Тема 8. ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Основные направления защиты окружающей среды внедрение ресурсосберегающих и малоотходных технологий; внедрение ресурсосберегающих и малоотходных технологий; биотехнология; биотехнология; утилизация отходов; утилизация отходов; экологизация производства. экологизация производства.

Основные направления защиты окружающей среды Малоотходные технологии - это способ производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов – таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования

Основные направления защиты окружающей среды Биотехнологии - биотехнологические процессы, основанные на создании необходимых для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Очистка сточных вод, Очистка сточных вод, Утилизация ТБО, Утилизация ТБО, Восстановление загрязненных почв и др. Восстановление загрязненных почв и др.

Основные направления защиты окружающей среды Утилизация отходов – инженерные решения, направленные на повторное использование или возвращение в оборот отходов производства и потребления. Экологизация производства – организация производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ

Основные экологические нормативы санитарно-гигиенические нормативы: ПДК, ПДУ; санитарно-гигиенические нормативы: ПДК, ПДУ; производственно-хозяйственные: ПДВ, ПДС; производственно-хозяйственные: ПДВ, ПДС; комплексные показатели качества окружающей природной среды: ПДН. комплексные показатели качества окружающей природной среды: ПДН. Качество окружающей природной среды – степень соответствия ее характеристик потребностям человека и технологическим требованиям, оценивается с помощью экологических нормативов

Основные экологические нормативы ПДК – Предельно допустимая концентрация ПДКм.р. – Максимально разовая ПДК ПДКс.с. – Среднесуточная ПДК ПДКр.з. – ПДК рабочей зоны ПДУ – Предельно допустимый уровень ПДВ, ПДС – Предельно допустимый выброс, сброс ПДН – Предельно допустимая нагрузка на природную среду

Основные экологические нормативы Предельно допустимая концентрация (ПДК) – количество загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

Основные экологические нормативы ПДКм.р. – максимально разовая ПДК не должна вызывать рефлекторных реакций человека (насморк, ощущение запаха и т.д.) в течение 30 мин. ПДКс.с. – среднесуточная ПДК не должна допускать токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании. ПДКр.з. – норматив ПДК рабочей зоны установлен для производственных помещений

Безопасная концентрация в окружающей среде С ПДК – Сф С – фактическая концентрация вредного вещества, мг/ м 3 ; Сф – фоновая концентрация вредного вещества. С1/ПДК1 + С2/ПДК2 +… Сn/ПДКn 1

Основные экологические нормативы Предельно допустимый уровень (ПДУ) физического воздействия (радиационного воздействия, шума, вибрации, магнитных полей и др.) – это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда.

Основные экологические нормативы Предельно допустимый выброс (ПДВ) или сброс (ПДС) – это максимальное количество загрязняющих веществ, которое может быть выброшено данным конкретным предприятием в атмосферу или сброшено в водоем, не вызывая при этом превышения в них ПДК загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Основные экологические нормативы Предельно допустимая нагрузка на природную среду (ПДН) – это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

Показатели устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям запасы живого и мертвого органического вещества; запасы живого и мертвого органического вещества; эффективность образования органического вещества; эффективность образования органического вещества; видовое и структурное разнообразие. видовое и структурное разнообразие. Экологическая емкость территории – потенциальная способность природной среды перенести какую-либо антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем.

Инженерная защита окружающей среды Защита атмосферы Защита атмосферы Защита гидросферы Защита гидросферы Защита литосферы Защита литосферы

Тема 8.1. Защита атмосферы

Защита атмосферы Атмосфера – это газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Общая масса атмосферы составляет 5,15·1015 т.

Состав атмосферы ЭлементОбъемная доля, % ЭлементОбъемная доля, % Азот (N 2 ) Кислород (O 2 ) Аргон (Ar) Углекислый газ (CO 2 ) Неон (Ne) Гелий (He) Метан (CH 4 ) Криптон (Kr) Водород (H 2 ) 78,084 20,964 0,934 0,034 0,0018 0, , , ,00005 Водяной пар (Н 2 О) Озон (O 3 ) 0,2 в полярных широтах 2,6 у экватора 0,001-0,0001 в стратосфере в тропосфере

Строение атмосферы

Экологические функции атмосферы Терморегулирующая Терморегулирующая Предохраняет Землю от резких колебаний температуры, способствует перераспределению тепла у поверхности, участвует в формировании климата Жизнеобеспечивающая Жизнеобеспечивающая Участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере благодаря наличию жизненно важных элементов (О, С, N) Защитная Защитная Защищает живые организмы от губительных УФ, рентгеновских и космических лучей

Загрязнение атмосферы Загрязнение атмосферного воздуха – любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Задымленность аэропорта Шереметьево (Москва, Россия) от дыма лесных пожаров в августе 2010 года.

Источники загрязнения Пыльные бури ВулканыПожарыВыветривание Разложение организмов АнтропогенныеисточникиЕстественныеисточники Промышленные предприятия ТранспортТеплоэнергетика Отопление жилищ Сельское хозяйство

Классификация выбросов вредных веществ в атмосферу Газообразные По агрегатному состоянию ЖидкиеТвердые Диоксид серы SO 2 Диоксид углерода СO 2 Оксиды азота NO X Углеводороды C X H X Сажа Пыль неорганическая и органическая Смолистые вещества Свинец и его соединения КислотыЩелочи Растворы солей

Основные загрязнители 98 % от общего объема выбросов вредных веществ SO 2 CO 2 NO x твердые частицы – аэрозоли более 70 вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и др. тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др. 2 % от общего объема выбросов вредных веществ

Экологические последствия загрязнения атмосферы ухудшение здоровья ухудшение здоровья выпадение кислотных дождей выпадение кислотных дождей возможное потепление климата (парниковый эффект) возможное потепление климата (парниковый эффект) нарушение озонового слоя нарушение озонового слоя

Ухудшение здоровья Заболевания дыхательных путей диоксид серы Общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход угарный газ Проникают в лимфатическую систему, задерживаются в легких, засоряют слизистые оболочки твердые частицы От кашля до летального исхода Выхлопные газы Расстройства дыхания, кровообращения, раздражение слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Смог

Кислотные дожди Чистая дождевая вода рН = 5,6 CO 2 + H 2 0 H 2 CO 3 Кислотные осадки рН = 3–5 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 4HNO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Максимально зарегистрированная кислотность в Западной Европе рН = 2,3

Источники кослотных дождей вулканическая деятельность, деятельность микроорганизмов SO 2 Антропогенные источники (60 %) Естественные источники (40 %) ТЭС, автотранспорт, промышленность почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы NO x Антропогенные источники (63 %) Естественные источники (37 %)

Основные реакции в атмосфере 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 2NO + O 2 2NO 2 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 4HNO 3

СМОГ Смог – локальное загрязнение, при котором газообразные загрязнители не рассеиваются, а под действием солнечного излучения образуют NО 2 - газ коричневого цвета, О 2 и О 3. Эти продукты соединяются с аэрозолями и пылью, вступают в реакции с другими загрязнителями, и процесс идет непрерывно, захватывая новые загрязнители.

Парниковый эффект Парниковый эффект – увеличение содержание парниковых газов в атмосфере и как следствие нагрев нижних слоев атмосферы и поверхности Земли Парниковые газы - пары воды, CO 2, CH 4, хлорфторуглероды и др.

Механизм парникового эффекта Парниковые газы атмосферы пропускают внутрь большую часть солнечного коротковолнового излучению, но препятствуют длинноволновому излучению с поверхности Земли.

Причины потепления климата Антропогенные (пары воды, CO 2, CH 4, хлорфторуглероды и др.) Антропогенные (пары воды, CO 2, CH 4, хлорфторуглероды и др.) Естественные (непостоянство солнечной активности, изменение магнитного и атмосферного электрического поля Земли) Естественные (непостоянство солнечной активности, изменение магнитного и атмосферного электрического поля Земли)

Последствия потепления климата таяние льдов, таяние льдов, подъем уровня воды в океанах, подъем уровня воды в океанах, затопление обширных территорий суши, затопление обширных территорий суши, исчезновение части животного и растительного мира исчезновение части животного и растительного мира Рамочная конвенция ООН об изменении климата (Рио-де Жанейро, 1992 г.) Киотский протокол (Киото, Япония,1987 г. )

Нарушение озонового слоя Функция озонового слоя - защита от жесткого УФ-излучения (растения теряют способность к фотосинтезу, у людей наблюдается увеличение заболевания раком кожи). Озоновая дыра - пространство в озоновом слое атмосферы с заметно пониженным (до 50 %) содержанием озона. Первая «озоновая дыра» была обнаружена над Антарктидой в начале 80-х гг. ХХ века. Монреальский протокол, 1987 г.

Причины образования озоновых дыр 1. Антропогенные: хлорфторуглероды (фреоны) CFCl 3 + hν CFCl 2 + Cl, CFCl 3 + hν CFCl 2 + Cl, Cl + O 3 ClO + O 2, Cl + O 3 ClO + O 2, ClO + O Cl + O 2. ClO + O Cl + O Естественные причины: природные источники галогенов – вылканы, океаны

Средства защиты атмосферы 1. Экологизация технологических процессов: создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ; уменьшение загрязнения от тепловых установок;уменьшение загрязнения от тепловых установок; уменьшение загрязнения от автотранспортауменьшение загрязнения от автотранспорта

Средства защиты атмосферы 2. Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей 3. Рассеивание газовых выбросов в атмосфере 4. Использование зеленых насаждений 5. Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения

Средства защиты атмосферы Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др. Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) Циклоны, скрубберы, фильтры, электрофильтры устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO 2, SO 2, SO 3 и др.) устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO 2, SO 2, SO 3 и др.) Очистка от примесей путем каталитического превращения, абсорбционный метод, адсорбционный метод

Сухие пылеуловители (циклоны) Предназначены для крупной пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежной силы. Виды: одиночные, групповые, батарейные 1 – корпус 2 – входной патрубок 3 – труба 4 – пылевой бункер

Мокрые пылеуловители (скрубберы) Предназначены для мелкодисперсной пыли до 2 мкм. Принцип работы – осаждение частиц пыли на поверхность капель под воздействием сил инерции и броуновского движения 1 – входной патрубок 2 – зеркало жидкости 3 – форсунки

Фильтры Предназначены для мелкодисперсной пыли до 0,05 мкм на поверхности пористых фильтрующих перегородок Виды: тканевые (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые

Электрофильтры Предназначены для взвешенных частиц пыли до 0,01 мкм, масляного тумана. Принцип работы основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле.

Очистка от примесей путем каталитического превращения Токсичные компоненты промышленных выбросов превращаются в безвредные или менее вредные вещества путем введения в систему катализаторов (Pt, Pd, Vd) Каталитическое дожигание СО до СО 2 Каталитическое дожигание СО до СО 2 Восстановление NO x до N 2 Восстановление NO x до N 2

Абсорбционный метод Абсобрционный метод – поглощение вредных газообразных веществ жидким сорбентом. Сорбенты: NH 3, HF,HCI Аппаратура аналогична брызгальным скрубберам в которых в качестве жидкости используется сорбент.

Адсорбционный метод Адсобрционный метод – извлечение вредных компонентов из промышленных выбросов с помощью адсорбентов (твердых тел с ультрамикроскопической структурой). Адсорбенты: активированный уголь, цеолиты, AI 2 O 3