Отраслевая экология

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. П.О. СУХОГО»

Кафедра «Сельскохозяйственные машины»

КУРС ЛЕКЦИЙ

ОТРАСЛЕВАЯ ЭКОЛОГИЯ

для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности 1-36 12 01 «Проектирование и производство

сельскохозяйственной техники»

А.В. Голопятин, В.В. Миренков

Гомель 2013

УДК ББК М

Авторы-составители: Голопятин А.В., Миренков В.В.

М Отраслевая экология: курс лекций для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 1-36 12 01 «Проектирование и производство сельскохозяйственной техники». - Гомель: Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», 2013. - ____ с.

Рецензент:

ISBN

© Учреждение образования «Гомельский государственный

технический университет имени П.О. Сухого», 2013

загрязнение атмосфера сельхозтехника почва

СОДЕРЖАНИЕ

Тема 1. Введение. Источники, виды и масштабы загрязнения окружающей среды

Тема 2. Пути организации охраны окружающей среды

Тема 3. Загрязнение атмосферы выбросами сельскохозяйственных машиностроительных предприятий и сельскохозяйственной техникой

Тема 4. Защита атмосферы, нормирование примесей атмосферы. Стандарты по выбросам в атмосферу. Сроки внедрения основных стандартов

Тема 5. Пути и методы достижения требований по выбросам в атмосферу. Сроки внедрения основных стандартов

Тема 6. Почва как природный ресурс, эрозия почв и загрязнения в результате сельскохозяйственной и промышленной деятельности

Тема 7. Способы уменьшения давления сельскохозяйственных машин на почву

Тема 8. Современные технологии и сельскохо-зяйственные машины для обработки почвы

ТЕМА 1. ВВЕДЕНИЕ. ИСТОЧНИКИ, ВИДЫ И МАСШТАБЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В эпоху научно-технического прогресса антропогенные воздействия на окружающую среду становятся все более интенсивными и масштабными. Серьезную опасность представляет усиливающееся загрязнение природных сред - атмосферы, гидросферы и биосферы. В связи с этим наибольшую важность представляют проблемы контроля качества и регулирования состояния окружающей среды. В истории человечества всегда было не мало вопросов и задач, от успешного решения которых зависело благополучие и дальнейшее развитие общества. Однако никогда ранее не возникало проблем, представляющих собой некую пороговую величину, за которой общественный прогресс был бы крайне затруднителен, если вообще не невозможен.

Сегодня стало очевидным, что человечество подошло отягощенное проблемами, накопленными за предыдущие столетия. В переплетении социально-экономических, политических противоречий наших дней особое внимание занимают противоречия глобального масштаба, затрагивающие самые основы существования цивилизации. Здесь весьма остры такие проблем, как загрязнение окружающей среды, воздушного бассейна и океанов, истощение природных ресурсов. Экологическая проблема (как совокупность вопросов охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов), будучи проблемой глобальной, затрагивает интересы всего пятимиллиардного населения нашей планеты, интересы всех без исключения современных государств и наконец, интересы каждого человека, живущего на земле.

Обеспечение экологических приоритетов становится все более важным элементом социального прогресса. Сложность, многоплановость и противоречивость экологической проблемы затрудняют разработку общечеловеческой стратегии экологического поведения, тормозит процесс выработки наиболее приемливого пути развития общества в эпоху научно-технической революции. Можно выделить три основные составляющие экологической проблемы: биологическую, техническую, социально-экономическую. Несмотря на серьезную значимость биологической и технической составляющих все более возрастает масштабность и противоречивость третьей - социально-экономической - поскольку сложность этого вопроса определяется объективной неоднозначностью самого процесса взаимодействия общества и природы. Здесь переплетаются законы развития природы и общества, «сталкиваются» биологические интересы природы и социальные требования общества.

Сегодня человечество должно ответить на вопрос - способно ли общество предотвратить глобальный экологический кризис или оно обречено на гибель от истощения природных ресурсов и сверхзагрязнения окружающей природной среды. Посмотрим на общую картину экономического развития современного мира. Мировое хозяйство ежегодно способно «выпустить» свыше 800 млн.т. горных металлов более 60 млн.т. неизвестных природе синтетических материалов, около 500 млн.т. минеральных удобрений, до 8 млн.т. ядохимикатов, свыше 300 млн.т. органических химических соединений 150 наименований и т.д. За счет работы производственных мощностей в атмосферу выбрасывается более 300 млн. т. оксида углерода, 50 млн. т. различных углеводородов, 120 млн. т. золы, 150 млн. т. диоксида серы, а в воды Мирового Океана попадает 6 - 10 млн. т. сырой нефти, твердый сток достигает 17 млн.т. Кроме того, для ирригации промышленного производства, бытового снабжения человечество использует уже более 13 % речного стока и сбрасывает в водоемы до 500 млрд. куб.м. промышленных и коммунальных стоков в год, а их нейтрализация (в зависимости от степени очистки) требует 5 - 12 кратного разбавления природной чистой водой. В конце 70-х годов был выдвинут тезис о том, что нет такой отрасли науки, которая могла бы совершенно игнорировать задачи охраны природы и рационального природопользования. Сегодня это положение получило полное подтверждение на практике.

Вопросами охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов активно занимаются такие науки как химия, физика, биология и другие науки.

Сегодня мы можем сказать, что полностью подтвердилось предположение, высказанное выдающимся ученым В. И. Вернадским, который считал, что в дальнейшем наши знания будут развиваться не по наукам, а по проблемам. Методологической основой социальной экологии служит диалектико-материалистический метод исследования всех процессов и явлений, происходящих в природе и обществе, и ее своеобразным стержнем стала экономика природопользования.

Природа загрязнения среды обитания человека насчитывает несколько столетий. Под загрязнением в экологии понимают неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом деятельности человека, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства среды и условия существования живых организмов. На первом месте среди источников загрязнения среды стоят ископаемые углеводороды (уголь, нефть, газ) поскольку при их сгорании образуется большое количество отходов.

Основными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках, являются диоксид углерода(СО₂) и водяной пар Н₂О. Однако в атмосферу выбрасываются и другие вредные вещества: продукты неполного сгорания топлива - оксид углерода, сажи, углеводорода, в том числе концерагеннный бензопирен С₂₀Н₁₂, неогоревшие частицы твердого топлива, зола и прочие механические примеси: оксида серы SO₂ и SO₃, азота и свинца РвО.

При сжигании твердого топлива образуется большое количество золы и диоксида серы. Так, например, подмосковные угли имеют в своем составе 2,5-6 % серы и до 30-50 % золы. Дымовые газы, образующиеся при сжигании мазута, содержат оксиды азота, соединения ванадия и натрия, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не уменьшает выбросы SO₂, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат серу в количестве до 3-4,5 % и более. При сжигании природного газа (неочищенного) в дымовых газах образуются диоксид серы и оксиды азота. Следует отметить, что наибольшее количество оксидов азота образуется при сжигании жидкого топлива. Современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс.т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т. SO₂ и SO₃ при содержании серы в топливе 1,7 %; 200 т оксидов азота, 120-240 т твердых частиц (зола, пыль, сажа) при эффективности системы пылеулавливания 94-98 %.

Исследования показывают, что вблизи мощной теплоэлектростанции, выбрасывающей в сутки 280 - 360 т SO₂ максимальная концентрация ее с подветренной стороны составляет 0,3 - 4,9 мг/куб.м на расстоянии 200 - 500 м; 0,7 - 5,5 мг/куб. м на расстоянии 500-1000 м; 0,22 - 2,8 мг/куб.м на расстоянии 1000 - 2000 м.

Автотранспорту как источнику загрязнения атмосферы присущ ряд отличительных особенностей; во-первых, численность автомашин в крупных городах быстро увеличивается, а вместе с тем растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу; во-вторых, автомобиль относиться в отличии от промышленных предприятий к движущимся источникам загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха; в-третьих, выбросы ДВС представляют собой недостаточно изученную смесь сложных компонентов . Токсическими выбросами ДВС являются отработавшие газы, газы и пары топлива из карбюраторов и топливного бака. Основная доля токсических примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает около 45% углеводородов от их общего выброса.

Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в них содержится несколько десятков компонентов. Диоксид серы образуется в отработавших газах в том случае, когда сера содержится в исходном топливе. Анализ данных показывает, что наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большого выброса CO, углеводородов, оксидов азота и др. веществ. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде нетоксичное вещество. Однако частица сажи, обладая высокой адсорбцинной способностью, несут на своей поверхности молекулы и частицы токсичных веществ, в том числе и канцерогенных. Сажа может длительное время находиться во взвешенном состоянии в воздухе, увеличивая тем самым время воздействия токсичных веществ на человека.

Широкое применение этилированного бензина вызвало загрязнение воздуха городов весьма токсичными соединениями свинца , обладающего способностью к накоплению в организме. Около 70% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30% оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40% остается в атмосфере. Выделение бензоперена с отработавшими газами зависит от режима работы ДВС. Наибольшее количество этого вещества у ДВС, работающих на бензине, выделяется на холостом ходу, при работе на переобогащенных смесях и при работе на режиме больших нагрузок. Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и особенно от источника наибольшего загрязнения - двигателя. Так, при нарушении регулировки карбюратора выбросы СО увеличиваются в 4 - 5 раз. У двигателя работающего на бензине, на неустановившихся режимах(разгон, торможение) нарушаются процессы смесеобразования и горения, что способствует повышенному выделению токсичных продуктов. Переобогащение горючей смеси до коэффициента избытка воздуха 2 = 0,6 - 0,95 на режиме разгона ведет к увеличению выброса несгоревшего топлива и продуктов его неполного сгорания. Сильно переобогащается смесь в режиме принудительного холостого хода. В дизельных двигателях с уменьшением нагрузки состав горючей смеси обедняется, поэтому содержание токсичных компонентов в отработавших газах при малой нагрузке уменьшается. Содержание СО и углеводородов возрастает при работе на режиме максимальной нагрузки.

Доля загрязнения атмосферы отработавшими газами ДВС в общем балансе примесей составляет 15-50% и более. В отдельных районах США, особенно в крупных городах, автомобильные ДВС играют решающую роль в загрязнении атмосферы. В Нью-Йорке двигатели транспортных средств выделяют 49,5 % углеводородов, 17,4 % оксидов азота, и 5,2% SO₂. В крупнейших городах США средняя концентрация СО в атмосфере составляет 30 - 90 мг/куб.м, при этом 60% этой концентрации приходятся на двигатели автомобилей.

Определенную долю примесей в атмосферу вносят выбросы транспортных средств с ракетными двигательными установками различных типов. Загрязнение воздушной среды происходит главным образом при работе двигательных установок перед стартом, при взлете и посадке, при наземных испытаниях двигательных установок в процессе их производства или после ремонта; при хранении и транспортировке топлива, а также заправке топливом летательных аппаратов. Работа жидкостного ракетного двигателя сопровождается загрязнениями окружающей среды продуктами полного и неполного сгорания топлива. В общем случае они состоят из СО, NO_x,OH и др. Состав продуктов сгорания при работе жидкостного ракетного двигателя определяется коэффициентом соотношения компонентов топлива, температурой сгорания. Выброс вредных веществ с продуктами сгорания минерального топлива в воздушный бассейн США оценивается в 150 млн. тонн в год. Содержание в атмосфере пыли, SO₂ и NO_x определяется главным образом уровнем их выброса из топок ТЭС и котельных, а содержание CO на 75 - 90% зависит от интенсивности двигателя автотранспорта.

ТЕМА 2. ПУТИ ОРГАНИЗАЦИИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Проблема защиты окружающей среды - одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоемы и недра на современном этапе развития достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнения существенно превышают допустимые санитарные нормы.

Главную опасность представляет собой загрязнение атмосферы. На величину концентраций вредных примесей в атмосфере влияют метеорологические условия, определяющие перенос и рассеивание примесей в воздухе, смена направления и скорости ветра и др. факторы.

Вредные выбросы промышленных предприятий и других источников загрязнения оказывают отрицательное воздействие не только на окружающую среду, но и в ряде случаев значительно влияют на процесс эксплуатации технических средств.

Так, например, обслуживаемые электростанции, расположенные вне помещений, и воздушные линии электропередачи в значительной мере подвержены воздействию выбросов продуктов сгорания органического топлива.

При рассмотрении комплекса вопросов, связанных с защитой окружающей среды, часто забывают о неблагоприятном влиянии шума, инфразвука и вибрации на жизнедеятельность человека. В городах промышленные и транспортные шумы, бытовые приборы и т.д. создают сильную атаку на организм человека.

«Шумовые загрязнения» окружающей среды являются серьезной проблемой. Уровни городских шумов возрастают в среднем за каждые 5-10 лет на 5-10 дБ. Большую опасность представляют ультразвук и инфразвук. Даже при относительно низких уровнях энергии инфразвука он может привести к довольно серьезным заболеваниям. Многие нервные болезни городских жителей вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены.

В отдельных случаях возможно «загрязнение» окружающей среды тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми и ионизирующими излучениями.

Экологические исследования, проведенные в последнее десятилетие во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду привело её на грань кризиса.

Среди различных составляющих экологического кризиса (истощение сырьевых ресурсов, нехватка чистой пресной воды, возможные климатические катастрофы) наиболее угрожающий характер приняла проблема загрязнения незаменимых природных ресурсов - воздуха, воды и почвы, отходами промышленности и транспорта.

В связи с этим в современном обществе резко возрастает роль и задачи инженерной (технической) экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты окружающей среды, всемерно развивать основы создания замкнутых и безотходных технологически циклов и производств.

Проблема охраны окружающей среды имеет глобальный характер и поэтому должна решаться не только применительно к конкретному предприятия или производственному циклу, но и в масштабах отдельных городов и промышленных центров, регионов, всей территории страны, других стран, отдельных континентов и всего земного шара.

Проблема охраны окружающей среды - комплексная проблема. Комплексный характер проблемы охраны окружающей среды определяется сложностью системы, состоящей из природы, общества и производства. Оптимальное развитие этой системы невозможно без комплексного учета социальных, экологических, технических, правовых и международных аспектов программы.

Продолжающиеся загрязнения природной среды газообразными, жидкими и твердыми отходами производства, вызывающие деградацию среды обитания и наносящие ущерб здоровью населения, в последнее время остается острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение.

Преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают предприятия металлургического комплекса, электроэнергетики, топливной и химической промышленности. Практически для всех отраслей характерна низкая обеспеченность очистки сточных вод, сбрасываемых в водоемы.

Всё более определяющую роль в состоянии воздушного бассейна крупных городов играет дорожно-транспортный комплекс, в котором выброс от передвижных и стационарных источников составляет более 60% от общего объема всех выбросов (данные по РФ).

Оборудование и технологии, применяемые для улавливания и обезвреживания выбросов вредных веществ в атмосферу, совершенствуется крайне медленно, в связи, с чем продолжает оставаться низкий уровень утилизации уловленных вредных веществ (лишь половина из них используется в производстве повторно), а основная доля улова приходиться на менее опасные для здоровья населения твердые вещества, в то время как газообразные и жидкие улавливаются лишь на 25%. По данным Росгидромета, уровень улова вредных веществ на предприятиях промышленности строительных материалов составляет - 91,6%, химической и нефтехимической - 91,1%, электроэнергетики - 84%, цветной металлургии - 82,9%, наименьший показатель в нефтедобывающей - 3,1% и газовой - 1,2%, промышленности.

Серьезной проблемой остается очистка сточных вод, сбрасываемых в водные объекты. Процент нормативно-очищенных сточных вод к объему вод требующих очистки, например в России, составляет лишь 9,5%, в т.ч. в промышленности 14,9%, в жилищно-коммунальном хозяйстве 7,8%, и в сельском хозяйстве 0,6%.

Промышленность и сельское хозяйство продолжают оставаться источниками развития процессов, оказывающих отрицательное влияние на состояние подземных вод.

Многие виды современных производств характеризуются образованием токсичных жидких отходов, для которых отсутствуют удовлетворительные технологии очистки или обезвреживания и, следовательно, требуется весьма длительная изоляция отходов от биосферы. Обеспечить некую изоляцию на поверхности земли практически невозможно, особенно для больших объемов отходов, измеряемых миллионами кубометров и размещаемых в различного рода прудах-накопителях, испарителях и других подобных сооружениях. Такие сооружения неизбежно становятся источниками постоянного или эпизодического поступления отходов в подземные и поверхностные воды прилегающих участков.

Значительно более безопасным в экологическом отношении способом обращения с жидкими отходами является их подземное захоронение в глубокие водоносные горизонты или торфменных артезианских бассейнов. Такие горизонты содержат, как правило, высокоминерализованные и не представляющие практической ценности подземные воды и имеют надежную природную изоляцию от поверхности земли, поверхностных вод и пресных подземных вод верхней части земной коры, используемых для хозяйственно - питьевого водоснабжения. Этот способ обращения с жидкими отходами надолго обеспечивает длительную (прогнозируемую на многие тысячи лет) изоляцию отходов, что и определяет его экологическую безопасность. Специфика многих отраслей промышленности требует индивидуальные подходы к решению природоохранных задач.

Основные меры защиты атмосферы от загрязнений промышленными пылями и туманами предусматривают широкое использование пыле - и туманно улавливающих аппаратов и систем. Исходя из современной квалификации пылеулавливающих систем, основанной на принципиальных особенностях процесса очистки, пылеочистное оборудование можно разделить на четыре группы: 1) сухие пылеулавливатели; 2)мокрые пылеулавливатели; 3) электрофильтры; 4) фильтры. Пылеулавливатели различных типов, применяются при повышенных концентрациях примесей в воздухе. Фильтры используются для тонкой очистки воздуха с концентрациями примесей менее 100 мг/м³. Если требуется тонкая очистка воздуха при высоких начальных концентрациях примесей, то очистку ведут в системе последовательно соединенных пылеулавливателей и фильтров.

Процесс очистки газов от твердых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется рядом параметров в т.ч. общей эффективностью очистки:

,

где и - массовые концентрации примесей в газе до и после пылеулавливателя (фильтра). Если очистка ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки характеризуется формулой:

,

где - эффективность очистки 1-го, 2-го и n-го аппаратов. Для оценки эффективности процесса очистки также используется коэффициент проскока К частиц через пылеулавливатель:

.

Как следует из формул коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением:

.

При сравнительной оценке задерживающей способности пылеулавливателей и фильтров различных типов, кроме общей и фракционной эффективности очистки используют понятие атомоплотности очистки. Она определяется размером частиц, для которых эффективность осаждения частиц в пылеулавливателе составляет 0,50 г/м³.

В процессе пылеулавливания весьма важное значение имеет физико-химические характеристики пылей и туманов, такие, как дисперсионный (фракционный) состав, плотность, адгезионные свойства, смачиваемость, электрическая зараженность частиц, удельное сопротивление слоев частиц.

В очистные сооружения промышленных предприятий поступают сточные воды трех видов: производственные, бытовые и атмосферные. Для обеспечения промышленных предприятий Советского Союза ежегодно забиралось из естественных источников водоснабжения 100 млрд.м³ воды, при этом 90% этого объема возвращалось обратно в водоемы с различной степенью загрязнения. Около 10% общего водопотребления промышленности приходиться на машиностроительные предприятия. Вода на машиностроительных предприятиях используется для вспомогательных целей: охлаждения (подогрева) исходных материалов и продукции предприятия, охлаждение деталей и узлов технологического оборудования, растворение реагентов для приготовления различных технологических растворов, что сопровождается, как правило, загрязнением воды растворимыми примесями, промывки, обогащения и очистки исходных материалов или продукции, что приводит к загрязнению воды растворимыми и нерастворимыми примесями, хозяйственно-бытового обслуживания работников предприятия.

Концентрация загрязняющих веществ и качественный состав загрязнений, как правило, изменяется в широком диапазоне в зависимости от видов и особенностей технологических процессов: литейных, механической обработки, гальванопокрытий.

Бытовые сточные воды машиностроительных предприятий по составу и концентрации загрязняющих веществ подобны городским сточным водам, очищаемым на городских станциях канализации.

Атмосферные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на территории предприятий, крышах и стенах зданий. Количество атмосферных сточных вод, состав и концентрация загрязнений в них изменяется в течение года и зависит от типа предприятия. Снижение концентрации загрязнения в атмосферных сточных водах достигается поддержанием в чистоте рабочей территории. Количество атмосферных сточных вод, как правило, выше, чем производственных сточных вод, а концентрация загрязнений в них значительно ниже.

Расчет допустимого состава сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, производиться с учетом «Правил охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами» утвержденными рядом министерств.

Указанные правила предназначены для предупреждения избыточного загрязнения сточными водами водных объектов.

Очистка сточных вод от механических примесей в зависимости от их свойств, концентрации и фракционного состава на машиностроительных предприятиях осуществляется методами процеживания, отстаивания, отделения механических частиц в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание - первичная стадия обработки стоков, предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых примесей размером до 25 мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования.

Процеживание сточных вод осуществляется пропусканием их через решетки и волокноуловители. Решетки изготавливаются из металлических стержней с зазором между ними, равным 5…25мм, и устанавливаются в коллекторах сточных вод вертикально или под углом к горизонту. Размеры поперечного сечения решетки выбирают из условия минимальных потерь давления потока на решетку. Скорость сточных вод в зазоре между стержнями решеток не должна превышать значение 0,8…1 м/с при максимальном расходе сточных вод. Расчет решеток сводиться к определению числа прозоров решетки, её ширина и потерь напора сточной воды на решетке. Число прозоров определяется по формуле:

,

где - объемный расход сточной воды,

b- ширина прозора,

h- глубина коллектора,

w- скорость движения сточной воды в прозорах.

При эксплуатации решетки должны очищаться непрерывно. Очистка решеток осуществляется, как правило, механическим путем, и лишь при количествах задерживаемых примесей мене 0,0042 м³/гр допускается использовать решетки с ручной очисткой.

Отстаивание предназначено для выделения из сточных вод нерастворимых и частично коллоидных механических загрязнений минерального и органического происхождения. Этот процесс основан на закономерностях осаждения твердых частиц в жидкостях.

Очистка производственных сточных вод отстаивание осуществляется в песколовках, отстойниках, гидро-, нефте-, смоло- и маслоуловителях.

Песколовки применяются для задержания тяжелых нерастворимых примесей; песка (стока литейных цехов), окалины (стока прокатных цехов) и т.д. со средним размером частиц более 250 мм.

Фильтрование сточных вод предназначено для очистки их от тонкодиспесных механических загрязнений с небольшой концентрацией. Процесс фильтрование применяется также после физико-химических и биологических методов очистки, так как некоторые из них сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений.

Для очистки сточных вод машиностроительных предприятий от металлов и их солей применяются расчетные, ионообменные, электролитические методы. Широко распространены реагентные методы очистки, при которых происходят следующие основные химические процессы: окисление или восстановление растворенных в воде примесей с образованием нетоксичных продуктов; переход растворимых примесей в нерастворимые с последующим разделением твердой и жидкой фаз и нейтрализация содержащихся в сточных водах свободных кислот и щелочей.

К основным методам расчетной очистки сточных вод относят обработку их хлорной известью,NaCl, KCl,солями железа, а также хлорированием и озонированием. Выбор того или иного реагента для обработки сточных вод зависит от состава и концентрации примесей в сточной воде, расхода сточной воды, значение PH и т.п.

Нейтрализация сточных вод

На машиностроительных предприятиях нейтрализация сточных вод ведется для удаления из них Н₂SO₄, HCl, HNO₃, H₃PO₄ и других кислот, щелочей NaOH и KOH, а также солей металлов образованных на основе кислот и щелочей. В качестве реагента для нейтрализации используют любые щелочи и их соли (NaOH, KOH, известь, известняк, доломит, мел, мрамор, сода и др.). Наиболее дешевый и доступный реагент Ca(OH)₂. Соответственно для нейтрализации сточных вод, содержащих щелочи и их соли, применяют кислоты, обычно техническую серную кислоту.

На машиностроительных предприятиях очистка сточных вод проходит в две стадии: 1) сточные воды очищаются в локальных очистных сооружениях от примесей, наиболее характерных для данного технологического процесса; 2) осуществляется доочистка общего стока предприятия.

Расчет выпусков сточных вод в водоемы.

Разбавление сточных вод это процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водоемах, вызываемый перемешиванием сточных вод с водной средой в которую они выпускаются. Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления:

,

где - концентрация загрязняющих веществ в выпускаемых сточных водах;

и - концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после выпуска соответственно.

Безотходные и малоотходные производственные процессы.

В настоящее время достигнуты успехи в области создания и внедрения безотходной технологии в ряде отраслей промышленности, однако полный перевод народного хозяйства на безотходную технологию потребует решения большого количества весьма сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научно-технических достижений.

Поэтому для всестороннего внедрения безотходной технологии важным направлением экологизации промышленности производства следует считать: 1) совершенствование технологических процессов и разработку нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду; 2) замена токсичных отходов на нетоксичные; 3) замена не утилизируемых отходов на утилизируемые; 4) применение массивных методов защиты окружающей среды. Пассивные методы защиты окружающей среды включают комплекс мероприятий по ограничению выбросов промышленного производства с последующей утилизацией или захоронением отходов.

ТЕМА 3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКОЙ

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на территории нашей республики являются промышленные предприятия, автотранспорт и объект энергетики. В1998 г. этими источниками выброшено в атмосферу 1788,2 тыс.т компонентов, причём большая их часть поступает от автотранспорта 1373,8 тыс.т , или 76,8% , на долю остальных загрязнителей пришлось менее ј суммы выбросов загрязняющих веществ. В составе выбросов преобладали: оксид углерода - 1033 тыс.т или 9.1% следует отметить, что преобладающее количество оксидов углерода (91,9%) и оксидов азота (70,8%) в атмосфере от автотранспорта. Кроме того , от автотранспорта в атмосферу поступают свинец и бензоперен , являющийся чрезвычайно токсичным для живых организмов.

Основное количество выбросов в атмосферу в республике от стационарных источников в 1998 г. приходилось на долю шести министерств (ведомств): концерна «Белнефтехим» (93,5 тыс.т) , концерна «Белэнэрго» (93,6 тыс.т) , министерства архитектуры и строительства (45,2 тыс.т) , министерства промышленности (30,6 тыс.т) и министерства сельского хозяйства и продовольствия (29,2 тыс.т).

Среди городов республики Беларусь наибольший объём выбросов в 1998 г. зарегистрирован в Минске -154,15 тыс.т. Вклад автотранспорта в суммарном выбросе по Минску составил 73,7%. Кроме собственных источников загрязнения окружающей среды территория республики загрязняется вредными примесями , выбрасываемыми в атмосферный воздух в соседних странах. В 1994 г. за счёт Трансграничного процесса (переноса) на территорию республики выпало 301тыс.т серы , в том числе от собственных источников 43 тыс.т (14%), от Польши - 92 тыс.т (30%), Украины - 23 тыс.т (7%), стран западной Европпы - 103 тыс.т (34%). Из 114,3 тыс.т окисленного азота от собственных источников - 7,2 тыс.т (6%), Польши - 24,9 тыс.т (22%), Украины - 5,2 тыс.т (5%), стран Западной Европпы - 62,4 тыс.т (55%). Из 182 тыс.т выпавшего восстановленного азота от собственных источников поступило 63,4 тыс.т (35%), от Польши 30,7 тыс.т (17%), Украины 35,2 тыс.т (19%), стран Западной Европпы - 18,7 тыс.т. (10%). Эти суммарные поступления соответствуют следующим уровням интенсивности выпадений (кг/км² в год ): серы - 1460 кг, окисленного азота - 548 кг , восстановленного азота - 876 кг.

Вышеприведённые данные свидетельствуют о важной роли осадков в процессе переноса загрязняющих веществ на большие расстояния и загрязнении окружающей среды. Качественный состав осадков в Беларуси в 1994 г. над промышленными районами характеризовался небольшой минерализацией с преобладанием нитратов (37 %) от общей суммы ионов, сульфатов (23%), ионов аммония и хлоридов (11-12%), гидрокарбонаты составили всего лишь 3%. Сульфаты, соединения азота, и гидрокарбонаты, содержащиеся в осадках, являются в основном продуктами окисления оксидов серы и азота, растворения аммонийных солей и карбонатов, которые присутствуют в атмосферной пыли.

Максимальное количество веществ, выпавших с осадками, характерно для промышленных городов. В нашей республике это города Полоцк (43 % от общего количества веществ) и Витебск (69%). Города с повышенной загазованностью и запылённостью воздуха характеризуется выпадением осадков с повышенной минерализацией, содержание сульфитов и гидрокарбонатов в них составляет 50-60%, а доля азота в этих осадках 9-12%. Считается, что кислотные осадки на 2/3 обусловлены диоксидом серы и на 1/3 оксидами азота.

При нормальных условиях чистая дождевая вода содержит растворённый атмосферный диоксид углерода, образующий слабую угольную кислоту (РН=5,6). Осадки имеющие показатель РН ниже 5,6 относятся к кислым и называются кислотными дождями. В тех районах, где в почвах и воде содержится много щелочных веществ (известняки), кислотные дожди вследствие реакции нейтрализации не наносят столь значительного ущерба, как в тех регионах, где щелочных пород мало или они отсутствуют. Кислотные дожди губительны для поверхностных водоёмов, лесных и сельскохозяйственных угодий, разрушают почву, высвобождают из связанного состояния токсичные для живых организмов элементы, усиливают коррозию металлов, разрушают здания и сооружения. Уровень загрязнения атмосферы определяется концентрацией примесей в приземном слое воздуха (1,5/2м от поверхности земли) и зависит от технологических и метеорологических факторов. К технологическим факторам относятся расход газовоздушной среды, её температура, концентрация примесей в выбросах, высота источников, сеченье устья трубы и др. К метеорологическим факторам, определяющим величину приземной концентрации примесей, можно отнести расположение источников выброса, направление господствующих ветров, их скорость, температуру и влажность атмосферного воздуха, наличие инверсии, туманов, осадков и др. Расположение источников загрязнения определяется географическим местоположением в зависимости от широты и долготы местности, а также локальным в зависимости от рельефа местности (долина, холм и др.) и высоты над уровнем моря.

Загрязнение атмосферы выбросами машиностроительных предприятий

Современное машиностроение развивается на базе крупных производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-прессовальные цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи покрытий, а в ряде случаев и крупное литейное производство. В состав предприятий также входят испытательные станции, ТЭЦ и вспомогательные подразделения. В процессе производства машин и оборудования широко используются сварочные работы, механическая обработка металлов, переработки неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.д.

Литейные цехи состоят из электродуговых и индукционных печей, вегранок и др. Они являются наиболее крупными источниками пылегазовыделения на машиностроительных предприятиях. При производстве машин чугунных отливок выделяется 150…300кг СО, около 1,5кг SO₂, 25…60кг пыли, оксиды азота, фенол, аммиак и другие вредные вещества. При выплавке стали в индукционных печах выделяется незначительное количество газов и более крупная пыль в количестве в 5-6 раз меньшем, чем при работе электродуговых печей. Наибольшее количество пыли и газов выделяется при плавке металла в вагранках. Много вредных веществ (пыль СО, SO₂,NO и др.) поступают в атмосферу от переработки михтовых и формовочных материалов. Запылённость воздуха достигает 5…15г/м³.

Термические цехи. Вентиляционный воздух, выбрасываемый из термических цехов , загрязнён парами масла, аммиаком, цианистым водородом и другими источниками загрязнения окружающей среды в термических цехах являются нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе. Продукты сгорания топлива из печей обычно выбрасываются в атмосферу через трубы без специальной очистки. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных и дробелетийных химер, где металл очищается после термической обработки, достигает 2/7 г/м³.

Прокатные и кузнечно-прессовые цехи. В процессе обработки металла в этих цехах выделяется много пыли, туманов, кислот и масел. В среднем общий выброс пыли из цеха составляет 200 г. на 1 т. товарной продукции.

Сварочные цехи. При проведении сварочных работ в атмосферу попадают токсичные газы и пыль. Ручная электродуговая сварка электродами с покрытиями и сварка в защитных газах плавящимся электродом сопровождается выделением мелкодисперсной пыли. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений зависит в основном от состава сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и в меньшей степени от состава свариваемого материала. Относительно небольшим пылевыделением характеризуется процесс сварки под флюсом, поскольку флюс препятствует непосредственному контакту расплавленного металла с кислородом. но он тормозит процессы окисления и испарения. Однако процессу сварки под флюсом свойственно значительное выделение пыли при засыпке флюса в бункер, и при сборе остатков флюса после сварки. Газовая и плазменная сварка металлов сопровождается выделением пыли и вредных газов.

Гальванические цехи. Изделия перед нанесением защитных покрытий подвергают травлению растворами серной, соляной, азотной и плавиновой кислот. Концентрация туманов кислот в вентиляционном воздухе ванн травления составляет 30/500 мг/м³. Операции воронения, фосфатирования и т.п. сопровождаются выделением в воздух помещения различных вредных веществ. Особой токсичностью отличаются растворы цианистых солей, хромовой и азотной кислот и др. Концентрация вредных веществ (HCL, H₂SO₄, HCN, CL₂O₃, NO₂, NaOH и др.) в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются иногда в довольно значительных пределах, что требует специальной очистки воздуха перед выбросом в атмосферу.

Цеха производства неметаллических материалов. В современном машиностроении широкое применение находят стеклопластики, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолформальдегидные, эпоксидные). При производстве эбонитовых изделий в вентиляционную систему попадают SO₂, CO, H₂C, пары бензина, толуола, глицерина, пыль. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических волокон и п.т.

Цехи механической обработки. Механическая обработка металлов на станках сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. В процессе шлифования и полирования выделяется большое количество тонкодисперсной пыли. Вредные выбросы цехов механической обработки древесины состоят в основном из опилок, стружки и древесной пыли.

Лакокрасочные цехи. Вредные вещества выделяются как в период нанесения покрытий на изделия, так и при высыхании. Потери на туманообразование при работе пневматических распылителей составляет 15/40%. Из производственных помещений пары растворителей, а в некоторых случаях и лакокрасочные туманы выбрасываются через высокие трубы без предварительной очистки. Анализ состава загрязнений, выбрасываемых в атмосферу машиностроительным предприятием, показывает, что кроме основных примесей атмосферы (CO, SO₄, NO_x, C_nH_m, пыль) в выбросах содержатся токсичные соединения, которые почти всегда оказывают более значительное отрицательное воздействие на окружающую среду, чем выбросу установок, сжигающих минеральное топливо. Концентрация вредных веществ в вентиляционных выбросах, как правило, невелики, но объёмы вентиляционного воздуха больше, поэтому валовые количества вредных веществ, поступающих в атмосферу, значительные выбросы производятся неполные сутки и с переменной интенсивностью, но ввиду небольшой высоты их выбросов, рассредоточенности и, как правило, плохой очистки сильно загрязняют воздух на территории предприятий. Это обстоятельство имеет важное значение, поскольку ширина санитарно-защитных зон для машиностроительных предприятий обычно не превышает 100 м. даже при наличии в составе завода литейных цехов, а для машиностроительного завода, в состав которого входят только цехи термо и металлообработки, ширина зоны 50 м. При такой малой ширине санитарно защитных зон возникают большие трудности в обеспечении чистоты воздуха в защитных зонах.

ТЕМА 4. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ, НОРМИРОВАНИЕ ПРИМЕСЕЙ АТМОСФЕРЫ. СТАНДАРТЫ ПО ВЫБРОСАМ В АТМОСФЕРУ. СРОКИ ВНЕДРЕНИЯ ОСНОВНЫХ СТАНДАРТОВ

Примеси, поступающие в атмосферу, оказывают различное токсическое воздействие на организм человека. Оксид углерода СО воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывают удушье (соединяется с гемоглобином крови, который становится неспособным переносить кислород к тканям). Поскольку оксид углерода - бесцветный газ и не имеет запаха, это делает его особенно опасным. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление болей в голове) возникает при концентрации СО около 200ч220 мг/при длительном воздействии в течение 2ч3 часов. При настолько больших концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. При наличии в воздухе оксидов азота токсичность СО возрастает, поэтому допустимые концентрации СО в воздухе должны быть снижены приблизительно в 1,5 раза.

Оксиды азота NO_x (NO, N₂O₃,NO₂,N₂O₅). Основной выбрасываемый оксид NO₂ не имеет цвета и запаха, очень ядовит, разрушающе действует на органы дыхания человека. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимодействуя с углеродами выхлопных газов автомашин, образуют фотохимический туман - «смог». Отравление оксидами азота начинается лёгким кашлем. При повышении концентрации NO_x возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте оксидов азота с влажной поверхностью лёгких образуются кислоты HNO₃ и HNO₂, что приводит к отеку лёгких. При многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м³. При концентрации оксидов азота 10ч20 мг/ м³ ощущается запах. При 3 мг/ м³не наблюдается никаких явлений. Оксиды азота взаимодействуют со многими материалами, разрушая их.

Диоксид серы SO₂. Бесцветный газ с острым запахом, уже в малых концентрациях 20ч30 мг/м³ создаёт неприятный вкус во рту, разрушают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При концентрациях около 50мг/м³ образует последовательно H₂SO₃ и H₂SO₄. Порог запаха составляет 3-6 мг/м³. В природе наиболее чувствительны к SO₂ хвойные и лиственные леса, так как SO₂ накапливается в листьях и хвое. При содержании SO₂ в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м³ происходит усыхание сосны за 2ч3 года в результате нарушения фотосинтеза и дыхания хвои. Аналогичные изменение у лиственных деревьев возникают при концентрации SO₂ около 0,5-1,0 мг/м³. Углеводороды (пары бензина, пентан, гексан и др.) обладают наркотическим действием, в малых концентрациях снижают активность, вызывают головную боль, головокружение. Так, при вдыхании в течении 8 часов паров бензина в концентрации около 600 мг/м³ возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле. Особую опасность представляют собой канцерогенные вещества - непосредственный контакт с ними живой ткани может привести к возникновению злокачественной опухоли. Наиболее опасно попадание этих веществ в органы дыхания. Из организма канцерогенные вещества не выводится, к канцерогенным веществам относится бензопирен C₂₀H₁₂, который образуется в результате гидролиза угля и углеводородных топлив (при температуре более 600),обнаруживается в саже, дымовых газах и отработавших газах и отработавших газах автомобилей.

Альдегиды (главным образом формальдегид). При воздействии на человека возникает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Запах формальдегида отмечается при концентрации 0,2 мг/м³. Длительное пребывание в атмосфере с концентрацией формальдегида от 1,0 до 9,5 мг/м³ приводит к разрушению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а при содержании формальдегида до 20 - 70 мг/м³ отмечается головная боль, слабость, потеря аппетита, бессонница, сильное раздражение слизистых оболочек глаз.

Атмосферная пыль различного происхождения химического состава постоянно присутствует в атмосфере. При неполном сгорании топлива образуется сажа, которая представляет собой высокодисперсный нетоксичный порошок, на 90 ч 95% состоящей из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжёлым углеводородам и в том числе к бензопирену, что делает сажу весьма опасной для человека. Источником атмосферной пыли является зола, образующаяся при сгорании топлив и в определённых количествах уносимая в атмосферу отходящими газами. В золе содержится углерод, углеводороды в виде смол и масел и неорганические соединения. Дисперсный состав пыли и туманов определяет проникающую способность в организм человека, устойчивость пылевых выбросов в атмосфере и почти всегда является решающим фактором при выборе средств и способов защиты от пылевых выбросов и туманов. Особую опасность для человека представляют токсичные тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5 ч 10мкм, поступающие в атмосферу с вентиляционными выбросами и легко проникающие в организм дыхания человека.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) примесей. Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация - количество вещества в единице объёма воздуха при нормальных условиях, обычно в мг/м³. Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия вещества на окружающую среду и относится к основным параметрам при нормировании допустимых концентраций примеси в атмосфере. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере населённых пунктов регламентированы списком Министерства здравоохранения, в соответствии с которым установлен класс опасности вещества, допустимая максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей. Приоритет научного обоснования уровней допустимого содержания примесей в атмосфере принадлежит советским учёным и прежде всего В.Я.Рязанову. ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, относится к определённому времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него никакого вредного действия, включая отдалённые последствия, и на окружающую среду в целом. Если вещество оказывает на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую природу. Максимальная разовая ПДК - основная характеристика вредного вещества. Она устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. Среднесуточная ПДК - для предупреждения общетоксичного, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Концентрация вредных веществ определяется по пробам, отобранным в течение 20 ч 30 мин. Регламент отобранных проб воздуха определяется ГОСТом. Наибольшая концентрация С каждого вредного вещества в приземном слое не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации.

Т.е С? ПДК макс. При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию:

,

где , - концентрация вредных веществ в атмосфере в одной и той же точке местности, мг/м³;

, и- максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м³.

Эффектом однонаправленного действия С суммации обладает ряд вредных веществ, например диоксиды серы и азота, диоксид серы и сероводород; сильные минеральные кислоты (серная, солёная, азотная); этилен, пропан, бутилен, амилен и др.

...