Безопасность в техносфере. Защита окружающей среды

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) отделяет территорию промышленной площадки от жилой застройки, ландшафтно-рекреационной зоны, зоны отдыха, курорта с обязательным обозначением границ специальными информационными знаками.

Границей жилой застройки является линия, ограничивающая размещение жилых зданий, строений, наземных сооружений и отстоящая от красной линии на расстояние, которое определяется градостроительными нормативами.

Красная линия отделяет территорию улично-дорожной сети от остальной территории города. За пределы красных линий в сторону улицы или площади не должны выступать здания и сооружения.

Санитарно-защитная зона является обязательным элементом любого объекта, который является источником воздействия на среду обитания и здоровье человека. Использование площадей СЗЗ осуществляется с учетом ограничений, установленных действующим законодательством и настоящими нормами и правилами. Санитарно-защитная зона утверждается в установленном порядке в соответствии с законодательством Российской Федерации при наличии санитарно-эпидемиологического заключения о соответствии санитарным нормам и правилам.

4.10 Обезвреживание твердых отходов

В настоящее время известны следующие способы обезвреживания, утилизации и ликвидации ТБО:

- складирование на полигоне;

- аэробное биотермическое компостирование;

- сжигание на специальных мусоросжигательных заводах.

В настоящее время основным технологическим процессом обезвреживания твердых бытовых отходов является их сжигание в устройствах различного типа. Первым в России предприятием, на котором реализована четырехступенчатая система газоочистки, обеспечивающая требования европейских стандартов по выбросам вредных веществ с дымовыми газами установок для сжигания ТБО, стал Московский мусоросжигательный завод №2 (МСЗ №2). В первой ступени очистки осуществляется высокотемпературное восстановление оксидов азота до элементарного азота. Во второй ступени понижается содержание в дымовых газах диоксинов. В третьей ступени происходит процесс нейтрализации кислых газов (HCl, HF). В четвертой ступени дымовые газы очищаются от пыли.

Приведена схема линии по очистке отходов. Твердые бытовые отходы через бункер подаются на решетку мусоросжигательного котла. Образующиеся при сжигании шлак и зола передаются в цех шлакопереработки. Дымовые газы из зоны горения поступают в камеру дожигания, где происходят доокисление продуктов неполного сгорания и разложение хлорорганических полициклических соединений. Вырабатываемый мусоросжигательными котлами пар с параметрами 15кгс\ см2 и 2400С идет на собственные нужды завода и направляется на теплоизоляционную электростанцию (ТУЭС).

Разработанная система управления выполняет функции автоматического регулирования и автоматизированного программно-логического управления процессом. Решение этих задач осуществляется интеллектуальным управляющим устройством - микропроцессорным контроллером. Опыт эксплуатации системы очистки дымовых газов показал, что эта система позволяет полностью решить поставленную задачу и обеспечить поддержание концентрации NO в дымовых газах после очистки в диапазоне от 30 до 70 мг\м3.

В качестве еще одного примера следует сказать о переработке отходов производства, а именно радиоактивных отходов.

В России разработана технология плазмотермической обработки радиоактивных отходов, которая предлагается к применению в странах, где существует потребность в утилизации радиоактивных отходов низкого и среднего уровня радиоактивности. Удовлетворение указанной потребности можно продемонстрировать на примере Болгарии. В этой стране имеются 2 основных предприятия, на которых накапливаются радиоактивные и опасные отходы различного происхождения: АЭС "Козлодуй" и хранилище "Нови Хан". На данных предприятиях реализована технология, предложенная РНЦ "Курчатовский Институт".

Процесс плазменной переработки отходов состоит в применении плазменных дуговых нагревателей (плазмотронов) для обеспечения газификации органических компонентов с последующим сжиганием образующегося пирогаза, очисткой продуктов сгорания и выбросом обезвреженных газообразных продуктов в атмосферу.

Преимущества технологии:

· высокая степень уменьшения объема первичных отходов;

· экологическая безопасность процесса;

· незначительная доля радиоактивности, выходящей из реактора в системе газоочистки;

· подконтрольность уровня радиоактивности получаемого шлака.

4.11 Альтернативные источники энергии

Альтернативный источник энергии -- способ, устройство или сооружение, позволяющее получать электрическую энергию (или другой требуемый вид энергии) и заменяющий собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии -- потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений.

Солнечная энергия - наиболее грандиозный, дешевый, но и, пожалуй, наименее используемый человеком источник энергии.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанные на использовании непосредственного солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Ветроэнергетика -- отрасль энергетики, специализирующаяся на использовании энергии ветра -- кинетической энергиивоздушных масс в атмосфере. Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца.

Наибольшее распространение в мире получила конструкция ветрогенератора с тремя лопастями и горизонтальной осью вращения.

Геотермальная энергетика -- производство электроэнергии, а также тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, возобновляемым энергетическим ресурсам. В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Приливная энергия постоянна. Благодаря этому, количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно, в отличие от обычных ГЭС, на которых количество получаемой энергии зависит от режима реки, связанного не только с климатическими особенностями территории, по которой она протекает, но и с погодными условиями.

Биотомпливо -- это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса,кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород). Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

2. Действия на о/с диоксинов и тяжелых металлов.

Диоксин - один из самых коварных ядов, известных человечеству. Он является наиболее сильным антропогенным ядом, отличается высокой стабильностью, долго сохраняется в окружающей среде и организмах, переносится по цепям питания и, таким образом, длительное время воздействует на живые организмы. Даже в количествах, на несколько порядков меньших дозы, вызывающей острое отравление (для человека минимальная токсичная доза составляет 0,5-1 мкг/кг [3]), диоксин способствует превращению многих веществ синтетического и природного происхождения в опасные для организма яды.

Поведение в окружающей среде. В биосфере диоксин быстро поглощается растениями, сорбируется почвой и различными материалами, где практически не изменяется под влиянием физических, химических и биологических факторов среды. Благодаря способности к образованию комплексов, он прочно связывается с органическими веществами почвы, купируется в остатках погибших почвенных микроорганизмов и омертвевших частях растений. Период полураспада диоксина в природе превышает 10 лет. Таким образом, различные объекты окружающей среды являются надежными хранилищами этого яда.

Дальнейшее поведение диоксина в окружающей среде определяется свойствами объектов, с которыми он связывается. Его вертикальная и горизонтальная миграции в почвах возможны только для ряда тропических районов, где в почвах преобладают водорастворимые органические вещества. В почвах остальных типов, содержащих нерастворимые в воде органические вещества, он прочно связывается в верхних слоях и постепенно накапливается в остатках погибших организмов.

Из почв диоксин выводится преимущественно механическим путем. Отличающиеся низкой плотностью комплексы диоксина с органическими веществами, а также содержащие его остатки погибших организмов выдуваются с поверхности почвы ветром, вымываются дождевыми потоками и в итоге устремляются в низменности и акватории, создавая новые очаги заражения (места скопления дождевой воды, озера, донные отложения рек, каналов, прибрежной зоны морей и океанов).

Тяжелые металлы опасны тем, что способны накапливаться, и образовывать высокотоксичные металлосодержащие соединения, и вмешиваться в метаболический цикл живых организмов, вызывая у человека и животных ряд заболеваний. Помимо того, что определенное количество тяжелых металлов поступает в пищевые продукты из перерабатываемого сырья (при антропогенном загрязнении почв, воздуха, воды), токсичные элементы могут попасть в пищевые продукты во время технологического процесса (из материала оборудования, в котором проводится обработка и хранение сырья), из вводимых в пищу добавок.

Особенности токсического действия металлов заключаются в их универсальном влиянии на живые организмы как общеплазматических ядов и способности к образованию комплексов с компонентами клеток, белков, аминокислот и других радикалов. Действие тяжелых металлов обусловлено денатурирующим эффектом на ткани, клетки, белки, заключающемся в нарушении структуры коллоидных систем, осаждении белков, в связывании и блокировании активных центров ферментов. В результате отравления тяжелыми металлами может, например, нарушаться проницаемость оболочек клеток крови. Это доказано на примере действия свинца, при отравлении которым эритроциты становятся проницаемы для калия. Образующиеся при попадании в организм трудно растворимые гидроксиды, фосфаты, альбуминаты или стойкие комплексы с тяжелыми металлами плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта и способны откладываться в органах и тканях, избирательно накапливаясь в них. Например, отмечено высокое содержание ртути в почках, свинца, хрома, мышьяка и селена - в эритроцитах. В ионизированном состоянии металлы преимущественно депонируются в костной ткани (кадмий вызывает искривление и деформацию костей, которые сопровождаются сильными болями).



5. Физико-химические процессы в техносфере

5.1 Тепловой баланс системы "поверхность Земли - атмосфера". Отражение, поглощение, собственное излучение земной поверхности и атмосферы

Тепловой баланс Земли, алгебраическая сумма тепла, получаемого Землей в целом (вместе с атмосферой) от внешних источников и отдаваемого через атмосферу в космическое пространство.

Возросшая интенсивность хозяйственной деятельности человечества в ХХ веке проявилась в загрязнении Земли разнообразными отходами промышленной производства, сельского хозяйства, продуктами жизнедеятельности человека, что также становиться нарушением теплового баланса (пыль, аэрозоль, "парниковый эффект").

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями к воздуху и переходит в особую форму рассеянной радиации. Частично же она поглощается молекулами атмосферных газов и примесями к воздуху и переходит в теплоту, идет на нагревание атмосферы. Нерассеянная и непоглощенная в атмосфере прямая солнечная радиация достигает земной поверхности. Она частично отражается от земной поверхности, а в большей степени поглощается ею и нагревает ее. Часть рассеянной радиации также достигает земной поверхности, частично от нее отражается и частично ею поглощается. Другая часть рассеянной радиации уходит вверх, в межпланетное пространство.

В атмосфере поглощается сравнительно небольшое количество солнечной радиации, при этом главным образом в инфракрасной части спектра. Это поглощение - избирательное: разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени.

Азот поглощает радиацию только очень малых длин волн в ультрафиолетовой части спектра.

В большей степени, но все же очень мало поглощает солнечную радиацию кислород - в двух узких участках видимой части спектра и в ультрафиолетовой его части. Более сильным поглотителем солнечной радиации является озон. Его содержание в воздухе, даже в стратосфере, очень мало; тем не менее он настолько сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию, что из солнечной постоянной теряется несколько процентов.

Излучение земной поверхности - тепловое инфракрасное, не воспринимаемое глазом излучение земной поверхности с длинами волн от 3 до 80 мкм. Поток собственного излучения земной поверхности направлен вверх и почти целиком поглощается атмосферой, нагревая ее. За счет собственного излучения земная поверхность теряет тепло. Атмосфера Земли поглощает земное излучение и снова возвращает большую его часть к Земле (встречное излучение).

Излучением атмосферы, не связанным с излучением солнца, является полярное сияние. Полярные сияния возникают, когда движущиеся с высокой скоростью заряженные частицы (электроны и протоны), излучаемые Солнцем, попадают в магнитное поле Земли и сталкиваются с молекулами газа в верхних слоях атмосферы на высотах 90-1000 км.

Природа этого излучения, как и природа полярного сияния, состоит в возбуждении атомов и молекул квантами теплового излучения земли и спонтанным испусканием квантов возбужденными частицами. Установлено, что флуоресценция (люминесценция, прекращающаяся через 10^-8 cек.) атмосферы в основном определяется кислородом, при атмосферном давлении азот и водяной пар не вносят существенного вклада во флуоресценцию воздуха; с понижением давления вклад водяного пара становится более заметным.



5.2 Критические элементы Баланса, определяющие среднюю температуру поверхности Земли. Роль альбедо атмосферы и земной поверхности. Изменение альбедо вследствие аэрозольных загрязнений

Отношение потока отраженной от поверхности радиации к потоку падающему на нее, т.е. отношение энергетической светимости поверхности к ее энергетической освещенности, называется альбедо. Альбедо выражается в долях либо в процентах. Альбедо является важной характеристикой, позволяющей оценить часть лучистой энергии. Которая поглощается поверхностью.

Днем поверхность Земли непрерывно нагревается лучами Солнца. Атмосфера задерживает часть солнечных лучей. Солнечный свет рассеивается газами атмосферы, частицами пыли, капельками воды, а также поглощается озоном, водяным паром, углекислотой, кислородом и пылью. Особенно сильно поглощается ультрафиолетовая часть спектра, излучаемого Солнцем. Энергия, поглощенная поверхностью Земли, расходуется на излучение, нагревание воздуха, почвы и водных поверхностей и на испарение. На испарение затрачивается немного меньше половины всей поглощенной земной поверхностью энергии солнечных лучей. В дальнейшем, при конденсации испарившейся воды, такое же количество теплоты, которое было затрачено при испарении, выделяется в атмосферу. Это нагревает атмосферу и предохраняет ее таким образом от слишком резких понижений температуры. Далеко не всегда конденсация водяного пара происходит там же, где образуется пар. Часто пар переносится ветром на большие расстояния, и конденсация происходит в районах, более холодных, чем те, где происходило испарение. Этот процесс, так же как и процесс переноса воздушными течениями теплоты, полученной ими от нагретых поверхностей, приводит к смягчению климатических условий в холодных районах. Вследствие малой теплопроводности почвы тепло, затрачиваемое на нагревание почвы, распространяется очень неглубоко - на глубину не более 25 м. Вследствие того, что распространение тепла происходит очень медленно, наиболее высокие температуры в глубине почвы наблюдаются не в то время, когда они были отмечены на поверхности почвы, а несколько позднее. В морях, благодаря перемешиванию воды при волнении, тепло проникает на большие глубины (сотни метров). Часть полученного от Солнца тепла поверхность Земли теряет посредством излучения. Но благодаря тому, что в атмосфере есть водяной пар, это излучение частично снова поглощается атмосферой, что уменьшает потерю тепла Землей. Альбедо Земли - процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром вместе с атмосферой обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Одним из важных факторов, влияющих на альбедо Земли непосредственно связан с человеческой деятельностью - это выбросы сажи, которые уже сейчас оказывают влияние на поглощение солнечной энергии атмосферой и поверхностью. Некоторые современные исследования показывают, что сажа - второй наиболее значимый фактор современного потепления климата, после парникового эффекта от углекислого газа, ее вклад в потепление может достигать 15-30%. В противоположность саже, сульфатные аэрозоли увеличивают альбедо Земли, рассеивая и отражая падающее солнечное излучение (в то же время они поглощают и инфракрасное излучение, но их антипарниковый эффект более выражен, чем парниковый). Основные источники поступления этих аэрозолей - вулканическая деятельность и промышленность.

5.3 Общие сведения о фотохимии загрязнителей. Окисление оксидов азота озоном в присутствии углеводородов. Фотохимический или "летний" смог

Фотохимические реакции - химические реакции, которые инициируются воздействием электромагнитных волн, в частности - светом. Загрязнение городского воздуха продуктами фотохимических реакций, в случаях особой интенсивности достигающее степени фотохимического смога. Фотохимические окислители озон (О3), пероксоацетилнитрат (ПАН) и формальдегид являются продуктами вторичного загрязнения атмосферы в результате химических реакций под воздействием солнечной радиации. Озон образуется при расщеплении либо молекулы кислорода (О2) либо диоксида азота (NО2) с образованием атомарного кислорода (О), который затем присоединяется к другой молекуле кислорода. В этом процессе участвуют углеводороды, связывающие молекулу оксида азота с другими веществами. Таким образом, например, образуется ПАН. Хотя в стратосфере озон играет важную роль как защитный экран, поглощающий коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, в тропосфере он как сильный окислитель разрушает растения, строительные материалы, резину и пластмассу. Озон имеет характерный запах, служащий признаком фотохимического смога. Вдыхание его человеком вызывает кашель, боль в груди, учащенное дыхание и раздражение глаз, носовой полости и гортани. Воздействие озона приводит также к ухудшению состояния больных хроническими астмой, бронхитами, эмфиземой легких и страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Фотохим туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохим смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Смог - пелена дыма, тумана и пыли, содержащая смесь таких высокотоксичных веществ, как монооксид углерода, оксиды азота, озон, полиядерные ароматические углеводороды, пероксиацетилнитрат и др. это явление возникает в воздухе, загрязненном дымом, газовыми отходами производства, автомобильными выхлопными газами, которые под действием ультрафиолетовой солнечной радиации взаимодействуют друг с другом.

1) Токсичные продукты выхлопных газов ДВС.

· Продукты полного и неполного сгорания топлив (СО2, СО, углеводороды, в том числе полициклические ароматические, сажа),

· Вещества, образующиеся в результате протекания побочных процессов (оксиды азота - по термическому механизму),

· Вещества, образование которых определяется примесями, содержащимися в топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе (кварцевая пыль, аэрозоли).

2) Оксиды азота. Молекула азота является чрезвычайно химически инертной в силу очень большой энергии, требуемой для диссоциации на атомы, необходимой для вступления ее в реакции. Азот с кислородом образует 5 оксидов. Наибольшее значение имеют монооксид (NO) и диоксид азота (NO2). Попадая в атмосферу, монооксид азота постоянно превращается в диоксид. В результате оксиды азота накапливаются в нижних слоях атмосферы. Их появление взывает кислотные дожди.

3) Монооксид углерода (СО). Угарный газ образуется при неполном сгорании углеродосодержащих веществ в бытовых и промышленных печах, при работе автотранспорта.00000000000Монооксид связывается с гемоглобином крови, участвует в образовании смога, образует высокотоксичные соединения (карбонилы). Накоплению в атмосфере СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы почвы, которые могут связывать угарный газ с частью аминокислоты серина, а также окислять СО до СО2.

Полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ)При сгорании в ДВС они поступают в ОС. Они оседают в зоне выброса. Их постепенная трансформация в иные продукты происходит при взаимодействии с озоном и диоксидом азота. Главным источников ПАУ несколько: автомобильный транспорт, металлургия, нефте- и коксохимия, теплоэнергетика.

Схема вероятного механизма образования фотохимического смога:

Поглощение света

NO2 + hv = NO +O

(SO3 и SO2 также способны поглощать свет).

Цепь ароматного кислорода

А) O + R R* + RCHO (не уравнено)

Б) R* + O2 RO2

В) RO2* + NO RO* + NO2

Г) RO* R* + O

NO + O2 = NO2 + О (суммарная реакция)

Цепь озона:

А) О + О2 О3

Б) О3 + R RCO2* + RCHO (не уравнено)

В) RCO2* + NO RCO* + NO2

Г) RCO* + NO2 + О2 RC-О-О- NO2

Обрыв цепи:

А) О + NO2 NO +O2

Б) О3 + NO NO2 + О2

В) RO* + NO2 RONO2

5.4 Воздействие загрязняющих веществ на объекты техносферы. Воздействие оксидов серы, оксидов азота, озона, кислот, аэрозолей и других загрязняющих веществ на строительные и конструкционные материалы, памятники культуры

Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и природных зон. К энергетическим загрязнениям относят вибрационное и акустическое воздействия, электромагнитные поля и излучения, воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений. Регионы техносферы и природные зоны, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями. Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающую при эрозии почвы, частицы морской соли); туман; дым и газ от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного происхождения и др.

Основное антропогенное загрязнение атмосферного воздуха создают автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности. Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO2, оксиды азота NOx, углеводороды СnНm и пыль. Кроме приведенных выше веществ и пыли в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органические растворители и т. п. Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот.

Наиболее важные из них: SO2, NOх, H2S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Прямое воздействие опасно для металлоконструкций (коррозия со скоростью до 10 мкм/год), зданий, памятников и . особенно из песчаника и известняка в связи с разрушением карбоната кальция.

5.5 Влияние кислотных дождей на объекты гидросферы. Буферная емкость естественных водоемов. Диаграммы динамики pH водоемов с ложами, образованными вулканическими и осадочными горными породами

Дождевая вода имеет нейтральную реакцию (РН=7). Но поскольку даже в самом чистом воздухе имеется углекислый газ, то растворяя его вода приобретает РН - 5,6-5,7. Вымывая из загрязненной атмосферы кислые компоненты, в частности оксиды азота и серы дождь становится кислым. В пресном водоеме вода чаще имеет не нейтральную, а щелочную реакцию (РН=8) за счет вымываемых из почвы минералов и разложения органичеаских остатков. К такому составу приспособились все обитатели рек и озер. При выпадении кислых дождей, РН которых может достигать 2-3, вода некоторое время сохраняет щелочную реакцию, благодаря способности нейтрализовать поступающую в нее кислоту. Понемногу озеро начинает подкисляться. При РН = 7, когда вода приобретает нейтральную реакцию, в ней начинает падать содержание кальция. На нерестилищах гибнуть икра, которая нуждается в определенной дозе кальция для возникновения зародышей. При РН = 6,6 гибнут улитки, при РН = 6 исчезают креветки, погибает икра остальных земноводных, при РН = 5,5 сокращается видовое разнообразие живых существ. Из донных осадков и окружающих почв начинают выщелачиваться токсичные металлы (алюминий, ртуть, свинец, кадмий, берилий, никель) . Часто они оказываются более опасными, чем сама по себе высокая кислотность. Когда РН достигает 4,5 рыбы в водоеме уже не остается, гибнут амфибии и многие насекомые. Буферная емкость естественных водоемов 1) Способность природной воды сохранять активную реакцию среды (рН) при действии кислот и щелочей. 2) Способность воды к самоочищению от загрязнителей. Б. емкость зависит, в основном, от видового разнообразия и нормального функционирования водной экосистемы, при этом зависимость прямо пропорциональная.

5.6 Поверхностно-активные вещества в водоемах, вспенивание природных вод

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Примером ПАВ могут служить обычное мыло и синтетические моющие средства, а также спирты, карбоновые кислоты. Широкое применение пав особенно в составе моющих средств, обусловливает поступление их со сточными водами во многие водоемы, в том числе в источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. В настоящее время эти вещества являются одними из самых распространенных химических загрязнителей водоемов. Неэффективность очистки воды от ПАВ на современных водопроводных очистных сооружениях является причиной появления их в питьевой воде водопроводов. В водоисточники ПАВ могут поступать следующими основными путями: с бытовыми сточными водами в результате использования ПАВ в составе синтетических моющих средств(СМС) в быту, в прачечных; с промышленными сточными водами при производстве и в результате использования ПАВ и СМС в промышленности; с поверхностным стоком с сельскохозяйственных полей как результат использования ПАВ для эмульгирования пестицидов, а также с территорий, прилегающих к предприятиям, производящим СМС. Многие синтетические ПАВ, в отличие от природного мыла, не усваиваются микроорганизмами, которые очищают биосферу от отходов природного происхождения. Накапливаясь в водоемах, ПАВ вызывают вредные явления, одно из которых - уменьшение притока кислорода из-за образования поверхностной пленки, столь полезной в других случаях. В результате - гибель обитающих в воде организмов. Выяснилось также, что биологически неразлагаемые ("жесткие") ПАВ могут вредить человеку и другим способом: накапливаясь в водоемах, они попадают в питьевую воду, вспенивают ее и изменяют вкус.

5.7 Глобальное перемещение океанских вод. Апвеллинг. Конвективные течения. Вертикальное перемешивание вод в объектах гидросферы

Апвеллинг - процесс, в результате которого вода с более высокой плотностью и более низкой температурой поднимается на поверхность океана. Наиболее часто наблюдается у западных границ материков, где перемещает более холодные воды с глубин океана к поверхности, замещая более тёплые поверхностные воды. Конвективные течения в водоемах обусловлены распределением плотности жидкости (разницей плотности), которое в свою очередь определяется температурой, соленостью и давлением. Плотность воды существенно зависит от температуры и солености и очень слабо от давления.

При подогреве жидкости снизу, нагретые ее частицы под действием сил плавучести поднимаются, а более холодные, а, следовательно, и более тяжелые частицы, расположенные наверху, опускаются. Нагретые частицы, поднимаясь, перемешиваются с более холодными и постепенно охлаждаются за счет теплопроводности. Это обстоятельство приводит к увеличению их плотности. Вертикальное перемешивание морской воды осуществляется за счет действия ветра, приливов и изменения плотности по высоте. Перемешивание воды ветром происходит в направлении сверху вниз, приливное - снизу вверх (распространяются на глубину до 50 м). Плотностное перемешивание возникает за счет охлаждения поверхностных вод. Интенсивность перемешивания придонных и поверхностных вод способствует их освежению, обогащению кислородом и питательными веществами, необходимыми для развития жизни. Растворенный в воде воздух всегда более богат кислородом, чем воздух атмосферный. Имеющийся в воде кислород оказывает благотворное влияние на развитие в ней жизненных процессов.

5.8 Аккумулирование тепла поверхностным слоем морей и океанов. Циркуляционный перенос тепла из низкоширотных в высокоширотные районы. Автоколебания в системе "океан - атмосфера

Океан, как тепловая система, устроен так, что его верхний слой является мощным поглотителем тепловой энергии. Поверхность океана поглощает 99,6 % поступающего на нее тепла и отражает всего лишь 0,4%. Для суши показатель поглощения 55-69%, причем суша занимает менее 1/3 площади земной поверхности, следовательно поверхностный слой океанской воды представляет собой главный аккумулятор тепла на Земле. В нижележащих слоях воды, происходит рассеивание тепловой энергии, поскольку теплоемкость воздуха гораздо ниже, чем воды. При контакте воздуха с водной поверхностью происходит отдача тепла в атмосферу и понижение температуры поверхностного слоя океана. Автоколебания - незатухающие колебания, поддерживающиеся за счет энергии постоянного внешнего воздействия. Скрытая энергия, поступающая в атмосферу с водяными парами, частично преобразовывается в механическую энергию. Она обеспечивает перемещение воздушных масс. Механизм этого преобразования малоэффективен, лишь 1-2% тепловой энергии переходит в механическую, остальная часть тепла расходуется на покрытие потерь радиации в мировое пространство. Но и этого количества энергии достаточно для приведения в движение огромной массы воздуха и обеспечить горизонтальную циркуляцию в поверхностном слое океана.

5.9 Химические процессы, протекающие при образовании осадков в облаках. Влияние загрязняющих веществ на метеорологические условия в глобальном масштабе

Атмосферные осадки - вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность. Из облаков выпадают осадки в виде: дождя, града, снега. Различают: обложные осадки - связанные преимущественно с теплыми фронтами; ливневые осадки - связанные с холодными фронтами. Осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. В среднем на земном шаре выпадает около 1 тыс. мм осадков в год, а в пустынях и высоких широтах менее 250 мм в год. Загрязнение атмосферного воздуха происходит в результате поступления в него: продуктов сгорания различных типов топлива; выбросов газообразных, аэрозольных и взвешенных веществ отходов производства от различных промышленных объектов; выхлопных газов автомобильного, авиационного, водного транспорта; газообразных выделений свалок и полигонов захоронения промышленных отходов; пыли с поверхности карьеров, отвалов, золоотвалов, хвостохранилищ, терриконов, из узлов погрузки, разгрузки и сортировки сыпучих строительных материалов, топлива, зерна. К факторам, влияющим на изменение климата в глобальном масштабе, относятся: увеличение концентрации СО (оксид углерода); образование литологических аэрозольных слоев, что приводит к снижению интенсивности солнечного излучения из-за потерь, связанных как с рассеянием, так и с поглощением света; увеличение концентрации веществ, разрушающих озоновый слой.

5.10 Озоноразрушающие вещества в стратосфере. Реакция разрушения озона продуктами фотолиза фреонов и свободными радикалами

Озоновый слой - наличие молекул озона в стратосфере. Озоновый слой окутывает весь земной шар наподобие пузыря, являясь защитным фильтром от вредного ультрафиолетового излучения. Стратосфера - часть атмосферы после тропосферы, начинается на высоте 10-20 км от поверхности земли и высотой 40-50 км.

Озоноразрушающие вещества (ОРВ) - это химические соединения, в основе которых хлорированные, фторированные или бромированные углеводороды, обладающие потенциалом вступать в реакцию с молекулами озона в стратосфере. К ОРВ относятся органические химические соединения, содержащие хлор и/или бром: хлорфторуглероды - ХФУ, гидрохлорфторуглероды - ГХФУ, бромфторуглероды - галлоны, четыреххлористый углерод - ЧХУ, метилхлороформ, бромистый метил и другие. Степень опасности, которую вещество представляет для озонового слоя, определяется его озоноразрушающим потенциалом (ОРП). Использование ОРВ: холодильники и кондиционеры (используются как хладагенты; ОРВ также используются как вспенивающие агенты при производстве пен, в химической чистке, распылителей в аэрозолях, в качестве исходного сырья в химическом производстве. Попав в атмосферу, ОРВ распределяются в окружающем воздухе.

Благодаря длительности своего жизненного цикла, большинство ОРВ достигают стратосферы. Свободным радикалом называется частица - атом или молекула, имеющая на внешней оболочке один или несколько неспаренных электронов. Фотолиз (фотодиссоциация) - химическая реакция, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения.

Фреон - бесцветный газ или жидкость без запаха, фторсодержащий производный насыщенных углеводородов (метана, этана), используемый как хладагент в холодильных машинах.Причиной уменьшения озона в стратосфере и образования озоновых дыр является производство и применение хло- и бромсодержащих фреонов.Источники NO в стратосфере преимущественно природные. Благодаря инертности, устойчивости он легко проникает (переносится)в стратосферу. на высоте около 20 км NO включается в цикл разрушения озона.

Оксид азота вступает в реакцию с озоном

NO + O3 >NO2 + O2,

затем образовавшийся в этой реакции диоксид азота реагирует с атомом кислорода

NO2 + O >NO + O2,

тем самым восстанавливая присутствие NO в атмосфере, в то время как молекула озона утрачивается безвозвратно. Молекула озона весьма неустойчива. Столкнувшись с радикалом (т.е. частицей, содержащей неспаренный электрон), она теряет атом кислорода, превращаясь в молекулу О2:

О3+R=О2+RО.

Частицы RО реагируют с атомарным кислородом, образуя молекулу О2 и исходный радикал:

RО+О=R+О2.

Таким образом, свободные радикалы оказываются катализаторами разрушения озона. Существует по меньшей мере три радикала, реагирующих с атмосферным озоном: ОН, NO, Cl.

5.12 Действия на окружающую среду диоксинов и тяжелых металлов

Диоксины - глобальные экотоксиканты, обладающие мощным мутагенным, итммунодепресантным, канцерогенным действием. Они слабо расщепляются и накапливаются, как в организме человека, так и в биосфере планеты, включая воздух, воду, пищу. Причина токсичности диоксинов заключается в способности этих веществ точно проникать в рецепторы живых организмов и подавлять или изменять их жизненные функции. Диоксины, подавляя иммунитет и грубо вмешиваясь в процессы деления и специализации клеток, провоцируют развитие онкологических заболеваний. Диоксины являются загрязнителями окружающей среды. Попав в организм человека, диоксины долгое время сохраняются в нем благодаря своей химической устойчивости и способности поглощаться жировыми тканями, в которых они затем откладываются. Период их полураспада в организме оценивается в 7-11 лет.

В окружающей среде диоксины имеют тенденцию накапливаться в пищевой цепи. Концентрация диоксинов увеличивается по мере следования по пищевой цепи животного происхождения. Диоксины образуются, главным образом, в результате промышленных процессов(плавление, отбеливание целлюлозы и производство некоторых гербицидов и пестицидов), но могут также образовываться и в результате естественных процессов, таких как извержения вулканов и лесные пожары. Тяжелые металлы - группа химических элементов со свойствами металлов и значительным атомным весом либо плотностью. Тяжелые металлы: свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, хром, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий. Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. Тяжелые металлы широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжелых металлов в природных водах. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.



6. Безопасность труда

6.1 Методы и средства оздоровления воздушной среды и нормализация параметров микроклимата. Нормирование параметров микроклимата

В соответствии с ГОСТ 12.1.005 - 76 устанавливаются оптимальные и допустимые метеорологические условия для рабочей зоны помещения, при выборе которых учитываются:

1) время года - холодный и переходный периоды со среднесуточной температурой наружного воздуха ниже +10° С; теплый период с температурой +10°С и выше;

2) категория работы; все работы по тяжести подразделяются на категории:

а) легкие физические работы с энергозатратами до 172 Дж/с (150 ккал/ч), к которым относятся, например, основные процессы точного приборостроения и машиностроения;

б) физические работы средней тяжести с энергозатратами 172 - 293 Дж/с (150 - 250 ккал/ч), например, в механосборочных, механизированных литейных, прокатных, термических цехах и т. п.;

в) тяжелые физические работы с энергозатратами более 293 Дж/с, к которым относятся работы, связанные с систематическим физическим напряжением и переносом значительных (более 10 кг) тяжестей; это - кузнечные цехи с ручной ковкой, литейные с ручной набивкой и заливкой опок и т. п.;

3) характеристика помещения по избыткам явной теплоты: все производственные помещения делятся на помещения с незначительными избытками явной теплоты, приходящимися на 1 м3 объема помещения, 23,2 Дж/(м3с) и менее, и со значительными избытками - более 23,2Дж/(м3с).

Мероприятия по оздоровлению воздушной среды

Требуемое состояние воздуха рабочей зоны может быть обеспечено выполнением определенных мероприятий, к основным из которых относятся:

1. Механизация и автоматизация производственных процессов, дистанционное управление ими. Эти мероприятия имеют большое значение для защиты от воздействия вредных веществ, теплового излучения, особенно при выполнении тяжелых работ. Автоматизация процессов, сопровождающихся выделением вредных веществ, не только повышает производительность, но и улучшает условия труда, поскольку рабочие выводятся из опасной зоны. Например, внедрение автоматической сварки с дистанционным управлением вместо ручной дает возможность резко оздоровить условия труда сварщика, применение роботов-манипуляторов позволяет устранить тяжелый ручной труд.

2. Применение технологических процессов и оборудования, исключающих образование вредных веществ или попадание их в рабочую зону. При проектировании новых технологических процессов и оборудования необходимо добиваться исключения или резкого уменьшения выделения вредных веществ в воздух производственных помещений. Этого можно достичь, например, заменой токсичных веществ нетоксичными, переходом с твердого и жидкого топлива на газообразное, электрический высокочастотный нагрев; применением пылеподавления водой (увлажнение, мокрый помол) при измельчении и транспортировке материалов и т. д.

Большое значение для оздоровления воздушной среды имеет надежная герметизация, оборудования, в котором находятся вредные вещества, в частности, нагревательных печей, газопроводов, насосов, компрессоров, конвейеров и т. д. Через неплотности в соединениях, а также вследствие газопроницаемости материалов происходит истечение находящихся под давлением газов. Количество вытекающего газа зависит от его физических свойств, площади неплотностей и разницы давлений снаружи и внутри оборудования.

3. Защита от источников тепловых излучений. Это важно для снижения температуры воздуха в помещении и теплового облучения работающих.

4. Устройство вентиляции и отопления, что имеет большое значение для оздоровления воздушной среды в производственных помещениях.

5. Применение средств индивидуальной защиты.

6. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механическим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).

Микроклимат производственных помещений - микроклиматические условия производственной среды (температура, влажность, давление, скорость движения воздуха, тепловое излучение) помещений, которые оказывают влияние на тепловую стабильность организма человека в процессе труда.

Нормативы определены раздельно для оптимальных и допустимых микроклиматических условий.

Оптимальные микроклиматические условия -- это сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.

Допустимые микроклиматические условия -- это сочетание параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма и напряжение реакций терморегуляции, не выходящие за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникают изменения состояния здоровья, но могут наблюдаться дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.

В зависимости от общих энергозатрат организма работы подразделяются на легкие, средней тяжести и тяжелые физические работы.

Легкие физические работы (категория I) выполняются сидя, стоя, могут быть связаны с ходьбой, но не требуют систематического физического напряжения или поднятия и переноски тяжестей. Энергозатраты при их выполнении до 150 ккал/ч (172 Дж/с).

Физические работы средней тяжести (категория II) -- имеют два подразделения: категория IIа, к которой относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей; категория IIб, к которой относятся работы, связанные с ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей. Энергозатраты при работах категории IIа от 150 до 200 ккал/ч (172-- 232 Дж/с) и для категории IIб -- от 200 до 250 ккал/ч (232--293 Дж/с).

Тяжелые физические работы (категория III) связаны с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянными передвижениями и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей. Энергозатраты -- более 250 ккал/ч (293 Дж/с).

В нормативах стандарта (ГОСТ 12.1.005--76), определяющего параметры воздуха рабочей зоны, оговорена возможность следующих отклонений. В помещениях со значительными выделениями влаги допускается на постоянных рабочих местах повышение (на 10--20%) относительной влажности против утвержденных нормативами для теплого периода года, в зависимости от определенного ГОСТом тепловлажностного отношения, но не выше 75%. При этом температура воздуха в помещениях не должна превышать 28° С при легкой работе и работе средней тяжести и 26° С -- при тяжелой работе.

В холодный и переходный периоды года в отапливаемых производственных помещениях, а также в помещениях со значительными избытками явного тепла, где на каждого работающего приходится от 50 до 100 м2площади пола, допускается понижение температуры воздуха вне постоянных рабочих мест против нормированных: до 12° С -- при легких работах, до 10° С -- при работах средней тяжести и до 8° С -- при тяжелых работах. При этом на рабочих местах необходимо поддерживать метеорологические условия, установленные для холодного и переходного периодов года.

В случае, когда средняя температура наружного воздуха в 13 часов самого жаркого месяца превышает 25° С (23° С -- для тяжелых работ), допустимую температуру воздуха в производственных помещениях на постоянных рабочих местах можно повышать при сохранении значений относительной влажности: на 3° (но не выше 31° С) -- в помещениях с незначительными избытками явного тепла; на 5° (но не выше 33° С) -- в помещениях со значительными избытками явного тепла.

При выполнении тяжелой физической работы все указанные величины превышения допустимых температур воздуха должны приниматься на 2° С ниже.

В холодный и переходный периоды года в производственных помещениях, в которых производятся работы средней тяжести и тяжелые, а также при применении системы отопления и вентиляции с сосредоточенной подачей воздуха, допускается повышение скорости движения воздуха до 0,7 м/с на постоянных рабочих местах при одновременном повышении температуры воздуха на 2° С.

Нормативные величины параметров микроклимата для рабочей зоны производственных помещений учитывают избыток явного тепла, Эти избытки могут возникнуть за счет излучений от нагретого и расплавленного металла, открытого пламени, горячих поверхностей оборудования, нагревательных приборов и т. д. Большой нагрев может создать лучистое тепло солнца, проникающее через световые проемы. Все источники тепловых излучений (помимо непосредственного воздействия на рабочих) нагревают строительные элементы помещения: стены, перекрытия, пол, оборудование. В результате температура воздуха в помещении повышается, что еще более ухудшает условия работ

6.2 Назначение и классификация систем вентиляции, кондиционирования, аэрации

Из-за непрерывных поступлений в атмосферу промышленных, жилых и общественных помещений теплоты, влаги, пыли и других вредных выделений состояние воздушной среды в них может ухудшаться и не обеспечивать комфортного самочувствия людей и оптимальных условий для протекания технологических процессов.

По способу подачи в помещения свежего и удаления загрязненного воздуха вентиляцию подразделяют на естественную, принудительную и смешанную.

Естественная вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет разности плотностей воздуха, который находится внутри помещения, и более холодного воздуха снаружи. Воздухообмен регулируют фрамугами, через которые поступает снаружи холодный воздух, при этом теплый воздух выходит через вытяжной фонарь на крыше здания (рис. 1). Удаление загрязненного воздуха в небольших помещениях производится через специальные вентиляционные каналы в стенах. Естественная вентиляция дешева и проста в эксплуатации.

Основной ее недостаток заключается в том, что приточный воздух поступает в помещение без очистки и подогрева, а удаляемый не очищается и загрязняет атмосферу.

Принудительная (механическая) вентиляция обеспечивает поддержание постоянного воздухообмена, который осуществляется с помощью механических вентиляторов, воздуховодов и воздухораспределителей.

В зависимости от того, для чего служит система вентиляции, ее подразделяют на приточную (для подачи воздуха в рабочую зону - рис. 2, а), вытяжную (для удаления загрязненного или нагретого воздуха - рис. 2, б) и приточно-вытяжную (рис. 2в).

По назначению вентиляция может быть общеобменной, местной и смешанной.

Общеобменная вентиляция основана на разбавлении выделяющихся в помещении вредных веществ, теплоты и пара чистым воздухом до допускаемых норм. Системы общеобменной вентиляции для производственных и административно-бытовых помещений (с постоянным пребыванием людей) без естественного проветривания следует предусматривать не менее чем с двумя приточными или двумя вытяжными вентиляторами, каждый из которых обеспечивает 50 % требуемого воздухообмена.

...