26.Защита биосферы от загрязнений. Основные виды загрязнений природной среды.
Загрязнение - ϶ᴛᴏ нормальные побочные продукты жизнедеятельности человека как чисто биологического вида и как социального, творческого существа. Οʜᴎ представляют из себя органические и неорганические отходы метаболизма и пищеварения, а также деятельности по выращиванию и защите урожая, обогреву домов, производству одежды, овладению атомной энергетикой... Решить эту проблему невозможно простым устранением ее причин, так как, пока существует человек, будут и побочные продукты его жизнедеятельности. На рисунке показаны виды загрязнений.
К основным загрязнителям атмосферы, которых, по данным ЮНЕП (программа ООН по окружающей среде), ежегодно выделяется до 25 млрд. т, относят:
– диоксид серы и частицы пыли – 200 млн. т/год;
– оксиды азота (NxOy) – 60 млн. т/год;
– оксиды углерода (СО и СО3) – 8000 млн. т/год;
– углеводороды (СxНу) – 80 млн. т/год.
Оксид серы SО2. При растворении в воде образует кислотные дожди: Н2О + SО2 = Н2SО3. Выделяется в атмосферу, в основном, в результате работы теплоэлектростанций (ТЭС) при сжигании бурого угля и мазута͵ а также серосодержащих нефтепродуктов и при получении многих металлов из серосодержащих руд – PbS, ZnS, CuS, NiS, MnS и т.д.
При сжигании угля или нефти содержащаяся в них сера окисляется, при этом образуются два соединения – диоксид серы и триоксид серы. Кислотные дожди губят растения, закисляют почву, увеличивают кислотность озер. Размещено на реф.рф Большую озабоченность вызывает в России огромный трансграничный перенос серы с Запада, составляющий примерно 2 млн. т оксидов серы – 10 млн. т сульфатов в год, так как воздушные массы с Запада в нашу страну в связи с розой ветров в 7-10 раз превышают наши воздушные массы в Европу. Это, в основном, страны Восточной Европы и Украина, энергетика которых базируется на бурых углях.
Россия входит в Конвенцию по SO2 и участвует во всех процессах, способствующих снижению выбросов окислов серы в атмосферу. В основном, это строительство заводов по производству серной кислоты по схеме: диоксид серы – триоксид серы – серная кислота. Используя оксиды серы как вторичное сырье, человечество для производства серной кислоты перестанет извлекать из недр ограниченные запасы серы.
Даже при среднем содержании оксидов серы в воздухе растения приобретают желтоватый оттенок. Разработано большое число методов для улавливания двуокиси серы из отходящих дымовых газов. Весьма привлекательными оказались скрубберные установки, дающие отходы в виде продуктов, имеющих спрос на рынке: один из таких скрубберов производит серу высокой чистоты, другой – разбавленную серную кислоту. Высокочистая сера находит применение при производстве лекарственных препаратов, промышленных реагентов, удобрений.
Оксиды азота (NxOy). В природе оксиды азота образуются при лесных пожарах. Высокие концентрации оксидов азота в городах и окрестностях промышленных предприятий связаны с деятельностью человека. В значительном количестве оксиды азота выделяют ТЭС и двигатели внутреннего сгорания. Выделяются оксиды азота и при травлении металлов азотной кислотой. Производство взрывчатых веществ и азотной кислоты – еще два источника выбросов оксидов азота в атмосферу.
Загрязняют атмосферу:
– N2O – оксид азота (веселящий газ);
– NО – оксид азота;
– NO2, N2O4 – оксиды азота.
Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога. Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакции друг с другом, обуславливают фотохимическое загрязнение воздуха.
Оксид углерода (СО). Концентрация оксида углерода в городском воздухе больше, чем любого другого загрязнителя.
Самый крупный источник оксида углерода в городах – автотранспорт. В большинстве городов свыше 90% СО попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе. Полное сгорание дает в качестве конечного продукта диоксид углерода.
Другой источник оксида углерода – табачный дым, с которым сталкиваются не только курильщики, но и их ближайшее окружение. Доказано, что курильщик поглощает вдвое больше оксида углерода по сравнению с некурящим.
Оксид углерода при повышенных концентрациях представляет собой смертель-но опасный яд.
Для достижения установленного стандарта выхлопные газы смешиваются с воздухом в присутствии катализатора. Дальнейшее окисление оставшегося оксида углерода происходит в каталитическом преобразователе. Именно такая система в настоящее время повсеместно выбрана для уменьшения выбросов СО в атмосферу. Эффективность каталитических преобразователей со временем уменьшается, в связи с этим крайне важно регулярно осуществлять повторные проверки выхлопных газов автомобилей на содержание СО.
Оксид углерода (СО2). Влияние углекислого газа (СО2) связано с его способностью поглощать инфракрасное излучение.
С 1850 ᴦ. содержание СО2 в атмосфере возросло с 0,027 до 0,033% в связи с техногенной деятельностью. Человечество сожгло в XX в. ископаемых видов топлива столько, сколько за весь период своего существования до XX в. Поглощая ИК-излучение, СО2 действует как парниковая пленка.
Пыль. Причины базовых выбросов пыли в атмосферу - ϶ᴛᴏ пыльные бури, эрозия почв, вулканы, морские брызги. Около 15-20% общего количества пыли и аэрозолей в атмосфере – дело рук человека: производство стройматериалов, дробление пород в горнодобывающей промышленности, производство цемента͵ строительство. Пыль, осевшая в индустриальных городах, содержит 20% оксидов железа (Fe2O3), 15% оксида кремния (SiO2) и 5% сажи (С). Промышленная пыль часто включает также оксиды различных металлов и неметаллов, многие из которых токсичны (оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура).
Пыль и аэрозоли не только затрудняют дыхание, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли.
Основные санитарные требования к качеству атмосферного воздуха. Основным критерием контроля качества атмосферного воздуха являются предельно-допустимые концентрации токсичных веществ.
Критерием оценки влияния выбросов предприятий на окружающую среду является уровень практических концентраций примесей в атмосфере, полученных в результате рассеивания выбросов, по сравнению с предельно допустимыми.
Нормы ПДК служат исходной базой для проектирования и экспертизы новых машин и механизмов, технологических линий, промышленных сооружений и предприятий, а также для расчета вентиляционных, газопылеулавливающих и кондиционирующих систем, контролирующих приборов и систем сигнализации.
Основные организации, контролирующие выбросы предприятий в атмосферный воздух, – санитарно-эпидемиологические станции (СЭС); территориальные управления Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок.
Для предотвращения загрязнения атмосферы введены нормативы на выбросы вредных веществ непосредственно из каждого источника (труба, шахта и т.д.). Государственным стандартом (1990 ᴦ.) установлены величины предельно-допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в атмосферу.
Физико-химические методы очистки атмосферы от газообразных загрязнителей. Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами – создание новой безотходной технологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.
Многие действующие предприятия используют технологические процессы с открытыми циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в атмосферу подвергаются очистке с помощью скрубберов, фильтров и т.д. Это дорогая технология, и только в редких случаях стоимость извлекаемых из отходящих газов веществ может покрыть расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.
Наиболее распространены при очистке газов адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.