ліквідувати. Для цього застосовують термічні методи. Термічні методи полягають у спалюванні відходів та їх піролізі. Ці методи застосовують для ліквідації пастоподібних рідких особливо токсичних відходів з води та твердих відходів. Позитивним є значне зменшення величини відходів – відходом стає залишок після термічної обробки.

Знешкодження побутового сміття шляхом спалювання здійснюється в печах при 760-1650С. Висока температура спалювання забезпечує відсутність органічних речовин у димі.

Захист від викидів електростанцій. Як сировина на теплоелектростанціях використовується кам’яне вугілля, мазут та природний газ. Вугілля має домішки сполук сульфуру (до 6%), нітрогену, а залишки пустої породи – сполук алюмінію, кальцію, магнію, феруму, титану, натрію, калію. Викидами у повітря при спалювані вугілля та мазуту, крім СО₂ і СО, є оксиди SO₂, NO, NO₂, пароподібні сполуки, що містять V, Hg, зола і сажа. Найважливіша проблема – усунення впливу SO₂, оскільки потужна електростанція викидає за добу до 360 т цього оксиду. Це здійснюють або десульфатацією вугілля, або вловлюванням SO₂ з викидів газів. У вугіллі сульфур є в формі FeS₂, в органічних сполуках, небагато у формі сульфату. Пірит видаляють з вугілля сухим методом. Для видалення сульфуру органічних сполук вугілля піддають термічній обробці лужними розчинами в автоклавах. При цьому у розчині після центрифугування залишаються сульфіди натрію та кальцію, які гідролізують до H₂S. Останній можна переробити на вільну сірку. З газів SO₂ вловлюють дією суспензії вапняку, доломіту, магнезиту, натрій сульфіту:

2CaCO₃+2SO₂+2H₂O=Ca(HCO₃)₂+Ca(HSO₃)₂.

Після регенерації сульфіт іде на виробництво сульфатної кислоти. Оксиди нітрогену видаляють адсорбційним методом, однак цьому заважають оксиди сульфуру. Золу вловлюють електрофільтрами. Кращим способом захисту від викидів теплоелектростанцій було б використання, замість вугілля і мазуту як пального, природного газу. Це зменшує забруднення довкілля у 3-5 разів.

У відходах атомних електростанцій містяться радіоактивні речовини. Вони бувають короткоживучі з періодом піврозпаду менше 14 діб, середньоживучі (до 100 років) та довгоживучі (понад 100 років). Радіоактивні відходи неможливо нейтралізувати. Відходи з короткоживучими ізотопами концентрують і залишають у шахтах до припинення радіоактивного розпаду, а потім утилізують. Найкраще відходи з газової фази сорбувати активованим вугіллям при охолоджені. Відходи з середньоживучими ізотопами концентрують, поміщають у бочки з нержавіючої сталі та захоронюють. У водойми заборонено скидати відходи з вмістом радіоактивних речовин, який перевищує граничнодопустимий (табл.6.1).

Таблиця 6.1 Граничнодопустимі концентрації радіоактивних речовин, Кі/дм³

-, -випромінювач	ГДК, Кі/дм3	-, -, -випромінювач	ГДК, Кі/дм3
7Be	510-7	240U	110-7
60Co	110-8	212Pb	510-9
90Sr	310-11	226Ra	510-11
Суміш -, -випромінювачів різного складу	510-11	Суміш -випромінювачів різного складу	510-11

Заборонено скидати води з радіоактивними речовинами у стави для розведення риби, де поселяються водоплавні птахи, а також до струмків та річок, які впадають у такі водойми. Це стосується також прибережних зон морів.

Нажаль, в країнах, які мають вихід до моря, здійснюють морське захоронення (дампінг) різних матеріалів і речовин, зокрема побутового сміття, шламів очисних споруд, комунальних стоків.

Захист від викидів автомобільного транспорту. Особливістю викидів автомобільного транспорту є те, що джерело викиду рухоме, а отже викид не є локалізований, крім того здійснюється на рівні висоти людини, що особливо небезпечно. Ідеально у викидах могли б бути лише СО₂ і Н₂О, а реально містяться залишки вуглеводнів, які не згоріли, продукти їх окиснення, як наприклад, оксиди сульфуру та нітрогену. Загалом при роботі двигуна внутрішнього згоряння виділяється до 200 різних речовин, серед яких альдегіди і особливо небезпечний бенз()пірен. Застосовуваний раніше етилований бензин спричинював викиди сполук плюмбуму. Вміст токсичних речовин з відхідних газів можна знизити в 25 разів, якщо застосовувати нейтралізатори газів та перейти на пропан-бутанову суміш як паливо.

Для повного спалювання вуглеводнів у двигунах використовують нейтралізатори. Нейтралізатори відхідних газів є двох типів: термічні та каталітичні. Термічні нейтралізатори забезпечують повне полуменеве спалювання СО, залишків вуглеводнів та альдегідів до СО₂ і Н₂О. Процес іде при 500-600С і додатковій подачі повітря. Каталітичні нейтралізатори сприяють доокисненню вуглеводнів і розкладають оксиди нітрогену.

Очищення відбувається у дві стадії. Спочатку СО взаємодіє з NO на першому каталізаторі, яким може бути Fe₂O₃, Cu₂O, Cr₂O₃, NiO, Pt, Rh, Ru, Pt , але найефективніший Cu(CrO₂)₂:

2NO+2CO N₂+2CO₂.

На другому каталізаторі доокиснюються СО та вуглеводні до СО₂. Найкращими, але дорогими каталізаторами є Pt i Pd, реально застосовують оксиди, нанесені на основу з силікагелю, порцеляни разом з промоторами – солями лужних металів. Каталізатори використовують у двох температурних режимах – при 100-300 та при 300-600С. Зменшення вмісту сажі у викидах дизельних двигунів досягають введенням у паливо металоорганічних сполук з нікелем, хромом, купрумом.

Якщо замінити бензин на водно-бензинову емульсію, що містить до 12% води, то при спалюванні виділяється у 2 рази менше СО. Зараз запроваджуються як паливо синтетичні спирти: метанол, етанол, та водень; використовують попутні нафтові гази (пропан та бутан) з октановим числом 100. Однак енергоємність метанолу та етанолу як палива, менша, ніж бензину. Перспективною є суміш метанолу з бензином, водню з бензином. Якщо до бензину додати 30% СН₃ОН, то вміст СО у викиді зменшується на 72%. Добавка водню до бензину суттєво підвищує економічність двигуна і в 100 разів зменшує у викидах вміст СО.

Найкращим є впровадження електричного двигуна, який працює від паливних елементів, акумуляторів. На даний час з’являється щораз більше інформації про нові моделі автомобілів з електричним двигуном та про те, що вони реально виходять у продаж. Найновіші моделі мають комбінований двигун, який може працювати від палива та від електрики. Недоліком електричного двигуна є дещо менша швидкість електромобіля.