Промышленная (инженерная) экология

Урок экологии
Промышленная
(инженерная)
экология
Начать
Человечество непрерывно совершенствует
способы воздействия на природу.
Усложняются методы, и увеличиваются
масштабы этого воздействия.
Развитие технологии часто осуществляется
при полном пренебрежении к природе.
Инженерно-технологическое решение
какой-то задачи до недавнего времени
рассматривало только два параметра:
достижение конкретной цели (выпуск
необходимой продукции, выработка энергии
и др.) и экономический эффект. Такое
отношение к технологии складывалось веками,
оно исключало из рассмотрения вопросы
взаимодействия производства и общества
с окружающей средой.
Взаимодействие в системе
«производство – окружающая среда»
Следует отметить, что каждые 7–8 лет общее количество
полезных ископаемых, используемых человеком, удваивается.
Потребности современного человека обеспечиваются расходом
20–30 т/год различных видов минерального сырья, из которых в лучшем
случае 1–2% переходят в конечную продукцию. Следовательно, при
существующей технологии пятимиллиардное население планеты
должно «производить» не менее 100 млрд. т производственных
отходов. К этому количеству следует добавить немалую долю отходов
потребления, среди которых только бытовые отходы индустриально
развитых стран Запада составляют более 13 млрд. т, и их объем
увеличивается в 10 раз быстрее роста населения.
Взаимодействие в системе
«производство – окружающая среда»
Где же выход из создавшейся обстановки?
М. Монтень в работе «Опыты» подчеркнул, что
«в природе нет ничего бесполезного».
Известный эколог Б. Коммонер почти афористично ответил
на этот вопрос: «Природа знает лучше».
Водооборотные циклы
Современные подходы к созданию
малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий
Экологизация производства
– cложный и длительный процесс.
Его первый этап предусматривает
усовершенствование технологии, что
должно
привести
к
экономии
природных ресурсов, сокращению
вредных выбросов, развитию и
модернизации очистных сооружений,
минимизации отходов.
Современные подходы к созданию
малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий
Основные принципы создания
малоотходных, энерго- и
ресурсосберегающих технологий.
 Комплексная переработка сырья.
 Сокращение энергетических
затрат.
 Замкнутые водооборотные
циклы.
 Внедрение новых
технологических процессов
получения традиционных
материалов.
 Внедрение технологических
процессов переработки отходов.
 Водооборотные циклы
 Рациональное размещение
промышленных предприятий.
Загрязнение
окружающей среды
По определению одного из ведущих экологов России
Н.Ф. Реймерса, «загрязнение окружающей среды» – это
«привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не
характерных для нее физических, химических, информационных или
биологических факторов, или превышение естественного уровня
содержания данных факторов в среде, приводящих к негативным
последствиям».
Иначе говоря, это все то, что не в том месте, не в то время и не в
том количестве, что естественно для природы, выводит ее из состояния
равновесия.
Основные загрязнители
окружающей среды
Виды
загрязнителей
Основные
источники
загрязнения
Возможное
влияние на состояние
атмосферы
1
2
3
Оксид серы (IV),
сернистый газ, SO2
Сжигание топлива,
металлургия
Изменение климата, образование «кислотных
осадков», обострение респираторных
заболеваний у человека, вред растениям,
разъедание строительных материалов и
некоторых тканей, усиление коррозии
металлических конструкций
Взвешенные
частицы,
содержащие
тяжелые металлы
Разработка полезных
ископаемых, вспашка
почвы, металлургия
Изменение климата, состояния озонового слоя,
увеличение концентрации тяжелых металлов в
цепях питания
Озон, О3
Фотохимические
реакции в атмосфере
Изменение климата, негативное влияние на
здоровье человека
Оксиды азота, NOx
Сжигание топлива,
транспорт,
азотсодержащие
минеральные
удобрения, авиация
Изменение климата, состояния озонового слоя,
образование «кислотных осадков». Увеличение
концентрации нитратов (нитритов) в пищевых
цепях, усиление коррозии, создание смога и
др.
Основные загрязнители
окружающей среды
1
2
3
Оксид углерода (IV),
углекислый газ СО2
Сжигание топлива, транспорт
Изменение климата, «парниковый
эффект»
Ртуть Hg
Разработка ртутьсодержащих
руд, производство хлора, соды,
ряда пестицидов, свалки
Накопление в организмах по
пищевым цепям
Свинец Pb
Транспорт, металлургия
Накопление в организмах по
пищевым цепям
Кадмий Cd, цинк Zn,
медь Cu и др. тяжелые
металлы
Химическая промышленность,
металлургия
Накопление в организмах по
пищевым цепям
Оксид углерода (II),
угарный газ СО
Сжигание топлива, транспорт
Изменение климата, нарушение
теплового баланса верхней
атмосферы
Асбест
Строительные материалы
Влияние на здоровье человека
Нефть
Нефтехимическая
промышленность
Нарушение теплообмена
гидросферы с атмосферой, гибель
морских организмов
Основные загрязнители
окружающей среды
1
2
3
Полициклические
углеводороды
(бензопирен)
Химическая промышленность,
сжигание топлива, транспорт,
курение
Изменение климата, состояния
озонового слоя, негативное влияние
на здоровье человека
Фосфаты
Химическая промышленность,
производство фосфорных
удобрений
Экологическое состояние вод в
реках и озерах
Пестициды
Химическая промышленность,
производство пестицидов
Накопление в организмах по
пищевым цепям
Фторхлорпроизводные
углеводородов
(фреоны)
Холодильная
промышленность,
производство аэрозольных
упаковок
Разрушение озонового слоя
планеты, изменение климата
Радиация
Естественный (в основном,
радоновый фон) и
искусственный фон
(медицинское обслуживание,
испытание ядерного горючего,
АЭС)
Злокачественные новообразования и
генетические мутации
Классификация загрязнений
экосистем
Существует много самых разных классификаций загрязнений
окружающей среды. Г.В. Стадницкий и А.И Родионов выделяют
следующие виды загрязнений экосистем:




ингредиентное (от лат. ingredientis – составная часть соединения или
смеси) заключается в поступлении чуждых естественным экосистемам
веществ, например, отходов различных производств, бытовых стоков
и мусора и др.;
параметрическое (параметр – величина, характеризующая свойства
процесса, явления) связано с изменением характеристик окружающей
среды, например, уровня освещенности, шума, радиационного фона,
интенсивности электромагнитного излучения и др.;
биоценотическое
заключается
в
воздействии
человеческой
деятельности на состав и функционирование популяций живых
организмов, например, нерегулируемый отлов, отстрел животных,
браконьерство, перепромысел и др.;
стациально-деструктивное (от лат. statio – местопребывание,
destructio – разрушение) состоит в изменении природных ландшафтов
и экосистем в процессе природопользования, например, урбанизация,
осушение земель, эрозия почв, вырубка лесов, пожары,
мелиоративные работы и др.
Факторы, определяющие
уровень загрязнения
Уровень загрязнения окружающей среды зависит от очень
многих факторов, например, величина загрязненности воздуха золой
и сажей зависит главным образом от следующих факторов:
 Величина выброса.
Чем больше выброс в единицу времени, тем больше
загрязненность воздуха. Но эта зависимость не прямая, так как
влияют и другие факторы. Например, при снижении
коэффициента очистки с 99,8 до 99,2% выброс увеличивается в
4 раза в связи с нелинейной зависимостью.

Направление и скорость ветра.
Чем выше скорость ветра, тем в большем объеме будет
разбавляться поступающие в воздух загрязнения, тем меньше
будет их концентрация.

Разность температур (температурный градиент).
Чем выше разность температур, тем сильнее вертикальные
потоки воздуха, больше угол раскрытия дымового факела,
имеющего конусообразную форму, больше перемешивание
загрязнений с воздухом.
Факторы, определяющие
уровень загрязнения

Влажность воздуха.
Отмечается прямая зависимость между концентрацией
дыма и относительной влажностью воздуха. Частички
загрязнений, являясь ядрами конденсации для водяных
паров, отягченные водяной оболочкой, опускаются вниз и
увеличивают загрязнение воздуха.

Расстояние от источника выброса.
Степень разбавления дыма атмосферным воздухом
находится в прямой зависимости от расстояния, которое
дым прошел до данной точки.

Высота выброса.
Чем выше труба, тем меньше концентрация золы и сажи в
воздухе у земли: дымовой факел позднее касается земли, и
его сечение в месте соприкосновения с землей больше;
скорость ветра с высотой увеличивается, а соответственно
увеличивается и объем воздуха, с которым перемешиваются
эти загрязнения в точке выброса.
Экологическое нормирование
качества окружающей среды
Экологическое нормирование предусматривает:
 учет множественности путей загрязнения и самоочищения
элементов
биосферы
при
оценке
последствий
антропогенного воздействия;
 выявление наиболее чувствительных к антропогенному
воздействию, «критических», компонентов биосферы;
 развитие научного подхода к нормированию антропогенных
воздействий с учетом их влияния на природные экосистемы.
Основным
критерием
при
определении
допустимой
экологической
нагрузки
является
отсутствие
снижения
продуктивности, стабильность и разнообразие экосистем.
Экологическое нормирование
качества окружающей среды
Санитарная охрана окружающей среды предусматривает
соблюдение предельных нормативов содержания загрязнителей в
воздухе, воде и почве, называемых предельно допустимыми
концентрациями (ПДК). Значение ПДК устанавливается органами
здравоохранения. В основе установления ПДК лежат известные
экологические законы: закон Либиха (минимума) и закон Шелфорда
(толерантности).
В системе экологического нормирования выделяют также
предельно допустимый выброс (ПДВ) – норматив, установленный
для разовых выбросов загрязняющих веществ в воздух, и предельно
допустимый сброс (ПДС) – норматив для разовых сбросов
загрязнителей в водоемы. При выработке этих нормативов требуется
учет большого числа факторов, таких, как гидрометеорологические
условия, рельеф, распределение в пространстве и времени
подверженных воздействию организмов, чувствительности этих
организмов к воздействиям и т.д. Изучение данных параметров
ведется экологическими службами города.
Подход к определению ПДК
ПДК
(вредных веществ
в воздушной среде)
ПДК рз
(в воздухе
рабочей зоны)
ПДК пп
(на площадке
предприятия) 0,3 ПДКрз
ПДК мр
(максимальная
разовая)
ПДКнп
(в атмосфере
населенного пункта)
ПДК сс
(среднесуточная)
Методы очистки сточных вод
В схеме очистки сточных вод первым этапом обычно является их
освобождение от твердых частиц. При этом используются следующие
методы:





механический, основанный на действии центробежных и
гравитационных сил (сепарация, отстаивание);
фильтрование (применение специальных сит, тканей, волокнистых
материалов, мембран и др.);
флотация (получение системы «загрязняющая частица – воздушный
пузырек» и ее удаление с образовавшейся пеной – пенная флотация,
или прилипание частицы загрязнителя к поверхности жидкости –
пленочная флотация);
коагуляция (укрупнение дисперсных частиц и их механическое
удаление);
флокуляция (укрупнение взвешенных частиц с помощью
высокомолекулярных соединений).
Флотация, коагуляция и флокуляция связаны с применением
химических веществ. На первом этапе могут найти свое место и
отдельные физические методы, например, использование магнитного
поля и ультразвука.
Методы очистки сточных вод
На втором этапе используются главным образом химические и
физико-химические методы очистки, такие, как нейтрализация,
сорбционные методы (адсорбция – поглощение загрязняющего
вещества поверхностью адсорбента, например, активированного угля;
абсорбция – поглощение загрязнителя всей массой абсорбента,
например, концентрированной серной кислоты), ионный обмен,
экстракция,
окисление
–
восстановление,
электрические
и
электромагнитные
методы,
термические
методы,
сжигание,
каталитическое окисление, жидкофазное окисление, выпаривание,
плазменный метод и др.
Методы очистки сточных вод
И наконец, биохимический или биологический метод очистки,
который основан на способности микроорганизмов использовать многие
органические и неорганические вещества для питания в ходе своей
жизнедеятельности. Естественная биологическая очистка сточных вод
осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в
биологических прудах и т. п. Для искусственной биологической очистки
применяют специальные сооружения: первичные отстойники, аэротенки
(от аэро... + tank – резервуар, бак) и др.
Методы очистки сточных вод
Методы очистки
газовых выбросов
Методы, используемые в схеме очистки газовых выбросов, в
основном аналогичны методам, включенным в систему очистки сточных
вод, однако имеются некоторые особенности.
Первый этап очистки осуществляют аппараты, принцип работы
которых основан на использовании центробежных и гравитационных
сил (циклоны – мокрые золоулавливающие аппараты), фильтрующей
способности некоторых материалов (рукавные фильтры), действии
электрического поля (электрофильтры).
Циклоны улавливают частицы загрязнителя за счет центробежной
силы, действующей на частицы, которые осаждаются на поверхности
пленки воды, стекающей по стенкам циклона (гравитационные силы);
степень очистки – 95–96%.
Также используются и сухие золоулавливающие аппараты, очистка
газов в которых достигается в результате действия на частицы сил
инерции; степень очистки доходит до 92–95%.
Дополнительные материалы
Дополнительная
информация на сайте:
http://www.eko_prakt.ru
Выход